Maximum likelihood estimation for parameters of chloride induced corrosion of concrete bridges

Most of the concrete structures that exist today have been built more than 50 years ago. These structures, especially bridges are subjected to different deterioration processes. In Montreal bridges are mainly exposed to deicing salts during the winter. Deicing salts are one of the main sources of corrosion in steel reinforcements that are embedded in concrete. The corrosion causes severe damage to bridges and these damages need an increasing amount of resources to be repaired. In this thesis the main objective is to calibrate a model for the time history of chloride penetration in concrete as a function of data obtained from core samples data. In this thesis the TransChlor® model was used to find the time history of chloride ion concentrations as a function of depth for a bridge located in Montreal. The main feature of the TransChlor model is that it takes into account real climatic data to determine the amount of chloride penetration into the concrete. A total of 45 years of climatic data from Montreal was obtained in order for TransChlor to model the time history of chloride ions exposure during the entire service life of the bridge. The main parameters that are investigated in this thesis are the hydraulic diffusion coefficient (DHR), the capillarity diffusion (DCAP) and the chloride diffusion coefficient (DCL). A maximum likelihood estimation procedure is used to determine the distribution of these parameters as a function of core sample observations. It is also found that an important input parameter is the water dissolution ratio for salt. The analyses performed for two depths within the concrete identify different sets of optimal parameters. The dominant concrete parameter for predicting chloride ion content at 25 mm depth is found to be the coefficient of diffusion by capillarity, while the dominant concrete parameter for chloride ion content at 50 mm is the coefficient of hydraulic diffusion.Key Words: TransChlor, Initiation of corrosion, Ion transport model, Concrete properties, Maximum Likelihood, Bridge deterioration.La plupart des structures en béton qui existent aujourd'hui ont été construites il y a plus de 50 ans. Ces structures, en particulier les ponts sont soumis à différents processus de détérioration. À Montréal, les ponts sont principalement exposés aux sels de déglaçage durant l'hiver. Les sels de déglaçage sont l'une des principales sources de corrosion dans les armatures d'acier qui sont incorporés dans le béton. La corrosion provoque de graves dommages aux ponts et ces dommages requièrent des ressources important les réparer ou remplacer les ponts.. L'objectif principal de cette thèse est d'optimiser la modélisation de la pénétration des ions de chlorure dans le béton en fonction du temps à partir d'un modèle physique et de données obtetnues de carottes prélevées sur un ouvrage. Dans cette thèse, une méthodologie est développée et appliquée avec le modèle de transport d'ions de chlorure TransChlor®.Une des caractéristiques du modèle TransChlor est qu'il utilise les données climatiques pour déterminer la quantité de sel répandu et la pénétration des chlorures dans le béton. Le modèle est utilisé pour modé;iser un pont localisé à Montréal avec une vie de service de 45 ans. TransChlor Les principaux paramètres qui ont été étudiés sont le coefficients de diffusion hydrique, de capillairté et d'ions chlorure. Une approche statistique a été utilisée pour déterminer ces paramètres en fonction des concentrations mesurées sur des carottes de béton prélevées sur un pont en service. Les paramètres optimaux sont obtenus pour la pénétration des ions chlorures à 25 mm et à 50 mm de profondeur. Le coefficient de diffusion en capillarité domine pour les observations à 25 mm tandis que le coefficient de diffusion hydrique domine à 50 mm.Mots clés: TransChlor, Initiation de la corrosion, transport des ions chlorures, propirétés du béton, estimation statistique, deterioration des ponts