Waiting
Login-Verarbeitung ...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

ניתוח ישימות שיטות הערכה מורפולוגית פרמטרים של פסי פלדה מאוכלת

Published: November 1, 2018 doi: 10.3791/57859
Automatic Translation
1,2, 1,2, 3, 1,2
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

Summary

נייר זה מודד את הגיאומטריה ואת מידת קורוזיה של פלדה בר בשיטות שונות: המונית, אובדן, מחוגה, ניקוז מדידות, סריקה תלת-ממד ו רנטגן טומוגרפיה שחושב מיקרו (XCT).

Abstract

הסעיפים לא סדיר, לא אחיד שיורית לאורכו של פס פלדה מאוכלת באופן משמעותי לשנות את מאפייניו מכני ושלוט באופן משמעותי את הבטיחות והביצועים של מבנה בטון קיים. כתוצאה מכך, חשוב למדוד את הגיאומטריה והכמות של קורוזיה של סרגל פלדה במבנה כראוי כדי להעריך את השארית הנושאת קיבולת וחיי השירות של המבנה. מאמר זה מציג ומשווה בחמש שיטות שונות למדידת הגיאומטריה ואת כמות קורוזיה של סרגל פלדה. יחיד 500 מ מ ארוך ו- 14 מ מ קוטר פלדה בר היא הדגימה כי הוא נתון מואצת קורוזיה של פרוטוקול זה. מורפולוגיה שלה ואת מידת קורוזיה נמדדו בזהירות לפני ואחרי השימוש אובדן מסת מדידות של caliper ורניה, ניקוז מדידות, סריקה תלת-ממד, רנטגן טומוגרפיה שחושב מיקרו (XCT). הישימות של התאמת שיטות שונות אלו הוערכו לאחר מכן. התוצאות להציג caliper ורניה זו הבחירה הטובה ביותר למדידת המורפולוגיה של בר חלוד, בעוד סריקה תלת-ממד הוא המתאים ביותר עבור לכימות המורפולוגיה של בר מאוכלת.

Introduction

קורוזיה של סרגל פלדה היא אחת הסיבות העיקריות להידרדרות של מבנה בטון, והיא נגרמת על ידי חדירה carbonation ו/או כלוריד בטון. בטון carbonation, קורוזיה נוטה להיות מוכללת; תוך כדי חדירה כלוריד, הוא הופך להיות יותר מקומי1,2. לא משנה מהן הסיבות, קורוזיה סדקים מכסה בטון של הרחבת מעגל קורוזיה מוצרים, מתדרדר הקשר בין בר פלדה ובטון שמסביב שלה, חודר את סרגל צף, מקטין את הבר שטח חתך הרוחב במידה ניכרת3,4.

בשל אי-אחידות מבנית מבטון ווריאציות בסביבת שירות, קורוזיה של סרגל פלדה מתרחשת באופן אקראי על פני השטח שלו, לאורכו עם ודאות. בניגוד קורוזיה אחידה כללית הנגרמת על ידי carbonation בטון, קורוזיה pitting הנגרמת על ידי כלוריד ההפרעה גורמת חדירה התקפה. יתר על כן, זה גורם המקטע שיורית של בר מאוכלת כדי להשתנות במידה ניכרת בין סרגל משטח ואורך. כתוצאה מכך, הבר ירידה ומשפרים כוח ובר. מחקר מקיף בוצעה לחקור את ההשפעות של קורוזיה על תכונות מכאניות של פלדה בר5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14,15. עם זאת, פחות תשומת לב ניתנה שיטות מדידת מורפולוגית פרמטרים ומאפיינים קורוזיה של מוטות פלדה.

יש חוקרים השתמשו אובדן מסת כדי להעריך את כמות קורוזיה של פלדה בר5,10,11,14. עם זאת, בשיטה זו ניתן להשתמש רק לקביעת הערך הממוצע של הסעיפים שיורית, אי אפשר לאמוד את ההפצה של הסעיפים לאורכו. ז'ו, פרנקו השתפרו שיטה זו על ידי חיתוך פלדה בר יחיד לתוך סדרה של מקטעים קצרים ולאחר שקילה כל קטע כדי לקבוע וריאציות של האזורים של הסעיפים שיורית לאורך שלו13,אורך14. עם זאת, שיטה זו גורמת הפסד נוסף של החומר פלדה במהלך החיתוך, לא יכול לגעת המקטע שיורית מינימלית של הבר מאוכלת בדיוק, אשר חולש על יכולתה מיסב. Caliper ורניה משמש גם כדי למדוד פרמטרים גיאומטריים של פלדה בר14,15. עם זאת, הסעיף שיורית של בר מאוכלת סדיר, תמיד יש סטייה משמעותית בין הממדים סקציות בפועל הסלסולים של בר מאוכלת. בהתבסס על חוק ארכימדס, קלארק. et al. אימץ את שיטת ניקוז כדי למדוד את הסעיפים שיורית של בר מאוכלת לאורכו, אך תזוזה של הבר נשלטה באופן ידני ללא דיוק משמעותי במקרה הזה,11. Li. et al. שיפור שיטה ניקוז זו באמצעות מנוע חשמלי לשלוט באופן אוטומטי העקירה של סרגל פלדה ותוצאות מדד מדויק יותר16. לבסוף, במהלך השנים האחרונות, עם התפתחות 3D בסריקה בטכנולוגיה, שימש בשיטה זו כדי למדוד את הממדים גיאומטרי של פלדה בר17,18,19,20. באמצעות סריקת תלת-ממד, קוטר, אזור שיורית, centroid, אקסצנטריות, מומנט התמד, קורוזיה חדירה של סרגל פלדה ניתן בדיוק לרכוש. למרות חוקרים השתמשו בשיטות אלה במסגרות שונות ניסיוני, לא התקבלה השוואה והערכה של השיטות שלהם דיוק, התאמה, ישימות.

קורוזיה, במיוחד pitting קורוזיה, בהשוואה כללית קורוזיה, לא רק משנה את התכונות המכאניות של ברים מאוכלת אלא גם פוחתת השארית הנושאת קיבולת וחיי השירות של מבני בטון. מדידות מדויקות יותר של הפרמטרים מורפולוגי של מוטות פלדה מאוכלת עבור ההשתנות המרחבית של קורוזיה לאורך סרגל אורך הם הכרח עבור הערכות יותר סביר של בר תכונות מכניות. זה יעזור לך. להעריך את הבטיחות והאמינות של בטון מזוין מבנים (RC) פגום על-ידי קורוזיה ליתר דיוק21,22,23,24,25,26 ,27,28,29.

פרוטוקול זה משווה בין חמש השיטות שנדונו למדידת הגיאומטריה ואת כמות קורוזיה של סרגל פלדה. יחיד, 500 מ מ אורך ו 14 מ מ קוטר, רגיל בר עגול היה משמש את הדגימה, נתון מואצת קורוזיה במעבדה. מורפולוגיה שלה וברמת קורוזיה נמדדו בזהירות לפני ואחרי באמצעות כל אחת מהשיטות, לרבות אובדן מסת, של caliper ורניה, ניקוז מדידות, 3D סריקת רנטגן טומוגרפיה זעירים ביותר (XCT). לבסוף, הוערכו את ישימות ואת התאמתו של כל אחד.

זה צריך להיות ציין כי פסי משונן מוטבע בטון, הברים לא רגיל חשופים לאויר, נמצאים בדרך כלל בשימוש מבני הבטון ונחשפו בפני קורוזיה. עבור סרגלי משונן, caliper ורניה לא ניתן בקלות להחיל. כי הסורגים האלה לאכל בבטון, חדירה משטח שלהם הוא לא סדיר יותר בהשוואה ל ברים נחשפים אוויר11. עם זאת, פרוטוקול זה מכוון לעבר תחולתה של ניתוח של שיטות מדידה שונות על הבר אותו; לכן, זה משתמש בר רגיל עירום הדגימה כדי לחסל את ההשפעה של הצלע, בטון אי-הומוגניות על מדידות פרמטרים מורפולוגי. עבודה נוספת: מדידת מאוכלת ברים משונן בשיטות אחרות עשויים להתבצע בעתיד.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. בדיקת הדגימה ואת תהליך הייצור

  1. לרכוש של 500 מ"מ, רגיל בקוטר 14 מ מ פלדה בר (כיתה Q235) עבור הייצור של דגימות הבדיקה.
  2. ללטש את פני השטח של הבר בעזרת נייר זכוכית עדין כדי להסיר את הטחנה קשקשים על פני השטח.
  3. חותכים הבר ב- 30 מ מ ו- 470 מ מ מקצה השמאלי שלה, כפי שמוצג באיור 1, באמצעות מכונת חיתוך.
  4. למדוד את המשקולות של שלושת בר דגימות, באמצעות סרגל אלקטרונית דיגיטלית.
  5. למדוד על הקוטר מהדוגמאות שלוש באמצעות חמש השיטות המתוארות בשלב 2, והקלטה של תוצאות הלא-חלוד בר דגימות.
  6. לאכל את הדגימה בר 440 מ מ באמצעות השיטה אלקטרוכימי, כמפורט להלן:
    1. מכסים 70 מ מ בכל קצה בחוזקה עם סרט בידוד. לחבר כבל חשמלי בקצה אחד של הדגימה בר 440 מ מ.
    2. לערבב דבק עם במינראליים ביחס 1:1 כדי להפוך שרף אפוקסי. להחיל את שרף אפוקסי על הקצוות מבודד 70 מ"מ של הבר הדגימה בצורה אחידה כדי להגן על הצדדים מפני קורוזיה.
    3. מקם את 440 מ מ זמן בר הדגימה לתוך מיכל פלסטיק מים המכיל 3.5% NaCl אלקטרוליט, צלחת נחושת כמו הקתודה.
    4. חבר קצה אחד של שורת הדגימה כמו צומת אל הקוטב החיובי ואת הצלחת קטודה נחושת אל הקוטב השלילי של זרם ישיר (DC) כוח הספק, בהתאמה, כדי להגדיר את מעגל חשמלי עבור קורוזיה מואצת של הבר הדגימה.
    5. . הפעילי את ספק כוח DC כדי להחיל על זרם קבוע של μA/ס מ 2.52 אל פס הדגימה לתקופה הארוכה הזאת של קורוזיה.
    6. מתג את הזרם לסיים קורוזיה לעבד כאשר הכמות של קורוזיה של הבר הדגימה מגיע לרמת הצפויה של קורוזיה, כמו באמצעות חוק פאראדיי.
    7. המקום לעיל חלוד בר הדגימה לתוך טנק פתרון HCl 12% במשך 30 דקות להסיר את המוצרים קורוזיה של פני השטח שלו. לטבול את חומצה-ניקו בר הדגימה לתוך מיכל מים רוויים ליים על נטרול ונקי יותר להשתמש במי ברז.
    8. יבש לעיל לנקות מאוכלת בר הדגימה באוויר. סימון המשטח למדידה.
  7. למדוד את הפרמטרים מורפולוגי והכמות קורוזיה של מאוכלת בר הדגימה.
    הערה: ניקוי משפיעה על אובדן מסת בר פלדה מאוכלת. סוגים שונים של תמיסה חומצית והשעות שונים של טבילה הפתרון חומצה יגרום כמויות שונות של אובדן. במבחן הזה, עם זאת, לא נעשתה השוואה בין טכניקות ניקוי שונות, עקביות, הניקוי התהליך מלווה את סין הלאומית סטנדרטי עבור שיטות בדיקה של ביצועים ארוכי טווח ועמידות של בטון רגילה30.

2. מדידה שיטות ונהלים

  1. אובדן מסת שיטה
    1. המקום של מידה אלקטרוניים על משטח אופקי, אפס זה.
    2. למקם את מלוטש בר הדגימה לפני קורוזיה אופקית על גבי הסקאלה אלקטרונית ולקחת קריאה מקנה המידה כמו המסה של פלדה חלוד שאינו בר m0 (g).
    3. ננקה את בר הדגימה לאחר קורוזיה אופקית על גבי הסקאלה אלקטרונית ולקחת קריאה מקנה המידה כמו המסה של פלדה בר מאוכלת זג (g).
    4. חישוב הסכום של קורוזיה של פס באמצעות משוואה של קיוקור= (mc-m0) /m0x 100%.
    5. לחשב את השטח הממוצע של המקטע שיורית מאוכלת בר הדגימה באמצעות משוואה Asc=As0(1 -Qcor), לאן, As0 הוא האזור של בר הפלדה לא חלוד.
  2. ורניה caliper שיטה
    1. לסמן את פני השטח של הבר הדגימה לאורכו במרווחים 10 מ מ בקצה השמאלי של שורת באמצעות עט מרקר, כפי שמוצג איור 1.
    2. להעביר את היקף ורניה caliper ממיקומה המקורי. להפוך שתי הלסתות נוגעים אחד בשני, בשורה השני קווים אפס של המאזניים שהוא. משגר והעיקרי. ואז לדחוף את לחצן אפס אפס בסולם ורניה.
    3. המקום של caliper ורניה על פני הקוטר של הבר הדגימה. להזיז את הסולם ורניה כדי להפוך מלתעותיו שני לגעת הבר בעדינות על פני השטח. למדוד את הקוטר של הבר הדגימה המקטע מסומן ועל הזווית הנתונה.
    4. חזור על שלב 2.2.3 ארבע פעמים כדי למדוד את הבר קטרים המקטע מסומן, בזווית של 0°, 45°, 90° 135°, בהתאמה, כפי שמוצג באיור 2.
    5. ממוצע על הקוטר נמדד 4 לעיל ולקחת את זה בתור נציג הקוטר Dאני (מ מ) של הבר הדגימה את המקטע מסומן.
    6. לחשב את השטח חתך הרוחב של הבר הדגימה את המקטע מסומן באמצעות משוואה Aאני=pDאני2/4 (2מ מ).
    7. חזור על שלבים 2.2.3 כדי 2.2.6 עבור כל הסעיפים המסומנים של הבר הדגימה כדי למדוד את ההתפלגות של חתכי רוחב שלה לאורכו לאחר קורוזיה.
  3. שיטת ניקוז
    1. להגדיר את האוניברסלי אלקטרו-מכאניים בודקים מכונת (EUT), כפי שמוצג באיור3.
    2. מקם את מיכל הזכוכית מתחת לראש של המכונה EUT ויוצקים מי ברז לתוך המיכל עד מפלס המים מגיע לשקע.
    3. במקום גביע 200 מ על מצע מידה אלקטרוניים ממש מתחת לשקע של מיכל הזכוכית.
    4. תהדק את קצה אחד של שורת הדגימה באמצעות ראש EUT מכונת אנכית.
    5. לעבור על המכונה EUT כדי להזיז את ראשו למטה לאט לאט עד הקצה השני של הבר הדגימה נוגע רק המשטח העליון של המים בתוך המיכל.
    6. קח את הקריאה הראשונית של הסולם אלקטרוניים כמו Mאני.
    7. להפעיל את מכונת EUT כדי להעביר את סרגל הדגימה למטה לתוך המים במכל בשיעור של 1.0 מ מ/דקה.
    8. קח את הקריאה הסופית של הסולם אלקטרונית Mאני + 1 של המונים המים כבר שוחרר מהגורם עקב העקירה 10 מ מ של הבר הדגימה לתוך המים בתוך המיכל.
    9. להניח חתך של 10 מ מ שנעקרו בר הדגימה היא אחידה, לחשב את השטח חתך הרוחב של h= 10 מ מ שנעקרו בר באמצעות המשוואה של Aאני= (Mאני + 1 - Mאני) / (Ρh), (Mאני + 1 - Mאני ) איפה המסה מדודה של המים שוחרר מן הגורם המכיל עבור 10 מ מ שנעקרו בר הדגימה. Ρ = 1, 000 ק ג/מ'3 הוא צפיפות המים.
    10. חזור על שלבים 2.3.6 כדי 2.3.9 עבור כל דגימה בר ארוך העקורים 10 מ מ עד ועקרו מבתיהם לכל אורך הבר לתוך המים כדי למדוד את ההתפלגות של בר חתכי רוחב לאורכו.
  4. 3D סריקה שיטה
    1. תרסיס מפתח לבן על פני השטח של הבר הדגימה יבש זה באוויר. למקם אותו בצורה אופקית על הפלטפורמה של סורק תלת-ממד, כפי שמוצג באיור4.
    2. לכייל את המיקום של הבר הדגימה על הפלטפורמה של הסורק תלת-ממד על-ידי הפיכת באקראי נקודות לבנות קטנות על תווית נייר עבור שחזור תלת-ממד של הבר הדגימה.
    3. לאחר השקת לסורק תלת-ממד ותוכנות חילוץ נתונים המתאימים, לסרוק את הבר הדגימה לאורך לאסוף המתאימה שנסרקו נתונים באמצעות הסורק תלת-ממד. השתמש להוראות היצרן.
    4. פיתוח הדגם המרחבי של הבר הדגימה באמצעות התוכנה ולאסוף את הקבצים הרלוונטיים תאריך.
    5. להציב את הנתונים מפותחות במודל המרחבי של הבר הדגימה, שתי תוכניות MATLAB הידור עצמית באותה תיקיה של מחשב.
    6. הפעל את תוכנית MATLAB הראשון על הנתונים מפותחות במודל המרחבי של הבר הדגימה כדי ליצור את הקובץ MAT הרלוונטיים. שמור את הקובץ MAT שהושג באותה תיקיה.
    7. הפעל את תוכנית MATLAB השני על האמור לעיל מתקבל קובץ MAT כדי ליצור את הנתונים הרלוונטיים מורפולוגי של הבר מיוחד, כולל שטח חתך מומנט התמד, קוטב מומנט התמד, אקסצנטרי מרחק ועוד.
  5. שיטת XCT
    הערה: אחרי המדידות ארבע על 440 מ מ אורך בר הדגימה המדידה החמישי נעשה את 30 מ מ זמן בר דגימות בשיטת XCT בשל הבר הגבלת אורך.
    1. לחתוך דגימה בר 30 מ מ משני קצוות בר 500 מ מ פלדה רב, מהבר 440 מ מ זמן מאוכלת פלדה, כפי שמוצג באיור 1. . להשתמש בהם ללא חלוד, מאוכלת בר דגימות, בהתאמה.
    2. מניחים את הבר דגימות על הפלטפורמה rotatable של XCT כלי נגינה, כמוצג באיור5. סגור את הדלת של המכשיר XCT. הבר הדגימה דחוקה בין מקור רדיואקטיבי למקבל אות של המכשיר XCT.
    3. להפעיל את התוכנה פעולת XCT מותקן במחשב כדי להגדיר ירי פרמטרים. להתאים את סרגל הדגימה למצב ירי.
    4. כיוונון פיקסלים ההגדלה וגודל הגורם בטבלה "פקד תמונה" של התוכנה פעולת מכשיר XCT.
    5. להפעיל את המכשיר XCT על-ידי לחיצה על לחצן התחל כדי לסרוק את הבר הדגימה. לאסוף את המידע של בר הדגימה.
    6. הפעל חבילת התוכנה על האמור לעיל שנסרקו נתונים כדי לייצר את הפרמטרים גיאומטרי של הבר הדגימה בהתאם.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור 6 מראה על הקוטר של הדגימה זמן חלוד שאינו בר 500 מ מ בזווית של 0 °, 45 °, 90 ° 135 ° עבור כל מקטע לאורכו נמדד באמצעות מחוגה ורניה. הסורגים ואז נחתכו לשלושה חלקים, כפי שמוצג באיור1.

איור 7 מציג את תחומי חתך הלא-חלוד בר דגימות לאורך שלה באורכים נמדד בשיטות חמש וארבע, בהתאמה, על החלק האמצעי זמן 440 מ מ ועל הסוף זמן 30 מ מ.

איור 8 מראה תמונות מרחביות שלושה חתכים מאוכלת בר הדגימה נמדד באמצעות סריקה תלת-ממד ושיטות XCT, בהתאמה.

איור 9 מדווח על האזורים חתך הרוחב של הבר מאוכלת הדגימה לאורכו נמדד בשיטות חמש וארבע עבור 300 מ"מ ו- 30 מ מ ארוך דגימות.

טבלה 1 מסכמת על הקוטר של הדגימה בר 30 מ מ אורך חלוד שאינו נמדד באמצעות הרכיבים מאוזנים, 3D סריקה ו- XCT השיטות.

Figure 1
איור 1: פלדה בר הדגימה. איור 1 מציג את הפרטים של שורת דגימות. שני חלקים ארוך 30 מ מ 1 , 3 שימשו דגימות שאינן חלוד. 440 מ מ אורך התיכון חלק 2 שימש הבר מאוכלת הדגימה. שלושת האזורים נחתכו מהבר 500 מ מ פלדה רב במרחקים של 30 מ מ ו- 470 מ מ, בהתאמה, מהקצה השמאלי של פס פלדה. דמות זו שונתה מן המספרים 1 ו- 2 מאת Li, ואח. 16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: זוויות של בר קוטר מדידה באמצעות caliper ורניה. זה מראה את הזוויות של בר קוטר מדידה באמצעות של caliper ורניה-כל חתך לאורך הבר אורך. איור זה שונה מאיור 3 מאת Li, ואח. 16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: התקן עבור שיטת ניקוז. זה מראה המכונה בדיקות אוניברסלי אלקטרו-מכאניים (EUT) עבור שיטת ניקוז. דמות זו שונתה מ 4 איור מאת Li, et al. 16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4: התקן סריקה תלת-ממד, סרגל מסומן דגימות. זה מראה את המכשיר של סריקת תלת-ממד, המסומנים בר דגימות שיסרק. איור זה שונה מאיור 5 מאת Li, ואח. 16-אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5: התקן XCT- זה מראה המכשיר XCT ובר הדגימה שיסרק. איור זה שונה מאיור 7 מאת Li, ואח. 16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6: הקוטר מדודה של 500 מ מ זמן שאינו-חלוד ושורת של caliper ורניה. זה מראה על הקוטר של 500 מ מ זמן חלוד שאינו בר שנמדדו בשימוש של caliper ורניה. איור 6A מראה על הקוטר נמדד בזוויות שונות ארבעה בכל מקטע לאורך הבר אורך. איור 6B מציג את מקסימום, מינימום, סטיית הקוטר נמדד בזוויות שונות ארבעה. איור זה מודפס של איור 8 מאת Li, ואח. 16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 7
איור 7: האזורים סקציות מדוד הלא-חלוד בר הדגימה לאורכו. איור 7 א מראה האזורים סקציות מדוד 440 מ מ ארוך בר הדגימה לאורכו לפני שלה קורוזיה. איור 7 ב מציג את האזורים סקציות נמדד מהדוגמאות בר סוף זמן שאינו חלוד 30 מ מ. איור זה מודפס 9 איור מאת Li, ואח. 16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 8
איור 8: תמונות מרחבי, שלושה חתך של מאוכלת בר נמדד באמצעות סריקה תלת-ממד XCT שיטת הדגימה. איור 8A מציג את התמונות המרחבי של הדגימה בר ארוך מאוכלת 440 מ מ נמדד באמצעות סריקה תלת-ממד. איור 8 ב' מציג התמונות של שלושה חתכי רוחב של מאוכלת בר הדגימה נמדד באמצעות השיטה XCT. דמות זו שונתה מן הדמויות 10 ו-11 מאת Li, ואח. 16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 9
איור 9: אזור סקציות מדודה של מאוכלת בר הדגימה לאורכו. איור 9A מראה האזור סקציות מדודה של הדגימה בר ארוך מאוכלת 300 מ"מ לאורכו. איור 9B דוחות האזורים נמדדו של הדגימה בר ארוך מאוכלת 30 מ מ. איור זה התייחס דמויות 12 ו 13 מאת Li, ואח. 16 אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

קוטר (מ מ) Caliper שיטה שיטת XCT 3D סריקה שיטה
לכל היותר 14.22 14.27 14.34
מינימום 14.19 14.26 14.31
סטייה 0.03 0.01 0.03

טבלה 1: הקוטר מדודה של 30 מ מ זמן שאינו-חלוד בר הדגימה באמצעות caliper, סריקה תלת-ממד ושיטות XCT- זה מסכם על הקוטר המזערי והמרבי מהדוגמאות זמן חלוד שאינו בר 30 מ מ נמדד באמצעות שלוש שיטות. איור זה שונה מטבלה 1 מאת Li, ואח. 16-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

איור 6A 6B מראים כי הקוטר מדודה של הלא-חלוד בר הדגימה לא להשתנות באופן משמעותי לאורכו. ההפרש המרבי בין הקוטר נמדד לאורך הבר אורך הוא רק כ- 0.11 מ מ עם סטייה מקסימלית של 0.7%. אפשרות זו מציינת כי הצורה הגיאומטרית של בר חלוד שניתן גם להעריך באמצעות של caliper ורניה. עם זאת, הקוטר נמדד בזוויות שונות של אותו חתך הרוחב שונים במידה ניכרת ובעקביות אחד מהשני. עבור שורת נתון קטרים הדגימה, מקסימום, מינימום של 14.62 מ"מ ו מ"מ 14.05 להתרחש בזווית של 45° ו 135° עם סטייה מקסימלית של 4%. במילים אחרות, חתך הרוחב של בר חלוד אינו מעגלי מושלם, אלא אליפטית. לכן, תשומת הלב צריך להיות משולם למדידה של הבר קוטר כאשר האזור חתך הרוחב בפועל מחושבת ישירות מבוסס על נמדד קוטר של פס פלדה.

בנוסף המדד של המישור בר קוטר באמצעות מחוגה ורניה, וגם השתמשנו XCT ושיטות תלת-ממד כדי למדוד את חתך של בר צלעות, שעבורו ורניה מחוגה אינה יכולה לשמש בקלות. וכן מצאנו קטרים שונים בזוויות שונות עבור שורת הצלעות. הבר רגיל הדגימה משמש נייר זה שכן זה ניתן למדוד באמצעות כל בחמש שיטות שונות להשוואה.

פסי פלדה מבנים מבטון הם בעיקר המתח או דחיסה. לפיכך, נתון כוח, מיסב הקיבולת של פלדה בר תלוי באזור סקציות קרוס שלה. בהנחה 4.0% הבדל בין המינימום ומקסימום בר קוטר את זוויות שונות, הבר חתך אליפטי, שטחו מחושב על-ידי A=∏(d-0.04d)(d+0.04d)/4 = 0.998∏d2/4 עם הבדל 0.016% של אזור עבור בר נתון 4.0% הבדל של בר קוטר. לפיכך, בגלל קטרים שונים בזוויות שונות, הבר הקטנת שטח חתך הרוחב. עם זאת, בר אזור סקציות ההבדל נראה פחות משמעותי, בהשוואה עם הבר קוטר ההבדל באותו מקטע.

איור 7 א ו- 7 ב מראים כי האזורים המודולרית של הבר חלוד שאינם נמדדים באמצעות השיטות של אובדן מסת, caliper מדידות, סריקה תלת-ממד ו- XCT לא משתנים בצורה משמעותית בין שיטה אחת לאחרת, למעט כמה נקודות שנמדדו בשימוש שיטת ניקוז. זה היה בגלל שהיו כמה הוודאות באמצעות שיטת ניקוז, כגון מתח הפנים של נורת מים, בונד פעולה בין מים, הצינור, הלחות של סרגל משטח. לדוגמה, אם שורת השטח הוא יבש מדי כאשר זה הוא שנעקרו לתוך המיכל מים, זה לספוג קצת מים קודם לפני פריקת מים מהמיכל. אם מתח הפנים של נורת מים גדול מ 90° כאשר הם זורמים דרך צינור, אפשר לשחרר פחות מים מהמיכל דרך הצינור זכוכית עבור הבר העקורים הראשון 10 מ מ. כתוצאה מכך, הסכום של קורוזיה של הבר הדגימה יהיה מוערך יתר על המידה, אזור שיורית בפועל של הבר מאוכלת יהיה תחת-משוער. כמייצג הדגימה ממשיך לנוע לתוך המיכל, שהלחץ מצטבר בצינור עד התגברות על ההתנגדות חיכוך בין פני השטח מים, צינור; לכן, הרבה יותר מים להיות משוחררים עבור הדגימה בר העקורים הסוגר 10 מ מ לתוך המיכל. כתוצאה מכך, הסכום של קורוזיה של הבר הדגימה יהיה תחת-משוער, אזור שיורית בפועל של הבר מאוכלת יהיה מוערך יתר על המידה. זו הסיבה מדוע האזור מדודה של הבר הדגימה באמצעות שיטת ניקוז הוא פחות יציב ואין עקביות לעומת אלו נמדדים באמצעות שיטות אחרות.

בנוסף, טבלה 1 גם מראה כי הקוטר 30 מ מ ארוך שאינו-חלוד בר הדגימה נמדד באמצעות caliper ורניה, 3D סריקה ושיטת XCT קרובים אחד לשני. לכן, ארבע שיטות של אובדן מסת caliper מדידה, סריקה תלת-ממד, שיטת XCT יכול לשמש כדי להגדיר את מאפייני המודולרית של פלדה חלוד שאינו בר יותר במדויק.

יתר על כן, באמצעות השוואה מקיפה של מכשירים משומשים, בדיקת עלויות, יעילות, דיוק המדידה של השיטות השונות 4 לעיל, הוא הופך להיות ברור כי השיטה caliper היא המתאימה ביותר עבור המידה של המורפולוגיה של סרגל פלדה חלוד שאינו בשל פשטות, יעילות גבוהה דיוק לעומת שיטות אחרות,.

זה יצוין, כי, כפי שמוצג באיור1, משטחי חיתוך קצה שני ברים זמן שאינו חלוד 30 מ מ לא היו מישוריים לחלוטין וישר באופן רוחבי. הדבר עלול לגרום כמה סתירות אודות סרגל אורך בפועל שנמדדו בשימוש של caliper ורניה, ובתמורה, הסטייה של האזורים סקציות מחושב של וריאציה אובדן או אמצעי אחסון בנפח גדול נמדד. לפיכך, ישנם כמה הבדלים של האזורים סקציות נמדד בפסי שאינם חלוד בין איור 7 א 7.

איור 8A ו- 8 ב' , עולה כי כתוצאה מהסרת מתכת מכל בר משטח ומתפשטים באמצעות אלקטרוכימי התגובה לעבד, חתך הרוחב שיורית של שורת מאוכלת הדגימה היא לא מעגלית או אליפטית. במקום זאת, הוא הפך מאוד לא סדירה ומגוונת באופן משמעותי לאורך הבר מאוכלת.

איור 9A 9B מראים האזורים שיורית של חתך מאוכלת בר דגימות לאורכו שאינן נמדדו באמצעות אובדן מסת, מחוגה, שיטת ניקוז, סריקה תלת-ממד של השיטה XCT. ברור כי עבור מאוכלת בר מיוחד, השיטה אובדן מסת יכול לייצר אזור חתך הרוחב הממוצע של בר מאוכלת ורק נשארת קבועה לאורכו. זה לא משקף את הווריאציה של המקטע שיורית בפועל של בר מאוכלת לאורכו, כפי שמוצג באיור 8A ו- 8 ב'. בנוסף, מכיוון caliper לא יכול לגעת בבסיס של pitting בסרגל משטח, זה יכול רק למדוד קוטר שווה ערך של מקטע שיורית של בר מאוכלת. בגלל, כגון פגם מהותי בשיטת caliper הוא פחות מסוגל למדוד את הפרמטר מורפולוגי של מאוכלת בר הדגימה בדיוק.

איור 9 א ו- 9B גם מראים כי האזורים שיורית של מאוכלת בר הדגימה נמדד באמצעות XCT ותלת מימד שיטות סריקה להשתנות באופן עקבי לאורכו של זה לזה. עם זאת, שיטת XCT יכול להכיל רק 30 מ מ דגימות. לכן, השיטה XCT לא יכול להיות בשימוש נרחב בהנדסה מעשית. יתר על כן, השימוש בשיטת XCT גם כופה דרישות מחמירות מאוד על חיתוך, הכנת בר הדגימה. אם המקטע של בר הדגימה אינה מטוס ישר, אלא עקום או לא אחידה, סטייה משמעותית יכול להיות עשוי וכללה בבר סקציות אזור נמדד באמצעות השיטה XCT. 3D סריקה שיטה יכול להכיל את 440 מ מ ארוך בר הדגימה ולמדוד את המורפולוגיה של דגימות שאינן חלוד וגם מאוכלת באופן מדויק מספיק. יש לו יתרונות ניכר על פני ארבע השיטות האחרות על דיוק, יעילות הישימות במדידה של בר מורפולוגיה של פני השטח. חוץ מזה, בשיטת 3D ניתן גם ליצור מידע מורפולוגי יותר שימושי של בר מיוחד, כולל את מעמקי הבורות קורוזיה על השטח, מומנט התמד, centroid, רגעים התמד של בר סעיף, וכו '. לאורכו. לפיכך, שיטת סריקה תלת-ממד היא האפשרות המועדפות ביותר למדידת המורפולוגיה של מוט פלדה, במיוחד בר פלדה מאוכלת.

תוצאות, דיון לעיל, ניתן להסיק את המסקנות הבאות. עבור הלא-חלוד פלדה בר, caliper ורניה הוא הכלי הטוב ביותר למדידת מורפולוגיה שלה. זה לא רק יש רמת דיוק גבוהה של מדידה אלא גם היא החסכונית ביותר. למרות שיטת ניקוז יכול למדוד את האזור חתך הרוחב שיורית של סרגל פלדה מאוכלת לאורך הבר אורך, הדיוק של המכשיר מדידה נוספת זקוקה לשיפור. תוצאותיו נמדד עשוי להיות מושפע הוודאות מסוימים, כגון את surface tension של הנורה מים, את הקשר עם צינור זרימה, את הלחות של בר פני השטח, וכו '., ולכן שיטת ניקוז יש להשתמש בזהירות רבה. למרות השיטה XCT יכול למדוד במדויק אזור מקטע שיורית של בר פלדה מאוכלת, האורך של סרגל פלדה שזה יכול להכיל הוא מוגבל ל- 30 מ מ. שיטת סריקה תלת-ממדי יש יתרונות ניכר על פני ארבע השיטות האחרות בהיבטים של דיוק, יעילות, ישימות במדידה של פני השטח המורפולוגיה של מוט פלדה, במיוחד בר פלדה מאוכלת. בנוסף, הוא יכול ליצור הרבה יותר שימושי מדידות מורפולוגיה של מוט פלדה מאוכלת, כגון עומק הבור, אקסצנטריות ומדפים, וכו '. זה שיטת האופטימלי ביותר עבור מדידת מורפולוגית פרמטרים של סרגל פלדה מאוכלת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

המחברים ב אוניברסיטת שנג'ן באופן משמעותי מאשר התמיכה הכלכלית של הלאומי מדעי הטבע קרן של סין (מענק מס ' 51520105012 ו- 51278303), (מפתח) פרוייקט של משרד החינוך במחוז גואנגדונג. (No.2014KZDXM051)-הם גם תודה גואנג-דונג פרובינציה מפתח מעבדה של העמידות של ימית הנדסה אזרחית, המכללה האקדמית להנדסה אזרחית באוניברסיטת שנג'ן למתן בדיקות מתקנים וציוד.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. Muthulingam, S., Rao, B. N. Non-uniform corrosion states of rebar in concrete under chloride environment. Corrosion Science. 93, 267-282 (2015).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Almusallam, A. A. Effect of degree of corrosion on the properties of reinforcing steel bars. Construction & Building Materials. 15 (8), 361-368 (2001).
  9. 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).
  10. Zhang, W., Song, X., Gu, X., Li, S. Tensile and fatigue behavior of corroded rebars. Construction & Building Materials. 34 (5), 409-417 (2012).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Imperatore, S., Rinaldi, Z., Drago, C. Degradation relationships for the mechanical properties of corroded steel rebars. Construction and Building Materials. , 219-230 (2017).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).

Tags

הנדסה גיליון 141 המונית אובדן מחוגה ורניה ניקוז XCT 3D סריקה קורוזיה ההשתנות המרחבית
ניתוח ישימות שיטות הערכה מורפולוגית פרמטרים של פסי פלדה מאוכלת
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Li, D., Li, P., Du, Y., Wei, R.… More

Li, D., Li, P., Du, Y., Wei, R. Applicability Analysis of Assessment Methods for Morphological Parameters of Corroded Steel Bars. J. Vis. Exp. (141), e57859, doi:10.3791/57859 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter