Effect of concrete surface coatings on the durability design of reinforced concrete structures

This work deals with the effect of concrete surface coatings on the service life of reinforced concrete structures. Typical degradation mechanisms of reinforced concrete structures, different coating types and their influence on the durability are briefly introduced. The main focus is set on rebar corrosion (carbonation and chlorides induced); however also degradation of concrete (cement paste or concrete) by sulphates attack is introduced. Several research results regarding the influence of different coating types on service life of reinforced concrete structures relevant parameters are discussed. It is outlined how present results lack comparability and knowledge regarding long-term behaviour is rather rare. The aim is to develop a reproducible test procedure allowing comparability of test results and thus a reliable evaluation of the impact of different coating types on the various parameters to be used for service life prediction. The laboratory tests were carried out in the mCD group of CMIC department of Politecnico di Milano, the in field data instead was taken from three structures located in Liguria (Italy). Three different commercial coating classes: a hydrophobic treatment, a cementitious polymer modified as well as a film-forming (acrylic) coating were taken under analysis, the commercial products were therefore applied to different (reinforced and unreinforced) concrete test specimens. Electrochemical measurements as well as mechanical tests and chemical analysis were carried out over time to monitor the effect of the different coatings on the durability relevant parameters. Existing structures were selected based on the presence of the identical products for comparability between laboratory and in field data. The comparison of the different data taken, allowed determination of correlations and thus prediction of long-term behaviour of real coated structures by accelerated laboratory tests. This work brings up a replicable and relatively fast procedure allowing designers to model the prolongation of service life that may be achieved by application of a specific product on a (new or already existing) real structure. This facilitates the suitable selection of a coating in order to guarantee the required performance. Thus expensive repairs or reconstruction due to the deterioration of reinforced concrete structures may be limited and so costs as well as carbon footprint of reinforced concrete structures reduced.

Questo studio riguarda l'effetto di rivestimenti superficiali del calcestruzzo sulla vita utile delle strutture in calcestruzzo armato. Vengono brevemente introdotti i meccanismi di degrado tipici delle strutture in calcestruzzo armato, i diversi tipi di rivestimento e la loro influenza sulla durabilità. Il focus principale è posto sulla corrosione delle armature (indotta dalla carbonatazione e dai cloruri). Viene analizzato anche il degrado del calcestruzzo causato dall'attacco solfatico. Diversi risultati sperimentali riguardanti l'influenza dei diversi tipi di rivestimento sui parametri rilevanti per la vita utile delle strutture in calcestruzzo armato sono oggetti di discussione. Si evidenzia come i risultati attuali manchino di comparabilità e inoltre come le conoscenze sul comportamento a lungo termine siano piuttosto rare. L'obiettivo è sviluppare una procedura di prova riproducibile che consenta la comparabilità dei risultati e quindi permette una valutazione affidabile dell'impatto dei diversi tipi di rivestimento sui vari parametri che influenzano la durabilità. Le prove di laboratorio sono state effettuate presso il gruppo mCD del dipartimento CMIC del Politecnico di Milano, i dati ricavati in campo si riferiscono a tre differenti strutture situate in Liguria. Sono state analizzate tre diversi tipi di rivestimenti commerciali: un trattamento idrofobico, un rivestimento cementizio polimero- modificato e un rivestimento polimerico (acrilico). I prodotti commerciali sono stati quindi applicati su diversi provini di calcestruzzo (armato e non armato). Nel tempo sono state effettuate misure elettrochimiche, prove meccaniche e analisi chimiche per monitorare l'effetto dei diversi rivestimenti sui parametri rilevanti. Le strutture esistenti sono state selezionate in base alla presenza di prodotti identici per la comparabilità tra i dati di laboratorio e quelli in campo. Il confronto dei diversi dati raccolti ha permesso di determinare correlazioni e quindi di prevedere il comportamento a lungo termine di strutture esistenti rivestite mediante test di laboratorio accelerati. Questo lavoro ha messo a punto una procedura replicabile e relativamente veloce che consente ai progettisti di modellare il prolungamento della vita utile che può essere ottenuto con l'applicazione di un prodotto specifico su una struttura (nuova o già esistente). Ciò facilita la scelta di un rivestimento adatto a guarantire le prestazioni richieste. In questo modo si possono limitare i costi connessi alle operazioni di ripristino/ manutenzione dovute al degrado, riducendo così i costi e l'impatto sull’ambiente delle strutture in calcestruzzo armato.