Chloride Ingress Determination in Offshore Concrete Structures Using µ-XRF
Master thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2622341Utgivelsesdato
2019Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Formålet med denne masteroppgaven var å se nærmere på μ-XRF som målemetode forkloridinntrenging i offshore betongkonstruksjoner. For å evaluere bruk av μ-XRF til dette formålet,ble den sammenlignet med to andre analysemetoder: ICP-MS og potensiometrisk titrering. μ-XRFble så benyttet for å evaluere kloridinntrengingen i to offshore betongkonstuksjoner.
15 betongkjerner ble sendt fra vår industripartner, Equinor. Disse ble hentet fra to ulike offshorebetongkonstruksjoner, «Structure A» og «Structure C», begge med over 30 års operasjonstid.Selve oljeriggen hviler på betongskaft som går ned til havbunnen. Fra «Structure A» ble tre kjernertatt fra utsiden av sjøvannsskaftet over havnivå, samt fire kjerner fra innsiden av utstyrsskaftet.For «Structure C» ble alle de åtte kjernene hentet fra innsiden av utstyrsskaftet. Alle de syvkjernene fra «Structure A» ble analysert ved bruk av alle tre metodene, mens kjernene fra«Structure C» kun ble analysert ved bruk av μ-XRF.
Målemetodene ble sammenlignet ved at kloridinnholdet i de syv betongkjernene fra «Structure A»ble bestemt. Kjernene ble saget i to, hvor den ene halvdelen ble brukt til μ-XRF mens den andreble brukt til ICP-MS og titrering. Kloridinnholdet ble så bestemt ved bruk av de respektiveanalysemetodene og det ble laget kloridprofiler som var grunnlaget for sammenligningen.Nøyaktigheten, sammen med andre aspekter som kompleksitet, effektivitet og allsidighet, ble såvurdert.
Resultatene indikerte at μ-XRF hadde betraktelig lavere nøyaktighet enn de andre metodene forbestemmelse av kloridinnhold. Kloridinntrengningsdybden målt med μ-XRF derimot, vurdert mot etkritisk kloridnivå, Clcrit = 0.07% Cl/betong [g/g], viste seg å kunne bestemmes med en usikkerhetpå under ±2 mm for samtlige betongkjerner. Det ble på bakgrunn av dette, konkludert med atnøyaktigheten av kloridinntrengningsdybden var tilstrekkelig ved bruk av μ-XRF. I tillegg, viste denseg å være svært konkurransedyktig på flere av de andre vurderte aspektene.
Til slutt ble kloridinntrengningsdybden i samtlige betongkjerner bestemt med bruk avμ-XRF. Vurdert mot et kritisk kloridnivå, Clcrit = 0.07% Cl/betong [g/g], varierte dybden mellom3mm og 29 mm i «Structure A» og mellom 0 mm og 34 mm i «Structure C». I «Structure A» finnervi den største inntrengningsdybden i skvalpesonen på utsiden av utstyrsskaftet, mens i «StructureC» finner vi den største inntrengningsdybden på innsiden av utstyrsskaftet, i et områderegelmessig eksponert for sjøvann. Siden den tilsiktede betongoverdekningen er 60±10 mm ibegge konstruksjonene, er det ingen mistanke om kloridindusert armeringskorrosjon i deundersøkte områdene.
Den 270 mm lange betongkjernen som ble hentet fra innsiden av «Structure C» på 201 metersdyp, viste ingen synlige tegn på massetransport fra utsiden av den 1.2 m tykke veggen. Det blederfor konkludert med at det hydrauliske trykket ikke er en dominerende transportmekanisme i enså tett betong, selv ved et slikt dyp. The purpose of this Master Thesis was to look deeper into chloride ingress determination foroffshore concrete structures using μ-XRF. An evaluation of the use of μ-XRF for this purpose wasperformed through a comparison with two other methods of analysis: potentiometric titration andICP-MS. μ-XRF was then used to evaluate the chloride ingress in two offshore concretestructures.
A total of 15 concrete cores were received from our industrial partner, Equinor. The cores werecollected from two different offshore concrete structures, Structure A and Structure C, both withover 30 years of operation. The oil rigs rest on top of concrete shafts which continue all the waydown to the seabed. In Structure A, three cores were collected from the outside of theunsubmerged part of the seawater shaft, and four cores from the inside of the utility shaft. ForStructure C all eight cores were collected from the inside of the utility shaft, at elevations rangingbetween 13 m above to 201 m below sea level. All seven cores from Structure A were analysedusing all three methods for the following comparison, while the eight cores obtained from StructureC were analysed solely using μ-XRF.
The comparison was performed by determining chloride content in the seven concrete cores fromStructure A. The cores were sawn in two, where one half was used in theμ-XRF and the other was profile ground and used for both potentiometric titration and ICP-MS.The chloride content obtained from all three methods was used to generate chloride profiles whichwere used for comparison. Accuracy, in addition to other aspects such as complexity, efficiency,and versatility of the different methods, were considered.
The μ-XRF was found to be significantly less accurate for chloride concentration determinationthan the other methods of analysis. However, the μ-XRF was able to determine the depth at whichthe chloride concentration had reached below Clcrit = 0.07% Cl/concrete [g/g], with an uncertaintyof less than ±2 mm for all concrete cores. Based on this, the accuracy regarding chloride ingressdepth measurements with μ-XRF was considered adequate. In addition, μ-XRF surpassed theother methods on several of the other comparison aspects.
Finally, the chloride ingress depth in all of the concrete cores was determined using μ-XRF. Usinga critical chloride content of Clcrit = 0.07% Cl/concrete [g/g], we found the chloride ingress inStructure A to range from 3 mm to 29 mm. While for Structure C the range was 0 mm to 34 mm.For Structure A the deepest ingress is found in a core collected from the splash zone on theseawater shaft. While for Structure C the deepest ingress was found in a core collected from theinside of the utility shaft, in an area regularly exposed to seawater. As the cover depth of bothstructures is 60±10 mm, there is no reason to suspect chloride-induced reinforcement corrosion inthe investigated areas.
The 270 mm long concrete core collected from the inside of Structure C, at a depth of 201 mbelow sea level, showed no detectable signs of mass transport coming from the outside of the 1.2m thick wall. This led to a conclusion that the hydraulic pressure is not a dominating transportmechanism for such a dense concrete, even at this depth.