Concrete Structure RepairConcrete Structure Repair

1

Dept. of Civil Engineering, Kasetsart University

2

Purpose of Repair

• Control development of deterioration of structures

• Recover their durability• Mitigate negative impact against the pac aga s ethird parties

3

Crack repair methods Surface covering methodCrack repair methods Surface covering method

Injection method

Section repair methods Filling method

Surface coating repair methods exfoliate [VI] ลอกออก

Syn delaminate; desquamateRepair methods Electro‐chemical repair 

methods

Syn. delaminate; desquamateRelated. หลดออกเปนแผน, ตกสะเกด

methods

Electro‐anti‐corrosion th d

Desalination method

Re‐alkalization methodmethod

Others

Re‐alkalization method

Impregnation methodOthers

Prevention method against exfoliation

4

5 6

วสดทคณภาพด (Sound Materials)

การเตรยมการทด(Thorough Preparation)

การดาเนนงานทเหมาสม(Proper Application)

นามาซง

การซอมแซมทนาพงพอใจ(A Satisfactory Repair)

โดยมปจจยเหลานอยางพอเพยงโดยมปจจยเหลานอยางพอเพยง

กาลง (Strength)

ความคงทน (Durability)

ลกษณะภายนอก (Appearance)

ประหยด (Economy)

7

สาเหต ประเภทของรอยราว ขอแนะนาActive Dormant

นาหนกบรรทกทเกดจากอบตเหต xนาหนกบรรทกทเกดจากอบตเหต xความผดพลาดจากการออกแบบ (เหลกเสรมไมเพยงพอ) x ควรมการกาหนดนาหนกบรรทกทรบไดหรออาจ

ตองมการออกแบบใหมและมการซอมแซมหลงจากการออกแบบใหมหลงจากการออกแบบใหม

ความเคนเนองจากอณหภม x อาจจาเปนตองแกไขการออกแบบรวมไปถงการเพมรอยตอเพอการขยายตว

การเกดสนมของเหลกเสรม x การซอมรอยราวอยางเ ดยวอาจไม เ พยงพอการเกดสนมของเหลกเสรม x การซอมรอยราวอยางเดยวอาจไมเพยงพอเนองจากสนมยงคงเกดขนตอเนองและอาจทาใหเกดรอยราวเพม

การทรดตวของฐานราก x x ควรมการวดและตรวจสอบวาการทรดตวของฐานการทรดตวของฐานราก x x ควรมการวดและตรวจสอบวาการทรดตวของฐานรากยงมอยางตอเนองหรอไม

ปฏกรยาระหวางมวลรวมกบดาง x การซอมรอยแตกราวอยางเดยวอาจจะไมเพยงพอเนองจากหากยงมความชน คอนกรตกยงคงเนองจากหากยงมความชน คอนกรตกยงคงเสอมสภาพอยางตอเนอง

กระบวนการกอสรางทไมไดมาตรฐาน (บมคอนกรตไม ไ

xเพยงพอ ไมแบบเคลอนตว เปนตน)ความผดพลาดจากการออกแบบเชน การเชอมวสดทมคาการขยายตวทแตกตางกนมากๆ ซงอาจทาใหเกดความเขมของหนวย

ไป

x

แรงทมากเกนไป (Stress concentration) และระบบรอยตอโครงสรางทไมถกตอง (Faulty joint systems) ได

8

Repair Method for Cracks• Purpose of crack repair

Improve water permeability– Improve water permeability– Enhance durability of concrete

• Methods• Methods– Surface paint type– Injection type– Injection type– Filling type

9

Surface Paint Type

Dept. of Civil Engineering, Kasetsart University

Surface Paint Type

I j i TInjection Type• Injection materials

– Epoxy resinEpoxy resin– Acryl resin– Cement type– Polymer‐cement type

• Core‐boring test or Non‐destructive methoddestructive method

10

Filling TypeDept. of Civil Engineering, Kasetsart University

Filling Type

11 12

Dept. of Civil Engineering, Kasetsart University

• Wire anchor method• High tension wire anchor methodHigh tension wire anchor method

Anchor

Drilling should be carried out by drill, and cement mortar, synthetic resin mortar should be packed.

Prestressing Steel Bar

Example attached outside member

Example attached inside member by drilling (Anchorage portion can be embeded in member.)

There is also a method to embed the steel bars inside concrete.

Crack

p

Prestressing Steel Bar

Space around prestressing steel bar should be grouted.

13 14

15 16

Cross Section Repair

Dept. of Civil Engineering, Kasetsart University

Reinforcing BarCross Section Repair• Removing Unsound  The case extent of chipping becomes

reinforcing bar position on edge side.

鉄筋を露出させる

Reinforcing bar must be exposed.

Concrete– Chipper and breaker, water 

jet robot system

Carry out disposal which does not become feather edge

jet, robot system• Patching and Section Repair

– Primer or base paint of anti‐

Extent of Chipping of Concrete on Sectional Repair Method

corrosive materials– Filling with proper materials

• MethodMethod– Polishing and washing of 

concrete surfaceA l i i / i– Applying primer/anti‐corrosion

– Filling materials– Curing

17

Painting material for concreteTrowel plastering of

sectional repair material

Application of rust-material

Air Hole Air HoleExtent of chipping

Cutter jointReinforcing Bar

Injection Injection

Chipping up to back side of

reinforcing bar as th i About 10 mm

chipping

(b) Mortar injection

the occasion demands.

About 10 mm

(c) Shotcrete method(a) Plaster method ( ) jmethod

(c) Shotcrete method( )

18

Dept. of Civil Engineering, Kasetsart University

19

Dept. of Civil Engineering, Kasetsart University

20

Dept. of Civil Engineering, Kasetsart University

21

Dept. of Civil Engineering, Kasetsart University

22

Dept. of Civil Engineering, Kasetsart University

23

Dept. of Civil Engineering, Kasetsart University

24

DesalinationDesalinationDept. of Civil Engineering, Kasetsart University

• Scope– Remove chloride ion from 

concrete 

Electrolyte Solution

External Electrode

Internal Electrode

Reinforcing Bar

– Passivate reinforcement• Outline

– Current density 1 0 A/m2 / 8

Concrete

Cl-

Cl-

Cl-

– Current density 1.0 A/m / 8 weeks

• MethodP i ti ti

MacrographElectric Power Unit

– Pre‐investigation– Treatment before supplying 

electric currentSetting of receptor s stem– Setting of receptor system

– Electric current– Removal and maintenance

25

Cathodic ProtectionCathodic ProtectionDept. of Civil Engineering, Kasetsart University

• Scope– To restrain the corrosion reaction from generating on the 

i f treinforcement• Outline

Supplying anti corrosion current 10 mA/m2– Supplying anti‐corrosion current  10 mA/m2

– Sacrificed anode type system

AnodeOverlay

y

Concrete

Reinforcing Bar

Electric Power Unit

Protective Current

Electric Protection Method (Plane Anode,External El t i P )Electric Power)

26

Dept. of Civil Engineering, Kasetsart University

27

ElectroElectro‐‐deposition methoddeposition methodDept. of Civil Engineering, Kasetsart University

• For sealing crack• 6 months

Crack Sealing Clogging

AnodeElectric Power

Reinforcing Bar

Reinforcing Bar

Concrete

Concrete

Seawater

Electric PowerCoating by Electro-Deposits

28

ReRe‐‐alkalization methodalkalization methodDept. of Civil Engineering, Kasetsart University

• For corbonated concrete• Alkali solution (K2CO3), 1 A/m2 direct current, 1‐2 weeks

Internal Electrode

Reinforcing Bar

Alkaline Solution

External Electrode

Alkaline solutionConcrete

Alkaline solution

Alkaline solution

Electric Power Unit

Re‐Alkalization MethodMacrograph

29

Dept. of Civil Engineering, Kasetsart University

30

31 32

33 34

1 Di i l St bilit

Materials for RepairMaterials for RepairConsidered Properties of Repair Materials1 Dimensional Stability

• Low shrinkage to avoid tensile cracking or debonding of the repair materials– For cementitious repair low water to binder ratio should be selectedFor cementitious repair, low water to binder ratio should be selected– Use non‐shrinking or expansive materials

2 Coefficient of Thermal Expansion‐ Should be equivalent to the substrate concreteq‐Tensile stress will develop in the material with lower coefficient at high temperature but will ‐Tensile stress develop in the higher coefficient material at low temperature.

3 Compressive Strength‐at least equal to the substrate concrete.  q‐to obtain better bonding between the repair material and the substrate concrete.

4 Tensile StrengthTo ensure high cracking resistance of the repair, it is better for the repair material 

to have higher tensile strength than the substrate concrete. 35

5 Bonding (Adhesion)

Dept. of Civil Engineering, Kasetsart University

5 Bonding (Adhesion)‐bond strength of the repair material should be higher than the shear strength and tensile strength of the substrate (tensile or shear crack must not occur in the repair beforestrength of the substrate (tensile or shear crack must not occur in the repair before occurring in the substrate).

6 Abrasion Resistance‐for repairing of floor, pavement, water tunnel, pier, etc..

7 Modulus of7 Modulus of Elasticity‐Equivalent of modulus ofEquivalent of modulus of elasticity of the two materials‐Preventing of debonding of the 

i t i lrepair material

36

Department of Civil Engineering, Kasetsart University

8 Permeabilityid i i f‐ provide resistance to penetration of 

dangerous substances‐Debonding causes from the prohibit the passage of water vapor high vaporpassage of water vapor high vapor pressure (too low permeability)

9 Chemical Propertiesp‐Aware of reducing the alkalinity of the concrete substrate or nearby

37

Department of Civil Engineering, Kasetsart University

10 Electrical Properties‐ high chloride environment Equivalent of resistivityg q yacceleration of corrosion due to current concentration‐ Problem of electrochemical treatment due to high resistivity repair materials

11 Consideration regarding Service Condition

• Safety during application.  Ventilation, ignition of volatile materials, etc.

• Lowest and Highest Temperature that the material can be applied, for example , highest temperature for epoxy is not over 60 ‐ 80  C (cementitious materials are b f h d )better for this condition).

38

Department of Civil Engineering, Kasetsart University

217547, Infrastructure System Evaluation and Retrofit 39

Department of Civil Engineering, Kasetsart University

P ibl i l ti i t i tPossible corrosion locations in concrete repair systems.

217547, Infrastructure System Evaluation and Retrofit 40