Method Article

Análisis de la aplicabilidad de los métodos de evaluación de parámetros morfológicos de las barras de acero corroído

DOI:

10.3791/57859

⸱

November 1st, 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 This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Este trabajo mide la geometría y la cantidad de corrosión de un acero barra utilizando diferentes métodos: masa pérdida, pinzas, medidas de drenaje, digitalización 3D y tomografía micro computada de rayos x (XCT).

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Las secciones residual irregular y desiguales a lo largo de la longitud de una barra de acero corroída cambian sustancialmente sus propiedades mecánicas y dominan significativamente la seguridad y el rendimiento de una estructura de hormigón existente. Como resultado, es importante medir la geometría y la cantidad de corrosión de una barra de acero en una estructura adecuada para evaluar el residuo teniendo capacidad y vida útil de la estructura. Este artículo presenta y compara cinco métodos diferentes para la medición de la geometría y la cantidad de corrosión de una barra de acero. Una barra de acero de diámetro de largo y 14 mm 500 mm solo es la muestra que se somete a corrosión acelerada en el presente Protocolo. Su morfología y la cantidad de corrosión cuidadosamente fueron medidos antes y después de usar las mediciones de pérdida de masa, un calibrador a Vernier, las medidas de drenaje, digitalización 3D y tomografía micro computada de rayos x (XCT). Luego se evaluaron la aplicabilidad e idoneidad de estos métodos. Los resultados muestran que el calibrador a Vernier es la mejor opción para la medición de la morfología de un bar no corroído, mientras que la digitalización en 3D es el más adecuado para cuantificar la morfología de una barra corroída.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Corrosión de una barra de acero es una de las razones principales para el deterioro de una estructura de hormigón y es causada por la intrusión de carbonatación o cloruro de hormigón. En hormigón carbonatación, corrosión tiende a ser generalizada; mientras que en la intrusión de cloruro, se convierte en más localizada1,2. Sin importar cuáles sean las causas, a la corrosión grietas de la cubierta de concreto de expansión radial de los productos de corrosión, se deteriora el vínculo entre una barra de acero y su concreto circundante, penetra en la barra de las superficies y reduce la barra de área de sección transversal considerablemente de3,4.

Debido a la falta de homogeneidad del hormigón estructural y las variaciones en el ambiente de servicio, a la corrosión de una barra de acero se produce al azar en su superficie y a lo largo de su longitud con gran incertidumbre. Contra la corrosión uniforme generalizada causada por la carbonatación del hormigón, la corrosión de picaduras causada por la intrusión de cloruro causa la penetración de ataque. Además, hace que la sección residual de una barra corroída a varían considerablemente entre la barra de superficie y longitud. Como resultado, la barra de fuerza y barra de disminución de la ductilidad. Se ha realizado una amplia investigación para estudiar los efectos de la corrosión en las propiedades mecánicas de un acero de la barra5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14,15. Sin embargo, se ha prestado menos atención a los métodos de medición de parámetros morfológicos y características de la corrosión de barras de acero.

Algunos investigadores han utilizado la pérdida de masa a evaluar la cantidad de corrosión de un acero de la barra5,10,11,14. Sin embargo, este método puede utilizarse para determinar el valor promedio de las secciones residual y no puede medir la distribución de las secciones a lo largo de su longitud. Zhu y Franco han mejorado este método por cortar una sola barra de acero en una serie de segmentos cortos y un peso de cada segmento para determinar las variaciones de las áreas de las secciones residual a lo largo de su longitud13,14. Sin embargo, este método produce pérdida adicional de material de acero durante el corte y no toque la sección residual mínima de la barra corroída, que domina su sustentación. También se utiliza un calibrador a Vernier para medir los parámetros geométricos de un acero barra14,15. Sin embargo, la sección residual de una barra de corrosión es muy irregular, y siempre hay una desviación significativa entre las dimensiones seccionales medidas y reales de una barra corroída. Basado en el principio de Arquímedes, Clark et al. adoptó el método de drenaje para medir las secciones residual de una barra de corrosión a lo largo de su longitud y desplazamiento de la barra fue controlada manualmente sin precisión significativa en este caso11. Li et al. mejorar este método de drenaje mediante el uso de un motor eléctrico para controlar automáticamente el desplazamiento de una barra de acero y medir con mayor precisión resultados16. Por último, en los últimos años, con el desarrollo de la tecnología de digitalización 3D se ha utilizado este método para medir las dimensiones geométricas del acero de la barra17,18,19,20. Uso de digitalización en 3D, el diámetro del área residual, centroide, excentricidad, momento de inercia y penetración de la corrosión de una barra de acero puede ser adquirido precisamente. Aunque los investigadores han utilizado estos métodos en diferentes contextos experimentales, no ha habido una comparación y evaluación de los métodos con respecto a su precisión, idoneidad y aplicabilidad.

Corrosión, particularmente a la corrosión, en comparación con el generalizado a la corrosión, las picaduras no sólo cambia las propiedades mecánicas de las barras corroídas pero también disminuye el residuo teniendo capacidad y vida útil de estructuras de hormigón. Mediciones más precisas de parámetros morfológicos de barras de acero corroídas por la variabilidad espacial de la corrosión a lo largo de longitud de la barra son imprescindibles más razonable evaluación de propiedades mecánicas de la barra. Esto le ayudará a evaluar la seguridad y confiabilidad del (RC) estructuras de hormigón dañadas por corrosión más precisamente21,22,23,24,25,26 ,27,28,29.

Este protocolo compara los cinco discutidos para la medición de la geometría y la cantidad de corrosión de una barra de acero. Un solo, largo 500 mm y 14 mm de diámetro, plano barra redonda fue utilizado como el espécimen y sometido a corrosión acelerada en el laboratorio. Su morfología y su nivel de corrosión cuidadosamente fueron medidos antes y después de usar cada método, incluyendo la pérdida de masa, un calibrador a Vernier, las medidas de drenaje, digitalización 3D y tomografía micro radiografía (XCT). Finalmente, se evaluaron la aplicabilidad e idoneidad de cada uno.

Debe ser señaló que las barras acanaladas embebidos en concreto, no las barras llano está expuestas al aire, son comúnmente utilizados en estructuras de hormigón y sometidos a la corrosión. Para las barras acanaladas, el calibrador a Vernier no puede ser tan fácilmente aplicado. Porque estas barras de corrosión en concreto, su penetración superficial es más irregular en comparación con barras expuestas al aire11. Sin embargo, este protocolo está dirigido a la aplicabilidad del análisis de los métodos de medición diferentes en el mismo bar; por lo tanto, utiliza una barra llana naked como la muestra para eliminar la influencia de las costillas y concreta falta de homogeneidad en las mediciones de parámetros morfológicos. Más trabajo en la medida de barras acanaladas corroídos utilizando otros métodos puede llevarse a cabo en el futuro.

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Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. prueba de la muestra y el proceso de fabricación

  1. Adquirir un 500 mm de largo, 14 mm de diámetro llano barra (grado Q235) de acero para la fabricación de las probetas.
  2. Pulir la superficie de la barra usando un papel de lija fino para quitar el molino de escamas en la superficie.
  3. Cortar la barra de 30 mm y 470 mm de su extremo izquierdo, como se muestra en la figura 1, usando una máquina de corte.
  4. Medir los pesos de las tres muestras, utilizando una balanza electrónica digital de la barra.
  5. Medir los diámetros de los tres especímenes usando los cinco métodos que se describe en el paso 2 y registrar los resultados de la no-corroído bar ejemplares.
  6. Corroe a la muestra barra de 440 mm utilizando el método electroquímico, como se detalla a continuación:
    1. Cubierta 70 mm de cada extremo con cinta aislante. Conecte un cable eléctrico a un extremo de la pieza de barra de 440 mm.
    2. Mezclar el adhesivo con un endurecedor en una proporción de 1:1 para hacer resina de epoxy. Aplicar la resina de epoxy en los extremos de aislamiento de 70 mm de la barra muestra uniformemente para proteger ambos extremos de la corrosión.
    3. Coloque lo 440 mm largo barra ejemplar en un tanque de agua de plástico que contiene 3,5% NaCl como electrolito y una placa de cobre como un cátodo.
    4. Conecte un extremo de la barra muestra como un nodo para el polo positivo y la placa de cobre del cátodo al polo negativo de una corriente directa (DC) de energía proveedor, respectivamente, para establecer un circuito eléctrico para la acelerada corrosión de la barra de muestra.
    5. Encienda la fuente de alimentación para aplicar una corriente directa constante de 2,5 μA/cm2 en la barra de muestra para todo el período de la corrosión.
    6. Desconectar la corriente para terminar la corrosión proceso la cantidad de corrosión de la barra muestra alcanza el nivel esperado de la corrosión, como mediante la ley de Faraday.
    7. Lugar anterior corroído de la barra muestra en un tanque de solución de HCl 12% durante 30 minutos eliminar los productos de corrosión de su superficie. Sumerja el ácido limpiar bar ejemplar en un tanque de agua saturada de cal para neutralización y más limpio con el agua del grifo.
    8. Seca lo anterior limpiado oxidados de la barra muestra en aire. Marque su superficie para la medición.
  7. Medir los parámetros morfológicos y la cantidad de corrosión de la corrosión de la barra muestra.
    Nota: Limpieza afectan la pérdida de masa de una barra de acero corroída. Diferentes tipos de solución de ácido y los diferentes tiempos de inmersión en la solución ácida causaría diversas cantidades de pérdida de masa. En esta prueba, sin embargo, no se hizo comparación entre diferentes técnicas de limpieza, para la consistencia, la limpieza proceso sigue el estándar nacional de China, para métodos de prueba de rendimiento a largo plazo y durabilidad del concreto ordinario30.

2. procedimientos y métodos de medición

  1. Método de pérdida de masa
    1. Colocar una balanza electrónica en una plataforma horizontal y cero.
    2. Coloque el pulido de la barra muestra antes de corrosión horizontalmente a la báscula electrónica y tomar una lectura de la escala como la masa de un acero corroído no m0 (g)de la barra.
    3. Lugar limpia barra muestra después de corrosión horizontalmente a la báscula electrónica y tomar una lectura de la escala como la masa de la barra de acero corroído mc (g).
    4. Calcular la cantidad de corrosión de la barra usando una ecuación de Qcor= (mc-m0) /m0x 100%.
    5. Calcular el área promedio de la sección residual de las corroídas barra muestra con una ecuación Asc=As0(1 -Qcor), donde, As0 es el área de una barra de acero no corroído.
  2. Método del calibrador a vernier
    1. Marque la superficie de la barra muestra a lo largo de su longitud en intervalos de 10 mm desde el extremo izquierdo de la barra usando un rotulador, como se muestra en figura 1.
    2. Mover el nonio de la pinza de freno a su posición original. Hacer las dos mordazas toquen y alinee los dos cero líneas de las escalas principal y Vernier. Luego presionar su cero a cero de la escala de nonio.
    3. Coloque el calibrador a Vernier en el diámetro de la barra de muestra. Mover el nonio para hacer sus dos mandíbulas toca la barra suavemente la superficie. Medir el diámetro de la barra muestra en la sección marcada y en el ángulo dado.
    4. Repita el paso 2.2.3 cuatro veces para medir la barra de diámetro en la sección marcada y en ángulos de 0°, 45°, 90° y 135°, respectivamente, como se muestra en la figura 2.
    5. Promedio de los diámetros medidos cuatro arriba y tomar el diámetro representativo D (mm) de la barra muestra en la sección marcada.
    6. Calcular el área transversal de la barra muestra en la sección marcada utilizando una ecuación A=pD24 (mm2).
    7. Repita los pasos 2.2.3 a 2.2.6 para todas las secciones marcadas de la barra de muestra para medir la distribución de sus secciones transversales a lo largo de su longitud después de la corrosión.
  3. Método de drenaje
    1. Configurar el universal electromecánico (EUT) máquina, de la prueba como se muestra en la figura 3.
    2. Colocar un recipiente de vidrio debajo de la cabeza de la máquina EUT y vierta agua en el recipiente hasta el nivel del agua alcance la salida.
    3. Coloque un vaso de precipitados de 200 mL en la plataforma de una balanza electrónica justo debajo de la salida de la fuente de cristal.
    4. Sujete un extremo de la barra de muestra con la cabeza de la EUT de la máquina verticalmente.
    5. Interruptor en la máquina EUT a bajar su cabeza lentamente hasta el otro extremo de la barra muestra apenas toque la superficie del agua en el recipiente.
    6. Tomar la lectura inicial de la balanza electrónica como M.
    7. Haga funcionar la máquina EUT para desplazar la barra muestra abajo en el agua en el recipiente a una velocidad de 1,0 mm/min.
    8. Tomar la lectura final de la balanza electrónica como Mi + 1 para la masa de agua que ha sido descargada del contenedor por el desplazamiento de 10 mm de la barra muestra en el agua en el recipiente.
    9. Supongamos que la sección transversal de 10 mm desplazado la barra muestra es uniforme, calcular el área transversal de la h= 10 mm desplazado la barra utilizando la ecuación de A= (M+ 1 - M) / (Ρh), donde (M+ 1 - M ) es la masa medida del agua descargada del contenedor para 10 mm desplazado la barra muestra. Ρ = 1, 000 kg/m3 es la densidad del agua.
    10. Repita los pasos 2.3.6 a 2.3.9 para cada muestra de barra larga desplazados de 10 mm hasta desplazar toda la longitud de la barra en el agua para medir la distribución de las secciones transversales a lo largo de su longitud de la barra.
  4. Método de digitalización 3D
    1. Aerosol revelador blanco en la superficie de la barra de muestra y secar en aire. Colóquelo horizontalmente en la plataforma de un escáner 3D, como se muestra en la figura 4.
    2. Calibrar la posición de la barra muestra en la plataforma del escáner 3D haciendo al azar pequeños puntos blanco en el papel de la etiqueta para la reconstrucción 3D de la barra de muestra.
    3. Después del lanzamiento del escáner 3D y el correspondiente software de extracción de datos, exploración de la barra muestra a lo largo de su longitud y cobrar la correspondiente analizan datos mediante el escáner 3D. Siga las instrucciones del fabricante.
    4. Desarrollar el modelo espacial de la barra muestra el software y recoger los archivos de la fecha.
    5. Coloque los datos del modelo espacial desarrollado de la barra de muestra y dos programas uno mismo-compilados de MATLAB en la misma carpeta de un ordenador.
    6. Ejecutar el primer programa MATLAB en los datos del modelo espacial desarrollado de la barra de muestra para generar el correspondiente archivo MAT. Guarde el archivo MAT obtenido en la misma carpeta.
    7. Ejecutar el segundo programa MATLAB en lo anterior obtiene archivo MAT para generar los datos morfológicos correspondientes de la barra de muestra, incluyendo el área de la sección, momento de inercia, momento polar de inercia, distancia excéntrica etcetera.
  5. Método XCT
    Nota: Después de las cuatro mediciones en el 440 mm de largo de la barra muestra, la quinta medida fue hecha en lo 30 mm largo barra de muestras utilizando el método XCT debido a su barra de limitación de la longitud.
    1. Cortar a una muestra de barra de 30 mm de ambos extremos de una barra de acero largo 500 mm y de la barra de acero larga corroído de 440 mm, como se muestra en la figura 1. Utilizarlos como no corroído y corroído la barra ejemplares, respectivamente.
    2. Coloque la barra de las muestras en la plataforma giratoria de la XCT del instrumento, como se muestra en la figura 5. Cierre la puerta del instrumento XCT. La barra muestra se intercala entre la fuente radiactiva y el receptor de la señal del instrumento XCT.
    3. Ejecute el software de operación XCT instalado en un ordenador para configurar parámetros de disparos. Ajuste la barra muestra la posición de tiro.
    4. Configurar el factor de tamaño y aumento de píxeles en la tabla de "control de imagen" del software de operación del instrumento XCT.
    5. Operar el equipo XCT haciendo clic en el botón Inicio para escanear la barra de muestra. Recoge los datos escaneados de la barra muestra.
    6. Ejecutar el paquete de software en el antedicho analizan datos para producir los parámetros geométricos de la barra muestra en consecuencia.

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Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La figura 6 muestra los diámetros de la muestra de barra larga no corroído de 500 mm en los ángulos de 0 °, 45 °, 90 ° y 135 ° para cada sección a lo largo de su longitud medido usando los calibradores a Vernier. Las barras se cortan en tres partes, como se muestra en la figura 1.

Figura 7 se presenta las áreas transversales de la no-corroí...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Figura 6A y 6B muestran que los diámetros medidos de la no-corroído de la barra muestra no varían significativamente a lo largo de su longitud. La máxima diferencia entre los diámetros medidos a lo largo de la barra de longitud sólo es aproximadamente 0.11 mm con una desviación máxima de 0,7%. Esto indica que la geometría de un bar no corroído puede también evaluarse utilizando un calibrador a Vernier. Sin embargo, los diámetros medidos en diferentes ángulos de la misma secc...

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los autores en la Universidad de Shenzhen mucho reconocen el apoyo financiero de la Fundación Nacional de Ciencias naturales de China (Grant no. 51520105012 y 51278303) y el proyecto (clave) del Departamento de Educación de la provincia de Guangdong. (No.2014KZDXM051). también agradecen la Guangdong Provincial laboratorio clave de durabilidad para Marina Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería Civil en la Universidad de Shenzhen para proporcionar instalaciones y equipo.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
SuppliesRegla de
plásticoDeli Group Co., Ltd.No.6240
bolígrafo de pintura blancaSINO PATH Enterprises., Ltd.SP-110
Tubo con ramaCilindro de medición hecho
Beijing Huake Bomex Glass Co., Ltd.
Vaso de precipitados de 500 mlBeijing Huake Bomex Glass Co., Ltd.CP-201
papel de lijaShanghai Noon Decoration Material Co., Ltd.P04
revelador blancoSHANGHAI XINMEIDA FLAW DETECTION MATERIAL CO., LTD.FA-5
reactivos< / adhesivo > resina epoxi
fuerte Hunan Baxiongdi New Material Co., Ltd.DY· E· 44
endurecedor epoxiHunan Baxiongdi New Material Co., Ltd.DY·
HClDongguan Dongjiang Reactivo químico Co., Ltd.AR-2500ml
agua de cal saturadaXilong Chemical Co., Ltd.AR-500g
Equipment
Escala electrónica digitalKaifeng Group Co., Ltd.Modelo JCS-0040
Calibrador vernier digitalShanghai Medición & Trabajos de herramientas de corte Co., Ltd.Modelo ST-089-229-090
Máquina de corteRobert Bosch GmbHTCO2000
Microscopio de rayos X reconstruido en 3DXRADIAmodelo MICROXCT-400
HOLON Three-dimensional Technology (Shenzhen) Co., Ltd.Modelo HL-3DX+
Máquina de prueba universal electromecánicaMTS SYSTEMS (China) Co., Ltd.Modelo C64.305
a medidaEP Escáner 3D

References

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