Summary
Dette papir måler geometri og mængden af korrosion af en steel bar ved hjælp af forskellige metoder: mass tab, calipre, dræning målinger, 3D scanning og røntgen mikro-beregnet tomografi (XCT).
Abstract
Den uregelmæssige og ujævn resterende sektioner langs længden af en korroderede stål bar ændre væsentligt dens mekaniske egenskaber og betydeligt dominere sikkerhed og ydeevne i en eksisterende betonkonstruktion. Som et resultat, er det vigtigt at måle geometri og mængden af korrosion af stål bar i en struktur korrekt at vurdere den resterende kapacitet og levetid af strukturen. Dette papir introducerer og sammenligner fem forskellige metoder til måling af geometri og mængden af korrosion af stål bar. En enkelt 500 mm lang og 14 mm diameter stål bar er modellen, der er udsat for accelereret korrosion i denne protokol. Dets morfologi og mængden af korrosion blev omhyggeligt målt før og efter brug af massetab målinger, en Vernier caliper, dræning målinger, 3D scanning og røntgen mikro-beregnet tomografi (XCT). Anvendelighed og egnetheden af disse forskellige metoder blev derefter evalueres. Resultaterne viser, at Vernier caliper er det bedste valg til at måle morfologi af en ikke-tæret bar, mens 3D scanning er den mest egnede til kvantificering af morfologi af korroderede bar.
Introduction
Korrosion af stål bar er en af de vigtigste årsager til forringelse af en betonkonstruktion og er forårsaget af konkrete kulsyre og/eller chlorid indtrængen. I konkrete karbonatisering, korrosion tendens til at være generaliseret; mens i klorid indtrængen, bliver det mere lokaliserede1,2. Uanset hvad årsagerne er, korrosion knæk den konkrete dækning fra radial udvidelse af korrosion produkter, forringes bånd mellem stål bar og dens omgivende beton, trænger bar overflader, og nedsætter bar tværsnitsareal betydeligt3,4.
På grund af den ikke-homogenitet af strukturelle beton og variationer i service miljø opstår korrosion af stål bar tilfældigt over dens overflade og langs dens længde med stor usikkerhed. I modsætning til generaliseret ensartet korrosion forårsaget af konkrete karbonatisering, forårsager grubetæring forårsaget af chlorid indtrængen angreb penetration. Desuden, det forårsager den resterende del af en korroderede bar varierer betydeligt blandt bar overflade og længde. Som et resultat, bar styrke og bar duktilitet fald. Omfattende forskning er blevet udført for at studere virkningerne af korrosion på mekaniske egenskaber af en stål bar5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14,15. Mindre opmærksomhed har imidlertid været givet til metoderne til måling af morfologiske parametre og korrosion Karakteristik af stålstænger.
Nogle forskere har brugt massetabet for at vurdere mængden af korrosion af en stål bar5,10,11,14. Men denne metode kan kun bruges til at bestemme den gennemsnitlige værdi af de resterende sektioner og kan ikke måle fordelingen af sektioner langs dens længde. Zhu og Franco har forbedret denne metode ved at skære en enkelt stål bar i en serie af korte segmenter og veje hvert segment for at bestemme variationer af områderne i de resterende sektioner langs dens længde13,14. Men denne metode medfører ekstra tab af stål materiale under opskæring og ikke kan røre den mindste resterende del af den korroderede bar præcis, som dominerer dens bæreevne. En Vernier caliper bruges også til at måle de geometriske parametre af en stål bar14,15. Men den resterende del af en korroderede bar er meget uregelmæssig, og der er altid en væsentlig afvigelse mellem de målte og faktiske tværsnit dimensioner af en korroderede bar. Baseret på Arkimedes princip, Clark et al. vedtaget dræning metode til at måle de resterende dele af en korroderede bar langs dens længde, men forskydning af baren var manuelt kontrolleret uden betydelige nøjagtighed i denne sag11. Li et al. forbedret dræning metoden ved hjælp af en elektrisk motor til automatisk styrer forskydningen af en stål bar og foranstaltning resultater mere præcist16. Endelig, i de sidste par år, med udvikling af 3D scanning teknologi, denne metode har været brugt til at måle de geometriske dimensioner af en stål bar17,18,19,20. Ved hjælp af 3D scanning, diameter, resterende område, barycentrum, excentricitet, inertimoment og korrosion penetration af en stål bar kan være netop erhvervet. Selv om forskerne har brugt disse metoder i forskellige eksperimentelle indstillinger, har der ikke en sammenligning og vurdering af metoder med hensyn til deres præcision, egnethed og anvendelighed.
Korrosion, især pitting corrosion, i forhold til generaliseret korrosion, ikke kun ændringer i de mekaniske egenskaber af korroderede barer men også formindsker den resterende kapacitet og levetid af betonkonstruktioner. Mere præcise målinger af morfologiske parametre af korroderede stålstænger for den rumlige variation af korrosion langs bar længde er bydende nødvendigt for mere fornuftige vurderinger af bar mekaniske egenskaber. Dette vil hjælpe med at evaluere sikkerheden og pålideligheden af jernbeton (RC) strukturer beskadiget af korrosion mere præcist21,22,23,24,25,26 ,27,28,29.
Denne protokol sammenligner de fem drøftede metoder for måling af geometri og mængden af korrosion af stål bar. En enkelt, 500 mm lang og 14 mm i diameter, almindelig runde bar blev brugt som modellen og udsat for accelereret korrosion i laboratoriet. Dets morfologi og niveau af korrosion blev omhyggeligt målt før og efter brug af hver metode, herunder massetab, en Vernier caliper, dræning målinger, 3D scanning og røntgen mikro computertomografi (XCT). Endelig, anvendelighed og egnethed af hver blev evalueret.
Det bør bemærkes, at de ribbede barer indlejret i beton, er ikke de plain barer udsættes for luft, almindeligvis anvendes i betonkonstruktioner og udsat for korrosion. For ribbede barer, Vernier caliper kan ikke være så let anvendes. Fordi disse barer korroderer i beton, er deres overflade penetration mere uregelmæssige i forhold til barer udsættes for luft11. Men denne protokol er rettet mod anvendeligheden af analyse af forskellige målemetoder på den samme bar; Derfor, det bruger en nøgen plain bar som modellen til at eliminere påvirkning af ribben og konkrete ikke-homogenitet morfologiske parameter målinger. Yderligere arbejde med måling af korroderede ribbede barer ved hjælp af andre metoder kan gennemføres i fremtiden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. test modellen og fremstillingsprocessen
- Erhverve en 500 mm lang, 14 mm diameter almindelig stål bar (grade Q235) til fremstilling af prøveemnerne.
- Polere overfladen af bar ved hjælp af en fint sandpapir til at fjerne møllen skalaer på overfladen.
- Skære bar på 30 mm og 470 mm fra den venstre ende, som vist i figur 1, ved hjælp af en skæremaskine.
- Måling af vægtningen af de tre bar prøver, ved hjælp af en digital elektronisk skala.
- Måle diameteren af de tre prøver ved hjælp af de fem metoder, der beskrives i trin 2, og registrering af de ikke-tæret bar prøver.
- Korroderer 440 mm bar modellen ved hjælp af elektrokemiske metode, som beskrevet nedenfor:
- Dække 70 mm i hver ende fast med isoleringstape. Vedhæfte en elektrisk ledning til den ene ende af 440 mm bar modellen.
- Bland en lim med en hærder i en 1:1 forhold at gøre epoxyharpiks. Påfør epoxyharpiks på isolerede 70 mm enderne af bar modellen ensartet at beskytte begge ender mod korrosion.
- Placer 440 mm lange bar modellen i en plastik vandtank, der indeholder 3,5% NaCl som en elektrolyt og en kobber plade som en katode.
- Tilslut den ene ende af baren modellen som en node til den positive pol og katode kobber plade til den negative pol på en jævnstrøm (DC) power leverandør, henholdsvis for at oprette et elektrisk kredsløb for accelereret korrosion af baren modellen.
- Tænd DC strømforsyning til at anvende en konstant jævnstrøm af 2,5 μA/cm2 på baren modellen for hele perioden af korrosion.
- Slukke aktuelt at opsige korrosion behandle når mængden af korrosion af bar modellen når det forventede niveau for korrosion, som anslået ved hjælp af Faradays lov.
- Sted ovenstående tæret bar modellen i en 12% HCl løsning tank i 30 minutter for at fjerne korrosion produkter fra dens overflade. Fordybe den syre-rengjort bar modellen i en mættet lime vandtank for neutralisering og yderligere ren ved hjælp af vand fra hanen.
- Tør ovenstående renset korroderede bar modellen i luften. Markere dens overflade til måling.
- Måling af morfologiske parametre og korrosion beløb af den korroderede bar modellen.
Bemærk: Rengøring påvirker massetabet af korroderede stål bar. Forskellige typer af syre og på forskellige tidspunkter af nedsænkning i en syreopløsning ville forårsage forskellige mængder af massetab. I denne test, dog ingen sammenligning blev foretaget mellem forskellige rengøring teknikker For konsistens, rensning proces følger Kina National Standard for prøvningsmetoder af langsigtede ydeevne og holdbarhed af almindelig beton30.
2. målemetoder og procedurer
- Massetabet metode
- Placer en elektronisk skala på en vandret platform og nul det.
- Placer den polerede bar modellen før korrosion vandret på den elektronisk skala og tage en læsning fra skalaen som massen af en ikke-tæret stål bar m0 (g).
- Placer de rensede bar modellen efter korrosion vandret på den elektronisk skala og tage en læsning fra skalaen som massen af den korroderede stål bar mc (g).
- Beregningen af korrosion af bar ved hjælp af en ligning af Qcor= (mc-m0) /m0x 100%.
- Beregne det gennemsnitlige område for den resterende del af den korroderede bar modellen ved hjælp af en ligning Asc=As0(1 -Qcor), hvor, As0 er området af en ikke-tæret stål bar.
- Vernier caliper metode
- Markere overfladen af baren modellen langs dens længde i 10 mm mellemrum fra den venstre ende af værktøjslinjen ved hjælp af en tusch, som vist i figur 1.
- Flytte Vernier omfanget af caliper til sin oprindelige position. Gøre to kæberne berører hinanden og line op to nullinjer Vernier og vigtigste skalaer. Derefter skubbe sin nul knap til nul Vernier skala.
- Placer Vernier caliper på tværs af diameter af bar modellen. Flytte Vernier skala at gøre sine to kæber touch baren overflade forsigtigt. Måle diameteren af baren modellen ved at markere et afsnit og en given vinkel.
- Gentag trin 2.2.3 fire gange til at måle bar diameter ved at markere et afsnit og vinkler 0°, 45°, 90° og 135°, henholdsvis, som vist i figur 2.
- Gennemsnitlig de ovenstående fire målte diametre og tage det som den repræsentative diameter, Djeg (mm) af baren modellen på det markerede afsnit.
- Beregne tværsnitsareal af baren modellen ved at markere et afsnit ved hjælp af en ligning Ajeg=pDjeg2/4 (mm2).
- Gentag trin 2.2.3 til 2.2.6 være fulgt for alle de markerede sektioner af bar modellen til at måle fordelingen af dens tværsnit langs dens længde efter korrosion.
- Dræning metode
- Opsætning af elektromekaniske universal test (EUT) maskine, som vist i figur 3.
- Placer en glasbeholder under lederen af EUT maskine og hæld vand fra hanen i beholderen, indtil vandstanden når stikkontakten.
- Placer en 200 mL bægerglas på platformen af en elektronisk skala lige under outlet af glasindsatsen.
- Klemme ene ende af baren prøven af med lederen af EUT maskine lodret.
- Skifte på EUT-maskine til at flytte sit hoved langsomt indtil anden enden af baren modellen bare rører den øverste overflade af vand i beholderen.
- Tage den første læsning af elektroniske skalaen som Mjeg.
- Køre EUT maskinen for at flytte værktøjslinjen modellen ned i vandet i beholderen med en hastighed på 1,0 mm/min.
- Tage den endelige aflæsning af den elektronisk skala som M+ 1 for massen af det vand, der har været udskrevet fra container på grund af 10 mm forskydning af bar modellen i vandet i beholderen.
- Antage tværsnit af 10 mm fordrevet bar modellen er ensartet, beregne tværsnitsareal af h= 10 mm fordrevet bar ved hjælp af ligningen af A,jeg= (M+ 1 - Mjeg) / (Ρh), hvor (M+ 1 - Mjeg ) er den målte masse af vand udledes fra beholder til 10 mm fordrevet bar modellen. Rho = 1, 000 kg/m3 er massefylden af vand.
- Gentag trin 2.3.6 til 2.3.9 for hver 10 mm lange fordrevne bar modellen indtil fortrænge hele længden af bar i vandet til at måle fordelingen af bar tværsnit langs dens længde.
- 3D scanning metode
- Spray hvid udvikler på overfladen af baren modellen og tørres i luft. Placere det vandret på platformen af en 3D scanner, som vist i figur 4.
- Kalibrere holdning af bar modellen på platformen af 3D-scanner ved tilfældigt at gøre hvide små prikker på label papir til den 3D rekonstruktion af bar modellen.
- Efter lanceringen af 3D scanner og de tilsvarende data udvinding software, Skan baren modellen langs dens længde og indsamle de tilsvarende scannet data via 3D-scanner. Brug producentens anvisninger.
- Udvikle en rumlig model af bar modellen ved hjælp af software og indsamle den relevante dato filer.
- Steddata udviklede rumlig model af bar modellen og to selvstændige kompileret MATLAB programmer i den samme mappe på en computer.
- Køre programmet første MATLAB på de udviklede rumlige modeldata i baren modellen til at generere de relevante MAT fil. Gem filen opnåede MAT i den samme mappe.
- Køre programmet andet MATLAB på ovenstående opnået MAT fil til at generere de relevante morfologiske data i baren modellen, herunder tværsnitsareal, inertimoment, polar inertimoment, excentrisk afstand osv.
- XCT metode
Bemærk: Efter de fire målinger på 440 mm lange bar modellen, den femte måling blev udført på 30 mm lange bar prøver ved hjælp af metoden XCT på grund af sin bar længde begrænsning.- Skære en 30 mm bar modellen fra begge ender af en 500 mm lang stål bar og 440 mm lange korroderede stål bar, som vist i figur 1. Bruge dem som ikke-tæret og korroderede bar enheder, henholdsvis.
- Placer baren prøver med drejelig platform for XCT instrument, som vist i figur 5. Lukke døren til XCT instrument. Baren modellen er klemt inde mellem den radioaktive kilde og Signalmodtager XCT instrument.
- Køre XCT drift software installeret på en computer til at oprette shooting parametre. Justere baren modellen til den skydning stilling.
- Oprette pixel størrelse og forstørrelse faktor i tabellen "billede kontrol" af XCT instrument drift software.
- Køre XCT instrument ved at klikke på knappen Start for at scanne bar modellen. Indsamle de scannede data af bar modellen.
- Kør softwarepakke på ovenstående scannede data til at producere de geometriske parametre af bar modellen i overensstemmelse hermed.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figur 6 viser diameter 500 mm lang ikke tæret bar prøveemnets ved 0 °, 45 °, 90 ° og 135 ° for hvert afsnit langs dens længde, målt ved hjælp af Vernier calipre. Stængerne blev derefter skåret i tre dele, som vist i figur 1.
Figur 7 præsenterer tværsnitsareal af den ikke-tæret bar prøver langs dens længde, målt ved hjælp af fire og fem metoder, henholdsvis, 440 mm lange midterste del og 30 mm lang slutningen.
Figur 8 viser de rumlige billeder og tre tværsnit af den korroderede bar modellen målt ved hjælp af 3D scanning og XCT metoder, henholdsvis.
Figur 9 rapporter tværsnitsareal af den korroderede bar modellen langs dens længde målt ved hjælp af fire og fem metoder til 300 mm og 30 mm lang prøver.
Tabel 1 sammenfatter diameter 30 mm lang ikke-tæret bar prøveemnets målt ved hjælp af calipre, 3D scanning og XCT metoder.
Figur 1: stål bar prøvemateriale. Figur 1 viser oplysninger om bar prøver. To 30 mm lange ende dele 
og 
blev brugt som ikke-tæret modellerne. De 440 mm lang midterste del 
blev brugt som korroderede bar modellen. De tre dele blev skåret fra 500 mm lang stål bar i en afstand af 30 mm og 470 mm, henholdsvis fra den venstre ende af stål bar. Dette tal er blevet ændret fra tallene 1 og 2 af Li, mfl. 16. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: vinkler af bar diameter måling ved hjælp af Vernier caliper. Dette viser vinkler af bar diameter måling ved hjælp af Vernier caliper på hver tvaersnit i baren længde. Dette tal er blevet ændret fra figur 3 af Li, mfl. 16. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: enhed for metoden dræning. Dette viser den elektromekaniske universal test maskine (EUT) for metoden dræning. Dette tal er blevet ændret fra figur 4 af Li, et al. 16. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: enhed 3D Scanning og mærkede bar prøver. Dette viser enheden af 3D scanning og den markerede bar prøver der skal scannes. Dette tal er blevet ændret fra figur 5 af Li, mfl. 16.venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: XCT enhed. Dette viser XCT instrument og baren modellen skal scannes. Dette tal er blevet ændret fra figur 7 af Li, mfl. 16. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6: de målte diametre af 500 mm lang ikke-tæret bar ved hjælp af Vernier caliper. Dette viser diameter 500 mm lang ikke tæret bar målt ved hjælp af Vernier caliper. Figur 6A viser diametre måles på fire forskellige vinkler i hvert afsnit langs baren længde. Figur 6B præsenterer maksimum, minimum og afvigelse af de målte diametre på fire forskellige vinkler. Dette tal er genoptrykt fra figur 8 af Li, mfl. 16. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7: de målte tværsnit områder i den ikke-tæret bar modellen langs dens længde. Figur 7A viser de målte tværsnit områder af 440 mm lange bar modellen langs dens længde før dens korrosion. Figur 7B viser de målte tværsnit områder af 30 mm lang ikke tæret ende bar prøver. Dette tal er genoptrykt fra figur 9 af Li, mfl. 16. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 8: de rumlige billeder og tre tværsnit af den korroderede bar modellen målt ved hjælp af 3D scanning og XCT metode. Figur 8A viser de rumlige billeder af 440 mm lange korroderede bar modellen målt ved hjælp af 3D scanning. Figur 8B præsenterer billeder af tre tværsnit af den korroderede bar modellen målt ved hjælp af metoden XCT. Dette tal er blevet ændret fra tal 10 og 11 af Li, mfl. 16. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 9: den målte tværsnitsareal af den korroderede bar modellen langs dens længde. Figur 9A viser den målte tværsnitsareal af 300 mm lange korroderede bar modellen langs dens længde. Figur 9B rapporterer de målte områder af 30 mm lang korroderede bar modellen. Denne figur har nævnt tal 12 og 13 af Li, mfl. 16 Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
| Diameter (mm) | Caliper metode | XCT metode | 3D scanning metode |
| Maksimalt | 14.22 | 14,27 | 14.34 |
| Minimum | 14.19 | 14.26 | 14.31 |
| Afvigelse | 0,03 | 0,01 | 0,03 |
Tabel 1: de målte diametre af 30 mm lang ikke-tæret bar prøven af med caliper, 3D scanning og XCT metoder. Dette er en oversigt over de maksimale og minimale diametre af 30 mm lang ikke tæret bar prøver måles ved hjælp af tre metoder. Dette tal er blevet modificeret fra tabel 1 af Li, mfl. 16.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Figur 6A og 6B viser, at de målte diametre af den ikke-tæret bar modellen ikke variere betydeligt langs dens længde. Den maksimale forskel mellem de målte diametre langs baren længde er kun omkring 0,11 mm med en maksimal afvigelse på 0,7%. Dette angiver, at en ikke-tæret bar geometri kan evalueres godt ved hjælp af en Vernier caliper. De målte diametre på forskellige vinkler af de samme tværsnit varierer dog konsekvent og betydeligt fra hinanden. Om den givne bar modellen, maksimum og minimum diameter af 14,62 og 14,05 mm forekomme i vinkler på 45° og 135° med en maksimal afvigelse på 4%. Med andre ord er tværsnit af en ikke-tæret bar ikke helt cirkulær, men elliptiske. Derfor lægges til måling af baren diameter når den faktiske tværsnitsareal beregnes direkte baseret på den målte diameter af stål bar.
Ud over måling af sletten bar diameter ved hjælp af Vernier calipre, vi også brugte XCT og 3D metoder til at måle tværsnit af en rib bar, hvortil Vernier calipre ikke kan bruges nemt. Vi fandt forskellige diametre til forskellige vinkler for rib bar så godt. Den almindelig bar modellen anvendes i dette papir, da det kan måles ved hjælp af alle fem forskellige metoder til sammenligning.
Stålstænger i betonkonstruktioner er hovedsagelig i spænding eller komprimering. Derfor, for den angivne styrke, en stål bar bæreevne afhænger dens integrationskugle. Antages det, at der er forskel på 4,0% mellem maksimum og minimum bar diameter på forskellige vinkler og baren tværsnit er elliptiske, dens område er beregnet ved A=∏(d-0.04d)(d+0.04d)/4 = 0.998∏d2/4 med en forskel på 0.016% af bar område for den givne 4,0% forskel på bar diameter. Derfor, på grund af de forskellige diametre på forskellige vinkler, baren tværsnitsareal falder. Men denne bar tværsnitsareal forskel synes mindre betydningsfulde, sammenlignet med bar diameter forskel i samme afsnit.
Figur 7A og 7B viser, at områderne gennemskåret af den ikke-tæret bar målt ved hjælp af de massetab, caliper målinger, 3D scanning og XCT varierer ikke betydeligt fra én metode fra en anden, bortset fra nogle punkter måles ved hjælp af metoden dræning. Det var fordi der var nogle usikkerheder ved hjælp af metoden dræning såsom overfladespænding en pære, vand, bond action mellem vand og rør og vandindhold paa en bar overflade. For eksempel, hvis bar overflade er for tør, når det er fordrevet i vandbeholderen, det vil absorbere nogle vand først, før tømning vandet fra beholderen. Hvis overfladespænding en pære, vand er større end 90°, når det flyder gennem et rør, kan mindre vand udledes fra container via glasrør for de første 10 mm fordrevne bar. Som et resultat, mængden af korrosion af bar prøven ville overvurderes og den faktiske resterende område af den korroderede bar ville være undervurderet. Som bar modellen fortsætter med at flytte ind i beholderen, trykket bygges op i røret indtil friktion modstanden mellem vand og rør overfladen er overvundet; således, ville meget mere vand udledes deraf følgende 10 mm fordrevne bar enhed i beholderen. Som et resultat, mængden af korrosion af bar model ville være undervurderet og den faktiske resterende område af den korroderede bar ville overvurderes. Dette er grunden til hvorfor det målte område af bar modellen ved hjælp af metoden dræning er mindre stabil og ensartet sammenlignet med dem, målt ved hjælp af andre metoder.
Derudover er tabel 1 også viser, at diameteren af 30 mm lang ikke-tæret bar modellen målt ved hjælp af Vernier caliper, 3D scanning og XCT metode tæt på hinanden. Derfor, de fire metoder af massetab, caliper måling, 3D scanning og XCT metode kan bruges til at definere de Sektional Karakteristik af en ikke-tæret stål bar mere præcist.
Desuden gennem en omfattende sammenligning af de anvendte instrumenter, test omkostninger, effektivitet, målenøjagtighed af de ovenstående fire forskellige metoder, det bliver klart, at metoden caliper er den mest egnede til måling af morfologi af en ikke-tæret stål bar på grund af sin enkelhed, høj effektivitet og nøjagtighed i forhold til andre metoder.
Det påpeges, at, som vist i figur 1, afskårne ende overflader af begge 30 mm lang ikke tæret barer ikke var helt plane og paa tvaers lige. Dette kan medføre nogle uoverensstemmelser om bar faktiske længde målt ved hjælp af Vernier caliper og gengæld afvigelsen af de beregnede tværsnit områder fra den målte masse bortkomst eller volume variation. Derfor er der nogle forskelle af de målte tværsnit områder i de ikke-tæret barer figur 7A og 7B.
Figur 8A og 8B viser, at på grund af fjernelse af metal fra bar overflade uregelmæssigt via elektrokemiske reaktion proces, de resterende tværsnit af den korroderede bar modellen er hverken cirkulære eller elliptiske. I stedet blev det meget uregelmæssig og varieret betydeligt langs længden af den korroderede bar.
Figur 9A og 9B viser de resterende områder af tværsnit af den korroderede bar enheder langs dens længde, der blev målt ved hjælp af massetab, calipre, dræning metode, 3D scanning og metoden XCT. Det er klart, at for den korroderede bar modellen, metoden massetabet kan kun producere gennemsnitlige tværsnitsareal af korroderede bar og forblive konstant langs dets hele længde. Det afspejler ikke variationen af den faktiske resterende del af en korroderede bar langs dens længde, som vist i figur 8A og 8B. Hertil kommer, fordi en skydelære ikke kan røre bunden af grubetæring på baren overflade, det kan kun måle en tilsvarende diameter af en resterende afsnit af en korroderede bar. På grund af sådan en iboende mangel, metoden caliper er mindre i stand til at måle den morfologiske parameter i en korroderede bar modellen netop.
Figur 9A og 9B viser også at de resterende områder af den korroderede bar modellen målt ved hjælp af XCT og 3D scanning metoder varierer konsekvent langs dens længde og er tæt på hinanden. Metoden XCT kan kun rumme 30 mm prøver. Derfor, metoden XCT kan være almindeligt anvendt i praktisk teknik. Desuden brug af metoden XCT også stiller meget strenge krav til opskæring og forberedelse af en bar modellen. Hvis afsnittet af en bar modellen er ikke en straight fly, men skæve eller ujævn, en væsentlig afvigelse kan lavet og inkluderet i baren tværsnit areal målt ved hjælp af metoden XCT. 3D scanning metode kan rumme 440 mm lange bar modellen og måle morfologi af både ikke-tæret og korroderede prøver præcist nok. Det har betydelige fordele i forhold til de andre fire metoder til præcision, effektivitet og anvendelighed i måling af bar overflade morfologi. Derudover metoden 3D kan også generere nogle mere nyttige morfologiske oplysninger for en bar modellen, herunder dybet af korrosion pitten på bar overflade, inertimoment, barycentrum, inertimoment af bar sektion, osv. langs dens længde. Derfor, den 3D scanning metode er den mest begunstigede mulighed for måling af morfologi af en stål bar, især en korroderede stål bar.
Fra ovenstående resultater og diskussion, kan der drages følgende konklusioner. For en ikke-tæret stål bar er en Vernier caliper det bedste værktøj til at måle dets morfologi. Det ikke kun har en høj nøjagtighed i måling men også er mest økonomisk. Selv om metoden dræning kan måle det resterende tværsnitsareal af korroderede stål bar langs baren længde, nøjagtigheden af måling enhed skal yderligere forbedres. De målte resultater kan blive påvirket af nogle usikkerheder, såsom surface tension af vand pære, bond med flow rør og fugt af bar overflade, osv., og metoden dræning har derfor skal anvendes meget forsigtigt. Selv om metoden XCT kan præcist at måle området resterende afsnit i en korroderede stål bar, er længden af en stål bar kan rumme begrænset til 30 mm. Den 3D scanning metode har betydelige fordele i forhold til de andre fire metoder på aspekter af præcision, effektivitet og anvendelighed i måling af overflade morfologi af en stål bar, især en korroderede stål bar. Derudover kan det skabe meget mere nyttigt morfologi målinger af korroderede stål bar, såsom pit dybde, ledhejseporte excentricitet, osv. Det er den mest optimale metode til måling af morfologiske parametre i en korroderede stål bar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Forfattere på Shenzhen Universitet anerkender høj grad den finansielle støtte fra den National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51520105012 og 51278303) og (nøgle) projekt af Ministeriet for undervisning af Guangdong-provinsen. (No.2014KZDXM051). de også takke Guangdong provinsens nøglen laboratorium af holdbarheden for Marine Civil Engineering, College of Civil Engineering på Shenzhen Universitet for at give test faciliteter og udstyr.
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).
