鉄筋コンクリート構造物から採取された検体で腐食の塩化しきい値値を決定する実験的プロトコル
August 31st, 2017
高い腐食評価や土木構造物からのサンプルのテストを許可する主な利点と鉄筋コンクリート構造の予測に関連するパラメーターを測定する方法を提案します。これにより鋼コンクリート界面の実態研究所製サンプルの人工物を避けるために非常に重要であります。
この方法の全体的な目標は、鉄筋コンクリートが腐食に耐える能力を特徴付ける重要なパラメーターである塩化物のしきい値を測定することです。このパラメータは、コンクリートの塩化物による腐食を予測するために、現在のすべてのモデルで必要です。塩化物の閾値は、使用する材料などの要素に大きく依存することはよく知られていますが、規格や教科書に規定されている一般的な値に頼るのが一般的です。
私たちの方法の主な利点は、土木構造物の試験を可能にすることです。これは、コンクリート強度などの機械的特性を試験するための確立された方法と似ています。構造物からのサンプルを試験することにより、塩化物の閾値に大きく影響する実際の条件を確認します。
例として、実験室で製造されたサンプルで代表的に模倣することができない鋼コンクリート界面。まず、テキストプロトコルで説明されているように、コンクリート構造物内のテスト領域を選択します。鉄筋探知器として一般に知られている非破壊的なハンドヘルドスキャン装置を使用して、コンクリート内の鉄筋を見つけます。
鋼検出器を、テストエリア内のコンクリート表面上で水平方向と垂直方向の両方に移動します。チョークを使用して、各鉄筋をコンクリート表面に格子状に一時的にマークします。直径が150ミリメートル以上のコアのコアドリルの位置を選択します。
コンクリート面に印を付けてラベルを付けます。一般的な手順と基準に従って、鉄筋のセグメントを含むコンクリートコアをドリルで穴を開けます。穴を開けた後、ノミなどを使用して、コンクリートコアを構造物から取り外します。
最後に、コアを拡散タイプのホイルで包み、実験室への輸送中の水分条件を維持します。もともと露出している面である前面のコンクリートカバーを水冷ダイヤモンドカットで縮小します。サンプルの最終的なコンクリートカバーの厚さは15〜20ミリメートルの範囲を目指します。
次に、ケーブル接続を確立し、暴露試験中に鉄筋の端を誤った腐食の開始から保護します。これを行うには、まず、鉄筋の直径よりわずかに大きい内径のコアリングドリルを使用して、各バーエンドの鋼の周りのコンクリートを最大10ミリメートルにわたって除去します。適切な工具を使用して、鋼の表面に付着したセメントペーストの残りを引っ掻きます。
次に、棒鋼の端の1つに小さな穴を開け、金属製のセルフタッピングねじを使用してケーブルラグを棒鋼に固定します。スラリーを慎重に穴に注ぐことにより、鉄筋の両端の周囲にできた隙間を、高密度のセメントペースト、モルタル、またはグラウトで埋めます。また、ケーブル接続のネジ端ラグをコーティングします。
今説明した手順は、誤った腐食の開始を避けるために重要です。つまり、鉄筋の端部が腐食します。露出表面積を制限するために、コアの側面をエポキシ樹脂でコーティングし、鉄筋の端とケーブル接続部もコーティングします。
同じエポキシ樹脂で、露出したコンクリート表面の端部を、以前は構造用コンクリート表面に最も近かったコアの側面にコーティングします。この側の鋼棒に沿って60〜80ミリリットルのコーティングされていない露出長さを残します。すべてのサンプルをタンクに入れ、サンプル側が15〜20ミリリットルのコンクリートで覆われた厚さを示し、下を向くようにします。
サンプルを小さなスペースに取り付けて、溶液がサンプルの下側から露出できるようにします。次に、参照電極を露光液に入れます。すべてのサンプルを自動データロガーに接続すると、補強棒鋼と共通の参照電極の電位を個別に測定できます。
タンクに水道水を入れ、コアサンプルのすべての下側が溶液と接触しているが、完全には浸っていないレベルまで満たします。参照電極と露光溶液の間の接触を維持し、すべてのサンプルと参照電極の電位を測定して、すぐにデータロギングを開始します。塩化物を含まない溶液で1〜2週間後、曝露溶液を調製した3.5重量の塩化ナトリウムの溶液と交換します。
サンプルの電位を引き続き監視し、各サンプルの経時的な電位の記録された変化を評価し、腐食開始の基準を考慮することにより、各サンプルの腐食状態を定期的にチェックします。60日後、溶液中の塩化ナトリウム濃度を7重量%に増やします。120日後、溶液中の塩化ナトリウム濃度を10重量%に増やします。
この後、塩化物濃度をこのレベルに保ちます。暴露中に記録された鋼電位を評価するときは常に、腐食開始のこれら2つの基準を使用して、各サンプルの腐食状態を確認してください。最初の基準は、5日以内の期間内にパッシブレベルから150ミリボルト以上減少する可能性があることです。
第2の基準は、次の10日間で、達成された負のレベルに安定して留まった電位がさらに減少するか、または最大50ミリボルト回復することです。この腐食開始の基準が満たされたら、直ちに試料を露光液から取り出します。サンプルの腐食開始までの時間を記録します。
サンプル分析を開始するには、まずサンプルを分割して棒鋼を取り除きます。コンクリートの芯を水冷式ダイヤモンドカッティングブレードで裏側から切り取ります。セクションが背面に対して垂直で、鉄筋と平行に整列していることを確認してください。
棒鋼の損傷を防ぐため、切断の深さが鋼に届かないようにしてください。安全マージンのために約10ミリメートルを保ってください。ノミなどを入れてコンクリートの芯を半分に割って、棒鋼の周りのコンクリートを分割します。
鉄筋をコンクリートからそっと取り外すと、コンクリートサンプルの2つの半分に鉄筋の痕跡が残ります。コンクリートの鋼鉄表面と鋼棒の刻印の両方を調べることにより、鋼コンクリートインターフェースの視覚的な外観をすぐに文書化します。塩化物分析を実行し、重要な塩化物含有量を決定するには、コンクリートコアの両半分に水冷ダイヤモンドカットによってエポキシコーティングされた部品を取り外します。
得られたプリズムから、コンクリートとカバーゾーンを、棒鋼に2ミリメートルまで水冷ダイヤモンドコーティングを使用して除去します。その後、コンクリートを粉砕し、粉砕粉末を収集します。この粉砕ステップの厚さは4ミリメートルです。
得られたコンクリート粉末サンプルを摂氏105度で一定の重量で乾燥させます。次に、2 つの値の平均を計算します。塩化物分析の結果(特定のサンプルの臨界塩化物含有量)を文書化します。
値がコンクリートの重量で表されているか、セメントの重量で表されているかを必ず示してください。この図は、実験室での塩化物曝露中に監視される鋼電位の例を示しています。電位は非常に短時間で大幅に低下する可能性がありますが、腐食プロセスは不安定に伝播しない可能性があり、これは初期の受動的レベルに向かって電位が増加するため明らかになります。
約60日間の曝露で、電位は最終的に150ミリボルト以上低下し、10日間マイナスレベルにとどまります。したがって、サンプルを分割するための基準が満たされます。この図は、サンプルを分割した後の棒鋼の腐食スポットの例を示しています。
臨界塩化物含有量の代表的な結果は、スイスアルプスの40年以上前のトンネルから得られました。グラフは11個のコンクリートコアからの結果を示しているため、調査した構造部材の臨界塩化物含有量の統計的分布が得られます。腐食開始後に得られる定義を目指した構造物からの経験的経験とは対照的です。
この方法では、腐食劣化が発生する前に、構造部材または特定の構造の塩化物しきい値を測定できます。一定の表形式の塩化物閾値を使用する一般的な方法と比較して、エンジニアリングの実践に私たちの方法を適用すると、状態評価の精度とモデルの予測力が向上し、構造物の残りのサービスを分析します。
概要
この研究は、腐食抵抗性を評価するために重要な、鉄筋コンクリートの塩化物閾値を測定する方法を提示しています。この方法により、実際の工学構造からのサンプルを試験することができ、鋼材とコンクリートの界面での実在的な条件を確保します。
主要な研究要素
科学分野
- 土木工学
- 腐食科学
- 材料試験
背景
- 塩化物閾値は、コンクリートにおける塩化物誘起腐食を予測するために不可欠です。
- 現在の実践では、しばしば基準や教科書からの一般化された値に依存しています。
- 鋼材とコンクリートの界面における実際の条件がこれらの値に大きな影響を与えます。
- 構造物からのサンプルを試験することで、実験室のサンプルよりも正確な評価が可能になります。
研究目的
- 鉄筋コンクリートの塩化物閾値を正確に測定する方法を開発すること。
- 実際のワールドのサンプルを使用することで腐食予測モデルを改善すること。
- 土木工学応用のための信頼できる試験プロトコルを確立すること。
使用された方法
- 非破壊検出器を使用した試験区域の選択と補強鋼棒の特定。
- 補強鋼を含むコンクリートサンプルの貫通掘削。
- 塩化物溶液への露出試験のためのサンプルの準備。
- 時間経過による腐食開始を評価するための電位のモニタリング。
主要な結果
- この方法により、実際の条件下で塩化物閾値を正確に測定することができます。
- 電位測定に基づいて腐食開始基準が確立されました。
- 結果は、実際の構造条件に基づいて塩化物閾値に大きな違いがあることを示しています。
- このアプローチは、鉄筋コンクリートの腐食を予測するためのより信頼できる基礎を提供します。
結論
- この方法は、鉄筋コンクリートにおける腐食プロセスの理解を深めます。
- コンクリート構造物の耐久性を評価するための実用的な解決策を提供します。
- この知見は、土木工学における設計とメンテナンスの実践の改善に役立ちます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Accurate determination of chloride threshold values is essential for predicting corrosion in reinforced concrete infrastructure, directly impacting maintenance planning and service life predictions. Relying on generalized threshold values limits assessment accuracy, whereas site-specific measurement enables probabilistic modeling of time-to-corrosion onset. This method supports risk-informed decision-making in civil infrastructure asset management by providing structure-specific data reflective of real steel-concrete interface conditions.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of material-environment interactions that govern corrosion initiation, supporting hypothesis testing on chloride-induced degradation mechanisms.
- Operational Value: Provides quantitative thresholds for material durability, facilitating go/no-go decisions in infrastructure material selection.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates reproducible chloride threshold measurements from actual structural samples, establishing assay readiness for comparative material evaluation.
- Operational Value: Standardizes sample preparation and exposure protocols, ensuring consistent electrochemical monitoring across test conditions.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Delivers structure-specific corrosion threshold data that bridges laboratory findings with real-world structural performance.
- Operational Value: Supports continuity from material testing to field application by validating predictive models against empirical degradation timelines.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into civil infrastructure assessment workflows by enabling pre-degradation characterization of corrosion susceptibility, informing downstream predictive modeling and maintenance scheduling.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on environmental factors influencing chloride threshold values through direct measurement from structural samples.
- Screening: Ensures assay reproducibility via standardized core preparation, epoxy coating, and potential monitoring protocols.
- Analytics: Yields quantitative potential evolution data and time-to-corrosion endpoints for statistical distribution analysis of Ccrit.
- Translational Research: Connects laboratory-derived threshold values to field-relevant corrosion prediction models for remaining service life estimation.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable protocol for material testing programs across infrastructure portfolios, similar to mechanical property assessment frameworks.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in corrosion prediction by delivering empirically derived, site-specific chloride threshold values.
- Operational Value: Enhances reproducibility and scalability of corrosion testing through standardized sampling and electrochemical monitoring procedures.
- Strategic Value: Improves capital efficiency in infrastructure maintenance by enabling risk-based prioritization of interventions.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement decisions in asset management by providing probabilistic inputs for remaining service life models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in electrochemical corrosion monitoring and concrete material preparation techniques.
- Dependent on instrumentation for potential datalogging, chloride solution preparation, and core drilling equipment.
- Necessitates cross-team standardization between field sampling and laboratory analysis units to ensure sample integrity.
- Involves adaptation considerations for varying concrete cover thicknesses, reinforcement configurations, and environmental exposure histories.
- Limited by the destructive nature of core sampling, which restricts frequent longitudinal testing of the same structural element.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:59
Sampling on the Civil Engineering Structure
2:12
Sample Preparation in the Laboratory
3:57
Corrosion Test
6:12
Sample Analysis After Corrosion Initiation
8:15
Results: Determination of the Chloride Threshold Value for Corrosion in Samples Taken from Reinforced Concrete Structures
9:12
Conclusion
0:05
Title
