Methodenartikel

Anwendbarkeit Analyse der Bewertungsmethoden für morphologische Parameter der korrodierten Stabstahl

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DOI:

10.3791/57859

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1. November 2018

 ,  ,  , 
1Department of Civil Engineering, Shenzhen University, 2Guangdong Province Key Laboratory of Durability for Marine Civil Engineering, Shenzhen University, 3Department of Engineering and the Built Environment, Anglia Ruskin University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieses Papier misst die Geometrie und die Höhe der Korrosion von Stahl bar mit verschiedenen Methoden: Masse Verlust, Bremssättel, Entwässerung Messungen, 3D-Scannen und Röntgen-Mikro-Computertomographie (XCT).

Zusammenfassung

Die unregelmäßig und uneinheitlich verbleibenden Abschnitte entlang der Länge der korrodierten Stahlstange wesentlich verändert seine mechanischen Eigenschaften und deutlich dominieren die Sicherheit und Leistungsfähigkeit eines bestehenden Betonkonstruktion. Infolgedessen ist es wichtig, die Geometrie und die Höhe der Korrosion von Stabstahl in einer Struktur richtig zu beurteilen, den Rest, die Tragfähigkeit und Lebensdauer der Struktur zu messen. Dieses Papier stellt und vergleicht fünf verschiedene Methoden zur Messung der Geometrie und der Menge der Korrosion von Stahl Bar. Eine einzige 500 mm lang und 14 mm Durchmesser Stahl-Bar ist die Probe, die in diesem Protokoll beschleunigte Korrosion ausgesetzt ist. Seine Morphologie und die Höhe der Korrosion wurden sorgfältig vor und nach der Verwendung von Masseverlust Messungen, einem Vernier-Bremssattel, Entwässerung Messungen, 3D-Scannen und Röntgen-Mikro-Computertomographie (XCT) gemessen. Die Anwendbarkeit und die Eignung dieser verschiedenen Methoden wurden dann ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Vernier-Bremssattel die beste Wahl ist für die Messung der Morphologie der Bar nicht korrodiert, während 3D-Scannen am besten geeignet für die Quantifizierung der Morphologie der korrodierten Bar ist.

Einleitung

Korrosion von Stahl Bar ist einer der Hauptgründe für die Verschlechterung einer konkreten Struktur und wird verursacht durch konkrete Kohlensäure und/oder Chlorid eindringen. In konkreten Karbonatisierung tendenziell Korrosion verallgemeinert werden; Während in Chlorid eindringen, wird es mehr lokalisierten1,2. Egal, was die Ursachen sind, Korrosion Risse die Betondeckung von radialen Ausdehnung von Korrosionsprodukten, verschlechtert sich die Bindung zwischen einer Stahlstange und seine umgebenden Beton, dringt die Bar Oberflächen und verringert die Bar Querschnittsfläche deutlich3,4.

Aufgrund der Inhomogenität des Konstruktionsbetons und Variationen in der Service-Umgebung erfolgt Korrosion eine Stahlstange nach dem Zufallsprinzip über seine Oberfläche und entlang seiner Länge mit großer Unsicherheit. Im Gegensatz zu der generalisierten gleichmäßige Korrosion durch konkrete Kohlensäure verursacht die Lochfraßkorrosion verursacht durch Eindringen von Chlorid Angriff eindringen. Darüber hinaus führt es verbleibenden Abschnitt einer korrodierten Bar variieren erheblich unter der Bar Oberfläche und Länge. Infolgedessen hat die Bar Stärke und Bar Senkung der Duktilität. Umfangreiche Recherchen durchgeführt wurde, um die Untersuchung der Auswirkungen von Korrosion an mechanischen Eigenschaften des Stahls bar5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14,15. Allerdings hat weniger Aufmerksamkeit zu den Messmethoden der morphologischen Parametern und Korrosionseigenschaften von Stabstahl gegeben.

Einige Forscher haben Masseverlust verwendet, um die Menge der Korrosion von Stahl bar5,10,11,14auszuwerten. Aber diese Methode kann nur verwendet werden, um den durchschnittlichen Wert der restlichen Abschnitte bestimmen und nicht die Verteilung der Abschnitte entlang seiner Länge messen. Zhu und Franco haben diese Methode durch eine Reihe von kurzen Segmenten einer einzigen Stahlstange einschneiden und mit einem Gewicht von jedem Segment, um Abweichungen von den Bereichen der restlichen Abschnitte entlang seiner Länge13,14verbessert. Allerdings ist diese Methode verursacht zusätzlichen Verlust des Werkstoffes Stahl beim Schneiden und nicht berühren die verbleibende Mindestquerschnitt der korrodierten Bar genau, das beherrscht seine Tragfähigkeit. Einem Vernier-Bremssattel wird auch verwendet, um die geometrischen Parameter einen Stahlbarren14,15messen. Jedoch der restliche Abschnitt einer korrodierten Bar ist sehr unregelmäßig, und es gibt immer eine signifikante Abweichung zwischen den gemessenen und den tatsächlichen Schnitt Dimensionen einer korrodierten Bar. Basierend auf das archimedische Prinzip, Clark Et Al. verabschiedet die Entwässerung-Methode, um die restlichen Abschnitte einer korrodierten Bar entlang seiner Länge zu messen, aber Verschiebung der Bar wurde ohne wesentliche Genauigkeit in dieser Rechtssache11manuell gesteuert. Li Et Al. verbessert diese Entwässerung-Methode mithilfe eines Elektromotors automatisch die Verschiebung einer Stahlstange Steuern und Messen Ergebnisse genauer16. Zu guter Letzt hat in den vergangenen Jahren mit der Entwicklung von 3D Scan-Technologie, diese Methode verwendet, um die geometrischen Abmessungen der einen Stahlbarren17,18,19,20messen. Mit 3D-Scannen, Durchmesser, restliche Bereich, Schwerpunkt, Exzentrizität, Trägheitsmoment und Korrosion Eindringen von einer Stahlstange kann gerade erworben werden. Obwohl Forscher diese Methoden in verschiedenen experimentellen Einstellungen verwendet haben, war es kein Vergleich und die Bewertung der Methoden hinsichtlich ihrer Genauigkeit, Eignung und Anwendbarkeit.

Korrosion, vor allem Lochkorrosion, im Vergleich zu Korrosion, verallgemeinert nicht nur ändert sich die mechanischen Eigenschaften der korrodierten Bars, sondern auch verringert sich die Tragfähigkeit und Lebensdauer von Betonbauwerken Restwert. Genauere Messungen der morphologischen Parametern der korrodierten Stahlstäbe für die räumliche Variabilität der Korrosion entlang Stablänge sind unerlässlich für die vernünftiger Beurteilung der bar mechanischen Eigenschaften. Dies wird dazu beitragen, die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Stahlbeton (RC) Strukturen durch Korrosion beschädigt bewerten genauer21,22,23,24,25,26 ,27,28,29.

Dieses Protokoll vergleicht die fünf diskutierten Methoden zur Messung der Geometrie und der Menge der Korrosion von Stahl Bar. Ein Single, 500 mm lang und 14 mm im Durchmesser, Plain Rundstab diente als Probe und beschleunigte Korrosion im Labor unterzogen. Seine Morphologie und Korrosion wurden sorgfältig vor und nach jeder Methode, einschließlich der Masseverlust, einem Vernier-Bremssattel Entwässerung Messungen, 3D scanning und x-ray micro Computer-Tomographie (XCT) gemessen. Zu guter Letzt wurden die Anwendbarkeit und die Eignung der einzelnen bewertet.

Es sei darauf hingewiesen, dass die gerippte Stäbe in Beton eingebettet, nicht den einfachen Bars an der Luft, häufig verwendet in Betonbauwerken und Korrosion ausgesetzt. Für gerippte Bars kann der Vernier-Bremssattel nicht so leicht angewendet werden. Weil diese Bars in Beton korrodieren, ist ihre Oberfläche eindringen eher unregelmäßig im Vergleich zu Bars um11Luft ausgesetzt. Jedoch ist dieses Protokoll auf die Anwendbarkeit der Analyse verschiedener Messverfahren auf der gleichen Leiste ausgerichtet; Daher wird eine nackte schlichte Bar als Probe, um den Einfluss der Rippen und konkrete Inhomogenität auf morphologische Parameter Messungen zu beseitigen. Weitere Arbeiten auf der Messung der korrodierten gerippte Stäbe mit anderen Methoden kann in Zukunft durchgeführt werden.

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Protokoll

1. Prüfung der Probe und der Herstellungsprozess

  1. Erwerben eine 500 mm lang, 14 mm Durchmesser Ebene Stahlstab (Klasse Q235) für die Herstellung der Probekörper.
  2. Polieren Sie die Oberfläche des Balkens mit feinem Sandpapier entfernen die Mühle an der Oberfläche Schuppen.
  3. Schneiden Sie die Leiste 30 mm und 470 mm vom linken Ende, wie in Abbildung 1, mit einer Schneidemaschine.
  4. Messen Sie die Gewichte von drei bar-Proben, eine digitale elektronische Waage mit.
  5. Messen Sie den Durchmesser der drei Proben mit den fünf Methoden, die in Schritt 2 beschrieben, und zeichnen Sie die Ergebnisse der nicht-korrodiert bar Exemplare.
  6. Korrodieren der 440 mm Bar Probe mit der elektrochemischen Methode, wie unten aufgeführt:
    1. Deckel 70 mm an beiden Enden fest mit Isolierband. Legen Sie einen elektrischen Draht an einem Ende der 440 mm Bar Probe.
    2. Mischen Sie einen Klebstoff mit einem härter in einem 1:1 Verhältnis, Epoxidharz zu machen. Wenden Sie das Epoxidharz an den isolierten 70 mm Enden des Balkens Probe gleichmäßig auf beide Enden vor Korrosion zu schützen.
    3. Legen Sie die 440 mm lange bar Probe in einen Kunststoff Wassertank, die enthält 3,5 % NaCl als Elektrolyt und eine Kupferplatte als eine Kathode.
    4. Schließen Sie ein Ende des Balkens Probe als einen Knoten am Pluspol und die Kathode Kupfer-Platte mit dem Minuspol des Gleichstroms (DC) power-Lieferanten, bzw. zum Einrichten einer elektrischen Schaltung für die beschleunigte Korrosion der Bar Probe.
    5. Schalten Sie die DC-Netzteil, ein konstanter Gleichstrom 2,5 μA/cm2 auf die Leiste anzuwenden Probe für den gesamten Zeitraum der Korrosion.
    6. Schalten Sie den Strom zu kündigen, die Korrosion zu verarbeiten, wenn die Menge der Korrosion von der Bar Exemplar erreicht das erwartete Niveau der Korrosion, als anhand der Faradaysches Gesetz geschätzt.
    7. Statt der oben genannten korrodiert bar Probe in einen 12 % HCl Lösung Tank für 30 Minuten, die Korrosionsprodukte von ihrer Oberfläche zu entfernen. Tauchen Sie die bar Probe in einen Wassertank gesättigten Kalk zur Neutralisation Säure gereinigt und mit Leitungswasser weiter sauber.
    8. Trocken gereinigt oben korrodierte bar Exemplar in Luft. Markieren Sie die Oberfläche für die Messung.
  7. Messen Sie die morphologischen Parametern und Korrosion an der korrodierten bar Probe.
    Hinweis: Reinigung wirkt der Masseverlust der korrodierten Stahlstange. Verschiedene Arten von sauren Lösung und zu verschiedenen Zeiten des Eintauchens in die saure Lösung würde dazu führen, dass unterschiedliche Mengen an Masseverlust. In diesem Test, jedoch kein Vergleich erfolgte zwischen verschiedenen Reinigungstechniken, aus Gründen der Kohärenz der Reinigung Prozess folgt der China National Standard für Prüfmethoden langfristige Leistung und Haltbarkeit der gewöhnlichen Beton30.

(2) Messmethoden und Verfahren

  1. Masseverlust Methode
    1. Legen Sie eine elektronische Waage auf einer horizontalen Plattform und es auf Null.
    2. Legen Sie die polierten bar Probe vor Korrosion horizontal auf die elektronische Waage und nehmen Sie eine Lesung aus der Skala als die Masse des Stahls nicht korrodiert bar m0 (g).
    3. Die gereinigten bar Probe nach Korrosion horizontal auf die elektronische Waage und nehmen Sie eine Lesung aus der Skala als die Masse der korrodierten Stahlstab mc (g).
    4. Berechnen Sie die Menge der Korrosion von der Bar mit einer Gleichung der Qcor(mc-m0) = /m0x 100 %.
    5. Berechnen Sie die durchschnittliche Fläche der restliche Abschnitt der korrodierten bar Probe mit einer Gleichung AscAs0= (1 -QADR), wo, As0 ist der Bereich einer Stahlstange nicht korrodiert.
  2. Vernier Caliper Methode
    1. Markieren Sie die Oberfläche des Balkens Probe entlang seiner Länge in 10 mm Abstand vom linken Ende der Bar mit einem Filzstift, wie in gezeigt Abbildung 1.
    2. Der Nonius-Skala des Bremssattels an seine ursprüngliche Position zu bewegen. Machen Sie die beiden Backen einander berühren, und richten Sie die beiden Nulllinien von Vernier und wichtigsten Skalen. Dann drücken Sie die Null der Nonius-Skala auf Null.
    3. Legen Sie der Vernier-Bremssattel über den Durchmesser des Stabs Probe. Verschieben der Nonius-Skala zu seinen beiden Backen die Bar berühren sanft die Oberfläche. Messen Sie den Durchmesser des Balkens Exemplar im markierten Bereich und im angegebenen Winkel.
    4. Wiederholen Sie Schritt 2.2.3 vier Mal an die Bar messen Durchmesser im markierten Bereich und in einem Winkel von 0°, 45°, 90° und 135°, beziehungsweise, wie in Abbildung 2.
    5. Die oben genannten vier gemessenen Durchmesser durchschnittlich und nehmen Sie es als der repräsentative Durchmesser Dich (mm) von der Bar Exemplar an den markierten Abschnitt.
    6. Berechnung die Querschnittsfläche des Balkens Exemplar im markierten Bereich mit einer Gleichung Aich=pDich24 (mm2).
    7. Wiederholen Sie die Schritte 2.2.3 bis 2.2.6 für alle markierten Abschnitte des Balkens Probe zur Messung der Verteilung der Querschnitte entlang seiner Länge nach Korrosion.
  3. Entwässerung-Methode
    1. Richten Sie die elektromechanische Universal Prüfmaschine (EUV), wie in Abbildung 3dargestellt.
    2. Stellen Sie einen Glasbehälter unter dem Kopf der EUT Maschine und gießen Sie Leitungswasser in den Behälter, bis der Wasserstand den Ausgang erreicht.
    3. Legen Sie eine 200 mL-Becherglas auf der Plattform von einer elektronischen Waage direkt unter den Auslass der Glasbehälter.
    4. Klemmen Sie ein Ende des Balkens Probe mit dem Kopf das EUT Maschine vertikal.
    5. Wechseln Sie an der EUV-Maschine den Kopf langsam bis zum anderen Ende des Balkens nach unten zu bewegen Probe berührt nur die Oberfläche des Wassers in den Container.
    6. Den ersten Meßwert der elektronischen Waage als Mich.
    7. Die EUV-Maschine um die Leiste verschieben laufen Probe nach unten ins Wasser in den Behälter mit einer Rate von 1,0 mm/min.
    8. Nehmen die letzte Lesung der elektronischen Waage als Mi + 1 für die Masse des Wassers, die entladen wurde aus dem Container durch die 10 mm Verschiebung der Bar Probe in das Wasser in den Behälter.
    9. Nehme an, dass der Querschnitt der Vertriebenen bar Probe 10 mm einheitliche, berechnen die Querschnittsfläche des h= 10 mm mit Hilfe der Gleichung der Aichverdrängt = (Mi + 1 - Mich) / (Ρh), wo (Mi + 1 - Mich ) ist die gemessene Masse der Abwässer aus dem Behälter für die 10 mm bar Probe verdrängt. Ρ = 1 000 kg/m3 ist die Dichte des Wassers.
    10. Wiederholen Sie die Schritte 2.3.6, 2.3.9 für jede Probe 10 mm lange Vertriebenen Bar bis verdrängen die ganze Länge des Balkens ins Wasser, um die Verteilung der bar Querschnitte entlang seiner Länge zu messen.
  4. 3D Scan-Methode
    1. Sprühen Sie weiße Entwickler auf der Oberfläche des Balkens Probe und an Luft trocknen. Legen Sie es horizontal auf der Plattform eines 3D Scanners, wie in Abbildung 4dargestellt.
    2. Kalibrieren Sie die Position der Leiste Exemplar auf der Plattform des 3D Scanners nach dem Zufallsprinzip indem weiße Pünktchen auf Etikettenpapier für die 3D Rekonstruktion der Bar Probe.
    3. Nach dem Start des 3D Scanners und die entsprechenden Daten-Extraktion-Software, scannen die Bar Probe entlang seiner Länge und sammeln Sie die entsprechenden Daten über die 3D Scanner gescannt. Verwenden Sie die Anweisungen des Herstellers.
    4. Entwickeln das Raummodell der Bar Probe mit Hilfe der Software und die maßgeblichen Zeitpunkt Dateien sammeln.
    5. Legen Sie die entwickelten räumlichen Modelldaten der Bar Exemplar und zwei selbst erstellte MATLAB-Programme in den gleichen Ordner eines Computers.
    6. Das erste MATLAB-Programm auf den entwickelten Raummodell Daten der Bar laufen Probe auf die relevanten MAT-Datei erzeugen. Speichern Sie die erhaltenen MAT Datei im gleichen Ordner.
    7. Laufen die zweite MATLAB-Programm auf den oben genannten erhalten MAT-Datei, um die relevanten morphologischen Daten der Bar erzeugen Probe, einschließlich der Querschnittsfläche, Trägheitsmoment, polare Trägheitsmoment, Exzenterabstand etc..
  5. XCT-Methode
    Hinweis: Nachdem die vier Messungen auf dem 440 mm bar Probe lang, die fünfte Messung erfolgte auf dem 30 mm lange Exemplare der XCT Methode aufgrund seiner Bar bar Längenbegrenzung.
    1. Geschnitten Sie ein 30 mm Bar Exemplar von beiden Enden einer 500 mm langes Stahlrohr Bar und von 440 mm lange korrodierte Stahlstange, wie in Abbildung 1. Benutzen sie als nicht korrodiert und korrodierte bar Exemplare, beziehungsweise.
    2. Setzen Sie den Stab Exemplare auf der drehbaren Plattform die XCT instrument, wie in Abbildung 5dargestellt. Schließen Sie die Tür des Gerätes XCT. Die Bar Exemplar ist eingeklemmt zwischen der radioaktiven Quelle und der Signalempfänger des Instruments XCT.
    3. Führen Sie die XCT Betriebssoftware installiert auf einem Computer einrichten schießen Parameter aus. Passen Sie die Bar Probe auf die Schussposition.
    4. Richten Sie die Pixel-Größe und Vergrößerung Faktor in der "Bild-Steuerelement" Tabelle die Gerätesoftware Betrieb XCT.
    5. Laufen die XCT Instrument durch Klicken auf die Schaltfläche Start , um die Bar zu scannen Probe. Die gescannten Daten der bar Probe zu sammeln.
    6. Ausführen der Software-Paket auf den oben genannten gescannt Daten um die geometrischen Parameter der Bar zu produzieren Probe entsprechend.

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Ergebnisse

Abbildung 6 zeigt die Durchmesser 500 mm lange nicht korrodiert Bar Probe in einem Winkel von 0°, 45°, 90° und 135 ° für jeden Abschnitt entlang seiner Länge mit Vernier Bremssättel gemessen. Die Balken wurden dann in drei Teile geschnitten, wie in Abbildung 1dargestellt.

Abbildung 7 zeigt die Querschnittsflächen der nicht-korrodiert bar Pr...

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Diskussion

Abbildung 6A und 6 b zeigen, dass die gemessene Durchmesser der nicht korrodiert bar Probe entlang seiner Länge nicht wesentlich unterscheiden. Die maximale Differenz zwischen der gemessenen Durchmesser entlang der Bar Länge beträgt nur etwa 0,11 mm mit einer maximalen Abweichung von 0,7 %. Dies bedeutet, dass die Geometrie einer nicht korrodiert Bar mit einem Nonius Bremssattel gut ausgewertet werden kann. Die gemessenen Durchmesser in verschiedenen Winkeln von den gleichen...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Danksagungen

Die Autoren der Universität Shenzhen erkennen stark die finanzielle Unterstützung durch die National Natural Science Foundation of China (Grant Nr. 51520105012 und 51278303) und das (Schlüssel) Projekt des Department of Education der Provinz Guangdong. (No.2014KZDXM051). sie danken auch die Guangdong Provincial Schlüssel Labor der Haltbarkeit für Marine hoch-und Tiefbau, College of Civil Engineering an der Shenzhen-Universität für die Bereitstellung von Einrichtungen und Anlagen.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Supplies
Plastic LinealDeli Group Co., Ltd.Nr.6240
weißer LackstiftSINO PATH Enterprises.,Ltd.SP-110
Rohr mit ZweigKundenspezifischer
MesszylinderBeijing Huake Bomex Glass Co., Ltd.
500 ml BecherBeijing Huake Bomex Glass Co., Ltd.CP-201
SchleifpapierShanghai Noon Dekoration Material Co., Ltd.P04
weißer EntwicklerSHANGHAI XINMEIDA FLAW DETECTION MATERIAL CO., LTD.FA-5
Reagenzien
EpoxidharzklebstoffHunan Baxiongdi New Material Co., Ltd.DY· E· 44
Epoxid-HärterHunan Baxiongdi New Material Co., Ltd.DY·
HClDongguan Dongjiang Chemisches Reagenz Co., Ltd.AR-2500ml
gesättigtes KalkwasserXilong Chemical Co., Ltd.AR-500g
Ausrüstung
Digitale elektronische WaageKaifeng Group Co., Ltd.Modell JCS-0040
Digitaler MessschieberShanghai Measuring & Kommerzieller Lieferant - Cutting Tool Works Co., Ltd.Modell ST-089-229-090
SchneidemaschineRobert Bosch GmbHTCO2000
rekonstruiertes 3D-RöntgenmikroskopXRADIAModell MICROXCT-400
3D-ScannerHOLON Dreidimensionale Technologie (Shenzhen) Co., Ltd.Modell HL-3DX +
Elektromechanische UniversalprüfmaschineMTS SYSTEMS (China) Co., Ltd.Modell C64.305
Verifizierter Lieferant - EP

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