钢筋形态参数评价方法的适用性分析
November 1st, 2018
本文采用不同的方法测量钢筋的几何形状和腐蚀量: 质量损失、卡钳、排水测量、三维扫描和 x 射线显微计算机断层扫描 (xct)。
本视频旨在测量完整和腐蚀的钢筋的表面形态。我们将演示和评估五种不同的测量方法，包括质量损失、更薄的卡钳测量、排水测量、3D 扫描和钢筋的 XCT。3D 扫描是测量腐蚀棒表面腐蚀渗透空间变异性的最佳方法。
使用 3D 扫描方法获得的腐蚀测量将使工程能够更精确、更可靠地评估我们社会中现有工程结构的安全性和使用寿命。演示该程序的将是实验室的技术人员韩惠来先生和深圳宏荣三维技术的技术人员崔胜林先生。首先，用10毫米的增量标记一个500毫米长、14毫米直径的钢筋。
然后，使用零度线标线测量第一个标记的杆直径，钳口轻轻触摸杆。执行另外三次测量，每次旋转卡钳 45 度，以 45 度间隔总共进行四次测量。对条形上的每个标记重复此过程。
平均每个标记的直径并计算横截面。然后，从条形图的每一端切割30毫米，获取两个30毫米长的条形标本和一个440毫米长的条形标本。在数字电子秤上称量每个试样并记录读数。
以 10 毫米间隔标记 30 毫米长的条形标本，从左侧开始 5 毫米。如前所述，确定每个标记的平均直径。接下来，设置一个静液压、机电通用测试机，并在机头下放置一个玻璃排量缸。
用自来水将气缸装满，以到达出口口。然后，在容器出口下方放置电子刻度。将 200 毫升烧杯放在秤上，与插座内线。
之后，将杆试样垂直夹在 EUT 机器的头部。垂直向下移动 EUT 头，直到杆刚刚接触水面。在数字刻度上记录初始读数。
然后，将 EUT 机器设置为以每分钟 10 毫米的速度向下移动柱线。运行机器以将条形置换到第一个 10 毫米标记。然后，在电子刻度上记录最终读数。
对棒试样的每个 10 毫米段重复此过程，直到整个条形被淹没。之后让酒吧风干一小时。计算从置换的水面计算每个10毫米段的均匀横截面。
用这种方式测试三个试样。接下来，用白色缺陷检测处理器喷洒每个干棒试样，让试样在空气中干燥。然后，在 3D 扫描仪的平台上放置一个涂层试样。
使用标有随机小白点数组的标签校准条形试样位置。然后，沿样本的长度扫描，开发空间模型，并生成模型的形态学数据。对每个试样重复此项。
接下来，将一个30毫米长的标本放在X射线微计算断层扫描系统的可旋转平台上。关闭 XCT 仪器。打开仪器软件，将试样移动到正确的位置进行扫描。
填充所需的像素大小和放大系数。然后，扫描试样并生成几何参数。对其他 30 毫米长的试样重复此过程。
获得非腐蚀钢筋的测量后，从两米长的多绞线中剥离 50 至 60 毫米的绝缘层。从另一端剥去较短的段。将导线的较长、外露端固定在 440 毫米长的试样一端，绝缘胶带牢固地包裹在杆端 70 毫米左右。
然后，用绝缘胶带将酒吧另一端的70毫米牢固地包裹起来。接下来，将环氧树脂粘合剂与硬质剂混合在一对一的比例中。均匀地将环氧树脂涂抹在杆的每个绝缘端，以保护端部免受腐蚀。
一旦环氧树脂干燥，在塑料罐中加注一个装有铜板的塑料罐，在自来水中用水性3.5%的氯化钠重量溶液。将杆试样放在油箱中。然后，将连接到杆的导线连接到直流电源的正端子。
将铜板连接到电源的负极。设置电源以产生腐蚀电流密度，即整个酒吧每平方厘米 2.5 微安培。根据法拉第定律，在达到所需腐蚀水平所需的持续时间内应用电流。
然后，关闭电流，断开棒试样，并将其浸泡在12%的盐酸水溶液中30分钟，以去除腐蚀产物。之后，将棒试样转移到饱和石灰水溶液中和酸残留物。然后，用自来水冲洗酒吧，让其在空气中干燥。
接下来，以 10 毫米间隔标记腐蚀的表面。在数字电子刻度上水平称量腐蚀杆，并计算腐蚀杆的平均面积。使用测光卡钳确定每个 10 毫米标记的平均直径，并计算横截面。
然后，使用置换排水方法计算腐蚀棒每个 10 毫米段的横截面。之后，用白色开发器喷洒试样，然后进行 3D 扫描。最后，从腐蚀的棒子上切出一个30毫米的段，然后用XCT扫描。
在机智的钢筋的测量直径沿其长度没有显著变化，但观察到45度测量和135度测量之间的一致变化，表明钢筋是椭圆形的。质量损耗、卡钳测量和 3D 扫描技术产生了类似的值，变化小。440毫米长的试样的排水方法测量存在多种不确定性来源，包括杆的干燥和水的表面张力。
使用 XCT 对 30 毫米样本进行分析，其生成的值与其他技术一致。总体而言，卡钳、XCT 和 3D 扫描以最小的变化生成了类似的值。因此，卡钳测量是获得非腐蚀棒的精确测量的最简单方法。
腐蚀导致整个杆的大幅变化和横截面形状，无法用质量损失法捕获。虽然卡钳对形状变化更敏感，但它们不能解释试样表面的点蚀。XCT 和 3D 扫描产生了类似的值，但 XCT 受到对端端小样品需求限制。
因此，3D测量在分析腐蚀钢筋的形态时受到青睐。更薄的卡钳是测量非腐蚀钢筋表面形态的最佳工具。而且，它易于操作。
而且，这是相当经济的。排水方法测量可能会受到一些不确定性的影响，因此需要进一步改进测量装置。虽然 XCT 测量可以精确测量腐蚀钢筋的残余横截面面积，但它受试样长度限制。
3D 扫描方法是测量腐蚀钢筋的最佳方法，因为它精确、经济、高效。它还可以生成有关腐蚀棒的其他有用信息。
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概述
本研究使用多种测量技术评估钢筋的几何形状和腐蚀情况。所用的方法包括质量损失、卡尺测量、排水测量、3D扫描和X射线微计算机断层扫描（XCT）。
研究的主要组成部分
科学领域
- 腐蚀科学
- 材料工程
- 结构完整性评估
背景
- 腐蚀影响工程结构的寿命和安全。
- 了解腐蚀机制对于维护和安全评估至关重要。
- 不同的测量技术提供对腐蚀的不同见解。
- 3D扫描可提供腐蚀模式的详细空间分析。
研究目的
- 测量完整和腐蚀的钢筋的表面形态。
- 比较不同腐蚀测量方法的有效性。
- 提高工程结构安全评估的可靠性。
使用的方法
- 质量损失测量
- 游标卡尺测量
- 排水测量
- 3D扫描
- X射线微计算机断层扫描（XCT）
主要结果
- 3D扫描被确定为评估腐蚀的最有效方法。
- 3D扫描的腐蚀测量提供了空间变异性的详细见解。
- 该研究证明了准确的腐蚀评估对结构安全的重要性。
- 结果可以为现有结构的更好维护策略提供信息。
结论
- 不同的方法在腐蚀评估中产生不同的结果。
- 3D扫描显著改善了对腐蚀模式的理解。
- 实施这些方法可以提高结构的安全性和使用寿命评估。
常见问题
Executive Industry Relevance
Accurate assessment of material degradation is critical for ensuring the safety and service life of engineering infrastructure. This study evaluates corrosion measurement techniques to support reliable structural integrity evaluations, directly informing risk-based maintenance decisions and asset management strategies in civil engineering and materials science R&D.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of material-property relationships by quantifying structural changes induced by environmental exposure.
- Operational Value: Provides standardized, reproducible methods for characterizing degradation morphology across sample sets.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative, spatially resolved data on surface morphology suitable for assay standardization and comparative analysis.
- Operational Value: Supports development of reproducible, high-fidelity readouts for monitoring time-dependent material changes in screening campaigns.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates translational continuity by linking laboratory-scale corrosion measurements to real-world structural performance predictions.
- Operational Value: Enables risk-adjusted advancement decisions through reliable, longitudinal tracking of material integrity in preclinical models.
Pipeline & Workflow Integration
The method supports discovery-stage hypothesis testing regarding material-environment interactions, with outputs enabling quantitative comparison across conditions in screening workflows.
- Discovery Biology: Supports mechanistic de-risking by clarifying how corrosion alters material properties and structural behavior.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible morphological data with low variability for reliable compound or condition comparison.
- Analytics: Provides quantitative dimensional and volumetric readouts that enable statistical analysis of degradation progression.
- Translational Research: Connects bench-scale measurements to structural safety assessments, informing translational validity of material models.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for longitudinal material characterization across multiple projects and model systems.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in material degradation studies through precise, spatially resolved morphology quantification.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility across laboratories via well-defined measurement protocols.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing reliable data for predicting long-term material performance and failure risk.
- Portfolio Impact: Enables risk-based prioritization of materials or interventions based on quantified degradation profiles.
Implementation Considerations
- Requires expertise in material characterization and corrosion science.
- Depends on access to 3D scanning or XCT instrumentation for corroded sample analysis.
- Necessitates standardized sample preparation and marking protocols for longitudinal tracking.
- Involves adaptation considerations when applying methods to different material geometries or surface conditions.
- Limited by specimen size constraints for XCT and surface preparation requirements for optical methods.
