방법 논문

부식된 강철 바의 형태학 매개 변수에 대 한 평가 방법의 적용 가능성 분석

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⸱

DOI:

10.3791/57859

⸱

2018년 11월 1일

 ,  ,  , 
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

이 논문에서

요약

이 문서는 형상 및 다른 방법을 사용 하 여 바 철강의 부식의 양을 측정: 질량 손실, 캘리퍼스, 배수 측정, 3D 스캐닝 및 x 선 마이크로-단층 (XCT).

초록

부식된 강철 막대의 길이 따라 불규칙 하 고 고르지 못한 잔여 섹션 실질적으로 그것의 기계적 성질을 변경 하 고 안전과 기존 콘크리트 구조물의 성능을 크게 지배. 결과적으로, 그것은 제대로 잔여 베어링 용량 및 구조의 서비스 수명을 평가 하는 구조에 강철 막대의 부식의 양과 형상을 측정 하는 것이 중요. 이 문서는 소개 하 고 강철 막대의 부식의 양과 형상 측정을 위한 5 가지 방법을 비교. 단일 500 m m 길고 14 m m 직경 강철 막대는이 프로토콜 가속된 부식에 따라서 표본 이다. 대량 손실 측정, 버 니 어 캘리퍼스, 배수 측정, 3D 스캐닝 및 x 선 마이크로-단층 (XCT)를 사용 하 여 전후 그것의 형태와 부식의 양을 신중 하 게 측정 되었다. 적용 및 이러한 다른 방법의 적합성 다음 평가 했다. 결과 버 니 어 캘리퍼스 측정 부식된 바의 형태에 대 한 가장 적합 한은 3D 스캐닝 부식 비 바의 형태를 측정 하기 위한 최선의 선택 임을 보여준다.

서론

철강의 부식 콘크리트 구조의 악화에 대 한 주요 이유 중 하나 이며 구체적인 탄 또는 염화 침입에 의해 발생. 콘크리트 탄, 부식 하는 경향이 일반화 될; 동안 염화 침입, 그것은 된다 더 지역화1,2. 아무리 무슨 원인, 부식 균열 부식 제품의 방사형 확장에서 구체적인 덮개, 강철 바와 그 주변 콘크리트 사이 유대를 악화, 바 침투 표면, 그리고 바 감소 단면적 상당히3,은4.

구조 콘크리트와 유사 서비스 환경에서의 비-동질성, 인해 강철 바의 부식 발생 합니다 임의로 그것의 표면 및 그것의 길이 따라 큰 불확실성. 콘크리트 탄으로 인 한 일반적인된 균일 부식 반대 염화 침입으로 인 한 벽 공 부식 공격 침투를 발생 합니다. 또한, 그것은 잔여 부분의 막대 가운데 상당히 다양 하 게 부식된 바 하면 표면 및 길이. 결과적으로, 바 강도와 바 연 성 감소. 광범위 한 연구5,6,7,,89,10, 바 스틸의 기계적 성질에 부식의 효과 연구를 수행한 11,12,13,,1415. 그러나, 더 적은 주의 형태학 매개 변수 측정 방법 및 강철 막대의 부식 특성에 주어졌다.

일부 연구는 사용 대량 손실5,10,,1114바 철강의 부식의 양을. 그러나,이 방법은 잔여 섹션의 평균 값을 확인 하기 위해 사용할 수 있습니다 그리고 그것의 길이 따라 섹션의 분포를 측정할 수 없는. 주와 프랑코 짧은 세그먼트의 일련에 단일 강철 막대를 절단 하 고 무게 각 세그먼트의 길이13,14따라 잔여 섹션의 분야의 변화를 확인 하 여이 방법을 개선 했습니다. 그러나,이 메서드는 강재의 추가 손실을 절단 동안 원인과 건드릴 수 없어 최소 잔여 부분의 부식된 바, 정확 하 게는 베어링 용량을 지배. 버 니 어 캘리퍼스도14,15바 스틸의 기하학적 파라미터를 측정 하는 데 사용 됩니다. 그러나, 잔여 부분의 부식된 바는 매우 일반적인, 그리고 부식의 측정 및 실제 단면 치수 사이 상당한 편차 항상 있다. Archimedes의 원리를 바탕으로, 클락 외. 그것의 길이 따라 부식된 바의 잔여 부분을 측정 하기 위해 배수 방법을 채택 하지만 막대의 변위가 케이스11에 상당한 정확성 없이 수동으로 통제 되었다. 리 외. 강철 막대의 변위를 자동으로 제어 하는 전기 모터를 사용 하 여이 배수 방법을 개선 하 고 측정 결과 더 정확 하 게16. 마지막으로, 3D 스캐닝 기술, 개발, 지난 몇 년 동안이 방법은17,18,,1920바 스틸의 기하학적 크기를 측정 하기 위해 사용 되었습니다. 3D 스캐닝, 직경, 잔여 지역, 중심, 편심, 관성 모멘트, 및 강철 막대의 부식 침투를 사용 하 여 수 있습니다 정확 하 게 취득 될. 연구원은 다른 실험 설정에 이러한 방법을 사용, 비록 거기 되지 않았습니다 비교 및 그들의 정밀도, 적합성 및 적용 방법의 평가.

부식, 특히 부식, 부식, 일반화에 비해 내 공 뿐만 아니라 부식된 바의 기계적 특성을 변경 하지만 잔여 베어링 용량 및 콘크리트 구조물의 수명을 감소. 바 길이 따라 부식의 공간 가변성에 대 한 부식된 강철 막대의 형태학 매개 변수의 더 정확한 측정은 기계적 특성 바의 더 적당 한 평가 대 한 긴급. 이 안전 및 부식에 의해 손상 된 철근 콘크리트 (RC) 구조 안정성 평가 하는 데 도움이 됩니다 더 정확 하 게21,22,23,,2425,26 ,27,,2829.

이 프로토콜 형상과 강철 막대의 부식의 양을 측정 하기 위한 다섯 가지 논의 방법을 비교 합니다. 단일, 500 m m 길이 및 직경, 라운드 바 표본으로 사용 되었고 실험실에서 가속된 부식에 들어서는 일반 14 m m. 그것의 형태와 부식의 수준 질량 손실, 버 니 어 캘리퍼스, 배수 측정, 3D 스캐닝 및 x 선 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 (XCT)를 포함 하 여 각 메서드를 사용 하 여 전후 측정 신중 하 게 되었다. 마지막으로, 적용 및 각각의 적합성 평가 했다.

그것은 이어야 한다 늑 골 붙인된 바 콘크리트에 포함 된 지적, 아니라 일반 바, 공기에 노출 되는 일반적으로 콘크리트 구조물에 사용 하 고 부식에 들어서는. 늑 골이 있는 바, 버 니 어 캘리퍼스 수 있습니다 쉽게 적용 되지. 이러한 바 콘크리트에서 부식, 때문에 그들의 표면 침투가 아니다 더 일반 바11공기에 노출에 비해. 그러나,이 프로토콜은 맞도록 같은 바;에 다른 측정 방법의 분석의 적용 따라서, 그것은 형태학 파라미터 측정에 갈비뼈와 콘크리트 비 균질의 영향을 제거 하는 표본으로 벗은 일반 바를 사용 합니다. 다른 방법을 사용 하 여 부식된 늑 골 붙인된 바의 측정에서 추가 작업 미래에 운송할 수 있습니다.

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프로토콜

1. 테스트 표본 및 제조 공정

  1. 500 m m 긴, 14 m m 직경 일반 (학년 Q235) 바 철강 인수 테스트 견본 생산을 위한.
  2. 막대의 표면 연마는 표면에 비늘 밀을 제거 하는 정밀한 사 포를 사용 하 여.
  3. 그림 1, 는 절단기를 사용 하 여 30 mm와 그것의 왼쪽된 끝에서 470 m m에 있는 막대를 잘라.
  4. 디지털 전자 규모를 사용 하 여 표본 바 3의 무게를 측정 합니다.
  5. 2 단계에서 설명 하는 다섯 가지 방법을 사용 하 여 3 명의 표본의 직경을 측정 하 고는 비-부식 표본 바의 결과 기록 합니다.
  6. 부식으로 아래 전기 화학 방법을 사용 하 여 440 mm 바 견본:
    1. 절연 테이프로 단단히 각 끝의 70 mm를 커버. 전기 와이어 440 mm 바 시료의 한쪽 끝을 연결 합니다.
    2. 에폭시 수 지를 만들기 위해 1:1 비율에 경화제와 접착제를 혼합. 막대의 절연된 70 m m 끝에 에폭시 수 지를 적용 균일 하 게 부식에서 양쪽 끝을 보호 하는 견본.
    3. 440 m m 배치 3.5%를 포함 하는 플라스틱 물 탱크에 견본 바 긴 NaCl 전해질과 음극으로 동판.
    4. 막대의 한쪽 끝을 연결 바의 가속된 부식에 대 한 전기 회로를 설정 하려면 견본 긍정 극에 노드 및 직류 (DC)의 부정 극에 구리 음극 판으로 전원 공급 업체, 각각, 견본.
    5. 바에 2.5 µ A/c m2 의 일정 한 직류를 적용 하려면 DC 전원 공급 장치에 스위치 부식의 전체 기간에 대 한 표본.
    6. 종료는 부식 전류 떨어져 스위치 처리 때 양을 견본은 막대의 부식의 부식의 예상된 수준에 도달 하면으로 패러데이 법칙을 사용 하 여 추정.
    7. 장소는 위의 부식 제품의 표면에서 제거 하는 30 분 동안 12 %HCl 솔루션 탱크에 견본 바 부식. 담가 중화에 대 한 포화 라임 물 탱크로 견본 바 산 청소 하 고 더 깨끗 한 수돗물을 사용 하 여.
    8. 건조는 위의 청소 공기에서 견본 바 부식. 측정을 위한 그것의 표면을 표시 합니다.
  7. 부식의 부식 양과 형태학 매개 변수 측정 견본 바.
    참고: 청소 부식된 강철 막대의 질량 손실 영향 을지 않습니다. 산 성 솔루션의 종류와 산 성 해결책에 있는 침수의 서로 다른 시간 다른 양의 질량 손실 발생할 것 이다. 그러나이 테스트에서, 비교 사이 되었다 다른 청소 기법, 일관성, 청소 과정 중국 국가 표준의 장기 성능 테스트 방법 및30일반 콘크리트 내구성에 대 한 다음과 같습니다.

2. 측정 방법 및 절차

  1. 질량 손실 방법
    1. 수평 플랫폼에 전자 규모를 놓고 그것을 0.
    2. 전자 규모에 수평으로 부식 하기 전에 견본 바는 세련 된 배치 고 비 부식 강철의 질량으로 규모에서 읽기 바 m0 (g).
    3. 전자 규모에 가로로 부식 후 견본 바는 청소 장소 고 부식된 강철 바 mc (g)의 질량으로 규모에서 읽기.
    4. 막대의 부식의 양을 계산의 방정식을 사용 하 여 Q오호= (mc-m0) / 100% xm0.
    5. 부식의 잔여 부분의 평균 영역 계산 방정식을 사용 하 여 견본 바 A사우스 캐롤라이나As0= (1-Q오호), 곳에, As0 비 부식 강철 바의 영역입니다.
  2. 버 니 어 캘리퍼스 메서드
    1. 막대의 표면 표시 막대의 왼쪽된 끝에서 10 mm 간격으로 길이 따라 견본 같이 마커 펜을 사용 하 여 그림 1.
    2. 버 니 어 가늠 자는 캘리퍼스의 원래 위치로 이동 합니다. 두 턱 서로 터치 하 고 보정이 주요 눈금의 0 라인 두 줄을 확인 합니다. 버 니 어 눈금을 0 0의 버튼을 눌러 다음.
    3. 버 니 어 캘리퍼스는 막대의 직경에 걸쳐 배치 견본. 이동 막대를 터치 하는 두 턱을 버 니 어 규모 부드럽게 표면. 막대의 직경을 측정 시료와 주어진된 각도 표시 섹션에.
    4. 반복 단계 2.2.3 4 번 막대를 측정 직경 표시 섹션에서와 0 °, 45 °, 90 °, 135 °의 각도에서 각각 그림 2. 와 같이
    5. 위의 4 개의 측정된 직경을 평균 하 고 Di (mm)는 바의 대표 직경으로 표시 된 섹션에서 견본.
    6. 막대의 단면적 계산 방정식을 사용 하 여 표시 된 섹션에서 견본 Ai=pD나2채널/4 (m m2).
    7. 2.2.3 2.2.6 단계를 반복 하 여 바의 모든 표시 된 섹션에 대 한 부식 후의 길이 따라 그것의 횡단면의 분포를 측정 하기 위해 견본.
  3. 배수 방법
    1. 전자 보편적인 시험기 (EUT), 그림 3에서 같이 설정 합니다.
    2. EUT의 머리 아래 유리 컨테이너를 놓고 수 콘센트에 도달할 때까지 컨테이너에 수돗물을 부 어.
    3. 유리 컨테이너의 출구 바로 아래 전자 규모의 플랫폼에 200 mL 비 커를 놓습니다.
    4. 막대의 한쪽 끝을 클램프는 EUT의 머리를 사용 하 여 견본 수직 기계.
    5. 전환 천천히 막대의 다른 쪽 끝까지 머리 아래로 이동 하려면 EUT 기계에 견본 그냥 물 컨테이너에서의 위쪽 표면 접촉.
    6. M나전자 규모의 초기 읽기를 가져가 라.
    7. 바 이동 EUT 기계 1.0 m m/분의 비율로 용기에 물으로 아래로 견본.
    8. 때문에 바의 10 mm 변위 컨테이너에서 Mi + 1가 출력 하는 물의 질량에 대 한 전자 규모의 마지막 독서를 받아 견본 컨테이너에 있는 물으로.
    9. 횡단면 견본 바 난민 10 m m의 균일 한 가정, h의 단면적을 계산 = A나의 방정식을 사용 하 여 바 난민 10 m m = (Mi + 1 - Mi) / (Ρh), (Mi + 1 - Mi )가 물 견본 바 난민 10 m m에 대 한 컨테이너에서 출력의 측정된 질량. Ρ = 1, 000 k g/m3 의 밀도 이다.
    10. 그것의 길이 따라 크로스 섹션 바의 분포를 측정 물에 바의 전체 길이 전치 하는까지 각 10 m m 긴 난민된 바 표본에 대 한 2.3.6 2.3.9 단계를 반복 합니다.
  4. 3D 스캐닝 방법
    1. 막대의 표면에 백색 개발자 스프레이 견본 공기에서 건조. 장소 그것은 수평으로 3 차원 스캐너의 플랫폼에 그림 4와 같이.
    2. 막대의 위치를 보정 임의로 바의 3D 개조를 위한 라벨 용지에 작은 하얀 점 들 여 3D 스캐너의 플랫폼에 견본 견본.
    3. 3D 스캐너와 해당 데이터 추출 소프트웨어를 실행 한 후 검색 바의 길이와 수집 해당 견본 3D 스캐너를 통해 데이터 검색. 제조업체의 지침을 사용 합니다.
    4. 막대의 공간 모델 개발 소프트웨어를 사용 하 여 표본 수집 관련 날짜 파일.
    5. 바의 개발된 공간 모델 데이터 견본 및 컴퓨터의 동일한 폴더에 두 개의 자체 컴파일된 MATLAB 프로그램.
    6. 첫 번째 MATLAB 프로그램을 실행 하는 바의 개발된 공간 모델 데이터에 관련 매트 파일을 생성 하는 견본. 같은 폴더에 얻은 매트 파일을 저장 합니다.
    7. 위의 두 번째 MATLAB 프로그램을 실행 하 여 얻은 바의 형태학 관련 데이터를 생성 하 매트 파일 견본, 단면적, 관성 모멘트, 관성 모멘트 극 지, 편심 거리 등을 포함 하 여.
  5. XCT 메서드
    참고: 440 m m에 4 개의 측정 견본 바 긴, 후 다섯 번째 측정에서 수행 되었다 30mm 긴 바 바 때문 XCT 메서드를 사용 하 여 표본 길이 제한.
    1. 그림 1. 와 같이 500 m m 긴 강철 막대의 양쪽 끝에서 고 440 m m 긴 부식된 강철 봉에서 30 m m 바 견본을 잘라 각각 그들 비 부식 및 부식 표본, 바로 사용 합니다.
    2. 바 자리는 XCT의 회전 플랫폼에 표본 악기, 그림 5와 같이. XCT 악기의 문을 닫습니다. 바 견본 방사성 소스와 XCT 악기의 신호 수신기 사이 끼여.
    3. 촬영 매개 변수를 설정 하는 컴퓨터에 설치 된 XCT 작업 소프트웨어를 실행 합니다. 바 조정 촬영 위치에 견본.
    4. XCT 악기의 운영 소프트웨어의 "이미지 제어" 표에 픽셀 크기 및 배율 요소를 설정 합니다.
    5. XCT 악기 바 스캔 시작 버튼을 클릭 하 여 실행 견본. 표본 바의 스캔된 데이터를 수집 합니다.
    6. 실행 소프트웨어 패키지에는 위의 검색 바의 기하학적 매개 변수를 생성 하는 데이터 표본 따라.

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결과

그림 6 0 °, 45 °, 90 °, 그리고 버 니 어 캘리퍼스를 사용 하 여 측정 길이 따라 각 섹션에 대 한 135 °의 각도에서 500 m m 긴 비 부식 바 견본의 직경을 보여준다. 그림 1에서 보듯이 막대 다음 세 부분으로 절단 했다.

그림 7 은 비-부식 표본을 각각 4, 5 메서드를 사용 하 여 측정 하는 그것의 길이 따라, 440 m m 긴 중간 부분 및 30 m m 긴 끝 바의 횡단면 영역을 제공 합니다.

그림 8 표시 공간 이...

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토론

그림 6A 6B 쇼는 비-부식 견본 바의 측정 된 직경 길이 따라 크게 달라 지지 않습니다. 최대 차이 바에 따라 측정 된 직경 사이의 길이 0.7%의 최대 편차와 약 0.11 m m만. 이 부식 비 바의 형상을 평가할 수 있다 잘 버 니 어 캘리퍼스를 사용 하 여 나타냅니다. 그러나, 동일한 횡단면의 다른 각도에서 측정 된 직경 서로 일관 되 고 상당히 다릅니다. 주어진된 바에 대 한 견본, 최대 및 최소 직경 14.62 m m와 14.05 m m의 4%의 최대 편차와 45 °, 135 °의 각도에서 발생. 즉, 비 부식 바의 단면 이지만 하지 완벽 하 게 원형, 타원형. 막대의 측정에 주의 지불 한다 따라서, 실제 단면적을 직접 계산할 때 직경 강철 막대의 측정된 직경에 따라.

일반의 측정 뿐만 아니라 직경 버 니 어 캘리퍼스를 사용 하 여, 바 또한 XCT 방법과 3D를 사용는 버 니 어 ...

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공개 사항

저자는 공개 없다.

감사의 글

심천 대학에서 저자는 크게 국립 자연 과학 재단의 중국 (보조금 번호 51520105012 및 51278303) 및 (키) 프로젝트의 교육부의 광 동성에서 재정 지원을 인정합니다. (No.2014KZDXM051). 그들은 또한 감사 내구성의 광 동 지방 키 실험실에 대 한 해양 토목 공학, 테스트 시설 및 장비를 제공 하기 위한 심천 대학에서 토목 공학의 대학.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
Supplies
Plastic ruler델리 그룹 주식회사No.6240
백색 페인트 펜SINO PATH 기업
관
500mL 비커베이징 Huake Bomex 유리 Co., 주식 회사.CP-201
사포상하이 정오 장식 재료 Co., Ltd.P04
백색 개발자SHANGHAI XINMEIDA FLAW DETECTION MATERIAL CO., LTD.FA-5
시약
에폭시 수지 접착제Hunan Baxiongdi New Material Co., Ltd.다이&미드닷; E&미드닷; 44
에폭시 경화제Hunan Baxiongdi New Material Co., Ltd.다이&미드닷;
HClDongguan Dongjiang 화학 시약 Co., Ltd.AR-2500ml
포화 석회수Xilong Chemical Co., Ltd.AR-500g
Equipment
Digital 전자 가늠자Kaifeng 그룹 Co., 주식 회사.모델 JCS-0040
디지털 버니어 캘리퍼스Shanghai Measuring & 공급자:Cutting Tool Works Co., Ltd.모델 ST-089-229-090
절단기Robert Bosch GmbHTCO2000
3D 재구성 X선 현미경XRADIA모델 MICROXCT-400
3D 스캐너HOLON Three-dimensional Technology(Shenzhen) Co., Ltd.모델 HL-3DX+
전기 기계 만능 시험기MTS SYSTEMS (China) Co., Ltd.모델 C64.305
분지 주문을 받아서 만들어진 측정 실린더를 가진 SP-110 베이징 Huake Bomex 유리 Co., 주식 회사.EP

참고문헌

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