Summary
Deze paper meet de geometrie en de hoeveelheid corrosie van een steel bar met behulp van verschillende methoden: massa verlies, remklauwen, drainage metingen, 3D scannen en Röntgen micro-berekend tomografie (XCT).
Abstract
De onregelmatige en ongelijke resterende secties langs de lengte van een gecorrodeerde stalen balk wezenlijk veranderen de mechanische eigenschappen en de veiligheid en prestaties van een bestaande betonnen constructie aanzienlijk te domineren. Dientengevolge, is het belangrijk om te meten de geometrie en de hoeveelheid corrosie van een stalen balk in een structuur naar behoren te beoordelen van de resterende rekening houdend met de capaciteit en levensduur van de structuur. Deze paper introduceert en vergelijkt vijf verschillende methoden voor het meten van de geometrie en de hoeveelheid corrosie van een stalen balk. Een enkele 500 mm lang en 14 mm diameter staal bar is het model dat is onderworpen aan de versnelde corrosie in dit protocol. De morfologie en de hoeveelheid corrosie werden zorgvuldig gemeten vóór en na het gebruik van massa verlies metingen, van een schuifmaat gemeten, drainage metingen, 3D scannen en Röntgen micro-berekend tomografie (XCT). De toepasbaarheid en de geschiktheid van deze verschillende methoden werden vervolgens geëvalueerd. Uit de resultaten blijkt dat de schuifmaat gemeten de beste keuze is voor het meten van de morfologie van een niet-gecorrodeerd bar, terwijl 3D scannen het meest geschikt is voor het kwantificeren van de morfologie van een gecorrodeerde bar.
Introduction
Corrosie van een stalen balk is één van de belangrijkste redenen voor de verslechtering van een betonnen constructie en wordt veroorzaakt door concrete carbonatatie en/of chloride binnendringen. In concrete carbonatatie neigt corrosie te worden gegeneraliseerd; terwijl in chloride inbraak, wordt het meer gelokaliseerde1,2. Ongeacht wat de oorzaken zijn, corrosie scheuren van de concrete cover van radiale uitbreiding van corrosie producten, verslechtert de band tussen een stalen balk en zijn omliggende beton, doordringt de bar oppervlakken, en vermindert de bar oppervlakte van de dwarsdoorsnede aanzienlijk3,4.
Als gevolg van het gebrek aan homogeniteit van structurele beton en variaties in de omgeving van de service, corrosie van een stalen balk treedt op willekeurig over het oppervlak en langs de lengte met grote onzekerheid. In tegenstelling tot de algemene uniforme corrosie veroorzaakt door carbonatatie concrete, veroorzaakt de putjes corrosie veroorzaakt door chloriden intrusion aanval penetratie. Bovendien, het zorgt ervoor dat het resterende gedeelte van een gecorrodeerde bar variëren aanzienlijk onder de balk oppervlak en lengte. Als een resultaat, de bar ductiliteit daling van de sterkte en bar. Uitgebreid onderzoek heeft verricht te bestuderen van de effecten van corrosie op de mechanische eigenschappen van een steel bar5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14,15. Echter heeft minder aandacht besteed aan de meetmethoden van morfologische parameters en kenmerken van de corrosie van stalen staven.
Sommige onderzoekers hebben massa verlies gebruikt om te evalueren van het bedrag van de corrosie van een steel bar5,10,11,14. Echter deze methode kan alleen worden gebruikt voor het bepalen van de gemiddelde waarde van de resterende secties en de verdeling van de secties langs de lengte niet meten. Zhu en Franco hebben deze methode verbeterd door een enkele stalen balk snijden in een reeks van korte segmenten en een gewicht van elk segment om te bepalen van de variaties van de gebieden van de resterende secties langs haar lengte13,14. Echter, deze methode leidt tot extra verlies van het staal materiaal tijdens het snijden en niet raken de minimale residuele sectie van de gecorrodeerde bar precies, die domineert zijn draagvermogen. Van een schuifmaat gemeten wordt ook gebruikt voor het meten van de geometrische parameters van een steel bar14,15. Echter, het resterende gedeelte van een gecorrodeerde bar is zeer onregelmatig, en er is altijd een aanzienlijke afwijking tussen de gemeten en de werkelijke sectionele dimensies van een gecorrodeerde bar. Op basis van Archimedes principe, Clark et al. aangenomen de drainage-methode voor het meten van de resterende secties van een gecorrodeerde balk over de lengte, maar verplaatsing van de balie werd handmatig gecontroleerd zonder aanzienlijke nauwkeurigheid in dit geval11. Li et al. deze drainage methode verbeterd door de verplaatsing van een stalen balk automatisch te besturen met behulp van een elektromotor en maatregel resultaten nauwkeuriger16. Tot slot, de laatste jaren, met de ontwikkeling van 3D scanning technologie, deze methode is gebruikt voor het meten van de geometrische afmetingen van een steel bar17,18,19,20. Met behulp van 3D scannen, de diameter, resterende gebied, centroid, excentriciteit, traagheidsmoment en corrosie penetratie van een stalen balk kan precies worden verkregen. Hoewel onderzoekers deze methoden in verschillende experimentele settings gebruikt hebben, is er geen een vergelijking en evaluatie van de methoden met betrekking tot hun nauwkeurigheid, geschiktheid en toepasbaarheid.
Corrosie, met name putjes corrosie, in vergelijking met de generalized corrosie, niet alleen verandert de mechanische eigenschappen van gecorrodeerde bars, maar vermindert ook de resterende rekening houdend met de capaciteit en levensduur van betonnen constructies. Meer nauwkeurige metingen van morfologische parameters van gecorrodeerde stalen staven voor de ruimtelijke variabiliteit van corrosie langs bar lengte zijn absoluut noodzakelijk voor meer redelijke evaluaties van bar mechanische eigenschappen. Dit zal helpen met het beoordelen van de veiligheid en betrouwbaarheid van gewapend beton (RC) structuren beschadigd door corrosie nauwkeuriger21,22,23,24,25,26 ,27,28,29.
Dit protocol vergelijkt de vijf besproken methodes voor het meten van de geometrie en de hoeveelheid corrosie van een stalen balk. Een single, 500 mm lang en 14 mm in diameter, platte ronde staaf werd gebruikt als het specimen en onderworpen aan de versnelde corrosie in het lab. De morfologie en het niveau van corrosie werden zorgvuldig gemeten vóór en na het gebruik van elke methode, met inbegrip van de massa verlies, van een schuifmaat gemeten, drainage metingen, 3D scannen en Röntgen micro computertomografie (XCT). Tot slot, de toepasbaarheid en de geschiktheid van elk werden geëvalueerd.
Het moet worden opgemerkt dat de geribbelde bars ingebed in beton, niet de gewone bars blootgesteld aan lucht, worden vaak gebruikt in betonconstructies en onderworpen aan corrosie. Voor geribde bars, de schuifmaat gemeten mogen niet worden zo gemakkelijk toegepast. Omdat deze bars corrosie in beton, is hun oppervlakte penetratie meer onregelmatige vergeleken met bars blootgesteld aan lucht11. Echter is dit protocol gericht op de toepasselijkheid van de analyse van verschillende meetmethoden op dezelfde bar; Daarom gebruikt het een naakte gewoon bar als het model te elimineren van de invloed van de ribben en concrete gebrek aan homogeniteit op metingen van morfologische parameter. Verdere werkzaamheden over het meten van gecorrodeerde geribde balken met behulp van andere methoden kan worden uitgevoerd in de toekomst.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. het testen van het model en het productieproces
- Verwerven van een 500 mm lang, de 14 mm diameter platte stalen bar (grade Q235) voor de productie van de proefstukken.
- Het oppervlak van de bar Pools met een fijn schuurpapier te verwijderen van de molen schalen op het oppervlak.
- Snijd de balk bij 30 mm en 470 mm vanaf de linkerkant, zoals aangegeven in Figuur 1, met behulp van een snijmachine.
- De gewichten van de drie bar specimens, met behulp van een digitale elektronische weegschaal meet.
- Meet de diameters van de drie monsters volgens de vijf methoden beschreven in stap 2, en de resultaten van de niet-gecorrodeerd bar specimens registreren.
- Corrosie van het 440 mm bar model met de elektrochemische methode, zoals hieronder:
- Dekking 70 mm van elk uiteinde stevig met isolatietape. Een elektrische draad hechten aan één uiteinde van het 440 mm bar model.
- Meng een kleefmiddel is bevestigd met een verharder in een 1:1 verhouding tot het maken van epoxyhars. De epoxyhars van toepassing op de geïsoleerde 70 mm uiteinden van de balk specimen gelijkmatig aan beide uiteinden te beschermen tegen corrosie.
- Plaats de 440 mm lange bar model in een kunststof watertank met 3,5% NaCl als een elektrolyt en een koperen plaat als een kathode.
- Sluit het ene uiteinde van de balk specimen als een knooppunt naar de positieve pool en de kathode koper-plaat naar de negatieve pool van een gelijkstroom (DC) power leverancier, respectievelijk, instellen van een elektrisch circuit voor de versnelde corrosie van de balk specimen.
- Schakel de DC voeding toe te passen van een constante gelijkstroom van 2,5 μA/cm2 op de bar model voor de gehele periode van corrosie.
- Schakel de stroom naar het beëindigen van de corrosie verwerken wanneer het bedrag van corrosie van de balk specimen het verwachte niveau van corrosie, bereikt als geschat aan de hand van de wet van Faraday.
- Plaats de bovenstaande gecorrodeerd bar model in een 12% HCl oplossing tank voor 30 minuten om de corrosie-producten van het oppervlak. Dompel de zuur-schoongemaakt bar model in een bak water verzadigde kalk voor neutralisatie en verder schoon met leidingwater.
- Droog het bovenstaande gereinigd gecorrodeerde bar model in de lucht. Mark arbied voor de meting.
- Meten van de morfologische parameters en de omvang van de corrosie van de gecorrodeerde bar model.
Opmerking: Reiniging heeft invloed op de massa verlies van een gecorrodeerde stalen balk. Verschillende soorten zuuroplossing en de verschillende tijden van onderdompeling in de zure oplossing zou verschillende hoeveelheden massa verlies veroorzaken. In deze test, echter geen vergelijking werd gemaakt tussen de verschillende reinigingstechnieken, consistentie, de reiniging proces volgt de China nationale standaard voor testmethoden voor langdurige prestaties en duurzaamheid van gewone concrete30.
2. de meetmethoden en Procedures
- Massa verlies methode
- Plaats een elektronische schaal op een horizontale platform en het nul.
- Plaats de gepolijste bar model voor corrosie horizontaal op de elektronische schaal en neem een lezing uit de schaal als de massa van een niet-gecorrodeerd staal bar m0 (g).
- Plaats de schoongemaakte bar specimen na corrosie horizontaal op de elektronische schaal en neem een lezing uit de schaal als de massa van de gecorrodeerde stalen bar mc (g).
- Berekent het bedrag van corrosie van de balk met behulp van een vergelijking van Qcor(mc-m0) = /m0x 100%.
- Berekenen van de gemiddelde oppervlakte van het resterende gedeelte van de gecorrodeerde bar model met behulp van een vergelijking Asc=As0(1 -Qcor), waar, As0 is het gebied van een niet-gecorrodeerd stalen balk.
- Schuifmaat gemeten methode
- Markeren van het oppervlak van de bar specimen langs de lengte in intervallen van 10 mm vanaf de linkerkant van de balk met behulp van een viltstift, zoals aangegeven in Figuur 1.
- Verplaats de Vernier-omvang van de remklauw op de oorspronkelijke positie. Maak de twee kaken elkaar raken en line-up van de twee nul lijnen van de Vernier en belangrijkste schalen. Vervolgens drukt u op haar nul op nul van de Vernier-schaal.
- Plaats de schuifmaat gemeten over de diameter van de bar model. De schuifmaat schaal te maken zijn twee kaken raken de balk verplaatsen zacht oppervlak. Meten van de diameter van de bar specimen op het gemarkeerde gedeelte en op de opgegeven hoek.
- Herhaal stap 2.2.3 vier keer voor het meten van de bar diameters op de gemarkeerde sectie en onder een hoek van 0°, 45°, 90° en 135°, respectievelijk, zoals weergegeven in Figuur 2.
- Gemiddelde van de bovenstaande vier gemeten diameters en nemen het als de representatieve diameter Dik (mm) van de balk specimens op het gemarkeerde gedeelte.
- Berekenen van de oppervlakte van de dwarsdoorsnede van de balk specimens op de gemarkeerde sectie met behulp van een vergelijking Aik=pDik2/4 (2mm).
- Herhaal stap 2.2.3 tot en met 2.2.6 voor alle gemarkeerde secties van de bar model voor het meten van de verdeling van haar kruissecties langs de lengte na corrosie.
- Drainage methode
- Instellen van de elektromechanische universele testen machine (VEU), zoals afgebeeld in Figuur 3.
- Plaats een container glas onder het hoofd van de machine van het VEU en giet leidingwater in de container, totdat het water het stopcontact bereikt.
- Plaats een 200 mL-bekerglas op het platform van een elektronische schaal rechts onder de uitlaat van de container voor glas.
- Klem een einde van de balk monster met behulp van het hoofd van het VEU machine verticaal.
- Overschakelen op de machine van het VEU haar hoofd naar beneden om langzaam te bewegen tot het andere einde van de bar specimen net raakt de bovenkant van het water in de container.
- Neem de eerste lezing van de elektronische schaal als Mik.
- Start de machine van het VEU als wilt verplaatsen van de bar specimen naar beneden in het water in de container met een snelheid van 1,0 mm/min.
- De laatste lezing van de elektronische schaal als Mi + 1 voor de massa van het water dat is aangezuiverd nemen vanuit de container vanwege de 10 mm-verplaatsing van de balie specimen in het water in de container.
- Neem aan dat de doorsnede van de 10 mm ontheemd bar specimen is uniform, berekenen van de oppervlakte van de dwarsdoorsnede van de h= 10 mm ontheemd bar met behulp van de vergelijking van Aik= (Mi + 1 - Mik) / (Ρh), waar (Mi + 1 - Mik ) is de gemeten massa van het water geloosd vanuit de container voor de 10 mm ontheemd bar model. Ρ = 1, 000 kg/m3 is de dichtheid van water.
- Herhaal stap 2.3.6 aan 2.3.9 voor elk 10 mm lang ontheemde bar specimen tot verdringt de hele lengte van de staaf in het water te meten van de verdeling van de bar kruissecties langs de lengte.
- 3D methode voor het scannen
- Spray wit ontwikkelaar op het oppervlak van de bar model en het in de lucht te droog. Plaats het horizontaal op het platform van een 3D-scanner, zoals aangegeven in Figuur 4.
- Kalibreren van de positie van de balk specimen op het platform van de 3D-scanner door willekeurig witte puntjes op etiketpapier voor de 3D-reconstructie van de balk specimen.
- Na de lancering van de 3D-scanner en de bijbehorende software van de extractie van de gegevens, het scannen van de bar specimen langs zijn lengte en verzamelen de corresponderende gegevens via de 3D-scanner gescand. Gebruik instructies van de fabrikant.
- Ontwikkelen van het ruimtelijke model van de bar model met behulp van de software en het verzamelen van de voor hen geldende datum-bestanden.
- Het ontwikkelde van ruimtelijke modelgegevens van de balk plaatsen specimen en twee zelf gecompileerde MATLAB-programma's in dezelfde map van een computer.
- De eerste MATLAB-programma uitvoeren op de modelgegevens van de ontwikkelde ruimtelijk van de bar model om de relevante MAT bestand te genereren. Sla het verkregen MAT bestand in dezelfde map.
- Het tweede MATLAB-programma uitvoeren op het bovenstaande verkregen MAT bestand voor het genereren van de relevante morfologische gegevens van de bar specimen, met inbegrip van doorsnede traagheidsmoment, polar traagheidsmoment, excentrieke afstand enz.
- XCT methode
Opmerking: Nadat de vier metingen op de 440 mm lang bar specimen, de vijfde meting werd gedaan op de 30 mm lang bar exemplaren met behulp van de methode XCT als gevolg van de bar lengte beperking.- Knippen van een 30 mm bar specimen uit beide uiteinden van een 500 mm lang stalen balk en de 440 mm lang gecorrodeerde stalen balk, zoals weergegeven in Figuur 1. Gebruik ze als de niet-gecorrodeerd en gecorrodeerde bar specimens, respectievelijk.
- De staaf van de plaats exemplaren op de draaibare platform van de XCT instrument, zoals afgebeeld in Figuur 5. Sluit de deur van het XCT-instrument. De bar specimen is ingeklemd tussen de radioactieve bron en de signaalontvanger van het XCT-instrument.
- De XCT bewerking software geïnstalleerd op een computer instellen schieten parameters uitvoeren. Aanpassen van de bar specimen aan de schietpartij positie.
- De pixel grootte en vergroting factor in de tabel "image control" van de XCT instrument bewerking software instellen
- Het instrument XCT uitvoeren door te klikken op de knop Start om te scannen de bar model. De gescande gegevens verzamelen van bar model.
- Run het softwarepakket van de bovenstaande gegevens tot de geometrische parameters van de bar gescand specimen dienovereenkomstig.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figuur 6 toont de diameters van de 500 mm lang niet gecorrodeerd bar model in een hoek van 0 °, 45 °, 90 ° en 135 ° voor elke sectie langs de lengte gemeten met behulp van Vernier remklauwen. De balken werden vervolgens gesneden in drie delen, zoals afgebeeld in Figuur 1.
Figuur 7 presenteert de transversale gebieden van de niet-gecorrodeerd bar exemplaren langs de lengte gemeten met behulp van de methoden van vier en vijf, respectievelijk, de 440 mm lang middendeel en het lange eind van 30 mm.
Figuur 8 toont de ruimtelijke beelden en drie dwarsdoorsneden van de gecorrodeerde bar model gemeten met behulp van 3D-scannen en XCT methoden, respectievelijk.
Figuur 9 meldt de transversale gebieden van de gecorrodeerde bar specimen langs de lengte gemeten met behulp van vier en vijf methoden voor de 300 mm en 30 mm lange exemplaren.
Tabel 1 geeft een overzicht van de diameter van de 30 mm lang, niet-gecorrodeerd bar model gemeten met behulp van de remklauwen, de 3D scannen en de XCT methodes.
Figuur 1: Steel bar specimen. Figuur 1 toont de details van de bar exemplaren. Twee 30 mm lange eind delen 
en 
werden gebruikt als de niet-gecorrodeerd specimens. De 440 mm lange Midden deel 
werd gebruikt als de gecorrodeerde bar model. De drie delen werden gesneden uit de 500 mm lang stalen balk op afstanden van 30 en 470 mm, respectievelijk, vanaf de linkerkant van de stalen balk. Dit cijfer is gewijzigd van de figuren 1 en 2 door Li, et al.. 16. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: hoeken van bar diameter meting met behulp van schuifmaat gemeten. Dit toont de hoeken van bar diameter meting met behulp van de schuifmaat gemeten op elke doorsnede langs de bar lengte. Dit cijfer is gewijzigd van Figuur 3 door Li, et al.. 16. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: apparaat voor de drainage methode. Dit toont de elektromechanische universele testen machine (VEU) voor de drainage-methode. Dit cijfer is gewijzigd van Figuur 4 door Li, et al.. 16. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4: apparaat uit 3D scannen en exemplaren van de gemarkeerde balk. Dit toont het apparaat van het 3D-scannen en de gemarkeerde bar specimens worden gescand. Dit cijfer is gewijzigd van Figuur 5 door Li, et al.. 16.Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5: XCT apparaat. Dit toont de XCT-instrument en de bar model dat moet worden gescand. Dit cijfer is gewijzigd van Figuur 7 door Li, et al.. 16. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 6: de gemeten diameters van de 500 mm lang niet-gecorrodeerd bar met behulp van de schuifmaat gemeten. Dit toont de diameters van de 500 mm lang niet gecorrodeerd bar gemeten met behulp van de schuifmaat gemeten. Figuur 6A toont de diameters gemeten op vier verschillende hoeken in elke sectie langs de bar lengte. Figuur 6B presenteert het maximum, minimum en afwijking van de gemeten diameters op vier verschillende hoeken. Dit cijfer is herdruk van Figuur 8 door Li, et al.. 16. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 7: de gemeten sectionele gebieden van de niet-gecorrodeerd bar specimen dwars op de lengterichting. Figuur 7A toont de gemeten sectionele gebieden van de 440 mm lange bar specimen langs de lengte voordat de corrosie. Figuur 7B toont de gemeten sectionele gebieden van de 30 mm lang niet gecorrodeerd einde bar specimens. Dit cijfer is herdruk van Figuur 9 door Li, et al.. 16. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 8: de ruimtelijke beelden en drie dwarsdoorsnede van de gecorrodeerde bar model gemeten met behulp van 3D-scannen en XCT methode. Figuur 8A toont de ruimtelijke beelden van het 440 mm lang gecorrodeerde bar model gemeten met behulp van 3D scannen. Figuur 8B presenteert de beelden van drie cross-secties van de gecorrodeerde bar model gemeten met behulp van de methode XCT. Dit cijfer is gewijzigd van de cijfers 10 en 11 door Li, et al.. 16. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 9: de gemeten doorsnede van de gecorrodeerde bar specimen dwars op de lengterichting. Figuur 9A toont de gemeten doorsnede van het specimen 300 mm lang gecorrodeerde bar langs de lengte. Figuur 9B meldt de gemeten gebieden van het monster 30 mm lang gecorrodeerde bar. Deze figuur heeft verwezen naar de cijfers 12 en 13 van Li, et al.. 16 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
| Diameter (mm) | Remklauw methode | XCT methode | 3D methode voor het scannen |
| Maximaal | 14.22 | 14.27 | 14,34 |
| Minimum | 14.19 | 14.26 | 14,31 |
| Afwijking | 0.03 | 0,01 | 0.03 |
Tabel 1: de gemeten diameters van de 30 mm lang niet-gecorrodeerd bar model met behulp van de remklauw, 3D scannen en XCT methoden. Dit geeft een overzicht van de maximale en minimale diameters van de 30 mm lang niet gecorrodeerd bar specimens gemeten met behulp van drie methoden. Dit cijfer is gewijzigd van tabel 1 door Li, et al.. 16.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Figuur 6A en 6B tonen aan dat de gemeten diameters van de niet-gecorrodeerd bar specimen niet aanzienlijk over de lengte variëren. Het maximale verschil tussen de gemeten diameters langs de bar is slechts ongeveer 0.11 millimeter met een maximale afwijking van 0,7%. Dit geeft aan dat de geometrie van een niet-gecorrodeerd bar kan worden goed geëvalueerd met behulp van een schuifmaat gemeten. Echter, de gemeten diameters onder verschillende hoeken van de dezelfde dwarsdoorsnede consequent en aanzienlijk van elkaar verschillen. Voor de gegeven bar specimen, de maximum en minimum diameters van 14.62 en 14.05 mm optreden in een hoek van 45° en 135° met een maximale afwijking van 4%. Met andere woorden, is de doorsnede van een niet-gecorrodeerd bar niet perfect rond, maar ovaal. Daarom moet aandacht worden besteed aan het meten van de balk diameter als de werkelijke oppervlakte van de dwarsdoorsnede wordt direct berekend op basis van de gemeten diameter van de stalen balk.
Naast het meten van de vlakte diameter met Vernier remklauwen, wij ook gebruikt XCT en 3D methoden voor het meten van de dwarsdoorsnede van een rib-bar, waarvoor Vernier remklauwen kan niet gemakkelijk worden gebruikt. Ook vonden voor de rib bar we verschillende diameters onder verschillende hoeken. De gewone bar specimen in dit document wordt gebruikt, aangezien het kan worden gemeten met behulp van alle vijf verschillende methoden voor de vergelijking.
De stalen staven in betonconstructies zijn voornamelijk in spanning of compressie. Vandaar, voor de gegeven sterkte, het draagvermogen van een stalen balk hangt haar kruis doorsnede. Ervan uitgaande dat er 4,0% verschil tussen het maximum en de minimum diameter bij de verschillende hoeken en de bar dwarsdoorsnede is elliptisch, de oppervlakte wordt berekend door A=∏(d-0.04d)(d+0.04d)/4 = 0.998∏d2/4 met een verschil van 0.016% van bar ruimte voor het gegeven 4,0% verschil in diameter. Vandaar, vanwege de verschillende diameters onder verschillende hoeken, de bar doorsnede vermindert. Echter dit bar doorsnede verschil lijkt minder belangrijk, in vergelijking met de bar diameter verschil in dezelfde sectie.
Figuur 7A en 7B tonen aan dat de sectionele gebieden van de niet-gecorrodeerd bar gemeten met behulp van de methoden voor het massale verlies, remklauw metingen, 3D scannen en XCT niet variëren aanzienlijk van de ene methode vanuit een ander, met uitzondering van enkele punten gemeten met behulp van de methode van afvoer. Dit was omdat er enkele onzekerheden met behulp van de methode, drainage, zoals de oppervlaktespanning van een water-lamp, obligatie-actie tussen water en de buis en het vochtgehalte van een bar oppervlak. Bijvoorbeeld, als de bar oppervlak is te droog wanneer het wordt verplaatst naar de watercontainer, het zou absorberen een deel water eerst alvorens het lozen van water uit de container. Als de oppervlaktespanning van een lamp water groter dan 90° is wanneer het door een buis stroomt, kan minder water geloosd worden uit de container verwijdert via de glazen buis voor de eerste 10 mm ontheemde bar. Als een resultaat, het bedrag van corrosie van de bar zou specimen overschat en de werkelijke resterende gebied van de gecorrodeerde balk zou onderschat. Als de balk blijft specimen bewegen in de container, dat de druk wordt opgebouwd in de buis totdat de weerstand van de wrijving tussen het water en buis oppervlak wordt overwonnen; Dus, zou veel meer water voor het daaruit voortvloeiende 10 mm ontheemde bar model worden geloosd in de container. Als een resultaat, het bedrag van corrosie van de bar zou specimen onderschat en de werkelijke resterende gebied van de gecorrodeerde balk zou worden overschat. Dit is de reden waarom het gemeten gebied van de bar model met behulp van de methode van afvoer is minder stabiel en consistent vergeleken met die gemeten volgens andere methoden.
Bovendien, liggen tabel 1 , ook toont aan dat de diameters van de 30 mm lange niet-gecorrodeerd bar model gemeten met behulp van de schuifmaat gemeten, de 3D scannen en XCT methode dicht bij elkaar. Daarom kunnen de vier methoden van massa verlies, remklauw meting, 3D scannen en XCT methode worden gebruikt om te definiëren de sectionele kenmerken van een staal van niet-gecorrodeerd bar meer precies.
Bovendien, door middel van een uitgebreide vergelijking van de gebruikte instrumenten, de test kosten, de efficiëntie, de meetnauwkeurigheid van de bovenstaande vier verschillende methoden, wordt het duidelijk dat de remklauw methode het meest geschikt voor het meten van de morfologie van is een stalen balk niet gecorrodeerd vanwege zijn eenvoud, hoge efficiëntie en nauwkeurigheid in vergelijking met andere methoden.
Er worden op gewezen dat, zoals blijkt uit Figuur 1, de gesneden einde oppervlakken van beide 30 mm lang niet gecorrodeerd bars niet perfect vlakke en dwars rechte waren. Dit kan ertoe leiden dat sommige verschillen over de bar werkelijke lengte gemeten met behulp van de schuifmaat gemeten en, op zijn beurt, de afwijking van de berekende sectionele gebieden van de gemeten massa verlies of volume variatie. Vandaar, zijn er enkele verschillen van de gemeten sectionele gebieden van de niet-gecorrodeerd balken tussen figuur 7A en 7B.
Figuur 8A en 8B tonen aan dat, als gevolg van de verwijdering van metaal uit bar oppervlak onregelmatig via elektrochemische reactie proces, de resterende doorsnede van de gecorrodeerde bar specimen is geen circulaire of elliptische. In plaats daarvan werd het heel onregelmatig en gevarieerde aanzienlijk langs de lengte van de gecorrodeerde bar.
Figuur 9A en 9B Toon de resterende gebieden van de doorsnede van de gecorrodeerde bar specimens langs de lengte die werden gemeten met behulp van massa verlies, remklauwen, drainage methode, 3D scannen en de XCT-methode. Het is duidelijk dat voor de gecorrodeerde bar specimen, de massa verlies-methode kan alleen produceren de gemiddelde oppervlakte van de dwarsdoorsnede van een gecorrodeerde bar en over de gehele lengte constant blijven. Het weerspiegelt niet de variatie van de werkelijke resterende deel van een gecorrodeerde bar langs de lengte, zoals weergegeven in figuur 8A en 8B. Bovendien, omdat een remklauw niet de basis raken van putjes op de balk oppervlakte, het kan alleen een gelijke diameter van een resterende deel van een gecorrodeerde bar meten. Vanwege dergelijke een intrinsieke tekortkoming, de remklauw methode is minder goed in staat om te meten de morfologische parameter van een gecorrodeerde bar specimen juist.
Figuur 9A en 9B ook laten zien dat de resterende gebieden van de gecorrodeerde bar model gemeten met behulp van XCT en 3D scannen methoden variëren consequent langs de lengte en dicht bij elkaar liggen. De XCT methode kan echter alleen geschikt voor 30 mm exemplaren. Daarom, de XCT-methode niet algemeen worden gebruikt in praktische techniek. Bovendien legt het gebruik van de methode XCT ook zeer strenge eisen op het knippen en de voorbereiding van een bar model. Als de sectie van een balk specimen is niet een rechte vliegtuig, maar krom of ongelijke, een aanzienlijke afwijking kan worden gemaakt en opgenomen in de bar sectionele gebied gemeten met behulp van de methode XCT. De 3D methode voor het scannen geschikt voor de 440 mm lange bar model en meten van de morfologie van zowel niet-gecorrodeerd en gecorrodeerde specimens nauwkeurig genoeg. Het heeft aanzienlijke voordelen ten opzichte van de andere vier methoden op precisie, efficiëntie en toepasbaarheid in de meting van bar oppervlakte morfologie. Bovendien, de 3D-methode kan ook genereren sommige morfologische nuttiger informatie van een balk specimen, met inbegrip van de diepten van corrosie kuilen op bar oppervlak het traagheidsmoment, centroid, traagheidsmomenten van bar sectie, enz. langs de lengte. Vandaar dat de 3D scan methode is de meest favoriete optie voor het meten van de morfologie van een stalen balk, met name een gecorrodeerde stalen balk.
Uit de bovenstaande resultaten en discussie, kunnen de volgende conclusies worden getrokken. Voor een niet-gecorrodeerd stalen balk is een schuifmaat gemeten het beste instrument voor het meten van de morfologie. Het is niet alleen heeft een hoge nauwkeurigheid van de meting, maar is ook de goedkoopste. Hoewel de methode van de drainage de resterende oppervlakte van de dwarsdoorsnede van een gecorrodeerde stalen balk langs de bar meten kan lengte, de nauwkeurigheid van de meting apparaat moet verder worden verbeterd. De gemeten resultaten kunnen worden beïnvloed door een aantal onzekerheden, zoals de surface tension van de lamp van het water, de band met de buis stroom en het vocht van bar oppervlak, enz., en dus ook de methode van de afvoer moet zeer zorgvuldig worden gebruikt. Hoewel de methode XCT kan nauwkeurige meting van de resterende sectie gebied van een gecorrodeerde stalen balk, is de lengte van een stalen staaf is geschikt voor maximaal 30 mm. De 3D scan methode heeft aanzienlijke voordelen ten opzichte van de andere vier methoden op aspecten van precisie, efficiëntie en toepasbaarheid in de meting van oppervlakte morfologie van een stalen balk, met name een gecorrodeerde stalen balk. Bovendien, kan het genereren veel nuttiger metingen van de morfologie van een gecorrodeerde stalen balk, zoals sectionele excentriciteit, diepte van de put, enz. Het is de meest optimale methode voor het meten van morfologische parameters van een gecorrodeerde stalen balk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
De auteurs bij Universiteit Shenzhen erkennen sterk de financiële steun van de nationale Natural Science Foundation van China (Grant nr. 51520105012 en 51278303) en de (sleutel) Project van Ministerie van onderwijs van de provincie Guangdong. (No.2014KZDXM051). zij ook dankbaar de Guangdong Provincial sleutel laboratorium van duurzaamheid voor Marine burgerlijke bouwkunde, College van civiele techniek aan de Universiteit van Shenzhen voor het verstrekken van testen faciliteiten en apparatuur.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Supplies | |||
| Plastic ruler | Deli Group Co.,Ltd. | No.6240 | |
| white paint pen | SINO PATH Enterprises.,Ltd. | SP-110 | |
| Tube with Branch | Customized-made | ||
| Measurement cylinder | Beijing Huake Bomex Glass Co., Ltd. | ||
| 500mL Beaker | Beijing Huake Bomex Glass Co. , Ltd. | CP-201 | |
| sandpaper | Shanghai Noon Decoration Material Co., Ltd. | P04 | |
| white developer | SHANGHAI XINMEIDA FLAW DETECTION MATERIAL CO., LTD. | FA-5 | |
| Reagents | |||
| epoxy resin adhesive | Hunan Baxiongdi New Material Co., Ltd. | DY·E·44 | |
| epoxy hardener | Hunan Baxiongdi New Material Co., Ltd. | DY·EP | |
| HCl | Dongguan Dongjiang Chemical Reagent Co., Ltd. | AR-2500ml | |
| saturated lime water | Xilong Chemical Co., Ltd. | AR-500g | |
| Equipment | |||
| Digital electronic scale | Kaifeng Group Co., Ltd. | Model JCS-0040 | |
| Digital vernier caliper | Shanghai Measuring & Cutting Tool Works Co., Ltd. | Model ST-089-229-090 | |
| Cutting machine | Robert Bosch GmbH | TCO2000 | |
| 3D reconstructed X-ray microscope | XRADIA | Model MICROXCT-400 | |
| 3D scanner | HOLON Three-dimensional Technology(Shenzhen) Co.,Ltd. | Model HL-3DX+ | |
| Electromechanical Universal Testing Machine | MTS SYSTEMS (China) Co., Ltd. | Model C64.305 |
References
- Cavaco, E. S., Bastos, A., Santos, F. A. D. Effects of corrosion on the behaviour of precast concrete floor systems. Construction & Building Materials. 145, (2017).
- Cavaco, E. S., Neves, L. A. C., Casas, J. R. On the robustness to corrosion in the life cycle assessment of an existing reinforced concrete bridge. Structure and Infrastructure Engineering. 14 (2), 137-150 (2017).
- Muthulingam, S., Rao, B. N. Non-uniform corrosion states of rebar in concrete under chloride environment. Corrosion Science. 93, 267-282 (2015).
- Apostolopoulos, C. A., Papadakis, V. G. Consequences of steel corrosion on the ductility properties of reinforcement bar. Construction & Building Materials. 22 (12), 2316-2324 (2008).
- Fernandez, I., Bairán, J. M., Marí, A. R. Corrosion effects on the mechanical properties of reinforcing steel bars. Fatigue and σ - ε behavior. Construction & Building Materials. 101, 772-783 (2015).
- Papadopoulos, M. P., Apostolopoulos, C. A., Zervaki, A. D., Haidemenopoulos, G. N. Corrosion of exposed rebars, associated mechanical degradation and correlation with accelerated corrosion tests. Construction & Building Materials. 25 (8), 3367-3374 (2011).
- Castro, H., Rodriguez, C., Belzunce, F. J., Canteli, A. F. Mechanical properties and corrosion behaviour of stainless steel reinforcing bars. Journal of Materials Processing Technology. 143 (1), 134-137 (2003).
- Almusallam, A. A. Effect of degree of corrosion on the properties of reinforcing steel bars. Construction & Building Materials. 15 (8), 361-368 (2001).
- Papadopoulos, M. P., Apostolopoulos, C. A., Alexopoulos, N. D., Pantelakis, S. G. Effect of salt spray corrosion exposure on the mechanical performance of different technical class reinforcing steel bars. Materials & Design. 28 (8), 2318-2328 (2007).
- Zhang, W., Song, X., Gu, X., Li, S. Tensile and fatigue behavior of corroded rebars. Construction & Building Materials. 34 (5), 409-417 (2012).
- Clark, L. A., Chan, A. H. C., Du, Y. G. Residual capacity of corroded reinforcing bars. Magazine of Concrete Research. 57 (3), 135-147 (2005).
- Chan, A. H. C., Clark, L. A., Du, Y. G. Effect of corrosion on ductility of reinforcing bars. Magazine of Concrete Research. 57 (7), 407-419 (2005).
- Zhu, W., François, R. Corrosion of the reinforcement and its influence on the residual structural performance of a 26-year-old corroded RC beam. Construction & Building Materials. 51 (2), 461-472 (2014).
- François, R., Khan, I., Dang, V. H. Impact of corrosion on mechanical properties of steel embedded in 27-year-old corroded reinforced concrete beams. Materials & Structures. 46 (6), 899-910 (2013).
- Torres-Acosta, A. A., Castro-Borges, P. Corrosion-Induced Cracking of Concrete Elements Exposed to a Natural Marine Environment for Five Years. Corrosion. 69 (11), 1122-1131 (2013).
- Li, D., Wei, R., Du, Y., Guan, X., Zhou, M. Measurement methods of geometrical parameters and amount of corrosion of steel bar. Construction & Building Materials. 154, 921-927 (2017).
- Kashani, M. M., Crewe, A. J., Alexander, N. A. Use of a 3D optical measurement technique for stochastic corrosion pattern analysis of reinforcing bars subjected to accelerated corrosion. Corrosion Science. 73 (13), 208-221 (2013).
- Tang, F., Lin, Z., Chen, G., Yi, W. Three-dimensional corrosion pit measurement and statistical mechanical degradation analysis of deformed steel bars subjected to accelerated corrosion. Construction & Building Materials. 70 (2), 104-117 (2014).
- Zhang, W., Zhou, B., Gu, X., Dai, H. Probability Distribution Model for Cross-Sectional Area of Corroded Reinforcing Steel Bars. Journal of Materials in Civil Engineering. 26 (5), 822-832 (2013).
- Wang, X. G., Zhang, W. P., Gu, X. L., Dai, H. C. Determination of residual cross-sectional areas of corroded bars in reinforced concrete structures using easy-to-measure variables. Construction & Building Materials. 38, 846-853 (2013).
- Stewart, M. G., Al-Harthy, A. Pitting corrosion and structural reliability of corroding RC structures: Experimental data and probabilistic analysis. Reliability Engineering & System Safety. 93 (3), 373-382 (2008).
- Darmawan, M. S., Stewart, M. G. Effect of Spatially Variable Pitting Corrosion on Structural Reliability of Prestressed Concrete Bridge Girders. Australian Journal of Structural Engineering. 6 (2), 147-158 (2015).
- Stewart, M. G., Mullard, J. A. Spatial time-dependent reliability analysis of corrosion damage and the timing of first repair for RC structures. Engineering Structures. 29 (7), 1457-1464 (2007).
- Kashani, M. M., Lowes, L. N., Crewe, A. J., Alexander, N. A. Finite element investigation of the influence of corrosion pattern on inelastic buckling and cyclic response of corroded reinforcing bars. Engineering Structures. 75, 113-125 (2014).
- Apostolopoulos, C. A., Demis, S., Papadakis, V. G. Chloride-induced corrosion of steel reinforcement - Mechanical performance and pit depth analysis. Construction and Building Materials. 38, 139-146 (2013).
- Imperatore, S., Rinaldi, Z., Drago, C. Degradation relationships for the mechanical properties of corroded steel rebars. Construction and Building Materials. , 219-230 (2017).
- Kashani, M. M. Size effect on inelastic buckling behaviour of accelerated pitted 1 corroded bars in porous media. Journal of Materials in Civil Engineering. 29 (7), (2017).
- Meda, A., Mostosi, S., Rinaldi, Z., Riva, P. Experimental evaluation of the corrosion influence on the cyclic behaviour of RC columns. Engineering Structures. 76, 112-123 (2014).
- Kashani, M. M., Crewe, A. J., Alexander, N. A. Structural capacity assessment of corroded RC bridge piers. Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Bridge Engineering. 170 (1), 28-41 (2017).
- National Standard of the People's Republic of China. Standard for test methods of long-term performance and durability of ordinary concrete, Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People's Republic of China, GB/T 50082-2009. , China Construction Industry Press. Beijing 100013, China. (2009).
