Details:

Creators:
Frosch, Robert J. ;   ; Labi, Samuel ; Samdariya, Ashish ; Ye, Qing 
Frosch, Robert J. ;   ; Labi, Samuel ; Samdariya, Ashish ; Ye, Qing  Less -
Corporate Creators:
Purdue University. Joint Transportation Research Program
Corporate Contributors:
Indiana. Dept. of Transportation ; United States. Federal Highway Administration
Indiana. Dept. of Transportation ; United States. Federal Highway Administration Less -
Subject/TRT Terms:
[+]
Benefit Cost Analysis Bond Strength (Materials) Bridge Decks Coatings Corrosion Resistant Materials Cracking Deterioration Life Cycle Costing Monte Carlo Method Reinforcing Materials Service Life Stainless Steel
Publication/ Report Number:
FHWA/IN/JTRP-2014/17
Resource Type:
Tech Report
Geographical Coverage:
Indiana
Corporate Publisher:
Purdue University. Joint Transportation Research Program
Abstract:
Deterioration of bridge decks is a primary factor limiting the lifespan of bridges especially in cold climates where deicing salts are commonly used. 

While controlling deck cracking or decreasing the permeability and porosity of concrete can improve performance and service life, chloride and 

moisture  ingress  as well  as  cracking  cannot  be  eliminated.  Full‐depth  cracks which  are  caused  by restrained shrinkage  allow for  corrosive 

conditions at early ages for both the top and bottom reinforcement mats. Therefore, the use of corrosion‐resistant reinforcement is essential to 

mitigate deterioration of bridge decks. The objective of this research program to examine the efficacy of using alternative materials in a bridge 

deck from both technical and economic perspectives. For the technical evaluation (Volume 1), a three phase experimental investigation was 

conducted considering a wide range of corrosion‐resistant reinforcing materials. These materials included stainless steels, microcomposite steel, 

and coated steels considering a variety of metallic and nonmetallic coatings. The first phase evaluated the bond between corrosion‐resistant 

reinforcement and concrete using lap splice tests. The second phase evaluated the cracking behavior of slabs reinforced with corrosion‐resistant 

reinforcement. Finally, the third phase evaluated corrosion resistance under uncracked and cracked conditions using macrocell test specimens. 

Transverse  steel  was  also  tied  to  the  longitudinal  steel  to  simulate  actual  bridge  deck  conditions.  Recommendations  are  provided  on 

development and splice lengths for both conventional black and corrosion‐resistant reinforcing steel, control of cracks widths, as well as the 

selection,  design,  and  construction  of  corrosion‐resistant  reinforcement.  For  the  economic  evaluation  (Volume  2),  a  decision  support 

methodology  and  associated spreadsheet  tool  for  robust  analysis  of  the  cost‐effectiveness  of  alternative  material  types  for  bridge  deck 

reinforcement was developed. The two evaluation criteria are agency and user costs, and the input data that influence this criteria include the 

deck service life, material process, discount rate, detour length, and bridge size. The methodology incorporates analytical techniques that include 

life cycle analyses to evaluate the long‐term cost and benefits of each material over the bridge life; Monte Carlo simulation to account for the 

probabilistic  nature  of  the  input  variables; stochastic  dominance  to  ascertain  the  probability  distribution  of the  outcome that  a specific 

reinforcement material is superior to others; and analytical hierarchical process to establish appropriate weights for the agency and user costs. 

The study methodology is demonstrated using a case study involving three reinforcement material alternatives: traditional (epoxy‐coated) steel, 

zinc‐clad steel, and stainless steel. Through this study, it is demonstrated that the use of corrosion‐resistant reinforcing materials can significantly 

increase bridge deck life, reduce agency and user costs associated with bridge deck rehabilitation and maintenance, and thus lower the financial 

needs for long‐term preservation of bridges


Format:
PDF
Funding:
SPR-3422
Collection(s):
US Transportation Collection
Main Document Checksum:
[+]
urn:sha256:826b3e015435044ca1050f11deb37722c7d81777b327da175bd414fc20c4fd3a
Download URL:
https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/29534/dot_29534_DS1.pdf
File Type:

Supporting Files

• No Additional Files

More +