ניתוח ישימות שיטות הערכה מורפולוגית פרמטרים של פסי פלדה מאוכלת

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 מקומי^1,2. 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 ניכרת^3,4.

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 בר^{5,6,7,8,9,10, 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 בר^5,10,11,14. 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 שלו^13,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 בר^14,15. 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 בר^17,18,19,20. 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 דיוק^{21,22,23,24,25,26 ,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.

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 ז_ג (g).
   4. חישוב הסכום של קורוזיה של פס באמצעות משוואה של קיו_קור= (m_c-m₀) /m₀x 100%.
   5. לחשב את השטח הממוצע של המקטע שיורית מאוכלת בר הדגימה באמצעות משוואה A_sc=A_s0(1 -Q_cor), לאן, A_s0 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 D_אני (מ מ) של הבר הדגימה את המקטע מסומן.
   6. לחשב את השטח חתך הרוחב של הבר הדגימה את המקטע מסומן באמצעות משוואה A_אני=pD_אני²/4 (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 M_אני.
   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 M_{אני + 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 A_אני= (M_{אני + 1} - M_אני) / (Ρh), (M_{אני + 1} - M_אני ) 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.

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.

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%. ...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
<חזק>אספקה
סרגל פלסטיק	מעדנייה קבוצה ושות', בע"מ	מס' 6240
צבע לבן עט	SINO PATH Enterprises., Ltd.	SP-110
צינור עם ענף	בהתאמה
	בייג'ינג Huake Bomex זכוכית ושות', בע"מ
500 מ"ל	בייג'ינג Huake Bomex זכוכית ושות', בע"מ	CP-201
נייר זכוכית	שנחאי צהריים קישוט חומר ושות', בע"מ	מפתח לבן P04
	שנחאי XINMEIDA חומר לזיהוי פגמים ושות', בע"מ	FA-5
<חזק>ריאגנטים
אפוקסי שרף דבק	Hunan Baxiongdi New Material Co., Ltd.	DY· E· 44
מקשה אפוקסי	Hunan Baxiongdi חומר חדש ושות', בע"מ	DY·
HCl	דונגגוואן דונגג'יאנג ריאגנט כימי ושות', בע"מ	AR-2500 מ"ל
מי סיד רוויים	Xilong Chemical Co., Ltd.	AR-500g
<חזק>ציוד< / חזק>
דיגיטלי בקנה מידה אלקטרוני	Kaifeng Group Co., Ltd.	דגם JCS-0040
קליפר ורניר דיגיטלי	שנחאי מדידה & עבודות כלי חיתוך ושות', בע"מ	דגם ST-089-229-090
מכונת חיתוך	רוברט בוש GmbH	TCO2000
מיקרוסקופ רנטגן משוחזר תלת מימד	XRADIA	דגם MICROXCT-400
סורק תלת	מימד HOLON טכנולוגיה תלת מימדית (שנזן) ושות', בע"מ	דגם HL-3DX +
מכונת בדיקה אוניברסלית אלקטרומכנית	MTS SYSTEMS (סין) ושות', בע"מ	דגם C64.305