Análisis de la aplicabilidad de los métodos de evaluación de parámetros morfológicos de las barras de acero corroído
Summary
Este trabajo mide la geometría y la cantidad de corrosión de un acero barra utilizando diferentes métodos: masa pérdida, pinzas, medidas de drenaje, digitalización 3D y tomografía micro computada de rayos x (XCT).
Abstract
Las secciones residual irregular y desiguales a lo largo de la longitud de una barra de acero corroída cambian sustancialmente sus propiedades mecánicas y dominan significativamente la seguridad y el rendimiento de una estructura de hormigón existente. Como resultado, es importante medir la geometría y la cantidad de corrosión de una barra de acero en una estructura adecuada para evaluar el residuo teniendo capacidad y vida útil de la estructura. Este artículo presenta y compara cinco métodos diferentes para la medición de la geometría y la cantidad de corrosión de una barra de acero. Una barra de acero de diámetro de largo y 14 mm 500 mm solo es la muestra que se somete a corrosión acelerada en el presente Protocolo. Su morfología y la cantidad de corrosión cuidadosamente fueron medidos antes y después de usar las mediciones de pérdida de masa, un calibrador a Vernier, las medidas de drenaje, digitalización 3D y tomografía micro computada de rayos x (XCT). Luego se evaluaron la aplicabilidad e idoneidad de estos métodos. Los resultados muestran que el calibrador a Vernier es la mejor opción para la medición de la morfología de un bar no corroído, mientras que la digitalización en 3D es el más adecuado para cuantificar la morfología de una barra corroída.
Introduction
Corrosión de una barra de acero es una de las razones principales para el deterioro de una estructura de hormigón y es causada por la intrusión de carbonatación o cloruro de hormigón. En hormigón carbonatación, corrosión tiende a ser generalizada; mientras que en la intrusión de cloruro, se convierte en más localizada1,2. Sin importar cuáles sean las causas, a la corrosión grietas de la cubierta de concreto de expansión radial de los productos de corrosión, se deteriora el vínculo entre una barra de acero y su concreto circundante, penetra en la barra de las superficies y reduce la barra de área de sección transversal considerablemente de3,4.
Debido a la falta de homogeneidad del hormigón estructural y las variaciones en el ambiente de servicio, a la corrosión de una barra de acero se produce al azar en su superficie y a lo largo de su longitud con gran incertidumbre. Contra la corrosión uniforme generalizada causada por la carbonatación del hormigón, la corrosión de picaduras causada por la intrusión de cloruro causa la penetración de ataque. Además, hace que la sección residual de una barra corroída a varían considerablemente entre la barra de superficie y longitud. Como resultado, la barra de fuerza y barra de disminución de la ductilidad. Se ha realizado una amplia investigación para estudiar los efectos de la corrosión en las propiedades mecánicas de un acero de la barra5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14,15. Sin embargo, se ha prestado menos atención a los métodos de medición de parámetros morfológicos y características de la corrosión de barras de acero.
Algunos investigadores han utilizado la pérdida de masa a evaluar la cantidad de corrosión de un acero de la barra5,10,11,14. Sin embargo, este método puede utilizarse para determinar el valor promedio de las secciones residual y no puede medir la distribución de las secciones a lo largo de su longitud. Zhu y Franco han mejorado este método por cortar una sola barra de acero en una serie de segmentos cortos y un peso de cada segmento para determinar las variaciones de las áreas de las secciones residual a lo largo de su longitud13,14. Sin embargo, este método produce pérdida adicional de material de acero durante el corte y no toque la sección residual mínima de la barra corroída, que domina su sustentación. También se utiliza un calibrador a Vernier para medir los parámetros geométricos de un acero barra14,15. Sin embargo, la sección residual de una barra de corrosión es muy irregular, y siempre hay una desviación significativa entre las dimensiones seccionales medidas y reales de una barra corroída. Basado en el principio de Arquímedes, Clark et al. adoptó el método de drenaje para medir las secciones residual de una barra de corrosión a lo largo de su longitud y desplazamiento de la barra fue controlada manualmente sin precisión significativa en este caso11. Li et al. mejorar este método de drenaje mediante el uso de un motor eléctrico para controlar automáticamente el desplazamiento de una barra de acero y medir con mayor precisión resultados16. Por último, en los últimos años, con el desarrollo de la tecnología de digitalización 3D se ha utilizado este método para medir las dimensiones geométricas del acero de la barra17,18,19,20. Uso de digitalización en 3D, el diámetro del área residual, centroide, excentricidad, momento de inercia y penetración de la corrosión de una barra de acero puede ser adquirido precisamente. Aunque los investigadores han utilizado estos métodos en diferentes contextos experimentales, no ha habido una comparación y evaluación de los métodos con respecto a su precisión, idoneidad y aplicabilidad.
Corrosión, particularmente a la corrosión, en comparación con el generalizado a la corrosión, las picaduras no sólo cambia las propiedades mecánicas de las barras corroídas pero también disminuye el residuo teniendo capacidad y vida útil de estructuras de hormigón. Mediciones más precisas de parámetros morfológicos de barras de acero corroídas por la variabilidad espacial de la corrosión a lo largo de longitud de la barra son imprescindibles más razonable evaluación de propiedades mecánicas de la barra. Esto le ayudará a evaluar la seguridad y confiabilidad del (RC) estructuras de hormigón dañadas por corrosión más precisamente21,22,23,24,25,26 ,27,28,29.
Este protocolo compara los cinco discutidos para la medición de la geometría y la cantidad de corrosión de una barra de acero. Un solo, largo 500 mm y 14 mm de diámetro, plano barra redonda fue utilizado como el espécimen y sometido a corrosión acelerada en el laboratorio. Su morfología y su nivel de corrosión cuidadosamente fueron medidos antes y después de usar cada método, incluyendo la pérdida de masa, un calibrador a Vernier, las medidas de drenaje, digitalización 3D y tomografía micro radiografía (XCT). Finalmente, se evaluaron la aplicabilidad e idoneidad de cada uno.
Debe ser señaló que las barras acanaladas embebidos en concreto, no las barras llano está expuestas al aire, son comúnmente utilizados en estructuras de hormigón y sometidos a la corrosión. Para las barras acanaladas, el calibrador a Vernier no puede ser tan fácilmente aplicado. Porque estas barras de corrosión en concreto, su penetración superficial es más irregular en comparación con barras expuestas al aire11. Sin embargo, este protocolo está dirigido a la aplicabilidad del análisis de los métodos de medición diferentes en el mismo bar; por lo tanto, utiliza una barra llana naked como la muestra para eliminar la influencia de las costillas y concreta falta de homogeneidad en las mediciones de parámetros morfológicos. Más trabajo en la medida de barras acanaladas corroídos utilizando otros métodos puede llevarse a cabo en el futuro.
Protocol
Representative Results
Discussion
Figura 6A y 6B muestran que los diámetros medidos de la no-corroído de la barra muestra no varían significativamente a lo largo de su longitud. La máxima diferencia entre los diámetros medidos a lo largo de la barra de longitud sólo es aproximadamente 0.11 mm con una desviación máxima de 0,7%. Esto indica que la geometría de un bar no corroído puede también evaluarse utilizando un calibrador a Vernier. Sin embargo, los diámetros medidos en diferentes ángulos de …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores en la Universidad de Shenzhen mucho reconocen el apoyo financiero de la Fundación Nacional de Ciencias naturales de China (Grant no. 51520105012 y 51278303) y el proyecto (clave) del Departamento de Educación de la provincia de Guangdong. (No.2014KZDXM051). también agradecen la Guangdong Provincial laboratorio clave de durabilidad para Marina Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería Civil en la Universidad de Shenzhen para proporcionar instalaciones y equipo.
Materials
| 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. , (2009).
