Protocollo sperimentale per determinare il valore di soglia cloruro per corrosione in campioni prelevati da strutture in cemento armato

Summary

Proponiamo un metodo per misurare un parametro che è altamente rilevante per corrosione valutazioni o previsioni di strutture in cemento armato, con il vantaggio principale di permettere analisi di campioni da strutture di ingegneria. Questo assicura condizioni reali all'interfaccia acciaio-calcestruzzo, che sono cruciali per evitare artefatti di campioni fatti in laboratorio.

Abstract

L'invecchiamento delle infrastrutture in cemento armato nei paesi sviluppati impone un urgente bisogno di metodi per valutare in modo affidabile la condizione di queste strutture. Corrosione di rinforzo in acciaio incorporata è la causa più frequente per la degradazione. Mentre è ben noto che la capacità di una struttura di resistere alla corrosione dipende fortemente da fattori quali i materiali utilizzati o l'età, è prassi comune fare affidamento su valori soglia previsti dalla normativa standard o libri di testo. Questi valori di soglia per l'inizio di corrosione (C_crit) sono indipendenti le proprietà effettive di una certa struttura, che chiaramente limita la precisione della valutazione delle condizioni e previsioni di durata di servizio. La pratica di usare valori tabulati sono riconducibili alla mancanza di metodi affidabili per determinare C_crit in loco e in laboratorio.

Qui, è presentato un protocollo sperimentale per determinare C_crit per singole strutture ingegneristiche o elementi strutturali. Un numero di campioni di calcestruzzo armato è presi da strutture e test di laboratorio corrosione viene eseguita. Il vantaggio principale di questo metodo è che assicura condizioni reali relativa ai parametri che sono ben noti per influenzare notevolmente C_crit, ad esempio l'interfaccia acciaio-calcestruzzo, che non può essere rappresentativo ha imitato in campioni di laboratorio-prodotto. Allo stesso tempo, il test di corrosione accelerata in laboratorio permette la determinazione affidabile della C_crit prima dell'inizio di corrosione sulla struttura testata; Questo è un vantaggio importante sopra tutti i metodi comuni di valutazione condizione che solo permesso di stimare le condizioni di corrosione dopo l'inizio, vale a dire, quando la struttura è già danneggiato.

Il protocollo produce la distribuzione statistica delle C_crit per la struttura testata. Questo serve come base per i modelli di previsione probabilistica per il tempo rimanente alla corrosione, che è necessaria per la pianificazione della manutenzione. Questo metodo potenzialmente utilizzabili in collaudo del materiale delle infrastrutture civili, simili ai metodi stabiliti usati per prove meccaniche.

Introduction

Corrosione dell'acciaio nel calcestruzzo, innescato dalla penetrazione di cloruri attraverso il calcestruzzo, è la causa più frequente del degrado prematuro delle strutture in calcestruzzo armati e precompresso e presenta dunque una delle sfide più importanti in Ingegneria civile^1,2,3,4. Paesi industrializzati hanno in genere un grande inventario di infrastrutture concrete, costruite nella seconda metà del secolo scorso e quindi con una storia di diversi decenni di esposizione al clima marino o sbrinante sali utilizzati sulle strade di invecchiamento. Essere in grado di valutare in modo affidabile la condizione di queste strutture, cioè, il rischio di corrosione, costituisce la base per la pianificazione di interventi di manutenzione e per la gestione dell'infrastruttura, in generale.

L'approccio stabilito in ingegneria per la gestione dei cloruri di corrosione d'acciaio nel calcestruzzo è basato su un cloruro soglia valore (anche chiamati critico cloruro contenuto, C_crit)^{1,5, 6}. secondo questo concetto, l'inizio di corrosione è pensato per accadere, non appena la concentrazione di cloruro nel calcestruzzo alla superficie dell'acciaio supera la soglia di_crit C. Così, valutare la condizione delle strutture esistenti e stima la vita di servizio rimanente in genere si basano sulla determinazione del tenore di cloruro a diverse profondità nel calcestruzzo, in particolare alla profondità di rinforzo in acciaio incorporata. Esiste un numero di metodi affidabili e standardizzati per misurare questa concentrazione di cloro nei campioni di calcestruzzo^7,8. Confrontando i risultati di C_crit fornisce la base per la valutazione del rischio di corrosione e la pianificazione del tipo e dell'entità delle misure di riparazione. Tuttavia, questo approccio richiede la conoscenza di C_crit.

Diversi standard internazionali e raccomandazioni, nonché testo libri, prevedono valori per C_crit^1,3,9,10,11. Queste sono in genere circa 0,4% cloruro in peso del cemento, sulla base dell'esperienza a lungo termine o primo studi^12,13. Tuttavia, è ben noto che l'effettiva resistenza contro C_crit di una certa struttura o elemento strutturale è fortemente influenzata dai materiali utilizzati, dall'età della struttura e di storia e le condizioni di esposizione^{1 , 5}. così, è generalmente accettato che l'esperienza da un'unica struttura deve essere applicato solo ad altre strutture con cautela.

Nonostante questo, è comune pratica per utilizzare valori tabulati di_crit C, indipendenti della struttura reale di ingegneria. Ciò può essere spiegato dalla enorme dispersione dei C_crit nella letteratura e dalla mancanza di metodi affidabili per determinare C_crit in loco e in laboratorio⁵. L'approccio di utilizzare valori di soglia tabulati nelle valutazioni di durevolezza è in contrasto con le considerazioni strutturali nella valutazione delle condizioni delle strutture in cemento armato di invecchiamento. In quest'ultimo caso, esiste un numero di metodi di prova standardizzati per determinare le proprietà meccaniche come la resistenza dei materiali nella struttura (calcestruzzo, acciaio per cemento armato), da utilizzare nei calcoli del comportamento strutturale.

In questo lavoro, è presentato un protocollo sperimentale per determinare C_crit su campioni prelevati da strutture di ingegneria. L'approccio si basa su nuclei in cemento armato in parti di strutture in cemento armato dove non ha ancora avviato la corrosione di perforazione. Questi campioni sono trasferiti al laboratorio dove sono sottoposti a un test di corrosione accelerata al fine di studiare le condizioni per l'inizio di corrosione. Il vantaggio principale del metodo proposto è che i campioni provengono da strutture e così condizioni reali di esposizione riguardanti un numero di parametri che sono ben noti di notevolmente influenza C_crit e che non può essere rappresentativo ha imitato nei campioni di laboratorio-prodotto. Questo include il tipo e l'età del calcestruzzo (calcestruzzo contro cemento sito-prodotto maturo giovane laboratorio), la condizione tipo e superficie del rinforzo d'acciaio utilizzata al momento della costruzione e in generale le proprietà del acciaio-calcestruzzo interfaccia¹⁴. Insieme con la precisione dei metodi di misurazione di laboratorio, questo approccio permette la determinazione affidabile della C_crit per specifiche strutture o elementi strutturali.

Applicazione del protocollo suggerito nella pratica ingegneristica - confrontato con la pratica comune di utilizzare un valore costante per C_crit - che permettono di migliorare l'accuratezza della valutazione delle condizioni e la potenza predittiva dei modelli per analizzare la vita di servizio rimanente. Forte incremento previsto di lavori di riparazione della nostra infrastruttura costruita sopra le decadi prossime¹⁵ pone un urgente bisogno di un tale miglioramento in ingegneria di corrodere infrastrutture.

Protocol

1. campionamento sulla struttura di ingegneria

1. selezionare aree test in struttura in cemento armato prendendo in considerazione la nota qui sotto.
   Nota: Una zona di prova è l'area da cui verranno prelevati diversi campioni. Una zona di prova dovrebbe essere situato all'interno di un elemento strutturale (presumibilmente da un lotto di calcestruzzo) e mostre esposizione omogenea dell'ambiente (per esempio, evitare differenze significative nell'altezza in colonne o pareti di campionamento). Così, diverse aree di test possono essere selezionati all'interno di una struttura di ingegneria. Come un requisito aggiuntivo, zona di prova deve essere priva di danni da corrosione. Questo può essere verificato sulla base dei risultati dei metodi di controllo istituito, tra cui prove non distruttive come potenziale mappatura ^{16 , 17 , 18}. Si noti che la penetrazione di cloruro già potrebbe essersi verificato nell'elemento strutturale in esame. Questo non pregiudica la validità del metodo di prova descritto qui, ma può influenzare il tempo necessario per il test in laboratorio di corrosione.
2. All'interno di ogni area di test sulla struttura, scegliere percorsi di campionamento (punti di campionamento). Scegliere punti di campionamento che sia esente da favi, crepe, scheggiature o altri segni di copriferro localmente scarsa qualità o deterioramento.
   1. Locate l'acciaio per cemento armato barre nel calcestruzzo per mezzo di un dispositivo di scansione non-distruttivo, palmare, comunemente noto come " rinforzo in acciaio rivelatore " ¹⁹. Spostare il rilevatore in acciaio sia in orizzontale e le direzioni verticali sopra il calcestruzzo di superficie all'interno dell'area di prova e segnano (con gesso) ogni temporaneamente sulla superficie del calcestruzzo (forma di griglia) barra d'acciaio di rinforzo.
   2. Selezionare posizioni per carotaggio di core con un diametro di almeno 150 mm; Contrassegnare e con l'etichetta sulla superficie del calcestruzzo (utilizzo di gesso). Evitare incroci di campionamento dei tondi all'interno del nucleo. Selezionare le posizioni in modo che la barra di rinforzo in acciaio sarà centralmente situato possibili all'interno del nucleo.
      Nota: Assicurarsi di selezionare quelle sbarre d'acciaio che sono di interesse per la valutazione della struttura (di solito lo strato con la minima profondità di copertura); è particolarmente importante distinguere tra barre orientati verticalmente e orizzontalmente come questo ha un'influenza sulla corrosione prestazioni ²⁰.
   3. Per tenere conto della variabilità intrinseca di C _crit e per essere in grado di fornire dati statistici, selezionare un minimo di 5 posizioni (idealmente 10) per il campionamento all'interno di un'area test.
   4. Considerare implicazioni strutturali per quanto riguarda il numero e la posizione dei nuclei forato dalla struttura al fine di evitare qualsiasi critica indebolimento della struttura dovuta al campionamento.
   5. La posizione di tutti i campioni all'interno dell'elemento strutturale con precisione prima del campionamento (fotografie, schizzi mostrando Distanze ai bordi, ecc.) del documento
      Nota: Ciò può anche includere documentazione dei parametri misurati in loco presso le posizioni corrispondenti come potenziali elettrochimici di acciaio ^{16 , 17 , 18} , coprire profondità misure ¹⁹, o altri risultati di test non distruttivi quali cemento resistività.
3. i cemento nuclei del trivello (diametro minimo di 150 mm) contenente il segmento dell'acciaio secondo norme e procedure comuni ²¹ di rinforzo.
   1. Per evitare di danneggiare l'interfaccia acciaio-calcestruzzo, effettuare il carotaggio attentamente (raffreddato ad acqua di perforazione, tagliente di perforazione strumenti, ecc.) regolare la profondità di carotaggio a seconda della qualità del calcestruzzo e dalla profondità di copertura della acciaio per cemento armato.
      Nota: come regola generale, la lunghezza del nucleo dovrebbe essere almeno 2 - 3 volte la profondità di copertura. Questo normalmente permette di rompere il nucleo esterno della struttura senza danneggiare l'interfaccia acciaio-calcestruzzo.
   2. Rimuovere l'acqua liquida dalla superficie del nucleo in calcestruzzo. Chiaramente sull'etichetta il nucleo con un pennarello gesso impermeabile.
   3. Avvolgere il nucleo in un foglio di diffusione stretto per preservare le condizioni di umidità durante il trasporto al laboratorio.

2. Preparazione in laboratorio dei campioni

Nota: applicare questi passaggi per ogni campione (core) prelevato dalla struttura al fine di prepararli per laboratorio test di corrosione. Questo serve per accelerare la prova di corrosione (riduzione del copriferro), preservando le condizioni nel nucleo e fornendo protezione da fine-effetti indesiderati (per esempio, corrosione interstiziale).

1. Regolare il copriferro sulla parte anteriore e la parte posteriore del nucleo forato.
   1. Ridurre il cemento di copertura sul lato anteriore (che è il lato originariamente esposto) di taglio diamantato raffreddato ad acqua al fine di ottenere uno spessore di copriferro finale del campione nella gamma di 15-20 mm ( Figura 1 un -b).
   2. Assicurarsi che lo spessore di copriferro è uniforme su un lato ad essere esposti. Misurare il copriferro ad entrambe le estremità del rinforzo in acciaio barra (cioè, la faccia laterale del nucleo) con una pinza. Se necessario, utilizzare taglio o lucidatura strumenti per eliminare eventuali differenze di copertura di spessore superiore a 1 mm.
   3. Misurare lo spessore del calcestruzzo dietro il rinforzo d'acciaio con una pinza o un righello alla faccia laterale del nucleo e garantire che è ~ 30-50 mm ( Figura 1 b). Se necessario, tagliare il nucleo con taglio diamantato raffreddato ad acqua.
      Nota: Nessuna lucidatura è necessaria su questo lato.
2. Per stabilire una connessione via cavo e proteggere l'acciaio appendici rinforzante iniziazione falsa corrosione durante il test dalla seguente procedura Figura 1 c di esposizione.
   1. Uso un carotaggio trapano con un diametro interno leggermente più grande (da 2-4 mm) rispetto al diametro della barra di rinforzo in acciaio per rimuovere il cemento direttamente intorno l'acciaio ad ogni estremità della barra sopra una lunghezza di massimo 10 mm. zero resti di cemento incollare rispettando la superficie d'acciaio con l'aiuto di strumenti adeguati (spatola metallica, piccolo scalpello, ecc.)
   2. praticare un piccolo foro in una delle estremità delle barre d'acciaio e utilizzare un metallico vite autofilettante per correggere un capocorda (collegato a un cavo di rame) alla barra d'acciaio. Assicurarsi che il capocorda è premuto saldamente contro l'acciaio di rinforzo.
      Nota: Il diametro della vite deve essere leggermente più grande (ad es., da 0.1 - 0.2 mm) rispetto a quello del foro perforato in acciaio per garantire un collegamento stretto e solido.
   3. Mettere la filettatura della vite all'interno l'acciaio di rinforzo e assicurarsi che non fuoriesca la parte in acciaio rinforza in qualsiasi luogo come questo influirà probabilmente le misure elettrochimiche e il comportamento di corrosione.
      Nota: Questo può essere assicurato mediante viti corte e prestando attenzione alla direzione di foratura (parallela all'asse dell'acciaio). È più facile praticare parallelamente all'asse della barra d'acciaio se il fronte del taglio della barra d'acciaio è perpendicolare alla barra asse. È così importante che le barre di rinforzante sono in una posizione centrale all'interno del nucleo, altrimenti la superficie del taglio dell'acciaio non è perpendicolare all'acciaio bar asse.
   4. Non eseguire saldatura, saldatura a punti o tecniche simili per stabilire la connessione di cavi elettrici perché il riscaldamento può influenzare l'acciaio o l'interfaccia acciaio-calcestruzzo nel campione.
   5. Riempire il vuoto creato around entrambi barra d'acciaio termina con una densa pasta/mortaio/boiacca versando con attenzione l'impasto nei fori. Inoltre rivestire la vite e l'aletta del cavo di collegamento. Prodotto a base cementizia
      1. uso un polimero-modificato per questo al fine di garantire la buona aderenza e fine protezione.
         Nota: Esiste una gamma di prodotti commerciali commercializzati come riparazione Malte o simili (Vedi Tabella materiali). È importante che il prodotto non contiene un inibitore di corrosione o altre sostanze che influenzano il comportamento elettrochimico dell'acciaio.
      2. Assicurarsi che questa pasta/Malta/boiacca di cemento è applicato e curata correttamente, vale a dire, secondo il fornitore ' istruzioni s.
3. Applicare un rivestimento epossidico per limitare la superficie esposta.
   1. Prima di applicare il rivestimento, consentire la superficie del calcestruzzo un paio di giorni di essiccazione a temperatura ambiente e clima interno. Evitare aggressivi (ad esempio, al forno) o lungo (più di una 1-2 settimane) asciugatura del nucleo come questo può cambiare la microstruttura del calcestruzzo (cracking) e quindi influenzare i risultati del test.
   2. Rivestire la superficie laterale del nucleo con resina epossidica. Inoltre rivestire la barra termina e il collegamento del cavo (vite, capocorda, ecc.) d'acciaio di rinforzo ( Figura 1 c - D).
   3. Con la stessa resina epossidica, inoltre rivestire le parti di estremità della superficie di calcestruzzo esposta a fianco del nucleo, che era precedentemente più vicina alla superficie del calcestruzzo strutturale ( Figura 1 d). Lasciare una lunghezza esposta (non rivestita) lungo la barra d'acciaio su questo lato del 60-80 mm.
   4. Lasciare la faccia superiore cemento non rivestita (cioè, dal lato opposto il lato esposto, confronta Figura 1 d).
      Nota: La resina epossidica utilizzata deve essere idoneo per applicazioni su calcestruzzo (stabile in condizioni alcaline, facile da stendere, ad esempio, con un pennello, ecc.)
   5. applicare il rivestimento, in modo che forma una barriera di diffusione stretto verso l'esposizione successiva per il cloruro contenente soluzione. Assicurarsi che lo spessore del rivestimento sia almeno 2 mm. Check che pori e fori non sono visibili nel rivestimento. Se necessario, applicare più strati di resina.
   6. Il protocollo può essere messo in pausa qui; avvolgere ancora il campione in un foglio di diffusione stretto.

3. Prova di corrosione

1. preparare il programma di installazione per l'esposizione alle soluzione.
   1. Posto tutti i campioni in un serbatoio, con il lato di campione espositrici 15-20 mm di calcestruzzo coprono spessore verso il basso. Montare i campioni sul piccoli distanziali per consentire l'esposizione della soluzione ai campioni dalla loro parte inferiore ( Figura 2).
   2. Scegliere un serbatoio con dimensioni permettendo una distanza tra gli esempi concreti e tra i campioni e le pareti del serbatoio di almeno 4 cm; altezza del serbatoio è idealmente nell'intervallo 15-30 cm.
2. Preparare la strumentazione per data-logging.
   1. Posto un elettrodo di riferimento nella soluzione di esposizione ( Figura 2).
      Nota: Per un elettrodo di riferimento, qualsiasi tipo di elettrodo di riferimento stabile adatto per immersione nella soluzione dell'esposizione può essere usato (per esempio un Ag/AgCl/KCl _Sab elettrodo di riferimento). Possono essere necessarie misure speciali per evitare la contaminazione della soluzione esposizione dall'elettrolito dell'elettrodo di riferimento e viceversa.
   2. Collegare tutti i campioni ad un logger di dati automatizzati, in grado di misurare individualmente le potenzialità del rinforzo barre d'acciaio vs l'elettrodo di riferimento comune ( Figura 2). Utilizzare un data logger con un'impedenza di ingresso supera a 10 ⁷ Ohm.
   3. Impostare l'intervallo di misura del data logger per almeno 4 misurazioni al giorno per ogni campione; preferenzialmente, utilizzare un intervallo di 1 h per ogni campione.
3. Iniziare l'esposizione al cloruro di soluzione.
   Nota: L'inizio dell'esposizione alla soluzione corrisponde al tempo t ₀ = t = 0, per ogni campione.
   1. Riempire il serbatoio con acqua di rubinetto (pH 6.5-8.0, esente da cloruri, qualità dell'acqua potabile). Assicurarsi che il livello dell'acqua è tale che tutti i lati inferiori dei carotaggi sono a contatto con la soluzione, ma che sono non totalmente immersi (cioè, con la faccia superiore del campione sopra il livello dell'acqua). Mantenere il contatto tra la soluzione dell'elettrodo e l'esposizione di riferimento ( Figura 2).
   2. Avviare immediatamente la registrazione di dati, ad esempio, misurare le potenzialità di tutti i campioni vs l'elettrodo di riferimento.
   3. Monitorare i potenziali per più di 1-2 settimane e considera che le potenzialità si prevedono di raggiungere valori stabili, in una gamma che indica passività acciaio.
      Nota: In genere, questo è circa -100 a + 200 mV vs Ag/AgCl/KCl _Sab ¹.
   4. In alcuni casi, i campioni si supponga potenziali chiaramente più negativo di -100; controllare immediatamente i campioni più in dettaglio (Vedi sezione 5). Eseguire questa operazione anche se il potenziale varia sensibilmente durante l'esposizione alla soluzione esente da cloruri.
4. Iniziare l'esposizione a cloruri.
   1. Dopo 1 - 2 settimane in soluzione esente da cloruri, sostituire la soluzione di esposizione con una soluzione preparata di 3,5% NaCl in peso. Utilizzare acqua deionizzata per preparare questa soluzione di cloruro. Utilizzare un volume della soluzione di cloruro uguale per la soluzione di cloruro di iniziale (stessa profondità di immersione). Chiudere il serbatoio di esposizione con un coperchio (scelta consigliato) per limitare l'evaporazione della soluzione e relativi cambiamenti nella concentrazione di cloruro.
   2. Durante l'esposizione di cloruro, regolarmente (almeno una volta ogni 2 settimane) controllare il livello dell'acqua per quanto riguarda i campioni. Se necessario, aggiungere acqua deionizzata. Limite di rinnovare la soluzione intera esposizione al minimo, perché questo favorisce la lisciviazione del calcestruzzo.
   3. Continua monitoraggio le potenzialità dei campioni e regolarmente (a ogni due volte a settimana) verificare lo stato di corrosione di ciascun campione, valutando l'evoluzione registrata dei potenziali nel tempo di ogni campione e prendendo in considerazione il criterio per l'inizio di corrosione definito nella sezione 3.5.
   4. Dopo 60 giorni, aumentare la concentrazione di NaCl nella soluzione al 7% in peso. Dopo 120 giorni, aumentare la concentrazione di NaCl in soluzione al 10% in peso. Dopo questo, mantenere la concentrazione di cloruro a questo livello.
5. Valutare i potenziali monitorati nel tempo per rilevare l'inizio di corrosione.
   Nota: Durante l'esposizione, i campioni in genere presentano potenzialità relativamente stabile all'interno di circa + /-30 mV dei valori iniziali di esposizione all'acqua esente da cloruri. Questa gamma di potenziale deve essere indicata come " livello passivo " qui ( Figura 3). Potrebbe essere diverso per ogni singolo campione.
   1. Quando si valutano le potenzialità d'acciaio registrate durante l'esposizione, utilizzare il seguente criterio per l'iniziazione alla corrosione per verificare lo stato di corrosione di ogni esemplare. Le seguenti due condizioni devono essere soddisfatte per l'iniziazione alla corrosione (< forte classe = "xfig"> 3 figura):
      1. verifica se il potenziale diminuisce di più di 150 mV dal passivo livello entro un periodo di tempo di 5 giorni o più breve.
      2. Durante i 10 giorni successivi, controllo se il potenziale rimane stabled raggiunto livello negativo, diminuisce ulteriormente, o recupera da un massimo di 50 mV.
         Nota: Per ulteriori informazioni informazioni su questo criterio per l'individuazione dell'iniziazione alla corrosione vedere la discussione.
   2. Una volta che questo criterio per l'inizio di corrosione è soddisfatto, immediatamente rimuovere il campione dalla soluzione dell'esposizione e procedere come descritto nella sezione 4. Documentare il tempo per l'inizio di corrosione (t _ini) di questo esempio ( Figura 3). Continuare il test di esposizione con i restanti campioni.
   3. Se il potenziale calo dal livello passivo è inferiore a 150 mV, osservare da vicino l'esempio sopra il prossimo tempo di esposizione. Se il potenziale diminuisce ulteriormente e raggiunge un livello stabile, considerare questo come un cambiamento nello stato di corrosione.
      1. Prestare particolare attenzione a tali campioni controllando lo stato di corrosione con misure alternative (ad es., misurare la resistenza di polarizzazione lineare ²²) o analizzando infine li come descritto nella sezione 4. Se il tempo di iniziazione alla corrosione chiaramente non può essere attribuito, rifiutare il campione.
   4. Se la caduta di tensione è pronunciata (superiore a 150 mV entro pochi giorni), ma seguita da un aumento nel potenziale nei giorni successivi verso il livello iniziale di passivo ( Figura 3), lasciare il campione nell'esposizione soluzione per il successivo monitoraggio.
   5. Prestare particolare attenzione alle situazioni dove tutte le potenzialità dei campioni esposti nella stessa vasca di esposizione subiscono modifiche simultanee in potenziale. In questo caso, immediatamente controllare l'elettrodo di riferimento e ripararlo o sostituirlo con uno nuovo se necessario.
      Nota: Lo scambio la soluzione o l'aumento della concentrazione di cloruro in genere conduce a cambiamenti nel potenziale. Ciò può essere collegata a stabilire i potenziali diversa diffusione presso entrambe le giunzioni dell'elettrodo di soluzione/riferimento di esposizione o l'esposizione soluzione/concreto esempio ²³. Queste modifiche interessano tutti i campioni esposti allo stesso modo nello stesso serbatoio. Non indicano cambiamenti dello stato di corrosione.
      Nota: Se l'elettrodo di riferimento è instabile o perdite nella soluzione, presenterà una deriva. Di conseguenza, tutte le potenzialità di acciaio monitorate mostrerà lo stesso andamento nel tempo. Questo non indica le modifiche dello stato di corrosione.

4. Esempio di analisi dopo l'inizio di corrosione

1. Split il campione per rimuovere la barra d'acciaio.
   1. Al momento del ritiro di un campione dalla soluzione dell'esposizione, dividere (come al punto 4.1.2) il nucleo di calcestruzzo per ulteriori analisi e per l'esame della superficie dell'acciaio e del calcestruzzo all'interfaccia acciaio-calcestruzzo.
   2. Tagliare il nucleo in cemento dal suo lato posteriore (quello non esposto alla soluzione) con una lama di taglio diamante raffreddato ad acqua ( Figura 4). Assicurarsi che la sezione sia perpendicolare alla superficie posteriore e parallelo stato allineato alla barra di rinforzo in acciaio. Per evitare di danneggiare la barra d'acciaio assicurarsi che la profondità di taglio è inferiore (di circa 10 mm) che lo spessore di copriferro su questo lato.
   3. Inserire uno scalpello o un attrezzo simile e dividere il nucleo di calcestruzzo in due metà; questo dividerà il calcestruzzo intorno alla barra in acciaio.
   4. Rimuovere delicatamente la barra d'acciaio dal calcestruzzo di rinforzo; questo lascia le due metà del campione di calcestruzzo con le impronte dell'acciaio bar ( Figura 5 a).
2. Esaminare visivamente l'interfaccia acciaio-calcestruzzo.
   1. Immediatamente i documenti (fotografie, disegni, ecc.) l'aspetto visivo dell'interfaccia acciaio-calcestruzzo, esaminando sia la superficie in acciaio e la barra d'acciaio imprime in calcestruzzo. Prestare attenzione a quanto segue.
   2. Documentare la posizione e la morfologia della corrosione.
      Nota: I siti di iniziazione alla corrosione solitamente possono essere facilmente identificati da prodotti di corrosione precipitato ( Figura 5 a). Contrassegnare il numero e la posizione di questi punti. Il colore dei prodotti di corrosione è anche di interesse. In genere, al momento di scissione, sono scuro/nero/verdastra. Quando esposto all'aria, diventano marrone/rosso
   3. Check l'esemplare per l'inizio di corrosione falso, cioè, alla corrosione che ha avviato presso o vicino la barra d'acciaio finisce. Se questo è il caso, rifiutare il campione e si noti che può essere determinata non C _crit.
      Nota: Corrosione che inizia durante la prova presso o vicino la barra d'acciaio finisce, cioè, all'interno di 15 mm dell'acciaio appendici, è considerato l'inizio falso corrosione. Ciò può essere dovuto a situazioni di fessura, insufficiente acciaio bar misure di protezione fine (ad es., povero stuccatura o rivestimento epossidico poroso), o perché il metallico a vite per il collegamento del cavo sporge l'acciaio bar (sezioni 2.2 e 2.3).
   4. Documento vuoti o pori nel calcestruzzo. Prendere nota del se la posizione di vuoti o pori coincide con il percorso di iniziazione corrosione.
   5. Documentare eventuali caratteristiche peculiari quali cricche, favi, aggregati grossi, corpi estranei, cravatta fili, distanziali, ecc., in calcestruzzo e la loro posizione per quanto riguarda i percorsi di iniziazione corrosione.
3. Misurare la profondità di carbonatazione.
   1. Subito dopo documentazione, spruzzare le superfici di calcestruzzo di Spalato con soluzione di fenolftaleina e determinare la profondità di carbonatazione ²⁴.
      Nota: È fondamentale notare se la profondità di carbonatazione ha raggiunto la superficie d'acciaio e se no, quali la distanza della profondità di carbonatazione per la barra d'acciaio. Questo deve essere riportato unitamente ai risultati.
4. Eseguire analisi di cloruro e determinare C _crit.
   1. Su entrambe le metà del nucleo di calcestruzzo, rimuovere le parti che erano rivestite con resina epossidica mediante raffreddato ad acqua diamante taglio ( Figura 6 un).
   2. Dai prismi ottenuti, rimuovere il cemento nella zona di copertura mediante taglio diamantato raffreddato ad acqua fino a 2 mm per l'acciaio barra ( Figura 6 b). Asciugare il calcestruzzo a 105 ° C durante la notte.
   3. Successivamente, macinare il calcestruzzo e raccogliere la polvere di molatura; lo spessore di questa fase di macinazione è di 4 mm ( Figura 6 c). Questo produce, da ciascuna metà del nucleo di calcestruzzo, un campione di cemento in polvere alla profondità della barra d'acciaio + /-2 mm.
   4. a secco i campioni di polvere di cemento ottenuti a 105 ° C fino a un peso costante. Analizzare la concentrazione di cloruro acido-solubili nella polvere secca calcestruzzo secondo standard ^{7 , 8}. Calcolare la media dei due valori.
      Nota: Il risultato è il contenuto di cloruri in percentuale in peso del calcestruzzo.
   5. Se il contenuto di cemento del calcestruzzo nel campione specifico utilizzato per l'analisi di cloruro può essere determinato (ad es., per mezzo di opportuni metodi ^{25 , 26 , 27}), convertire il contenuto di cloruri in percentuale in peso del cemento.
   6. Documentare il risultato dell'analisi del cloruro, che è il contenuto di cloruro critico C _crit per l'esempio specifico. Assicurati di indicare se il valore è espresso in termini di percentuale in peso di cemento o in peso di cemento.
5. Documentare i risultati come un rapporto di prova per ogni esempio.
   1. Tutti gli effetti documentati dall'ispezione visiva (vedere paragrafo 4.2) insieme con i risultati del test (potenziali registrati nel tempo, tempo di inizio di corrosione, profondità di carbonatazione e C _crit).

5. Gestione di situazioni speciali

1. se potenziali negativi prima dell'esposizione di cloruro sono osservati, cioè, se l'acciaio potenziale diventa chiaramente negativo durante l'esposizione iniziale alla soluzione esente da cloruri (sezione 3.3), dare particolare attenzione a quanto segue.
   1. Considerare un evento dell'iniziazione alla corrosione false.
      1. Verifica iniziazione falsa corrosione rimuovendo la barra d'acciaio finisce per talea in ogni barra d'acciaio fine il calcestruzzo dal campione (taglio diamantato raffreddato ad acqua). Rimuovere fino a ~ 20 mm di calcestruzzo su ogni lato.
      2. Misura nuovamente il potenziale dell'acciaio inserendo un elettrodo di riferimento con l'aiuto di una spugna bagnata sulla superficie del calcestruzzo esposta e contattando elettricamente il fronte del taglio della barra di acciaio.
      3. Se il potenziale è ancora relativamente negativo, rifiutare il campione.
      4. Se il potenziale è nella gamma dei livelli passivi degli altri campioni della serie stessa, è consigliabile utilizzare nuovamente il campione per determinare C _crit. In questo caso, procedere al punto 2.2 del protocollo. Nel riferire i risultati, indicano che questo campione era più piccola (più breve esposti in acciaio Lunghezza barre) rispetto agli altri.
   2. Se iniziazione falsa corrosione può essere escluso, controllare se il calcestruzzo alla profondità in acciaio già era gassata e considera la determinazione della concentrazione di cloruro alla profondità d'acciaio. Se carbonatazione o una concentrazione molto alta di cloruro spiega l'iniziazione di corrosione su bagnante, questo documento nel report del test e si noti che nessun C _crit può essere determinato in questo caso.
      Nota: Questo può verificarsi se il calcestruzzo alla profondità in acciaio già era gassato e/o contenuta una quantità sufficiente di cloruro per favorire la corrosione su bagnante. Questo può essere il caso quando i campioni sono stati prelevati da una struttura in un periodo asciutto, cioè, quando non era in corso nessuna corrosione attiva in struttura e, quindi, nessuna corrosione potrebbe essere rilevato mediante i metodi di ispezione descritti nella sezione 1.

Results

Figura 7 Visualizza tipici potenziali acciaio monitorati durante l'esposizione di cloruro in laboratorio. Entrambi gli esempi mostrano che il potenziale può scendere significativamente entro un tempo molto breve, ma che il processo di corrosione non può ancora stabilmente propagare, che diventa apparente attraverso un aumento del potenziale verso livello passivo iniziale. In questo protocollo, il tempo di iniziazione alla corrosione, cioè, il momento in cui l'esposizione è stato arrestato e C_crit è determinata, è definito da una marcata caduta potenziale seguita da 10 giorni di potenziali negativi (Vedi sezione 3.5.2 e il Discussione per maggiori dettagli).

È comune che potrebbe richiedere diversi mesi fino a quando si verifica l'inizio corrosione stabile. Questo dipende anche il contenuto di cloruro iniziale già presente nel calcestruzzo quando i campioni sono prelevati dalle strutture. In alcuni casi gli esperimenti condotti finora, ci sono voluti più di 1 anno non avviata alla corrosione.

Figura 8 Mostra un esempio di C_crit misurata in 11 campioni prelevati da più di 40 anni vecchio tunnel stradale in Alpi svizzere. Tutti questi campioni sono stati prelevati all'interno di un'area di 1-2 m², così presumibilmente identicamente prodotta ed esposti. In questo esempio, il contenuto di cloruro alla superficie dell'acciaio al momento del campionamento era trascurabile. Inoltre, il fronte di carbonatazione era ancora lontano dalla superficie dell'acciaio.

Figura 9 Mostra due esempi, dove l'acciaio potenziale è diminuito fortemente sopra l'esposizione alla soluzione esente da cloruri. In uno di questi casi specifici, durante il successivo esame (distruttivo) del campione emerge che il calcestruzzo alla profondità in acciaio già era gassato. All'arrivo di acqua alla superficie dell'acciaio, il processo di corrosione così immediatamente iniziato. In altro caso, iniziazione alla corrosione falsi si è verificato in uno dell'acciaio manubri.

Figura 1 . Disegno schematico del campione prelevato da una struttura e trattati in laboratorio: (un) nucleo di calcestruzzo con un pezzo incorporato di acciaio per cemento armato; (b) ridurre il cemento di copertura sul lato esposto e sul lato posteriore di taglio diamantato raffreddato ad acqua; acciaio (c) barra protezione fine per mezzo di qualche concreto intorno l'acciaio di rimozione e la sostituzione con una densa pasta cementizia e rivestimento epossidico successive; e (d) rivestimento a resina epossidica sulle facce laterali e sulle zone di estremità della superficie del calcestruzzo esposta. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2 . Disegno schematico del Setup per la prova di corrosione in laboratorio. Questo viene illustrata la posizione dei campioni nel serbatoio dell'esposizione. Distanziali vengono utilizzati per garantire un contatto alla soluzione di esposizione dalla superficie del campione di fondo. Tutti i campioni sono collegati a un data logger, misurando il potenziale di ciascun campione contro un elettrodo di riferimento posizionato nella soluzione dell'esposizione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3 . Disegno schematico di possibili tempo-evoluzioni del potenziale di acciaio che illustra il criterio per l'inizio di corrosione. Al punto 1, un potenziale goccia a meno di 150 mV dalla iniziale "livello passivo" si verifica; al punto 2, un potenziale calo di almeno 150 mV si verifica, che è seguita da repassivation; al punto 3, un potenziale calo di almeno 150 mV si verifica (entro un massimo di 5 giorni) e il livello raggiunto di potenziale negativo è sostenuto oltre i 10 giorni. A t_ini, prelevare il campione dalla soluzione dell'esposizione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4 . Disegno schematico che illustra il taglio e la suddivisione del campione di calcestruzzo dopo il rilevamento di corrosione iniziazione. In primo luogo, una "trincea" è tagliata dal lato posteriore, in parallelo con la barra d'acciaio. Con l'inserimento di uno scalpello o un attrezzo simile, la trincea può essere utilizzata per dividere il campione come indicato dalle frecce. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5 . Fotografie che illustrano analisi campione dopo l'inizio di corrosione. (a) le due metà del campione dopo la scissione e (b) una ruggine macchia è visibile presso l'acciaio in superficie dopo l'inizio di corrosione. Fotografie da diversi campioni. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6 . Disegno schematico che illustra il campionamento per l'analisi di cloruro dopo corrosione iniziazione: (un) rimozione delle parti rivestita a resina epossidica del nucleo di calcestruzzo Spalato (viola = piani di taglio); (b) rimozione del copriferro fino a 2 mm dalla superficie dell'acciaio (viola = piano di taglio); (c) rettifica sopra un intervallo di profondità di + /-2 mm dell'acciaio bar profondità di copertura (rosso = volume di campione). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 7 . Le curve di tempo di esempi di rappresentante di misurati potenziali vs . Le gocce potenziali in genere pronunciate che possono essere seguite da un aumento potenziale (repassivation) fino a quando l'inizio di corrosione stabile secondo il criterio suggerito infine avvia. (un) viene illustrato un caso in cui il potenziale si stabilizza al livello negativo, e (b) è un esempio dove il potenziale continua diminuzione durante il periodo studiato di 10 giorni. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 8 . Esempio di C_crit misurato in 11 campioni presi da all'interno di un Area di calcestruzzo piccola in un più di 40 anni vecchia strada Tunnel nelle Alpi svizzere. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 9 . Esempi di potenziale contrassegnato diminuisce immediatamente sopra l'esposizione in soluzione di cloruro di. In un caso, il calcestruzzo alla profondità in acciaio già era gassato, così all'arrivo di acqua alla superficie dell'acciaio, il processo di corrosione subito iniziato, portando a una forte diminuzione nel potenziale. In altro caso, iniziazione alla corrosione falsi si è verificato in uno dell'acciaio appendici, che qui hanno portato a una diminuzione potenziale più graduale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussion

Le fasi più critiche per il successo del protocollo sperimentale suggerito per determinare C_crit sono quelli delle misure prese per prevenire corrosione falsa iniziazione e altri acciaio bar fine effetti. A questo proposito, una varietà di approcci sono stati testati, tra i quali il protocollo qui segnalato è stato trovato per produrre i migliori risultati²⁸. In ulteriori prove, questo approccio ha consentito fare diminuire il tasso di falsa iniziazione alla inferiore al 10%. Da un lato, questo è dovuto al rivestimento di zona di confine della superficie di calcestruzzo esposta con resina epossidica, che aumenta la lunghezza di trasporto dei cloruri attraverso il calcestruzzo per la barra d'acciaio finisce considerevolmente. D'altra parte, sostituendo il calcestruzzo originale intorno alla barra d'acciaio alle estremità con un denso, residui cementizi altamente alcalino migliora significativamente la resistenza alla corrosione in questi settori. Tali sistemi, vale a dire, rivestimento dell'acciaio barra termina con uno strato di un materiale cementizio polimero modificato, si sono dimostrate efficaci anche in altri studi^29,30.

Un altro aspetto importante è il criterio per l'inizio di corrosione. Questo criterio si basa sul comitato tecnico RILEM TC-235 che mira a consigliare un metodo di prova per la misura della C_crit in campioni realizzati nel laboratorio³¹. La spiegazione razionale è che è ben noto che l'inizio di corrosione dell'acciaio non polarizzato incorporato nel cemento, potrebbe avvenire per un lungo periodo di tempo piuttosto che una ben definita istante^30,32. Acciaio può iniziare che corrode alle concentrazioni relativamente basse di cloruro, ma se questi non sono in grado di sostenere il processo di corrosione, repassivation si verificherà, che diventa apparente di un potenziale aumento al livello passivo iniziale. Tali eventi depassivazione-repassivation si osservano in genere in simili studi^30,33,34. La concentrazione di cloruro misurata in un momento di corrosione stabile è più rilevante per la pratica che il tempo in cui i primissimi segni di potenziali deviazioni dal livello passivo diventano evidenti. Con il criterio suggerito, C_crit rappresenta la concentrazione di cloruro in cui corrosione inizia e si propaga anche stabilmente.

Una limitazione del metodo è che i campioni sono relativamente piccoli, che possono avere un'influenza sulla risultati^35,36. Al fine di contrastare questo, si consiglia di utilizzare un numero relativamente elevato di campioni (idealmente 10). Il livello di fiducia dipende la distribuzione statistica delle C_crit nell'area del test effettivo. Per maggiori dettagli fare riferimento a questo proposito, per fare riferimento a³⁶. Un'ulteriore limitazione è che le condizioni di umidità dell'esposizione di laboratorio possono differire da quelli di una struttura reale. Infine, la rilevazione dell'iniziazione alla corrosione può essere difficile nei casi in cui il potenziale è in genere negativo, come in scorie cementi o altri leganti contenenti solfuro.

Al meglio della nostra conoscenza, questo è il primo metodo di determinazione di_crit Cin strutture di ingegneria in una fase prima dell'inizio di corrosione. In contrasto con l'esperienza empirica da strutture, che è per definizione ottenuta dopo l'inizio della corrosione, questo metodo può essere utilizzato per misurare C_crit per specifiche strutture o elementi strutturali prima di degradazione di corrosione si verifica ; i risultati così possono essere utilizzati per valutare il rischio di corrosione (futuro) e prevedere il tempo rimanente alla iniziazione alla corrosione (modellazione di vita di servizio). Quindi, questo metodo ha il potenziale per essere utilizzato in materiale test, simile ai metodi stabiliti usati per prove meccaniche (resistenza alla compressione, ecc.)

Il metodo è attualmente applicato a un numero di diverse infrastrutture concrete in Svizzera. Questo amplierà la conoscenza limitata⁵ distribuzioni statistiche di C_crit nelle strutture. Inoltre, si rivelano l'influenza di diversi fattori come l'età delle strutture, i materiali di costruzione utilizzati, ecc.e quindi fornire informazioni importanti per gli ingegneri civili e per i responsabili decisionali nella gestione delle infrastrutture.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
		intrecciato	di almeno 0,50 mm²; idealmente filo di rame, stagnato
Vite			qualsiasi vite autofilettante adatta, tipicamente di lunghezza 4 - 5 mm e diametro di circa 2,5 mm
Capocorda			ad anello adatto per collegare vite e cavo
SikaTop Seal-107	Sika		malta cementizia impermeabile bicomponente modificata con polimero
Epoflex 816 L	Rivestimento epossidico	Adisa
Serbatoio			di esposizione qualsiasi serbatoio adatto (es. rako box) con coperchio;  sufficientemente grande per l'esposizione dei campioni
Elettrodo			Qualsiasi elettrodo di riferimento stabile adatto per l'immersione continua in soluzione di cloruro di sodio
			di rubinetto
Cloruro
Data logger			qualsiasi dispositivo in grado di monitorare i potenziali di tutti i campioni rispetto all'elettrodo di riferimento all'intervallo specificato (impedenza di ingresso >10E7 Ohm)