ANALYSING CORROSION OF REINFORCED CONCRETE ELEMENTS IN CRACKED STAGE UNDER SUSTAINED LOADS

The corrosion of reinforcement bars (rebars) in reinforced concrete (RC) structures is a critical factor affecting the long-term durability and service life, particularly in aggressive environments such as marine environments or areas exposed to de-icing salts. These conditions facilitate chloride ion ingress, which accelerates the corrosion process by providing a direct pathway for chloride penetration to reinforcement. Corrosion weakens the load-bearing capacity of reinforcement and compromises structural integrity. While significant research has been conducted on corrosion in RC structures, the influence of cracks on corrosion initiation and propagation, particularly in chloride-induced environments, remains poorly understood. This thesis addresses this gap by investigating the effect of crack width on corrosion behaviour, focusing on corrosion kinetics and the mechanical performance of reinforcement in RC elements exposed to accelerated corrosion conditions. For this purpose, A 31 tension tie specimens (90 x 90 x 830 mm) were cast using grade C30/37 concrete and reinforced with Ø12 mm hot-rolled ribbed bars. The specimens were pre-cracked to induce varying crack widths and subjected to accelerated corrosion testing under wet and dry cycles, with exposure to a chloride solution (35 g/l) simulating real-world exposure conditions. The results showed corrosion initiation occurred in all specimens from the first cycle, with no delay in corrosion start regardless of crack width. During the corrosion propagation phase, there was no clear linear relationship between crack width and pitting depth, with wide variability observed. However, both maximum pit depth and mean pit depth tend to increase as crack width increases. The deepest pits and highest average pit depths were observed in specimens with yielded rebar. The mechanical testing of corroded rebars revealed that the ultimate strength was only marginally affected, but ductility was significantly reduced, especially in specimens with wider cracks and those subjected to higher strain levels. In specimens with 5‰ strain, ductility loss reached up to 74%, highlighting a serious risk of brittle failure under service loads.

La corrosione delle barre di armatura (ferri) nelle strutture in calcestruzzo armato (CA) è un fattore critico che influisce sulla durabilità a lungo termine e sulla vita utile,in particolare in ambienti aggressivi come gli ambienti marini o le aree esposte a sali de-ceranti. Queste condizioni facilitano l'ingresso di ioni cloruro, che accelerano il processo di corrosione fornendo un percorso diretto per la penetrazione del cloruro nell'armatura. La corrosione indebolisce la capacità portante dell'armatura e compromette l'integrità strutturale. Sebbene siano state condotte ricerche significative sulla corrosione nelle strutture in CA, l'influenza delle fessure sull'iniziazione e sulla propagazione della corrosione, in particolare negli ambienti indotti dal cloruro, è ancora poco compresa. Questa tesi affronta questa lacuna investigando l'effetto della larghezza della fessura sul comportamento della corrosione, concentrandosi sulla cinetica della corrosione e sulle prestazioni meccaniche dell'armatura in elementi in CA esposti a condizioni di corrosione accelerate. A tale scopo, sono stati realizzati 31 provini a trazione (90 x 90 x 830 mm) in alcestruzzo di classe C30/37, armati con barre nervate Ø12 mm in acciaio laminato a caldo. I provini sono stati pre-fessurati per indurre diverse larghezze di fessura e sottoposti a test di corrosione accelerata sotto cicli umido-secco, con esposizione a una soluzione di cloruro (35 g/l) simulante le condizioni di esposizione reali. I risultati hanno mostrato che l'iniziazione della corrosione è avvenuta in tutti i provini già dal primo ciclo, senza ritardi nell'inizio della corrosione ndipendentemente dalla larghezza della fessura. Durante la fase di propagazione della corrosione, non è emersa una relazione lineare chiara tra la larghezza della fessura e la profondità delle pitting, con una variabilità osservata. Tuttavia, sia la profondità massima della pitting che la profondità media della pitting tendono ad aumentare con l'aumento della larghezza della fessura. Le pitting più profonde e le maggiori profondità medie delle pitting sono state osservate nei provini con barre di armatura cedute. I test meccanici sulle barre di armatura corrose hanno rivelato che la resistenza ultima è stata solo marginalmente influenzata, ma la duttilità è stata significativamente ridotta, specialmente nei provini con fessure più larghe e quelli sottoposti a livelli di deformazione più elevati. Nei provini con deformazione del 5‰, la perdita di duttilità ha raggiunto il 74%, evidenziando un serio rischio di rottura fragile sotto carichi di servizio.