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

L'obiettivo generale di questo metodo è quello di misurare il valore di soglia del cloruro che è un parametro essenziale, caratterizzante la capacità del cemento armato di resistere alla corrosione. Questo parametro è necessario in tutti i modelli attuali per prevedere la corrosione indotta dal cloruro nel calcestruzzo. Sebbene sia noto che i valori soglia del cloruro dipendono fortemente da fattori quali i materiali utilizzati, è pratica comune fare affidamento su valori generali stabiliti negli standard o nei libri di testo.

Il vantaggio principale del nostro metodo è che consente di testare le strutture di ingegneria civile. Questo è simile ai metodi consolidati per testare le proprietà meccaniche come la resistenza del calcestruzzo. Analizzando i campioni delle strutture, garantiamo condizioni reali che influenzano notevolmente i valori di soglia del cloruro.

Ad esempio, l'interfaccia acciaio-calcestruzzo, che non può essere imitata in modo rappresentativo in campioni prodotti in laboratorio. Iniziare selezionando le aree di prova nella struttura in calcestruzzo come descritto nel protocollo di testo. Localizzare le barre d'acciaio d'armatura nel calcestruzzo per mezzo di un dispositivo di scansione portatile non distruttivo comunemente noto come rilevatore di acciaio per armatura.

Spostare il rilevatore in acciaio sia in direzione orizzontale che verticale sulla superficie del calcestruzzo all'interno dell'area di prova. Usando il gesso, segnare temporaneamente ogni barra d'acciaio d'armatura a forma di griglia sulla superficie del calcestruzzo. Selezionare le posizioni per il carotaggio di carote con un diametro di almeno 150 millimetri.

Segnali ed etichettali su una superficie di cemento. Forare le carote di calcestruzzo contenenti il segmento di acciaio per armatura secondo le procedure e gli standard comuni. Dopo la perforazione, ad esempio con uno scalpello, rimuovere l'anima in calcestruzzo dalla struttura.

Infine, avvolgere il nucleo in un foglio di tipo a diffusione per preservare le condizioni di umidità durante il trasporto in laboratorio. Ridurre il copriferro nella parte anteriore, che è il lato originariamente esposto mediante taglio diamantato raffreddato ad acqua. Puntare a uno spessore finale della copertura di calcestruzzo del campione compreso tra 15 e 20 millimetri.

Successivamente, stabilire un collegamento del cavo e proteggere le estremità della barra d'acciaio di rinforzo dall'inizio della falsa corrosione durante il test di esposizione. A tal fine, utilizzare prima una punta di carotaggio con un diametro interno leggermente più grande del diametro della barra d'acciaio per rimuovere il calcestruzzo attorno all'acciaio a ciascuna estremità della barra per una lunghezza massima di 10 millimetri. Grattare i resti della pasta cementizia aderente alla superficie dell'acciaio con l'aiuto di strumenti adeguati.

Quindi, praticare un piccolo foro in una delle estremità delle barre d'acciaio e utilizzare una vite autofilettante metallica per fissare un capocorda alla barra d'acciaio. Riempire lo spazio creato attorno a entrambe le estremità della barra d'acciaio con una pasta cementizia densa, malta o malta, versando accuratamente l'impasto nei fori. Rivestire anche il capocorda dell'estremità della vite del collegamento del cavo.

La procedura appena descritta è fondamentale per evitare l'innesco di una falsa corrosione. Ciò significa corrosione alle estremità della barra d'acciaio. Per limitare la superficie esposta, rivestire la superficie laterale dell'anima con una resina epossidica, rivestire anche le estremità delle barre d'armatura in acciaio e il collegamento dei cavi.

Con la stessa resina epossidica, rivestire le parti terminali della superficie in calcestruzzo a vista sul lato del nucleo, che in precedenza era più vicino alla superficie strutturale in calcestruzzo. Lasciare una lunghezza esposta non rivestita da 60 a 80 millilitri lungo la barra d'acciaio su questo lato. Posizionare tutti i campioni nel serbatoio con il lato del campione che presenta uno spessore compreso tra 15 e 20 millilitri di cemento, rivolto verso il basso.

Montare i campioni su spazi ridotti per consentire l'esposizione della soluzione ai campioni dal loro lato inferiore. Quindi, posizionare l'elettrodo di riferimento nella soluzione di esposizione. Collegare tutti i campioni a un datalogger automatizzato, in grado di misurare individualmente i potenziali delle barre d'acciaio di rinforzo rispetto all'elettrodo di riferimento comune.

Riempire il serbatoio con acqua di rubinetto fino a un livello in cui tutti i lati inferiori dei campioni di carota siano a contatto con la soluzione, ma non siano completamente immersi. Mantenere il contatto tra l'elettrodo di riferimento e la soluzione di esposizione, avviare immediatamente la registrazione dei dati misurando i potenziali di tutti i campioni rispetto all'elettrodo di riferimento. Dopo una o due settimane in soluzione priva di cloruro, sostituire la soluzione di esposizione con la soluzione preparata di cloruro di sodio 3,5 in peso.

Continuare a monitorare i potenziali dei campioni e controllare regolarmente lo stato di corrosione di ciascun campione valutando l'evoluzione registrata dei potenziali nel tempo di ciascun campione e considerando il criterio per l'innesco della corrosione. Dopo 60 giorni, aumentare la concentrazione di cloruro di sodio nella soluzione al 7% in peso. Dopo 120 giorni, aumentare la concentrazione di cloruro di sodio nella soluzione al 10% in peso.

Successivamente, mantenere la concentrazione di cloruro a questo livello. Ogni volta che si valutano i potenziali dell'acciaio registrati durante l'esposizione, utilizzare questi due criteri per l'innesco della corrosione, per verificare lo stato di corrosione di ciascun campione. Il primo criterio è una potenziale diminuzione di oltre 150 millivolt rispetto al livello passivo entro un periodo di tempo di cinque giorni o inferiore.

Il secondo criterio, è che durante i successivi 10 giorni, il potenziale rimasto stabilmente sul livello negativo raggiunto diminuisce ulteriormente, o recupera di un massimo di 50 millivolt. Una volta soddisfatto questo criterio per l'innesco della corrosione, rimuovere immediatamente il campione dalla soluzione di esposizione. Documentare il tempo necessario per l'inizio della corrosione del campione.

Per iniziare l'analisi del campione, per prima cosa, dividere il campione per rimuovere la barra d'acciaio. Tagliare l'anima di cemento dal lato posteriore, con una lama da taglio diamantata raffreddata ad acqua. Assicurarsi che la sezione sia perpendicolare alla superficie posteriore e allineata parallelamente alla barra d'acciaio di rinforzo.

Per evitare di danneggiare la barra d'acciaio, assicurarsi che la profondità di taglio non raggiunga l'acciaio. Mantieni circa 10 millimetri per un margine di sicurezza. Inserisci uno scalpello o uno strumento simile e dividi l'anima di cemento in due metà per dividere il calcestruzzo attorno alla barra d'acciaio.

Rimuovere delicatamente la barra d'acciaio di rinforzo dal calcestruzzo, questo lascia le due metà del campione di calcestruzzo con le impronte della barra d'acciaio. Documenta immediatamente l'aspetto visivo dell'interfaccia in acciaio e calcestruzzo esaminando sia la superficie in acciaio che le impronte della barra in acciaio nel calcestruzzo. Per eseguire l'analisi del cloruro e determinare il contenuto critico di cloruro, rimuovere le parti che sono state rivestite con resina epossidica mediante taglio diamantato raffreddato ad acqua su entrambe le metà del nucleo in calcestruzzo.

Dai prismi ottenuti, rimuovere il calcestruzzo e la zona di copertura, utilizzando un rivestimento diamantato raffreddato ad acqua fino a due millimetri fino alla barra d'acciaio. Successivamente, macinare il calcestruzzo e raccogliere la polvere di macinazione. Lo spessore di questa fase di rettifica è di quattro millimetri.

Asciugare i campioni di polvere di calcestruzzo ottenuti a 105 gradi Celsius a peso costante. Quindi, calcola la media dei due valori. Documentare il risultato dell'analisi del cloruro, che è il contenuto critico di cloruri per il campione specifico.

Assicurati di indicare se il valore è espresso in termini di percentuale in peso di calcestruzzo o in peso di cemento. Questa figura mostra un esempio di potenziali dell'acciaio monitorati durante l'esposizione al cloruro in laboratorio. Il potenziale può diminuire in modo significativo, in un tempo molto breve, ma il processo di corrosione potrebbe non propagarsi in modo instabile, il che diventa evidente a causa dell'aumento del potenziale verso il suo livello passivo iniziale.

A circa 60 giorni di esposizione, il potenziale scende di oltre 150 millivolt e rimane al livello negativo per 10 giorni. Pertanto, il criterio per la suddivisione del campione è soddisfatto. Questa figura mostra un esempio del punto di corrosione visivamente evidente sulla barra d'acciaio dopo la divisione del campione.

Risultati rappresentativi per il contenuto critico di cloruri sono stati ottenuti da un tunnel di oltre 40 anni nelle Alpi svizzere. Il grafico mostra i risultati di 11 carote in calcestruzzo, ottenendo così la distribuzione statistica del contenuto critico di cloruro per l'elemento strutturale studiato. In contrasto con le esperienze empiriche delle strutture, che aspiravano alla definizione ottenuta dopo l'inizio della corrosione.

Questo metodo è in grado di misurare i valori di soglia del cloruro per elementi strutturali o strutture specifiche prima che si verifichi la degradazione della corrosione. Rispetto a una pratica comune di utilizzare valori di soglia del cloruro tabulati costanti, l'applicazione del nostro metodo nella pratica ingegneristica migliorerà l'accuratezza delle valutazioni delle condizioni e il potere predittivo dei modelli per analizzare il servizio rimanente delle strutture.