Waiting
Traitement de la connexion…

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

Engineering

Anvendelse analyse av vurderingsmetoder for morfologiske parametere av korrodert stålstenger

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

Dette papiret måler geometri og mengden av en stål bar bruke forskjellige metoder: masse tap, calipers, drenering målinger, 3D skanning og X-ray mikro-beregnet tomografi (XCT).

Abstract

Uregelmessig og ujevn gjenværende delene langs en korrodert stål bar endre vesentlig mekaniske egenskaper og betydelig dominerer sikkerheten og ytelsen til en eksisterende betong struktur. Derfor er det viktig å måle geometri og mengden av en stål bar i en struktur riktig å vurdere den gjenværende kapasitet og levetid av strukturen. Dette papiret introduserer og sammenligner fem ulike metoder for å måle geometri og mengden av en stål bar. En enkelt 500 mm lang og 14 mm diameter stål bar er prøven som utsettes for akselerert korrosjon i denne protokollen. Dens morfologi og mengden av korrosjon ble nøye målt før og etter masse tap mål, en Vernier caliper, drenering målinger, 3D skanning og X-ray mikro-beregnet tomografi (XCT). Anvendbarhet og hensiktsmessigheten av disse metoder ble deretter evalueres. Resultatene viser at Vernier caliper er det beste valget for å måle morfologi av en ikke-korrodert bar, mens 3D skanning er den mest egnet for kvantifisere morfologi av korrodert bar.

Introduction

Korrosjon av en stål bar er en av de viktigste årsakene til forringelse av en konkret struktur og forårsakes av betong carbonation og/eller klorid inntrenging. I betong carbonation gjerne korrosjon generaliseres; mens i klorid inntrenging, blir det mer lokaliserte1,2. Uansett hva årsakene er, korrosjon sprekk betong dekselet fra radial utvidelse av korrosjon produkter, forverres bånd mellom en stål bar og dens omkringliggende betong, trenger bar flater, og synker baren tverrsnitt betydelig3,4.

På grunn av ikke-homogenitet av strukturelle betong og variasjoner i tjenesten miljøet oppstår korrosjon av en stål bar tilfeldig over overflaten og langs med stor usikkerhet. I motsetning til generalisert uniform korrosjon forårsaket av betong carbonation, forårsaker gropkorrosjon korrosjon forårsaket av klorid inntrenging angrep penetrasjon. Videre fører det til den gjenværende delen av en korrodert for å variere betydelig mellom baren overflate og lengde. Som et resultat, baren styrke og bar ductility nedgang. Omfattende forskning er utført for å studere virkningene av korrosjon på mekaniske egenskaper av en stål bar5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14,15. Imidlertid har mindre oppmerksomhet blitt gitt til målemetoder morfologiske parametere og korrosjon kjennetegner stålstenger.

Noen forskere har brukt masse tap for å vurdere hvor mye av en stål bar5,10,11,14. Men denne metoden kan bare brukes til å bestemme gjennomsnittlig verdi av de gjenværende delene og kan ikke måle fordelingen av delene langs. Zhu og Franco har forbedret denne metoden ved å kutte en eneste stål bar i en rekke korte segmenter og veier hvert segment for å bestemme variasjoner av områder de gjenværende delene langs dens lengde13,14. Men denne metoden forårsaker ekstra tap av stål under skjæring og kan ikke røre den minste gjenværende delen av baren korrodert akkurat, som dominerer sin bæreevne. En Vernier caliper brukes også til å måle geometriske parametrene av en stål bar14,15. Men den gjenværende delen av korrodert bar er veldig uregelmessig, og det er alltid et betydelig avvik mellom målt og faktiske flerdelte dimensjonene av en korrodert bar. Basert på Arkimedes prinsipp, Clark et al. vedtatt drenering metoden for å måle de gjenværende delene av korrodert bar langs, men forskyvning av baren var manuelt kontrollert uten betydelig nøyaktigheten i dette tilfellet11. Li et al. forbedret denne drenering metoden ved hjelp av en elektrisk motor for automatisk å kontrollere forskyvning av en stål bar og måle resultater mer nøyaktig16. Til slutt, de siste årene, med utviklingen av 3D skanning teknologien, denne metoden er brukt mål geometriske dimensjonene av en stål bar17,18,19,20. Med 3D skanning, diameter, gjenværende området, centroid, eksentrisitet, treghetsmoment og korrosjon penetrasjon av en stål bar kan være nettopp kjøpt. Men forskere har brukt disse metodene i eksperimentell sammenhenger, er det ikke en sammenligning og evaluering av metodene med hensyn til deres nøyaktighet, egnetheten og anvendelse.

Korrosjon, spesielt gropkorrosjon, sammenlignet med generalisert korrosjon, ikke bare endrer mekanisk egenskapene for korrodert barer, men også reduserer den gjenværende kapasitet og levetid betongkonstruksjoner. Mer nøyaktige målinger av morfologiske parametere på korrodert stålstenger for romlig variasjon av korrosjon langs bar lengde er viktig for mer fornuftig vurderinger av bar mekaniske egenskaper. Dette vil hjelpe vurdere sikkerheten og påliteligheten av armert betong (RC) strukturer skadet av korrosjon mer presist21,22,23,24,25,26 ,27,28,29.

Denne protokollen sammenligner de fem diskuterte metodene for å måle geometri og mengden av en stål bar. En enkelt 500 mm lang og 14 mm i diameter, ren runde bar var brukt som prøven og utsatt for akselerert korrosjon i laboratoriet. Dens morfologi og nivå av korrosjon ble nøye målt før og etter bruk av hver metode, inkludert masse tap, en Vernier caliper, drenering målinger, 3D skanning og X-ray mikro beregnet tomografi (XCT). Til slutt, anvendbarhet og hensiktsmessigheten av hver ble evaluert.

Det burde være bemerket at ribbet barer innebygd i betong, ikke vanlig barer eksponert for luft, vanligvis brukes i betongkonstruksjoner og utsatt for korrosjon. For ribbet barer, Vernier caliper kan ikke like enkelt brukes. Fordi disse barer korrodere i betong, er overflate gjennomtrenging mer uregelmessig sammenlignet barer eksponert for luft11. Men er denne protokollen rettet mot anvendelse av analyse av ulike målemetoder på samme baren; Derfor bruker en naken vanlig bar som prøven for å eliminere påvirker ribben og betong ikke-homogenitet morfologiske parameteren målinger. Videre arbeid på måling av korrodert ribbet barer bruke andre metoder kan bli utført i fremtiden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. testing prøven og produksjonsprosessen

  1. Anskaffe en 500 mm lang, 14 mm diameter ren stål bar (klasse Q235) for produksjon av prøvene.
  2. Polsk overflaten av baren bruker en fin sandpapir fjerne møllen skalerer på overflaten.
  3. Kuttet baren på 30 mm og 470 mm fra venstre ende, som vist i figur 1, bruker en cutting maskin.
  4. Måle vekten av de tre stang eksemplarer, med en digital elektronisk skala.
  5. Måle diameter på de tre prøvene med fem metodene beskrevet i trinn 2, og registrere resultatene av den ikke-korrodert stang eksemplarer.
  6. Korrodere 440 mm bar prøven med den elektrokjemiske metoden, som beskrevet nedenfor:
    1. Dekk 70 mm for hver ende fast med isolasjon tape. Knytte en elektrisk ledning ene enden på 440 mm bar prøven.
    2. Bland lim med en Herder i en 1:1-forhold til gjøre epoxy harpiks. Bruk epoxy harpiks på isolerte 70 mm endene av baren prøven jevnt å beskytte begge ender mot korrosjon.
    3. Plasser den 440 mm lange bar prøven i en plast vanntank som inneholder 3,5% NaCl som elektrolytt og kobber plate som en katode.
    4. Koble en ende av baren prøven som en node til den positive Polen og katoden kobber platen til den negative Polen på en likespenning (DC) makt leverandør, definere en elektrisk krets for akselerert korrosjon av baren prøven.
    5. Slå på DC strømforsyning gjelder en konstant likespenning 2,5 μA/cm2 liknet prøven for hele perioden av korrosjon.
    6. Slå av gjeldende avslutte korrosjon behandle når beløpet for korrosjon av baren prøven når forventet nivået på korrosjon, som anslått bruke Faraday's law.
    7. Plass over korrodert bar prøven i en 12% HCl løsning tank for 30 minutter å fjerne korrosjon produktene fra overflaten. Fordype syre-renset bar prøven i en mettet kalk vanntank for nøytralisering og ytterligere rengjøres med vann fra springen.
    8. Tørr ovenfor renset korrodert bar prøven i luften. Merk overflaten for målingen.
  7. Måle morfologiske parametere og korrosjon mengden av korrodert bar prøven.
    Merk: Rengjøring påvirker masse tapet av en korrodert stål bar. Ulike typer sur løsning og ulike tider av nedsenking i syre løsningen vil føre til ulike mengder masse tap. I denne testen, men ingen sammenligning ble laget mellom ulike rengjøring teknikker, For konsistens, rengjøring prosessen følger Kina nasjonal Standard for testmetoder langsiktig ytelse og holdbarhet av vanlig betong30.

2. målemetoder og prosedyrer

  1. Masse metode
    1. Plasser en elektronisk skala på en horisontal plattform og null den.
    2. Plasser polerte bar prøven før korrosjon vannrett på elektronisk skalaen og ta en lesning fra skalaen som massen av en ikke-korrodert stål bar m0 (g).
    3. Plasser rengjort bar prøven etter korrosjon vannrett på elektronisk skalaen og ta en lesning fra skalaen som masse korrodert stål bar mc (g).
    4. Beregne mengden av baren med en ligning med Qcor= (mc-m0) /m0x 100%.
    5. Beregne gjennomsnittlig arealet av den gjenværende delen av den korroderte bar prøven ved hjelp av en formel Asc=As0(1 -Qcor), der, As0 området av en ikke-korrodert stål bar.
  2. Vernier caliper metode
    1. Merke overflaten av baren prøven langs i 10 mm intervaller fra venstre enden av baren bruke markør penn, som vist i figur 1.
    2. Flytte Vernier omfanget av caliper til sin opprinnelige posisjon. Gjøre to kjever berører hverandre og linje opp to nullinjer av Vernier og viktigste skalaer. Skyv null knappen til null Vernier skalaen.
    3. Plasser Vernier caliper over diameter av baren prøven. Flytte Vernier skalaen å gjøre to kjevene touch baren overflaten forsiktig. Måle diameteren på baren prøven delen merket og den gitte vinkelen.
    4. Gjenta trinn 2.2.3 fire ganger for å måle baren diameter delen merket og vinkler av 0, 45°, 90° og 135°, henholdsvis, som vist i figur 2.
    5. Gjennomsnittlig over fire målt diameter og ta det som representant diameter Djeg (mm) av baren prøven på den merkede delen.
    6. Beregne tverrsnitt område av baren prøven på merkede delen med en ligning Ajeg=pDjeg2/4 (mm2).
    7. Gjenta 2.2.3 til 2.2.6 for alle de merkede delene av baren prøven å måle fordelingen av sin tverrsnitt langs etter korrosjon.
  3. Drenering metode
    1. Definere elektromekaniske universal tester (EUT) maskin, som vist i Figur 3.
    2. Plasser en glassbeholder under hodet av EUT maskinen og hell vann i beholderen til Vannstanden når uttaket.
    3. Plass en 200 mL kanne plattform en elektronisk skala rett under utløpet av glass container.
    4. Klemme en ende av baren prøven med leder av EUT maskin loddrett.
    5. Slå på EUT maskinen å flytte hodet ned sakte til den andre enden av baren prøven akkurat berører toppen overflaten av vannet i beholderen.
    6. Ta den første lesningen av elektroniske skalaen som Mjeg.
    7. Kjøre EUT maskinen nedenfor prøven ned i vannet i beholderen med en hastighet på 1.0 mm/min.
    8. Ta den endelige lese elektroniske skalaen som Mjeg + 1 for massen av vann som har blitt utskrevet fra beholderen på grunn av 10 mm forskyvning av baren prøven i vannet i beholderen.
    9. Anta tverrsnitt av 10 mm fortrenges bar prøven er uniform, beregne tverrsnitt område av h= 10 mm fortrenges bar bruke ligningen for Ajeg= (Mjeg + 1 - Mjeg) / (Ρh), der (Mjeg + 1 - Mjeg ) er målt masse vann utskrevet fra beholderen for 10 mm fortrenges bar prøven. Ρ = 1 000 kg/m3 er tettheten av vann.
    10. Gjenta trinnene 2.3.6 til 2.3.9 for hver 10 mm lange fordrevne bar prøven til fortrenge hele lengden på baren i vannet for å måle fordelingen av bar tverrsnitt langs.
  4. 3D skanning metode
    1. Spray hvit utvikler på overflaten av baren prøven og tørk den i luften. Plass den horisontalt på plattformen for en 3D-skanner, som vist i Figur 4.
    2. Kalibrere plasseringen av baren prøven på plattformen for 3D-skanneren ved tilfeldig å lage hvit små prikker på etiketten papir for 3D rekonstruksjon av baren prøven.
    3. Etter lanseringen av 3D-skanner og den tilsvarende utvinning programvaren, avsøke baren prøven langs dens lengde og samle de tilhørende skannet data via 3D-skanner. Bruk produsentens instruksjoner.
    4. Utvikle romlig modell av baren prøven ved hjelp av programvaren og samle relevante dato filene.
    5. Plasser utviklet romlige modelldataene av baren prøven og to selv kompilert MATLAB programmer i samme mappe på en datamaskin.
    6. Kjør første MATLAB-programmet på utviklet romlige modelldataene av baren prøven å generere relevante MAT filen. Lagre fått MAT filen i samme mappe.
    7. Kjøres andre MATLAB programmet på ovennevnte fikk MAT filen til å generere relevante morfologiske data av baren prøven, inkludert tverrsnitt område, treghetsmoment, polar treghetsmoment, eksentrisk avstand osv.
  5. XCT-metoden
    Merk: Etter at fire målene på 440 mm lang bar prøven, femte målingen ble gjort på den 30 mm lang stang eksemplarer med metoden XCT på grunn av sin bar lengde begrensning.
    1. Kutte en 30 mm bar prøven fra begge ender av en 500 mm lange stål bar og fra 440 mm lange korrodert stål bar, som vist i figur 1. Bruke dem som ikke-korrodert og korrodert stang eksemplarer, henholdsvis.
    2. Plasser baren prøver på roterbare plattformen av XCT instrument, som vist i figur 5. Lukk døren til XCT apparatet. Baren prøven er klemt mellom radioaktivt kilde og signalmottakeren XCT instrument.
    3. Kjøre XCT operasjon programvaren installert på en datamaskin til å definere skyting parametere. Justere baren prøven å skyte posisjon.
    4. Angi piksel størrelse og forstørrelse faktoren i tabellen "bildekontrollen" XCT instrument operasjonen programvaren.
    5. Kjøre XCT apparatet ved å klikke Start -knappen for å søke baren prøven. Samle skannet data bar prøven.
    6. Kjør programvarepakken på ovennevnte skannet data for å produsere de geometriske parametrene av baren prøven tilsvarende.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 6 viser diameter på 500 mm lenge ikke-korrodert bar prøven i vinkler av 0, 45 °, 90 ° og 135 ° for hver del langs lengden målt ved hjelp av Vernier calipers. Stolpene ble deretter kuttet i tre deler, som vist i figur 1.

Figur 7 presenterer cross-sectional områdene i ikke-korrodert stang eksemplarer langs dens lengde måles med fire og fem metoder, henholdsvis, 440 mm lange midtpartiet og 30 mm lang slutten.

Figur 8 viser romlige bilder og tre tverrsnitt av det korrodert bar prøven avmålt med 3D skanning og XCT metoder, henholdsvis.

Figur 9 rapporter cross-sectional områdene baren korrodert prøven langs målt ved hjelp av fire og fem metoder for den 300 mm og de 30 mm lang prøvene.

Tabell 1 oppsummerer diameter på 30 mm store ikke-korrodert bar prøven målt ved hjelp av calipers, 3D skanning og XCT metoder.

Figure 1
Figur 1: stål bar prøven. Figur 1 viser detaljer om baren prøver. To 30 mm lange enden deler 1 og 3 ble brukt som den ikke-korrodert prøver. Den 440 mm lang midtre del 2 ble brukt som korrodert bar prøven. De tre delene ble kuttet fra 500 mm lange stål bar på avstander på 30 mm og 470 mm, henholdsvis fra venstre enden av baren stål. Dette tallet er endret fra tallene 1 og 2 av Li, et al. 16. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: vinkler av bar diameter måling ved hjelp av Vernier caliper. Dette viser vinklene av bar diameter måling ved hjelp av Vernier caliper på hvert tverrsnitt langs linjen lengde. Dette tallet er endret fra Figur 3 av Li, et al. 16. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: enhet for metoden drenering. Dette viser elektromekaniske universell prøvingen apparat (EUT) for metoden drenering. Dette tallet er endret fra Figur 4 av Li, et al. 16. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: enhet av 3D skanning og merket stang eksemplarer. Dette viser enheten 3D skanning og den merkede stang eksemplarer som skal skannes. Dette tallet er endret fra figur 5 av Li, et al. 16.Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5: XCT enheten. Dette viser XCT apparatet og baren prøven som skal skannes. Dette tallet er endret fra figur 7 av Li, et al. 16. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6: de målte diameter av 500 mm lenge ikke-korrodert stang benytter Vernier caliper. Dette viser diameter på 500 mm lenge ikke-korrodert baren målt ved hjelp av Vernier caliper. Figur 6A viser diameter målt i fire forskjellige vinkler i hver del langs linjen lengde. Figur 6B presenterer maksimum, minimum og avvik av de målte diameter på fire forskjellige vinkler. Dette tallet er gjengitt fra Figur 8 av Li, et al. 16. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 7
Figur 7: målt flerdelte områdene i ikke-korrodert bar prøven Zakopanes. Figur 7A viser målt flerdelte områdene av 440 mm lange bar prøven langs før sin korrosjon. Figur 7B viser målt flerdelte områdene 30 mm lenge ikke-korrodert slutten stang eksemplarer. Dette tallet er gjengitt fra figur 9 av Li, et al. 16. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 8
Figur 8: romlige bilder og tre tverrsnitt av det korrodert bar prøven målt ved hjelp av 3D skanning og XCT metoden. Figur 8A viser romlige bilder av 440 mm lange korrodert bar prøven avmålt med 3D skanning. Figur 8B presenterer bilder av tre tverrsnitt av det korrodert bar prøven avmålt med metoden XCT. Dette tallet er endret fra tallene 10 og 11 av Li, et al. 16. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 9
Figur 9: målt flerdelte området den korroderte bar prøven Zakopanes. Figur 9A viser målt flerdelte området 300 mm lange korrodert bar prøven langs. Figur 9B rapporter 30 mm lange korrodert bar prøven avmålt områdene. Dette tallet har henvist til tall 12 og 13 av Li, et al. 16 Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Diameter (mm) Skyvelære metode XCT-metoden 3D skanning metode
Maksimalt 14,22 14.27 14.34
Minimum 14.19 14.26 14.31
Avvik 0,03 0,01 0,03

Tabell 1: de målte diameter av 30 mm lenge ikke-korrodert bar prøven caliper, 3D skanning og XCT metoder. Dette oppsummerer de maksimum og minimum diameter på 30 mm lenge ikke-korrodert stang eksemplarer målt ved hjelp av tre metoder. Dette tallet er endret fra tabell 1 av Li, et al. 16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Figur 6A og 6B viser at de målte diameter på den ikke-korrodert bar prøven ikke varierer betydelig langs. Maksimal forskjell mellom de målte diameter langs linjen lengden er bare om 0,11 mm med maksimalt avvik på 0,7%. Dette indikerer at geometrien i en ikke-korrodert bar kan godt evalueres ved hjelp av en Vernier caliper. Men avviker de målte diameter i forskjellige vinkler av samme tverrsnittet konsekvent og betydelig. For gitt bar prøven, maksimum og minimum diameter på 14.62 mm og 14.05 mm oppstår i vinkler av 45° og 135° med maksimalt avvik på 4%. Med andre ord, er tverrsnitt av en ikke-korrodert bar ikke perfekt sirkulære, men elliptisk. Derfor oppmerksomhet bør vies til måling av baren diameter når de faktiske tverrsnitt beregnes direkte basert på målt diameteren på stål bar.

I tillegg til måling av sletten fot i diameter ved hjelp av Vernier calipers, vi også brukt XCT og 3D metoder for å måle tverrsnitt av vrbord bar, som Vernier calipers kan brukes enkelt. Vi fant forskjellige diametere i forskjellige vinkler for vrbord bar også. Feltet vanlig prøven brukes i dette papiret siden det kan måles bruker alle fem ulike metoder for sammenligning.

Stålstenger i betongkonstruksjoner er hovedsakelig i spenning eller komprimering. Derfor, gitt styrken, bæreevne for en stål bar avhenger sitt kors tverrsnitt område. Forutsatt at det er 4,0% forskjell mellom maksimum og minimum bar diameter på ulike vinkler og baren tverrsnitt er elliptisk, sitt beregnes ved A=∏(d-0.04d)(d+0.04d)/4 = 0.998∏d2/4 med en 0.016% forskjell i barområdet for gitt 4,0% forskjellen på fot i diameter. Derfor, på grunn av de forskjellige diametere i forskjellige vinkler, baren tverrsnitt reduseres. Imidlertid synes denne baren tverrsnitt område forskjellen mindre betydning, sammenlignet med bar diameter forskjellen i samme inndeling.

Figur 7A og 7B viser at flerdelte områdene ikke-korrodert baren målt ved hjelp av metodene av masse tap, caliper målinger, 3D skanning og XCT varierer ikke betydelig fra en metode fra en annen, bortsett fra noen punkter målt ved hjelp av metoden drenering. Dette var fordi det var noen usikkerhet med metoden drenering som overflatespenning en vann pære, bånd handling mellom vann og røret og fuktigheten i en bar overflaten. For eksempel hvis baren overflaten er for tørr når det blir fortrengt i vannbeholderen, det vil absorbere noe vann før lossing vann fra beholderen. Hvis overflaten spenningen i en vann-pære er større enn 90° når den renner gjennom et rør, kan mindre vann slippes fra beholderen via glassrør for første 10 mm fordrevne bar. Som et resultat, beløpet for korrosjon av baren prøven vil være over beregnede og faktiske rester av korrodert bar ville være undervurdert. Som bar fortsetter prøven å flytte inn i beholderen, trykket bygger seg opp i røret til friksjon motstanden mellom vann og rør overflaten er seire. dermed mer vann ville bli sluppet ut for påfølgende 10 mm fordrevne bar prøven i beholderen. Som et resultat, beløpet for korrosjon av baren prøven ville være undervurdert og faktiske gjenværende området korrodert baren ville overdrives. Denne er anledningen hvorfor målt området av baren prøven med metoden drenering mindre stabil og konsekvent sammenlignet med de måles med andre metoder.

I tillegg er tabell 1 også viser at diameter av 30 mm lang ikke-korrodert bar prøven målt ved hjelp av Vernier caliper, 3D skanning og XCT metoden nær hverandre. Derfor kan de fire metodene masse tap, caliper måling, 3D skanning og XCT metoden brukes til å definere flerdelte egenskapene til en ikke-korrodert stål bar mer nøyaktig.

Videre gjennom en omfattende sammenligning av brukte instrumenter, test kostnader, effektivitet, nøyaktighet av fire forskjellige metodene ovenfor, blir det klart at caliper metoden er den mest egnet for måling av morfologi av en ikke-korrodert stål bar på grunn av sin enkelhet, høy effektivitet og nøyaktighet i forhold til andre metoder.

Det skal påpekes at, som vist i figur 1, kutt slutten overflater av både 30 mm lenge ikke-korrodert barer ikke var perfekt plan og tvers rett. Dette medfører noen uoverensstemmelser om feltet faktiske lengden målt ved hjelp av Vernier caliper, og igjen, avvik av beregnet flerdelte områder fra målt masse tap eller volum variasjonen. Derfor er det noen forskjeller av målt seksjon i ikke-korrodert barer mellom figur 7A og 7B.

Figur 8A og 8B viser at, på grunn av fjerning av metall fra bar overflaten uregelmessig via elektrokjemisk reaksjon prosess, gjenværende tverrsnitt av baren korrodert prøven er ikke sirkulær eller elliptisk. I stedet ble det veldig uregelmessig og variert betydelig langs baren korrodert.

Figur 9A og 9B viser gjenværende områdene tverrsnitt av det korrodert stang eksemplarer langs som ble målt ved hjelp masse tap, calipers, drenering metoden, 3D skanning og metoden XCT. Det er klart at for den korroderte prøven, masse tap metoden kan bare produsere de gjennomsnittlige tverrsnitt av en korrodert bar og forblir konstant langs hele lengden. Det gjenspeiler ikke variasjonen av faktiske gjenværende delen av korrodert bar langs, som vist i figur 8A og 8B. I tillegg fordi en tykkelse ikke berører bunnen av pitting på bar overflate, det kan bare måle en tilsvarende diameter for en gjentagende inndeling av en korrodert bar. På grunn av slike en iboende svakhet, metoden caliper er mindre kunne måle morfologiske parameteren en korrodert bar prøven nøyaktig.

Figur 9A og 9B også viser at de gjenværende områdene av den korroderte prøven målt ved hjelp av XCT og 3D skanning metoder varierer konsekvent langs dens lengde og er nær hverandre. Metoden XCT rommer imidlertid bare 30 mm prøver. Derfor kan ikke metoden XCT være mye brukt i praktisk engineering. Videre bruk av metoden XCT pålegger også svært strenge krav på skjæring og utarbeidelse av en bar prøven. Hvis delen av en bar prøven er ikke rett flyet, men hakket eller ujevn, et betydelig avvik kan gjøres og inkludert i baren tverrsnitt område målt med metoden XCT. 3D skanning metoden rommer den 440 mm lang bar prøven og måle morfologi av både ikke-korrodert og korrodert nøyaktig nok. Det har betydelige fordeler fremfor de andre fire metodene på presisjon, effektivitet og anvendelse i måling av bar overflaten morfologi. Dessuten metoden 3D kan også generere noen mer nyttig morfologiske informasjon av en bar prøven, inkludert dypet av korrosjon groper på overflaten, treghetsmoment, centroid, øyeblikk av stasis av delen, etc. langs. Derfor er 3D skanningsmetoden mest favoriserte muligheten for å måle morfologi av en stål bar, spesielt en korrodert stål bar.

Følgende konklusjoner kan trekkes fra over resultater og diskusjon. For en ikke-korrodert stål bar er en Vernier caliper det beste verktøyet for å måle dens morfologi. Ikke bare har en høy nøyaktighet for måling men også er mest økonomiske. Selv om metoden drenering kan måle de gjenværende tverrsnitt av en korrodert stål bar langs linjen lengde, nøyaktigheten av måling enheten trenger ytterligere forbedring. Målt resultatene kan påvirkes av noen usikkerhet, som surface tension vann pære, bånd med flow-røret og fukt av overflaten, osv., og derfor metoden drenering har brukes svært forsiktig. Selv om metoden XCT kan måle området gjenværende delen av en korrodert stål bar, er lengden av en stål bar det rommer begrenset til 30 mm. 3D skanning metoden har betydelige fordeler fremfor de andre fire metodene på aspekter av presisjon, effektivitet og anvendelse i måling av overflaten morfologi av en stål bar, spesielt en korrodert stål bar. I tillegg kan det generere mye mer nyttig morfologi målinger av korrodert stål bar, som grav dybde, flerdelte eksentrisitet, etc. Det er den mest optimale metoden for måling av morfologiske parameterne for en korrodert stål bar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Forfatterne ved Shenzhen University bekrefter kraftig økonomisk støtte fra de nasjonale Natural Science Foundation i Kina (Grant nr. 51520105012 og 51278303) og (nøkkel) prosjekt av Institutt for utdanning Guangdong-provinsen. (No.2014KZDXM051). de også takke Guangdong Provincial nøkkel laboratorium av holdbarheten for Marine Civil Engineering, College of Civil Engineering ved Shenzhen University for å tilby fasiliteter og utstyr.

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

Engineering problemet 141: masse tap Vernier calipers drenering XCT 3D skanning korrosjon romlig variasjon
Anvendelse analyse av vurderingsmetoder for morfologiske parametere av korrodert stålstenger
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