Name: Experimentelles Protokoll den Chlorid-Schwellenwert für Korrosion in Proben aus Stahlbeton Strukturen bestimmen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-31T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min
Description: Erfahren Sie die Messung des Chlorid-Schwellenwerts für Stahlbetonkorrosion an realen Bauwerksproben. Diese Methode ermöglicht präzisere Vorhersagen zur Dauerhaftigkeit von Betonkonstruktionen im Bauwesen.

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Die hier beschriebene Arbeiten wurde teilweise durch das Schweizer Bundesamt für Strassen (Forschungsprojekt AGB2012/010) finanziert. Wir erkennen deutlich die finanzielle Unterstützung.

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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die wichtigsten Schritte für den Erfolg des vorgeschlagenen experimentellen Protokolls CCrit zu bestimmen sind einschließlich der Maßnahmen, falsche Korrosion Einleitung und andere Stahlbarren Ende Effekte zu verhindern. In diesem Zusammenhang wurden eine Vielzahl von Ansätzen getestet, darunter fand die hier gemeldeten Protokoll liefern die besten Ergebnisse28. In weiteren Tests erlaubt dieser Ansatz Verringerung der Rate der falsche Initiation auf unter 10 %. Auf der einen Seite ist dies aufgrund Beschichtung das Grenzgebiet der exponierten Betonoberfläche mit Epoxidharz, die erhöht erheblich die Länge des Transports von Chloriden durch den Beton, die Stahlstange endet. Auf der anderen Seite verbessert ersetzt den ursprünglichen Beton um den Stahl Stab an den Enden mit einem dichten, stark alkalischen zementgebundene Gülle erheblich die Korrosionsbeständigkeit in diesen Bereichen. Solche Systeme, d. h.den Stahl Beschichtung Lenkerhörnchen mit einer Schicht aus einem Polymer-modifizierten zementgebundene Material bewährt haben auch in anderen Studien29,30.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist das Kriterium für Korrosion Einleitung. Dieses Kriterium basiert auf RILEM technischen Komitees TC-235, die zielte darauf ab, ein Prüfverfahren für die Messung von CCrit in Proben im Labor31hergestellt zu empfehlen. Die Begründung ist, dass es allgemein bekannt ist, dass einsetzende Korrosion unpolarisierten Stahl in Beton eingebettet möglicherweise über einen langen Zeitraum der Zeit eher als eine wohldefinierte instant30,32statt. Stahl kann bei relativ niedrigem Chlorid-Konzentrationen korrodieren beginnen, aber wenn diese nicht in der Lage, den Korrosionsprozess aufrecht zu erhalten sind, wird Repassivierung auftreten, das wird deutlich durch einen potenziellen Anstieg wieder auf das Ausgangsniveau passive. Solche Ereignisse Depassivierung Repassivierung werden in der Regel in ähnlichen Studien30,33,34beobachtet. Die Chloridkonzentration, gemessen in einer Zeit der stabilen Korrosion ist für die Praxis relevanter als die Zeit, an der die ersten Anzeichen für mögliche Abweichungen von der passiven Ebene bemerkbar. Mit dem vorgeschlagenen Kriterium stellt CCrit die Chloridkonzentration bei der Korrosion initiiert und auch stabil ausbreitet.
Eine Einschränkung der Methode ist, dass die Proben relativ klein, die möglicherweise eines Einfluss auf die Ergebnisse35,36. Um dem entgegenzuwirken, wird vorgeschlagen, um eine relativ hohe Anzahl von Proben (idealerweise 10) zu verwenden. Das Maß an Vertrauen hängt von der statistischen Verteilung der CCrit im eigentlichen Testbereich. Näheres entnehmen Sie bitte in diesem Zusammenhang aufum 36zu verweisen. Eine weitere Einschränkung ist, dass die Feuchtigkeit-Zustände in der Labor-Ausstellung von denen der eine tatsächliche Struktur abweichen können. Zu guter Letzt die Erkennung der Korrosion Initiation in Fällen möglicherweise schwer wo das Potenzial in der Regel negativ, wie z. B. in Schlacke Zemente oder anderen Sulfid mit Bindemitteln ist.
Nach bestem Wissen und gewissen ist dies die erste Methode CCrit Bestimmung in Ingenieurbauwerken in einem Stadium vor Korrosion Einleitung. Im Gegensatz zur empirischen Erfahrungen aus Strukturen, die definitionsgemäß nach Korrosion Initiation erhalten ist, kann diese Methode zur Ckritische Trefferwertung für bestimmte Strukturen oder Tragwerke zu messen, bevor Korrosion Abbau tritt ; die Ergebnisse können somit zur Bewertung des Risikos der (zukünftigen) Korrosion und Vorhersagen, die verbleibende Zeit zur Korrosion Initiation (Service-Leben-Modellierung) verwendet werden. Also, diese Methode hat das Potenzial, in Material testing, ähnlich wie bei etablierten Methoden für die mechanische Prüfung (Druckfestigkeit, etc.) verwendet werden
Die Methode wird derzeit eine Reihe von verschiedenen konkreten Infrastrukturen in der Schweiz. Dies wird das stark eingeschränkt5 wissen über statistische Verteilungen von CCrit in Strukturen erweitern. Darüber hinaus wird es zeigen den Einfluss verschiedener Faktoren wie dem Alter der Strukturen, der verwendeten Baumaterialien, etc., und somit für wichtige Informationen für Bauingenieure und für Entscheidungsträger im Infrastrukturmanagement.

Korrosion von Stahl in Beton, ausgelöst durch das Eindringen von Chloriden durch den Beton, ist die häufigste Ursache für den vorzeitigen Abbau von Stahl-und vorgespannten und stellt somit eine der wichtigsten Herausforderungen in hoch-und Tiefbau1,2,3,4. Industrieländer haben in der Regel einen großen Bestand an Altern konkrete Infrastrukturen, erbaut in der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts und somit mit einer Geschichte von mehreren Jahrzehnten der Exposition gegenüber Meeresklima oder Enteisung Salze auf Straßen verwendet. Die Möglichkeit, den Zustand dieser Strukturen, d. h., das Risiko für Korrosion zuverlässig zu beurteilen, bildet der Grundlage für die Planung von Wartungsarbeiten und Infrastruktur-Management, im Allgemeinen.
Die etablierten Ansatz im Maschinenbau für die Verwaltung von chloridinduzierten Stahlkorrosion in Beton basiert auf einem Chlorid Schwellenwert Wert (auch benannt kritischer Chloridgehalt, CCrit)1,5, 6. nach diesem Konzept Korrosion Einleitung wird gedacht, um auftreten, sobald die Chloridkonzentration im Beton an der Stahloberfläche den C-Crit -Schwellenwert überschreitet. So verlassen Beurteilung des Zustandes der bestehenden Strukturen und Abschätzung der Restlebensdauer in der Regel auf die Bestimmung des Chloridgehaltes in verschiedenen Tiefen im Beton, besonders in der Tiefe des eingebetteten Betonstahls. Es gibt eine Reihe von zuverlässigen und standardisierte Methoden zur Messung dieser Chloridkonzentration in Proben von konkreten7,8. Vergleicht man die Ergebnisse zu CCrit bildet die Grundlage für die Beurteilung der Korrosionsgefahr und Planung, die Art und das Ausmaß der Reparaturmaßnahmen. Dieser Ansatz erfordert jedoch Kenntnis von CKrit.
Unterschiedliche internationale Standards und Empfehlungen sowie Text Bücher, festgelegt Werte für CCrit1,3,9,10,11. Diese sind in der Regel rund 0,4 % Chlorid nach Gewicht des Zements, basierend auf langjähriger Erfahrung oder frühen Studien12,13. Es ist jedoch bekannt, dass die tatsächlichen Widerstand gegen CCrit einer bestimmten Struktur oder Tragwerk von den verwendeten Materialien geprägt, durch das Alter der Struktur und durch Exposition Geschichte und Bedingungen1 , 5. so, es ist allgemein anerkannt, dass die Erfahrung von einer Struktur nur auf andere Strukturen mit Vorsicht angewendet werden sollte.
Trotzdem ist es üblich engineering Praxis um tabellarisierte Ckritische Werte, unabhängig von der tatsächlichen Struktur zu verwenden. Dies kann durch die große Streuung der CCrit in der Literatur und durch den Mangel an zuverlässigen Methoden zur Bestimmung von CCrit vor Ort und im Labor5erklärt werden. Der Ansatz der Verwendung von tabellarischen Grenzwerte in Haltbarkeit Bewertungen steht im Gegensatz zu Strukturüberlegungen in Zustand Einschätzungen des Alterns Betonstrukturen. Im letzteren Fall gibt es eine Reihe von standardisierten Testverfahren, mechanische Eigenschaften wie die Stärke des Materials in der Struktur (Beton, Betonstahl), bestimmen bei der Berechnung des strukturellen Verhaltens verwendet werden.
In dieser Arbeit wird ein experimentelles Protokoll festzustellen, CCrit auf Proben von Ingenieurbauwerken vorgestellt. Der Ansatz basiert auf Bohren Kerne aus Stahlbeton in Teilen von Betonbauwerken wo Korrosion noch nicht eingeleitet hat. Diese Proben werden im Labor übertragen wo sie um eine beschleunigte Korrosionstest ausgesetzt sind, um die Voraussetzungen für die Einleitung der Korrosion zu studieren. Der Hauptvorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist, dass die Proben von Strukturen und damit Ausstellung reale Bedingungen in Bezug auf eine Reihe von Parametern stammen, die stark Einfluss CCrit wohlbekannt sind und die nicht repräsentativ ahmte im Labor hergestellten Proben. Dazu gehören die Art und das Alter des Betons (junge Laboratory im Vergleich zu reifen Website produziert Beton Beton), Art und Oberfläche Zustand des verstärken Stahl verwendet zum Zeitpunkt der Konstruktion und im Allgemeinen die Eigenschaften von Stahl-Beton 14-Schnittstelle. Zusammen mit der Genauigkeit der Messung Labormethoden ermöglicht dieser Ansatz die zuverlässige Bestimmung des C-Crit für bestimmte Strukturen und Tragwerke.
Anwendung des vorgeschlagenen Protokolls in der technischen Praxis werden - verglichen mit der weit verbreiteten Praxis mit einem konstanten Wert für CCrit - verbessern Sie die Genauigkeit der Bedingung Bewertungen und die Vorhersagekraft der Modelle zu analysieren die Restlebensdauer. Die erwartete starke Zunahme Reparaturarbeiten unserer gebauten Infrastruktur in den kommenden Jahrzehnten15 stellt eine dringende Notwendigkeit für solch eine Verbesserung in den Ingenieurwissenschaften korrodieren Infrastrukturen.

<table><tbody><tr><td></td><td></td><td>Litzenquerschnitt mind. 0,50 mm&sup2;; idealerweise Kupferdraht, verzinnt</td><td></td></tr> <tr><td>Selbstschneidende Metallschraube jede geeignete selbstschneidende Schraube</td><td></td><td></td><td>, typischerweise mit einer Länge von 4 - 5 mm und einem Durchmesser um 2,5 mm</td></tr><tr><td>Ringkabelschuh</td><td></td><td></td><td>geeignet zum Verbinden von Schraube und</td></tr><tr><td>Kabel SikaTop Seal-107</td><td>Sika</td><td></td><td>zweikomponentige polymermodifizierte zementgebundene wasserdichte Mörtelschlämme</td></tr><tr><td>Epoflex 816 L</td><td>Adisa</td><td></td><td>Epoxidbeschichtung</td></tr><tr><td>Expositionsbehälter</td><td></td><td></td><td>beliebiger geeigneter Behälter (z.B. Rako-Box) mit Deckel; ausreichend groß für die Belichtung der Proben</td></tr><tr><td>Referenzelektrode</td><td></td><td></td><td>Jede stabile Referenzelektrode, die für das kontinuierliche Eintauchen in Natriumchloridlösung geeignet</td></tr> ist<tr><td>Leitungswasser</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Natriumchlorid</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Datenlogger</td><td></td><td></td><td>Jedes Gerät, das in der Lage ist, die Potentiale aller Proben im Vergleich zur Referenzelektrode im angegebenen Intervall zu überwachen (Eingangsimpedanz >10E7 Ohm)</td></tr></tbody></table>

experimentelles protokoll den chlorid-schwellenwert für korrosion in proben aus stahlbeton strukturen bestimmen

Experimental Protocol to Determine the Chloride Threshold Value for Corrosion in Samples Taken from Reinforced Concrete Structures

Die Alterung der Stahlbeton-Infrastruktur in den Industrieländern stellt einen dringenden Bedarf an Methoden, um den Zustand dieser Strukturen zuverlässig zu beurteilen. Korrosion der eingebetteten Betonstahl ist die häufigste Ursache für den Abbau. Zwar ist es allgemein bekannt, dass die Möglichkeit einer Struktur gegen Korrosion hängt stark von Faktoren wie die verwendeten Materialien oder das Alter, ist es üblich sich auf Werte Schwelle gemäß Normen oder Lehrbücher. Diese Schwellenwerte für Korrosion Einleitung (CCrit) sind unabhängig von den tatsächlichen Eigenschaften des eine gewisse Struktur, die die Genauigkeit der Bedingung Bewertungen und Service Leben Vorhersagen deutlich einschränkt. Die Praxis der Verwendung tabellierte Werte kann auf den Mangel an zuverlässigen Methoden zur Bestimmung von CCrit vor Ort und im Labor zurückführen.
Hier ist ein experimentelles Protokoll festzustellen, Ckritische Trefferwertung für individuelle Kunstbauten oder Tragwerke präsentiert. Eine Reihe von Stahlbeton Proben stammen aus Strukturen und Korrosion Labortests durchgeführt wird. Der wesentliche Vorteil dieser Methode ist, dass es garantiert reale Bedingungen über Parameter, die sind bekannt, stark CCrit, wie beispielsweise die Stahl-Beton-Schnittstelle zu beeinflussen, die repräsentativ in nachgeahmt werden kann nicht Labor hergestellten Proben. Zur gleichen Zeit ermöglicht beschleunigte Korrosionstest im Labor die zuverlässige Bestimmung des C-Crit vor Korrosion Einleitung auf die bewährte Struktur; Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber alle gemeinsamen Zustand-Bewertungsmethoden, die nur erlauben Schätzung der Bedingungen für Korrosion nach der Initiation, d. h., wenn die Struktur bereits beschädigt ist.
Das Protokoll liefert die statistische Verteilung der Ckritische Trefferwertung für die bewährte Struktur. Dies dient als Grundlage für probabilistische Vorhersagemodelle für die verbleibende Zeit zur Korrosion, die für die Planung der Instandhaltung benötigt wird. Diese Methode kann potenziell in Werkstoffprüfung von zivilen Infrastrukturen, ähnlich wie bei etablierten Methoden für die mechanische Prüfung verwendet werden.

Abbildung 7 zeigt typische Stahl Potentiale während Chlorid Exposition im Labor überwacht. Beide Beispiele zeigen, dass das Potential innerhalb sehr kurzer Zeit deutlich sinken kann, sondern der Korrosionsprozess nicht noch stabil ausbreiten kann die zeichnet sich durch eine Erhöhung des Potentials in Richtung seiner passiven Ausgangsniveau. In diesem Protokoll wird die Zeit der Korrosion Initiation, d. h., die Zeit bei der Belichtung wird gestoppt und CCrit wird bestimmt, definiert durch einen deutlichen Spannungsabfall gefolgt von 10 Tagen negative Potentiale (siehe Abschnitt 3.5.2 und die Diskussion für weitere Details).
Es ist üblich, dass es mehrere Monate dauern kann bis Einleitung stabiler Korrosion auftritt. Dies hängt auch von der anfänglichen Chloridgehalt im Beton bereits vorhanden, bei der Probenahme von den Strukturen. In einigen Fällen der bislang durchgeführten Experimente dauerte es mehr als 1 Jahr bis Korrosion eingeleitet.
Abbildung 8 zeigt ein Beispiel für CCrit gemessen in 11 Proben aus mehr als 40 Jahre alt-Straßentunnel in den Schweizer Alpen. Diese Proben wurden auf einer Fläche von ca. 1-2 m2entnommen, so vermutlich identisch produziert und ausgesetzt. In diesem Beispiel wurde der Chloridgehalt an der Stahloberfläche zum Zeitpunkt der Probenahme vernachlässigbar. Darüber hinaus wurde die Kohlensäure-Front noch weit von der Stahloberfläche.
Abbildung 9 zeigt zwei Beispiele, wo potenzielle Stahl stark nach Exposition gegenüber Chlorid-freie Lösung verringert. In einem der in diesen besonderen Fällen während die anschließende (zerstörerischen) Untersuchung der Probe ergab, dass der Beton an der Stahl Tiefe bereits Kohlensäure war. Bei der Ankunft des Wassers an der Stahloberfläche der Korrosionsprozess so sofort gestartet. Im anderen Fall falsche Korrosion Einleitung ereignete sich um eines der Stahl bar enden.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig1.jpg"> 
Abbildung 1 . Schematische Zeichnung der die Probe entnommen aus einer Struktur und behandelt im Labor: (ein) Betonkern mit einem eingebetteten Stück Betonstahl; (b) Reduzierung der Betondeckung auf der exponierten Seite und auf der Rückseite durch wassergekühlte Diamant Schneiden; (c) Stahl bar End-Schutz durch einige konkrete um den Stahl zu entfernen und ersetzen es mit einem dichten einfügen/Zementmörtel und anschließende Epoxy-Beschichtung; und (d) Epoxy-Beschichtung auf Seitenflächen und End Zonen der exponierten Betonoberfläche. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig2.jpg"> 
Abbildung 2 . Schematische Zeichnung des Setups für den Korrosionsschutz-Test im Labor. Zeigt die Platzierung der Proben in der Exposition-Tank. Abstandhalter werden verwendet, um Kontakt zu Exposition Lösung von der Bodenfläche Probe zu gewährleisten. Alle Proben sind mit einen Datenlogger, messen das Potenzial jeder Probe gegen eine Referenzelektrode platziert in der Exposition-Lösung verbunden. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig3.jpg"> 
Abbildung 3 . Schematische Zeichnung möglich Zeit-Entwicklungen Stahl Potenziale, die das Kriterium für Korrosion Einleitung veranschaulicht. Bei Punkt 1, drop ein Potenzial von weniger als 150 mV vom ersten "passive Ebene" tritt; zu Punkt 2, drop ein Potential von mindestens 150 mV auftritt, folgt die Repassivierung; bei Punkt 3, drop ein Potential von mindestens 150 mV erfolgt (innerhalb von max. 5 Tage) und das erreichte negative mögliche Niveau wird über 10 Tage getragen. T-Iniabheben der Probenmaterials aus der Exposition-Lösung. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig4.jpg"> 
Abbildung 4 . Schematische Zeichnung illustriert das Schneiden und Teilen des konkreten Beispiels nach dem Nachweis von Korrosion Einleitung. Zunächst wird ein "Graben" von der hinteren Seite, parallel zu den Stahlstab geschnitten. Durch das Einfügen eines Meißels oder ein ähnliches Tool, kann der Graben verwendet werden, um die Probe aufgeteilt, wie durch die Pfeile angedeutet. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig5.jpg"> 
Abbildung 5 . Fotos zur Veranschaulichung Probenanalyse nach Korrosion Einleitung. (ein) die beiden Hälften der Probe nach aufteilen, und (b) ein Rost vor Ort ist sichtbar an der Stahl-Oberfläche nach Korrosion Einleitung. Fotos von verschiedenen Proben. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig6.jpg"> 
Abbildung 6 . Schematische Zeichnung illustriert die Probenahme für die Chlorid-Analyse nach Korrosion Einleitung: (ein) Entfernung von Epoxy-beschichteten Teile der Betonkern Split (lila = Schnittebenen); (b) Entfernung von der Betondeckung bis 2 mm von der Stahloberfläche (lila = Schnittebene); (c) Schleifen über eine tiefe Intervall von +/-2 mm Stahl bar Deckel Tiefe (rot = Stichprobe Volumen). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 7" class="xf alt="Figure 7" class=""></img alt="Figure 7" class="xf>Igimg"src="/files/ftp_upload/56229/56229fig7.jpg"/ > 
Abbildung 7 . Vertreter Beispiele der gemessenen potenzielle vs. Zeit Kurven. Die in der Regel ausgeprägten potentiellen Tropfen, die durch eine mögliche Erhöhung (Repassivierung) befolgt werden können, bis endlich stabile Korrosion Einleitung nach dem vorgeschlagenen Kriterium initiiert. (ein) zeigt einen Fall, wo das Potenzial auf dem negativen Niveau stabilisiert, und (b) ist ein Beispiel, wo das Potenzial weiter rückläufig im untersuchten Zeitraum von 10 Tagen. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig8.jpg"> 
Abbildung 8 . Beispiel CCrit gemessen in 11 Proben besessenen aus in ein kleines Betonfläche in mehr als 40 Jahre alte Straße Tunnel in den Schweizer Alpen. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig8large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig9.jpg"> 
Abbildung 9 . Beispiele für deutliche Potential sinkt sofort nach Exposition in Chlorid-freie Lösung. In einem Fall, der Beton in den Stahl Tiefe war bereits Kohlensäure, damit bei der Ankunft des Wassers an der Stahloberfläche den Korrosionsprozess begann sofort, was zu einem drastischen Rückgang der Potenzial. Im anderen Fall falsche Korrosion Einleitung ereignete sich um eins der stählernen Lenkerhörnchen, die hier führte zu einer schrittweisen mögliche Abnahme. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig9large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

Wir schlagen eine Methode um einen Parameter zu messen, der für Korrosion Bewertungen oder Vorhersagen von Stahlbetonkonstruktionen, mit der wesentliche Vorteil der Genehmigung, Prüfung von Proben von Ingenieurbauwerken von hoher Relevanz ist. Dies sorgt für realen Bedingungen an der Stahl-Beton-Schnittstelle, die entscheidend für Artefakte Labor hergestellten Proben zu vermeiden sind.

Experimentelles Protokoll den Chlorid-Schwellenwert für Korrosion in Proben aus Stahlbeton Strukturen bestimmen

The aging of reinforced concrete infrastructure in developed countries imposes an urgent need for methods to reliably assess the condition of these ...

Das übergeordnete Ziel dieser Methode besteht darin, den Chlorid-Schwellenwert zu bestimmen, der ein wesentlicher Parameter ist und die Fähigkeit von Stahlbeton beschreibt, Korrosion standzuhalten. Dieser Parameter wird in allen aktuellen Modellen benötigt, um chloridinduzierte Korrosion in Beton vorherzusagen. Obwohl bekannt ist, dass die Chlorid-Schwellenwerte stark von Faktoren wie den verwendeten Materialien abhängen, ist es üblich, sich auf allgemeine Werte zu stützen, wie sie in Normen oder Lehrbüchern festgelegt sind.Der Hauptvorteil unserer Methode liegt darin, dass sie die Prüfung von Ingenieurbauwerken ermöglicht. Dies ist vergleichbar mit den etablierten Verfahren zur Untersuchung mechanischer Eigenschaften wie der Betonfestigkeit. Durch die Prüfung von Proben aus Bauwerken stellen wir sicher, dass reale Bedingungen berücksichtigt werden, die die Chloridschwellenwerte maßgeblich beeinflussen.Als Beispiel kann die Stahl-Beton-Grenzfläche genannt werden, die im Labor nicht repräsentativ nachgebildet werden kann. Wählen Sie zunächst Testbereiche in der Betonstruktur aus, wie im Textprotokoll beschrieben. Lokalisieren Sie die Bewehrungsstäbe im Beton mithilfe eines handgehaltenen, nicht zerstörenden Scanningsgeräts, das üblicherweise als Bewehrungsdetektor bekannt ist.Bewegen Sie den Stabdurchmesser-Detektor innerhalb des Prüfbereichs sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung über die Betonoberfläche. Markieren Sie mithilfe von Kreide vorübergehend jeden Bewehrungsstahlstab in einem Rastermuster auf der Betonoberfläche. Wählen Sie die Stellen für das Kernbohren von Proben mit einem Durchmesser von mindestens 150 Millimetern aus.Markieren und beschriften Sie diese auf einer Betonoberfläche. Bohren Sie die Betonkerne, die das Bewehrungsstahlsegment enthalten, gemäß gängigen Verfahren und Normen. Entfernen Sie nach dem Bohren den Betonkern aus der Struktur, beispielsweise mithilfe eines Meißels.Schließlich die Probe mit einer Diffusionsfolie umwickeln, um die Feuchtigkeitsbedingungen während des Transports zum Labor zu erhalten. Die Betondeckung an der Vorderseite, also der ursprünglich wasserseitig exponierten Seite, durch wassergekühltes Diamantschneiden verringern. Streben Sie eine endgültige Dicke der Betondeckung der Probe im Bereich von 15 bis 20 Millimetern an.Als Nächstes stellen Sie eine Kabelverbindung her und schützen Sie die Enden der Bewehrungsstäbe während der Expositionsprüfung vor einer vorgetäuschten Korrosionsinitiierung. Gehen Sie dazu folgendermaßen vor: Verwenden Sie zunächst einen Kernbohrer mit einem Innendurchmesser, der etwas größer ist als der Durchmesser des Bewehrungsstabs, um das Betonmaterial um den Stab an jedem Ende über eine maximale Länge von 10 Millimetern zu entfernen. Entfernen Sie anschließend mithilfe geeigneter Werkzeuge die an der Stahloberfläche haftenden Reste der Zementpaste durch Kratzen.Bohren Sie dann ein kleines Loch in eines der Enden der Stahlstäbe und befestigen Sie mithilfe einer metallischen Selbstschneidschraube eine Kabelöse am Stahlstab. Füllen Sie den Spalt um beide Enden der Stahlstäbe herum mit einer dichten Zementpaste, einem Mörtel oder einer Vergussmasse, indem Sie die Aufschlämmung vorsichtig in die Löcher gießen. Beschichten Sie außerdem die Schraubanschlussöse der Kabelverbindung.Das soeben beschriebene Verfahren ist entscheidend, um eine falsche Korrosionsinitiierung zu vermeiden, das heißt Korrosion an den Enden der Stahlstäbe. Um die exponierte Oberfläche zu begrenzen, beschichten Sie die Seitenfläche des Kerns mit einem Epoxidharz und streichen Sie außerdem die Enden der Bewehrungsstahlstäbe sowie die Kabelverbindung. Mit dem gleichen Epoxidharz die Endbereiche der freigelegten Betonoberfläche an der Seite des Kerns beschichten, die zuvor der tragenden Betonoberfläche am nächsten war. An dieser Seite entlang der Stahlbewehrung eine unbeschichtete freigelegte Länge von 60 bis 80 Millimetern freilassen. Alle Proben so in den Tank stellen, dass die Probenseite mit einer Betondeckung von 15 bis 20 Millimetern nach unten weist.Montieren Sie die Proben auf kleinen Abstandshaltern, um eine Benetzung der Proben von unten mit der Lösung zu ermöglichen. Anschließend platzieren Sie die Referenzelektrode in der Expositions­lösung. Schließen Sie alle Proben an einen automatisierten Datenlogger an, der die Potentiale der Bewehrungsstäbe gegenüber der gemeinsamen Referenzelektrode einzeln messen kann.Füllen Sie den Tank mit Leitungswasser bis zu einem Stand, bei dem alle unteren Seiten der Kernproben mit der Lösung in Kontakt stehen, sie jedoch nicht vollständig eingetaucht sind. Stellen Sie den Kontakt zwischen der Referenzelektrode und der Expositions­lösung sicher und beginnen Sie unverzüglich mit der Datenaufzeichnung, indem Sie die Potentiale aller Proben gegen die Referenzelektrode messen. Nach einer bis zwei Wochen in chloridfreier Lösung ersetzen Sie die Expositions­lösung durch die hergestellte Lösung mit 3,5 Gewichtsprozent Natriumchlorid.Setzen Sie die Überwachung der Potentiale der Proben fort und überprüfen Sie regelmäßig den Korrosionszustand jeder Probe, indem Sie die aufgezeichnete zeitliche Entwicklung der Potentiale jeder Probe auswerten und das Kriterium für den Beginn der Korrosion berücksichtigen. Nach 60 Tagen erhöhen Sie die Natriumchlorid-Konzentration in der Lösung auf 7 % Gewichtsanteil. Nach 120 Tagen erhöhen Sie die Natriumchlorid-Konzentration in der Lösung auf 10 % Gewichtsanteil.Danach die Chloridkonzentration auf diesem Niveau halten. Bei der Auswertung der aufgezeichneten Stahlpotentiale während der Belastung stets diese beiden Kriterien für den Korrosionsbeginn heranziehen, um den Korrosionszustand jeder Probe zu überprüfen. Das erste Kriterium ist eine Absenkung des Potentials um mehr als 150 Millivolt gegenüber dem passiven Niveau innerhalb eines Zeitraums von fünf Tagen oder weniger.Das zweite Kriterium ist, dass während der folgenden 10 Tage das Potential stabil auf dem erreichten negativen Niveau bleibt, weiter absinkt oder sich maximal um 50 Millivolt erholt. Sobald dieses Kriterium für die Korrosionsinitiierung erfüllt ist, entfernen Sie die Probe unverzüglich aus der Expositions­lösung. Dokumentieren Sie die Zeit bis zur Korrosionsinitiierung der Probe.Um die Probenanalyse zu beginnen, trennen Sie zunächst die Probe, um den Stahlstab zu entfernen. Schneiden Sie den Betonkern von seiner Rückseite mit einer wassergekühlten Diamantschleifscheibe ab. Stellen Sie sicher, dass der Schnitt senkrecht zur hinteren Oberfläche verläuft und parallel zum Bewehrungsstahlstab ausgerichtet ist.Um die Stahlstange nicht zu beschädigen, stellen Sie sicher, dass die Schnitttiefe die Stahlstange nicht erreicht. Halten Sie einen Sicherheitsabstand von etwa 10 Millimetern ein. Führen Sie einen Meißel oder ein ähnliches Werkzeug ein und spalten Sie den Betonkern in zwei Hälften, um den Beton um die Stahlstange herum zu trennen.Entfernen Sie den Bewehrungsstahl vorsichtig aus dem Beton, sodass die beiden Hälften der Betonprobe die Abdrücke des Stabstahls aufweisen. Dokumentieren Sie unverzüglich das visuelle Erscheinungsbild der Stahl-Beton-Grenzfläche, indem Sie sowohl die Stahloberfläche als auch die Stabstahl-Abdrücke im Beton untersuchen. Um die Chlorid-Analyse durchzuführen und den kritischen Chloridgehalt zu bestimmen, entfernen Sie die Bereiche, die mit Epoxidharz beschichtet waren, mithilfe eines wassergekühlten Diamantschneidverfahrens von beiden Hälften des Betonkerns.Entfernen Sie von den erhaltenen Prismen das Betonmaterial und die Deckenschicht mit einer wassergekühlten Diamantbeschichtung bis auf zwei Millimeter an die Stahlbewehrung heran. Anschließend schleifen Sie den Beton und sammeln das Schleifpulver auf. Die Dicke dieses Schleifschritts beträgt vier Millimeter.Trocknen Sie die erhaltenen Proben aus Zementpulver bei 105 Grad Celsius bis zur konstanten Masse. Berechnen Sie anschließend den Durchschnitt der beiden Werte. Dokumentieren Sie das Ergebnis der Chloridanalyse, das den kritischen Chloridgehalt für die spezifische Probe darstellt.Stellen Sie sicher, dass angegeben wird, ob der Wert als Gewichtsprozent bezogen auf Beton oder bezogen auf Zement angegeben ist. Diese Abbildung zeigt ein Beispiel für Stahlpotentiale, die während der Chloridbelastung im Labor überwacht wurden. Das Potential kann innerhalb kurzer Zeit deutlich abfallen, jedoch muss der Korrosionsprozess nicht notwendigerweise instabil fortschreiten, was sich durch die Erhöhung des Potentials in Richtung des anfänglichen passiven Niveaus zeigt.Bei etwa 60 Tagen Belichtung sinkt das Potential schließlich um mehr als 150 Millivolt und verbleibt 10 Tage lang auf negativem Niveau. Damit ist das Kriterium für das Aufspalten der Probe erfüllt. Diese Abbildung zeigt ein Beispiel für die optisch sichtbare Korrosionsstelle auf dem Stabstahl nach dem Aufspalten der Probe.Repräsentative Ergebnisse zum kritischen Chloridgehalt wurden von einem über 40 Jahre alten Tunnel in den Schweizer Alpen gewonnen. Das Diagramm zeigt die Ergebnisse von 11 Betonkernen und liefert somit die statistische Verteilung des kritischen Chloridgehalts für das untersuchte Tragwerkselement. Im Gegensatz zu empirischen Erfahrungen an Bauwerken, die eine Definition nach Einleitung der Korrosion anstrebten.Mithilfe dieser Methode lassen sich Chlorid-Schwellenwerte für Bauteile oder spezifische Bauwerke vor dem Einsetzen des Korrosionsabbaus bestimmen. Im Vergleich zur gängigen Praxis, konstante tabellierte Chlorid-Schwellenwerte zu verwenden, verbessert die Anwendung unserer Methode in der Ingenieurpraxis die Genauigkeit von Zustandsbewertungen und die Vorhersagekraft von Modellen zur Analyse der verbleibenden Nutzungsdauer von Bauwerken.

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