U.S. Department of Transportation
Federal Highway Administration
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Washington, DC 20590
202-366-4000
Federal Highway Administration Research and Technology
Coordinating, Developing, and Delivering Highway Transportation Innovations
REPORT |
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Publication Number: FHWA-HRT-16-007 Date: January 2016 |
Publication Number: FHWA-HRT-16-007 Date: January 2016 |
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Sampling and Testing for Chloride Profiles |
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1. |
Data Collected |
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1.1 | Testing of concrete cores to estimate the permeability to chloride ingress and the density and voids characteristics of the concrete. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2. |
Onsite Equipment and Personnel Requirements |
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2.1 | Equipment: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.1.1 | PRE-PL-LO-004, Personal Health and Safety Plan. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.1.2 | Sampling plan with sample locations marked. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.1.3 | Test specimens. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.1.4 | Apparatus specified in AASHTO T 260-97 (2011). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.1.5 | Tape measure. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.1.6 | Digital camera. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.2 | Personnel: PRE-PL-LO-005, Personnel Qualifications. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. |
Methodology |
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3.1 | Test preparation: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.1.1 | Use a 2.5-inch diameter core that has been properly obtained, prepared, and stored using FLD-DC-MS-001, Wet Coring of Concrete Decks. |
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3.1.2 | Record the unique core identifier, and note any damage to the wrapping. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.1.3 | Unwrap the core, removing all four layers of wrapping. Compare sample number and other descriptive information on the wrapping with the similar data on the unwrapped core. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.1.4 | Weigh and record the weight of the core as-received uncut sample. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.1.5 | Photograph the sample (top, bottom, and sides at four quadrants), and create a photo log following FLD-DC-PH-002, Photographing for Documentation Purposes. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.2 | Core sampling: For each core, if conducting both the permeability test and the chloride profile test, use the top 3 inches of the core for the chloride profile and the remainder of the core for the permeability test. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.3 | Laboratory testing: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.3.1 | To minimize the potential for cross-contamination of titrated samples, specimens should be tested in order of anticipated increasing chloride concentration, typically taken from deepest depth increment to shallowest increment. Conduct titration of all specimens from a given sample location in one group, and calculate and analyze results (as outlined below) before proceeding with titration of specimens from the next sample location. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.3.2 | To determine the profile of chloride concentrations as a function of depth at each sample location, determine the diffused chloride contents for depth increments as shown in table 1. The surface chloride value is the chloride content determined for the 0.25–0.75-inch depth range for concrete bridge decks. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Table 1. Chloride Profile Depth Increments.
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3.3.3 | Determine and record the chloride concentration of the powdered sample from each depth increment following AASHTO T 260-97 (2011), Sampling and Testing for Chloride Ion in Concrete and Concrete Raw Materials, procedure A. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.4 | Retain for reference, but do not report, detailed titration records, to include all of the following: the identification and amount of sample, the calibration standards of titrant, the endpoint values of required blank samples, the detailed log of incremental titrant addition and resulting reference voltage readings, and the calculation of endpoint values using the second derivative analysis for each powdered concrete sample. Such information can be captured and stored by automated titration systems and should be archived. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.5 | Take photographs to document the core features using FLD-DC-PH-002, Photographing for Documentation Purposes, and create a photo log. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.6 | Storing data, documents, and images: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.6.1 | FLD-DS-LS-001, Data, Document, and Image Storage—Local, for local storage. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.6.2 | FLD-DS-RS-001, Data, Document, and Image Storage—Remote, for remote storage. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.7 | Reporting: Transfer all metadata, data, documents, and images to Federal Highway Administration (FHWA), and/or upload all metadata, data, documents, and images into the Long-Term Bridge Performance (LTBP) Bridge Portal. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4. |
Data Collection Table |
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4.1 | Table: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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4.2 | Table Key: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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5. |
Criteria for Data Validation |
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5.1 | Precision, bias, and repeatability of the individual tests outlined herein are addressed in the respective ASTM standards that govern the laboratory tests being conducted. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
6. |
Commentary/Background |
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6.1 | The purpose of this protocol is to describe the laboratory test methods to determine the indication of permeability to chloride ingress and density and voids characteristics. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
6.2 | Corrosion of the reinforcement due to chloride ingress is a primary cause of damage to reinforced concrete structures. Sources of chloride in concrete include internal chloride, which refers to chloride added to the concrete at the time of mixing (calcium chloride accelerators for rapid hardening concrete, salt contaminated aggregates, sea water, or other saline contaminated water) and external chloride, which refers to chloride ingress into the concrete from the environment (typically deicer salt and marine salt). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
6.3 | Ions, such as chloride, penetrate into the concrete by various processes, most notably diffusion, eventually reaching the reinforcing steel where chloride accumulates to sufficient concentration to induce corrosion. At such concentrations, chloride destroys the naturally occurring protective film on the reinforcing steel that forms in the highly alkaline environment of concrete. This depassivation leads to severe corrosion when sufficient oxygen and moisture are present at the steel–concrete interface. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
6.4 | Corrosion of mild steel produces oxide products that consume more volume than the original reactants, which causes expansive pressures and subsequent cracking of the surrounding concrete. Therefore, chloride attack could be very critical for the concrete structure. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
6.5 | Identification of chloride attack may be conducted via a combination of visual characterization of the environment and the concrete element condition, as well as chemical and electrochemical testing of the environment and reinforced concrete materials. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7. |
References |
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7.1 | LTBP Protocols: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7.1.1 | PRE-PL-LO-004, Personal Health and Safety Plan. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7.1.2 | PRE-PL-LO-005, Personnel Qualifications. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7.1.3 | FLD-DC-MS-001, Wet Coring of Concrete Decks. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7.1.4 | FLD-DC-PH-002, Photographing for Documentation Purposes. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7.1.5 | FLD-DS-LS-001, Data, Document, and Image Storage—Local. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7.1.6 | FLD-DS-RS-001, Data, Document, and Image Storage—Remote. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7.2 | External: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7.2.1 | AASHTO T 260-97 (2011), Sampling and Testing for Chloride Ion in Concrete and Concrete Raw Materials, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC, 2011. |