Experimentele Protocol bij het bepalen van de Chloride-drempelwaarde voor corrosie bij monsters uit gewapend beton-structuren

Summary

Wij stellen een methode voor het meten van een parameter die is zeer relevant voor corrosie evaluaties of voorspellingen van gewapend beton-structuren, met het belangrijkste voordeel van het toestaan van testen van monsters van kunstwerken. Dit zorgt voor reële omstandigheden op de staal-beton-interface, die cruciaal zijn om te voorkomen dat artefacten van laboratorium-en-klare monsters.

Abstract

De veroudering van gewapend beton infrastructuur in ontwikkelde landen legt een dringend behoefte aan methoden om de toestand van deze structuren op een betrouwbare manier te beoordelen. Corrosie van het ingesloten versterkende staal is de meest voorkomende oorzaak voor afbraak. Terwijl het is algemeen bekend dat het vermogen van een structuur om te weerstaan corrosie hangt sterk af van factoren zoals de gebruikte materialen of de leeftijd, het is gebruikelijk om te vertrouwen op drempelwaarden vastgelegd in normen of handboeken. Deze drempelwaarden voor corrosie initiatie (C_crit) zijn onafhankelijk van de werkelijke eigenschappen van een bepaalde structuur, waardoor de nauwkeurigheid van conditiebeoordelingen en dienst leven voorspellingen duidelijk wordt beperkt. De praktijk van het gebruik van getabelleerde waarden kan worden herleid tot het ontbreken van betrouwbare methoden voor het bepalen van C_crit ter plaatse als in het laboratorium.

Hier, wordt een experimenteel protocol om C_crit voor individuele kunstwerken of structurele leden gepresenteerd. Een aantal monsters van gewapend beton zijn ontleend aan structuren en corrosie bij laboratoriumtests wordt uitgevoerd. Het belangrijkste voordeel van deze methode is dat het zorgt voor een echte voorwaarden met betrekking tot de parameters die bekend zijn bij het grote invloed hebben op C_crit, zoals de staal-beton-interface, die kan niet representatief worden geïmiteerd in laboratorium-geproduceerde monsters. Op hetzelfde moment toelaat de versnelde corrosie test in het laboratorium de betrouwbare bepaling van C_crit voorafgaand aan corrosie inleiding op de geteste structuur; Dit is een groot voordeel ten opzichte van alle gemeenschappelijke voorwaarde bepalingsmethoden waarmee alleen schatten van de voorwaarden voor corrosie na inleiding, dat wil zeggen, wanneer de structuur al is beschadigd.

Het protocol geeft de statistische verdeling van C_crit voor de geteste structuur. Dit dient als basis voor probabilistische voorspellingsmodellen voor de resterende tijd tegen corrosie, die nodig is voor de planning van onderhoud. Deze methode kan potentieel worden gebruikt bij het testen van materiaal van de civiele infrastructuur, vergelijkbaar met gevestigde methoden gebruikt voor het testen van de mechanische.

Introduction

Corrosie van het staal in beton, veroorzaakt door de penetratie van chloriden via het beton, is de meest voorkomende oorzaak van de voortijdige degradatie van gewapend en voorgespannen betonconstructies en dus presenteert een van de belangrijkste uitdagingen in civiele techniek^1,2,3,4. Geïndustrialiseerde landen hebben meestal een grote voorraad van veroudering concrete infrastructuren, gebouwd in de tweede helft van de vorige eeuw, en dus met een geschiedenis van enkele tientallen jaren van blootstelling aan mariene klimaat of bereikbaarheid zouten gebruikt op wegen. Zijnde kundig voor betrouwbaar beoordelen de conditie van deze structuren, dat wil zeggen, het risico voor corrosie, vormt de basis voor de planning van onderhoud en beheer van de infrastructuur, in het algemeen.

De gevestigde benadering in techniek voor het beheren van chloride-geïnduceerde stalen corrosie in beton is gebaseerd op een chloride drempel waarde (ook wel kritische chloride inhoud, C_critgenoemd)^{1,5, 6}. volgens dit concept, corrosie initiatie optreden zodra de concentratie chloride in het beton bij het staaloppervlak C_{crit overschrijdt} wordt gedacht. Dus, beoordeling van de toestand van bestaande structuren en het schatten van de resterende levensduur meestal rekenen op de vaststelling van de inhoud van de chloride op verschillende diepten in het beton, met name op de diepte van de ingesloten versterkende staal. Er bestaan een aantal betrouwbare en gestandaardiseerde methoden voor het meten van deze concentratie chloride in monsters van concrete^7,8. Vergelijking van de resultaten naar C_crit vormt de basis voor de beoordeling van het risico op corrosie, en planning van de aard en de omvang van de maatregelen van de reparatie. Deze aanpak vereist echter kennis van C_crit.

Verschillende internationale standaarden en aanbevelingen, evenals tekst boeken, bepaald waarden voor C_crit^1,3,9,10,11. Dit zijn meestal ongeveer 0,4% chloride van het gewicht van cement, op basis van jarenlange ervaring of vroege studies^12,,¹³. Het is echter bekend dat het werkelijke verzet tegen C_crit van een bepaalde structuur of structurele lid is sterk beïnvloed door de gebruikte materialen, door de leeftijd van de structuur en geschiedenis en omstandigheden van de blootstelling^{1 , 5}. zo is het algemeen aanvaard dat ervaring van één structuur alleen moet worden toegepast op andere structuren met de nodige voorzichtigheid.

Ondanks dit is het gebruikelijk techniek praktijk als getabelleerde C_crit waarden, onafhankelijk van de werkelijke structuur wilt gebruiken. Dit kan worden verklaard door de grote spreiding van C_crit in de literatuur en door het ontbreken van betrouwbare methoden voor het bepalen van C_crit on-site en in het laboratorium-⁵. De aanpak van het gebruik van getabelleerde drempelwaarden in duurzaamheid evaluaties is in tegenstelling tot structurele overwegingen in conditiebeoordelingen van veroudering van betonconstructies. In het laatste geval bestaan er een aantal gestandaardiseerde testmethoden ter bepaling van de mechanische eigenschappen, zoals de sterkte van de materialen in de structuur (beton, staal versterking), te worden gebruikt in de berekeningen van het structurele gedrag.

In dit werk, wordt een experimenteel protocol om C_crit met monsters van kunstwerken gepresenteerd. De aanpak is gebaseerd op het boren van de kernen van gewapend beton in delen van betonconstructies waar nog geen corrosie heeft ingeleid. Deze monsters worden overgebracht naar het laboratorium waar zij zijn onderworpen aan een versnelde corrosie test om de voorwaarden voor het initiëren van corrosie te bestuderen. Het belangrijkste voordeel van de voorgestelde methode is dat de monsters vloeien voort uit de structuren en dus tentoonstelling reële omstandigheden ten aanzien van een aantal parameters die zijn bekend bij sterk invloed C_crit en die niet representatief bootste in laboratorium-geproduceerde monsters. Dit omvat het type en de leeftijd van het beton (jonge laboratorium concrete versus volwassen site-geproduceerde beton), het type en oppervlak voorwaarde voor de versterking van de stalen gebruikt op het tijdstip van de bouw, en in het algemeen de eigenschappen van het staal-beton interface¹⁴. Samen met de nauwkeurigheid van de meetmethoden laboratorium toelaat deze aanpak de betrouwbare bepaling van C_crit voor specifieke structuren of structurele leden.

Toepassing van het voorgestelde protocol in technische praktijkgewoonten zal - in vergelijking met de gangbare praktijk van het gebruik van een constante waarde voor C_crit - verbeteren de nauwkeurigheid van conditiebeoordelingen en de voorspellende kracht van modellen voor het analyseren van de resterende levensduur. De verwachte sterke toename reparatie werken van onze gebouwde infrastructuur over de komende decennia¹⁵ vormt een dringend behoefte aan dergelijke verbetering in de techniek van tast infrastructuren.

Protocol

1. bemonstering op de technische structuur

1. Selecteer test gebieden in de betonstructuur rekening wordt gehouden met de onderstaande opmerking.
   Opmerking: Een testoppervlak is het gebied waar verschillende monsters zal worden genomen. Een proefruimte moet worden gevestigd binnen een structurele lid (vermoedelijk uit één concrete batch), en vertonen homogene blootstelling aan het milieu (bijvoorbeeld te voorkomen dat aanzienlijke verschillen in de hoogte in kolommen of muren bemonstering). Zo kunnen verschillende testgebieden binnen één engineering structuur worden geselecteerd. Als extra voorwaarde moet de proefruimte vrij van corrosie-schade. Dit kan worden gecontroleerd op basis van de resultaten van gevestigde inspectiemethoden, met inbegrip van niet-destructieve tests zoals potentiële toewijzing ^{16 , 17 , 18}. Opmerking dat chloride penetratie kan al hebben plaatsgevonden in de structurele lidstaten overwogen. Dit heeft geen invloed op de geldigheid van de testmethode die hier worden beschreven, maar de tijd die nodig is voor de corrosie testen in het laboratorium kunnen beïnvloeden.
2. Binnen elk proefgebied op de structuur, kies locaties van bemonstering (bemonstering locaties). Kies bemonstering locaties die vrij van honingraten, scheuren zijn, afbladderen, of andere tekenen van lokaal arme concrete cover kwaliteit of verslechtering.
   1. Vinden het versterkende staal/omlaagbalken in het beton door middel van een niet-destructieve, draagbare scanapparaat kortweg " versterken stalen detector " ¹⁹. Verplaatsen van de stalen detector zowel in horizontale en verticale richtingen via het beton oppervlak binnen het proefgebied en markeren (met krijt) elke versterking van stalen bar tijdelijk op de betonnen ondergrond (raster vorm).
   2. Selecteer locaties voor core-boren van kernen met een diameter van ten minste 150 mm; Mark en labelen hen op de betonnen ondergrond (met krijt). Vermijd bemonstering kruispunten bars in de kern te versterken. Selecteer de locaties op een zodanige wijze dat de versterkende stalen balk zo centraal zullen ligt mogelijk in de kern.
      Opmerking: Zorg ervoor dat u deze stalen balken die van belang zijn voor de beoordeling van de structuur (meestal de laag met de laagste cover diepte); het is met name belangrijk onderscheid maken tussen horizontaal en verticaal georiënteerde bars zoals dit een invloed op de prestaties van corrosie ^{20 heeft}.
   3. Ter verantwoording voor de variabiliteit die inherent zijn aan C _crit, en kunnen statistische gegevens te verstrekken, selecteert u een minimum van 5 (idealiter 10) locaties voor bemonstering binnen een proefgebied.
   4. Overwegen structurele gevolgen met betrekking tot het aantal en de positie van kernen geboord uit de structuur om te voorkomen dat een eventuele kritische afzwakking van de structuur die is veroorzaakt door de bemonstering.
   5. Document op de positie van alle monsters binnen de structurele lid nauwkeurig vóór de bemonstering (foto's, schetsen weergegeven: afstanden naar randen, enz.)
      Opmerking: Dit kan ook inhouden documentatie van on-site gemeten parameters aan de bijbehorende locaties zoals elektrochemische stalen potentieel ^{16 , 17 , 18} , bedoeld voor diepte metingen ¹⁹ of andere niet-destructieve testresultaten zoals concrete soortelijke weerstand.
3. Boor de betonnen kernen (minimale diameter van 150 mm) met het segment van het staal volgens gemeenschappelijke procedures en normen ²¹ te versterken.
   1. Om te voorkomen beschadiging van de staal-beton-interface, voert u het kern-boren zorgvuldig (watergekoelde boren, scherpe boren tools, etc.) passen de diepte van de kern-boren afhankelijk van de concrete kwaliteit en op de diepte van de dekking van de versterking van de staal.
      Opmerking: als een regel van de duim, de lengte van de kern ten minste 2 - 3 keer de cover diepte moet. Hierdoor kan normaal breken van de kern uit de structuur zonder beschadiging van de staal-beton interface.
   2. Verwijderen het vloeibare water van het oppervlak van de betonnen kern. Duidelijk de kern van een label met een waterdichte krijt marker.
   3. De kern in een strakke verspreiding-folie voor het behoud van de voorwaarden van vocht tijdens het transport naar het laboratorium wrap.

2. Voorbereiding in het laboratorium proeven

Opmerking: deze stappen toepassen op elk monster (kern) ontleend aan de structuur teneinde hen te bereiden voor laboratoriumtests corrosie. Dit dient om te versnellen de corrosieproef (vermindering van concrete cover), terwijl het behoud van de voorwaarden in de kern en het bieden van bescherming tegen ongewenste einde-effecten (bijvoorbeeld, spleet corrosie).

1. Aanpassen de concrete cover op zowel de voorkant als de achterkant van de geboorde kern.
   1. Verminderen de concrete cover aan de voorzijde (die de oorspronkelijk blootgestelde zijde) door watergekoelde diamond snijden om te bekomen van een uiteindelijke concrete cover dikte van het monster in de range van 15-20 mm ( Figuur 1 een -b).
   2. Zorg ervoor dat de dikte van de betonnen dekken uniform aan de zijkant worden blootgesteld. Meten van de concrete cover aan beide uiteinden van de versterking van de steel bar (d.w.z., het laterale gezicht voor de core) met een remklauw. Indien nodig kunt snijden of polijsten tools elimineren van eventuele verschillen in dikte van de cover meer dan 1 mm.
   3. Meten van de dikte van de beton achter de versterking van staal met een dikte of een liniaal op het laterale oppervlak van de kern en ervoor zorgen dat deze ~ 30-50 mm ( Figuur 1 b). Indien nodig, snijd de kern met watergekoelde diamond snijden.
      Opmerking: Geen polijsten is verplicht aan deze kant.
2. Een kabelverbinding tot stand brengen en beschermen de versterking van de stalen bar eindigt na valse corrosie opening tijdens de blootstelling testen door de volgende procedure Figuur 1 c.
   1. Gebruik een grondonderzoek boor met een inwendige diameter iets groter (door 2-4 mm) dan de diameter van de versterking van de stalen balk om het beton direct rond het staal op elke balk einde over een lengte van maximaal 10 mm. Kras overblijfselen van cement plakken vast te houden aan de stalen oppervlak met behulp van adequate middelen (metalen spatel, kleine beitel, enz.)
   2. boor een klein gaatje in een van de uiteinden van de stalen balken en een metalen zelf tappen schroef gebruiken om te herstellen van een kabel-lug (aangesloten op een koperen kabel) aan de stalen balk. Zorg ervoor dat de kabel sjouwen stevig tegen de versterkende staal wordt aangedrukt.
      Opmerking: De diameter van de schroef moet zijn iets groter (b.v. met 0,1 - 0,2 mm) dan die van het gat geboord in het staal te garanderen van een strak en solide verbinding.
   3. Plaatst de schroefdraad in de versterkende staal, en ervoor te zorgen dat het niet het versterkende stalen deel op elke plaats uitsteken doet omdat dit waarschijnlijk negatief de Electrochemische metingen en het gedrag van de corrosie beïnvloeden zal.
      Opmerking: Dit kan worden gewaarborgd met behulp van korte schroeven en door aandacht te besteden aan de richting van het boren van het gat (evenwijdig aan de aslijn van het staal). Het is makkelijker om parallel aan de as van de stalen balk boren als het gesneden gezicht van de stalen balk loodrecht op de bar staat as. Daarom is het belangrijk dat de versterkende staven zijn centraal gelegen in de kern, het gesneden stalen gezicht is anders niet loodrecht op het staal bar as.
   4. Gebruik geen solderen, puntlassen of soortgelijke technieken om de elektrische kabelverbinding tot stand brengen omdat de verwarming het staal of de staal-beton-interface in de steekproef beïnvloeden kan.
   5. De leemte aroun gemaaktd die zowel staal bar eindigt met een dichte cement plakken/mortel/specie door zorgvuldig de drijfmest te gieten in de gaten. Ook jas de schroef en sjouwen van de kabelverbinding.
      1. Gebruik een gemodificeerde polymeer cement gebaseerde product hiervoor met het oog op een goede hechting en einde bescherming.
         Opmerking: Bestaat er een aantal commerciële producten verkocht als reparatie mortel of soortgelijke (Zie Tabel van materialen). Het is belangrijk dat het product geen bevat een corrosieremmer of andere stoffen het elektrochemische gedrag van het staal beïnvloeden.
      2. Ervoor te zorgen dit cement plakken/mortel/specie wordt toegepast en genezen goed, dat wil zeggen, volgens de leverancier ' s instructies.
3. Een epoxy-coating om te beperken van de blootgestelde oppervlakte van toepassing.
   1. Voorafgaande aan het toepassen van de coating, toestaan de betonnen oppervlak een paar dagen drogen bij kamertemperatuur en binnenklimaat. Vermijd agressief (bijv in de oven) of lang (meer dan een 1-2 weken) drogen van de kern als dit kan veranderen van de microstructuur van het beton (kraken), en dus invloed op de testresultaten.
   2. Jas de laterale oppervlak van de kern met een epoxyhars. Jas ook de versterking van de stalen bar eindigt en de kabelverbinding (kabel lug, schroef, etc.) ( Figuur 1 c - D).
   3. Met de dezelfde epoxyhars, jas ook het einde delen van het blootgestelde betonnen oppervlak aan de zijkant van de kern, die eerder dichtst bij de structurele betonnen ondergrond ( Figuur 1 d was). Laat een blootgestelde (gestreken) lengte langs de stalen balk aan deze kant van 60-80 mm.
   4. Laat de bovenste concreet gezicht ongecoat (dat wil zeggen, de zijde tegengesteld aan de blootgestelde zijde, vergelijk Figuur 1 d).
      Opmerking: De epoxyhars gebruikt moet geschikt zijn voor toepassing op beton (testing in alkalische omstandigheden, gemakkelijk te verspreiden, bijvoorbeeld met een borstel, enz.)
   5. toepassing van de coating, zodat het vormt een barrière diffusie strak naar de latere blootstelling aan de chloride met oplossing. Zorg ervoor dat de laagdikte ten minste 2 mm. Check dat geen poriën en gaten zichtbaar in de coating zijn. Indien nodig, van toepassing zijn verschillende lagen van de hars.
   6. Het protocol kan hier worden onderbroken; het monster opnieuw in een strakke verspreiding-folie wikkelen.

3. Corrosieproef

1. voorbereiden de setup voor blootstelling aan oplossing.
   1. Plaats alle monsters in een tank, met de kant van de steekproef tentoonstellen van 15-20 mm betonnen dekken dikte beneden zijn gericht. Monteren van de monsters op kleine afstandhouders zodat blootstelling van de oplossing aan de samples van hun onderzijde ( Figuur 2).
   2. Kies een tank met afmetingen die toelaat een afstand tussen de concrete monsters en tussen de monsters en de wanden van de tank van ten minste 4 cm; de hoogte van de tank is ideaal in het bereik 15-30 cm.
2. Bereiden de instrumentatie voor gegevensregistratie.
   1. Plaats een referentie-elektrode in de oplossing van de blootstelling ( Figuur 2).
      Opmerking: Voor een referentie-elektrode, elk type van stabiele referentie-elektrode geschikt voor onderdompeling in het blootstelling oplossing kan worden gebruikt (bijvoorbeeld een Ag/AgCl/KCl _zat referentie-elektrode). Speciale maatregelen kunnen nodig zijn om te voorkomen dat besmetting van de blootstelling-oplossing door het elektrolyt van de referentie-elektrode en vice versa.
   2. Sluit alle monsters aan een geautomatiseerde datalogger, die de mogelijkheden van de versterkende stalen staven vs. de gemeenschappelijke referentie-elektrode ( Figuur 2) individueel kan meten. Gebruik een datalogger met een ingangsimpedantie hoger dan 10 ⁷ Ohm.
   3. De meting interval van de datalogger instellen naar ten minste 4 maten per dag voor elk monster; bij voorkeur, gebruik een interval van 1 h voor elk monster.
3. Start van blootstelling aan chloride-vrije oplossing.
   Opmerking: Het begin van de blootstelling aan oplossing correspondeert met tijd t ₀ = t = 0, voor elk monster.
   1. Vul de tank met tap water (pH binnen 6.5-8.0, chloride-vrij, drinkwaterkwaliteit). Zorg ervoor dat het water niveau zodanig dat alle lagere kanten van de kern monsters zijn in contact met de oplossing is, maar dat ze niet helemaal ondergedompeld (dat wil zeggen, met de bovenste monster gezicht boven het waterniveau). Onderhouden van contact tussen de referentie-elektrode en blootstelling oplossing ( Figuur 2).
   2. Onmiddellijk beginnen gegevensregistratie, dat wil zeggen, het meten van het potentieel van alle monsters vs. de referentie-elektrode.
   3. Monitoring van het potentieel voor meer dan 1-2 weken en overwegen dat het potentieel naar het bereiken van stabiele waarden, in een bereik dat aangeeft stalen passiviteit verwachting.
      Opmerking: Doorgaans, dit is-ongeveer 100 tot + 200 mV vs. Ag/AgCl/KCl _zat ¹.
   4. In sommige gevallen, de monsters nemen de mogelijkheden duidelijk negatiever dan-100; onmiddellijk het inspecteren van de monsters in meer detail (zie punt 5). Voer deze stap ook als het potentieel aanzienlijk tijdens de blootstelling aan de oplossing chloride-vrije varieert.
4. Start van de blootstelling aan chloriden.
   1. Na 1 - 2 weken in chloride-vrije oplossing, de blootstelling oplossing vervangen door een bereide oplossing van 3,5% NaCl gewichtspercenten. Gebruik gedeïoniseerd water om te bereiden deze chloride-oplossing. Een volume van de gelijk aan de eerste vrije chloride oplossing (dezelfde diepte van onderdompeling) chloride-oplossing gebruiken. Sluit de blootstelling tank met een deksel (aanbevolen) te beperken van verdamping van de oplossing en de daarmee verband houdende veranderingen in de concentratie chloride.
   2. Tijdens de blootstelling van de chloride, regelmatig (ten minste eenmaal per 2 weken) Controleer de waterstand ten opzichte van de monsters. Indien nodig, Voeg gedeïoniseerd water toe. Limiet tot verlenging van de oplossing van de gehele blootstelling tot een minimum te beperken, omdat dit bevordert uitloging van het beton.
   3. Continue monitoring van het potentieel van de monsters en regelmatig (bij elk tweemaal per week) Controleer de staat van de corrosie van elk monster met een evaluatie van de geregistreerde evolutie van potentieel na verloop van tijd van elk monster en door te overwegen het criterium voor het initiëren van corrosie als omschreven in punt 3.5.
   4. Na 60 dagen, verhogen de concentratie van NaCl in de oplossing voor 7% van het gewicht. Na 120 dagen, door de concentratie van NaCl in de oplossing van 10% te verhogen door gewicht. Na dit, handhaven de concentratie chloride op dit niveau.
5. Evalueren van de gecontroleerde mogelijkheden na verloop van tijd om te detecteren corrosie initiatie.
   Opmerking: Tijdens de blootstelling, de monsters meestal vertonen relatief stabiel potentieel binnen ongeveer +/-30 mV van de beginwaarden van de blootstelling aan chloride-gratis water. Dit potentiële bereik zal worden verwezen als " passieve niveau " hierin ( Figuur 3). Het kan zijn verschillend voor elke individuele monster.
   1. Bij de beoordeling van de opgenomen stalen mogelijkheden tijdens de blootstelling, gebruik het volgende criterium voor het initiëren van corrosie om te controleren de staat van de corrosie van elk monster. De volgende twee voorwaarden moeten worden voldaan voor het initiëren van de corrosie (< sterke class = "xfig"> Figuur 3):
      1. controleren als het potentieel met meer dan 150 daalt mV van het passief niveau binnen een periode van 5 dagen of korter.
      2. Tijdens de volgende 10 dagen, als het potentieel op het bereikte niveau van negatieve stabled blijft verder vermindert of herstelt door een maximum van 50 mV.
         Opmerking: Voor meer achtergrond informatie over dit criterium voor de detectie van corrosie Inleiding Zie de discussie.
   2. Zodra dit criterium voor het initiëren van de corrosie is tevreden, onmiddellijk het monster uit de blootstelling-oplossing verwijderen en ga verder zoals beschreven in sectie 4. Het document van de tijd om corrosie initiatie (t _ini) dit monster ( Figuur 3). Blijven de blootstelling test met de resterende samples.
   3. Als de mogelijke daling van de passieve niveau minder dan 150 is mV, nauw observeren van het monster over de komende belichtingstijd. Als het potentieel verder vermindert en een stabiel niveau bereikt, beschouwen dit als een verandering in de corrosie staat.
      1. Bijzondere aandacht besteden aan dergelijke monsters door het controleren van de corrosie staat met alternatieve metingen (b.v., het meten van de lineaire polarisatie weerstand ²²) of door het ten slotte het analyseren van hen als beschreven in punt 4. Als de tijd van corrosie inleiding kan niet duidelijk worden toegeschreven, verwerpen de monster.
   4. Als de daling van de potentiële is uitgesproken (meer dan 150 mV binnen een paar dagen), maar gevolgd door een toename van de mogelijkheden in de volgende dagen richting de eerste passieve niveau ( Figuur 3), laat het monster in het blootstelling oplossing voor verdere monitoring.
   5. Bijzondere aandacht besteden aan situaties waar alle mogelijkheden van de monsters die blootgesteld in dezelfde blootstelling tank gelijktijdige wijzigingen in potentieel ondergaan. Als dit gebeurt, onmiddellijk de referentie-elektrode, controleren en repareren of vervangen door een nieuwe indien nodig.
      Opmerking: De oplossing uit te wisselen of de verhoging van de concentratie chloride meestal leidt tot verschuivingen in potentieel. Dit kan worden gerelateerd aan de oprichting van verschillende diffusie potentialen op zowel de kruispunten van de oplossing/referentie-elektrode blootstelling of blootstelling oplossing/beton monster ²³. Deze wijzigingen gelden voor alle monsters blootgesteld in dezelfde tank ook. Ze wijzen niet op veranderingen in de corrosie Braziliaanse.
      Opmerking: Als de referentie-elektrode instabiel is of in de oplossing lekken, zal het een afwijking vertonen. Dientengevolge, zal alle gecontroleerde stalen potentieel dezelfde trend tonen na verloop van tijd. Dit betekent niet dat wijzigingen in de corrosie Braziliaanse.

4. Proef de analyse na corrosie Inleiding

1. Split aan het verwijderen van de stalen bar. monster
   1. Bij geldopname van een steekproef uit de oplossing van de blootstelling, split (zoals in stap 4.1.2) de betonnen kern voor verdere analyses en visueel onderzoek van het staaloppervlak en het beton op de staal-beton interface.
   2. Snij de betonnen kern van de achterkant (de ene niet blootgesteld aan de oplossing) met een watergekoelde diamant maaimes ( Figuur 4). Zorg ervoor dat de sectie loodrecht op de achterste oppervlak en uitgelijnde parallel aan de versterking van de stalen balk staat. Om te voorkomen beschadiging van de stalen balk ervoor te zorgen dat de diepte van het snijden is lager (ongeveer 10 mm) dan de dikte van de betonnen dekken aan deze kant.
   3. Plaats een beitel of een soortgelijke tool en de betonnen kern in twee helften splitst; dit zal verdelen het beton rond de stalen bar.
   4. Voorzichtig verwijderen de versterking van de stalen bar van het beton; dit laat de twee helften van het concrete voorbeeld met het opdrukken van het staal bar ( Figuur 5 een).
2. Visueel onderzoeken de staal-beton interface.
   1. Onmiddellijk document (foto's, tekeningen, enz.) de visuele verschijning van de staal-beton-interface door onderzoek van zowel het staaloppervlak en de stalen balk stempelt in het beton. Aandacht besteden aan de volgende.
   2. Document de locatie en de morfologie van corrosie.
      Opmerking: De site (s) van corrosie inleiding kan meestal gemakkelijk worden geïdentificeerd door geprecipiteerde corrosie producten ( Figuur 5 een). Markeer het nummer en de positie van deze plekken. De kleur van de corrosie-producten is ook van belang. Bij de splitsing zijn ze meestal donker/zwart/groen. Wanneer blootgesteld aan lucht, ze worden bruin/red.
   3. Check het model voor het initiëren van de valse corrosie, dat wil zeggen, corrosie, die heeft geïnitieerd op of dichtbij de stalen balk eindigt. Als dit het geval is, het verwerpen van het monster, en dat niet alleen geen C _crit kan worden bepaald.
      Opmerking: Corrosie dat is geïnitieerd tijdens de test op of dichtbij de stalen balk eindigt, dat wil zeggen, binnen 15 mm van het staal bar eindigt, wordt beschouwd als valse corrosie inleiding. Dit kan worden veroorzaakt door de spleet situaties, onvoldoende staal bar einde beschermingsmaatregelen (bijv, arme specie vullen of poreuze epoxyharsgietcoating), of omdat de metalen schroef voor de kabelverbinding steekt het staal bar (punten 2.2 en 2.3).
   4. Document vernietigt of poriën in het beton. Let op of de locatie van botleemtes of poriën met de plaats(en) van corrosie Inleiding samenvalt.
   5. Document alle kenmerken zoals scheuren, honingraten, grof aggregaten, vreemde stoffen, binden draden, spacers, enz., in de beton en hun standpunt met betrekking tot de plaats(en) van corrosie inleiding.
3. Meten van de diepte van de carbonatatie.
   1. Onmiddellijk na documentatie, spray het betonnen oppervlakken van de split met Fenolftaleïenoplossing en bepalen de carbonatatie diepte ²⁴.
      Opmerking: Het is van cruciaal belang om op te merken of de carbonatatie diepte bereikt het staaloppervlak, en zo niet, welke de afstand van de diepte van de carbonatatie aan de stalen balk. Dit moet worden gerapporteerd onder vermelding van de resultaten.
4. Chloride-analyses uitvoeren en bepalen C _crit.
   1. Op beide helften van de betonnen kern, het verwijderen van de delen die waren epoxy-coating door middel van watergekoelde diamond snijden ( Figuur 6 een).
   2. Van de verkregen prisma's, verwijder het beton in de dekking zone door middel van watergekoelde diamond snijden tot 2 mm aan de steel bar ( Figuur 6 b). Het beton bij 105 ° C's nachts droog.
   3. Vervolgens vermalen van het beton en het verzamelen van de schuurmachine poeder; de dikte van deze slijpen stap is 4 mm ( Figuur 6 c). Dit levert, uit elk de helft van de betonnen kern, een aantal concrete poeder op de diepte van de stalen balk +/-2 mm.
   4. Droog de verkregen concrete poeder monsters bij 105 ° C tot constant gewicht. De concentratie chloride in zuur oplosbaar in de gedroogde concrete poeder volgens normen ^{7 , 8} te analyseren. Berekenen van het gemiddelde van de twee waarden.
      Opmerking: Het resultaat is de chloride-inhoud als een percentage van het gewicht van het beton.
   5. Als het cement-gehalte van het beton in de specifieke steekproef gebruikt voor chloride analyse kan worden bepaald (bijvoorbeeld door middel van geschikte methoden ^{25 , 26 , 27}), de chloride-inhoud omzetten in percentage van het gewicht van cement.
   6. Document het resultaat van de analyse van de chloride, die de inhoud van de kritische chloride C _crit voor de specifieke steekproef. Zorg ervoor om aan te geven als de waarde wordt uitgedrukt in percentage van het gewicht van beton of van het gewicht van cement.
5. De resultaten documenteren als een testverslag indienen voor elk monster.
   1. Verslag van alle gedocumenteerde effecten van de visuele controle (punt 4.2) samen met de testresultaten (opgenomen potentieel over tijd, tijd om corrosie initiatie, carbonatatie diepte en C _crit).

5. Speciale behandelingssituaties

1. als negatieve potentieel voorafgaand aan chloride blootstelling in acht worden genomen, dat wil zeggen, als de potentiële staal wordt duidelijk negatieve tijdens de eerste blootstelling aan chloride-vrije oplossing (punt 3.3), speciale aandacht besteden aan de volgende.
   1. Overwegen een gebeurtenis van valse corrosie Inleiding.
      1. Verifiëren valse corrosie inleiding door het verwijderen van de stalen balk door te snijden bij elke stalen balk eindigt eindigen het beton van het monster (watergekoelde diamond snijden). Verwijderen tot ~ 20 mm beton aan elke kant.
      2. Maatregel opnieuw het potentieel van het staal door het plaatsen van een referentie-elektrode met behulp van een wordt bevochtigd spons op het blootgestelde oppervlak van beton en elektrisch contact opnemen met de gesneden gezicht van de stalen bar.
      3. Als het potentieel nog steeds relatief negatief is, weigeren het monster.
      4. Als het potentieel in het bereik van de passieve niveaus voor de overige monsters van dezelfde serie is, kunt u overwegen opnieuw met behulp van het voorbeeld om te bepalen van C _crit. In dit geval gaat u verder met stap 2.2 van het protocol. Bij de rapportage van de resultaten, aangeven dat dit voorbeeld kleiner was (kortere blootgesteld staal lengte bar) dan de andere.
   2. Als valse corrosie inleiding kan worden uitgesloten, controleren als het beton op de stalen diepte al koolzuurhoudende was en overwegen van de bepaling van de concentratie chloride op de stalen diepte. Als carbonatatie of de concentratie van een zeer hoge chloride de initiatie van corrosie bij bevochtiging verklaart, dit document in het verslag van de test en dat geen C _crit niet alleen in dit geval kan worden bepaald.
      Opmerking: Dit kan gebeuren als het beton op de stalen diepte was al koolzuurhoudende en/of een voldoende hoeveelheid chloride ter bevordering van corrosie bij bevochtiging. Dit kan het geval zijn wanneer de monsters werden genomen uit een structuur in een droge periode, dat wil zeggen, wanneer geen actieve corrosie plaatsvond in de structuur en dus geen corrosie kon worden opgespoord met behulp van de inspectiemethoden wordt beschreven in sectie 1.

Results

Afbeelding 7 toont typische stalen potentieel gecontroleerd tijdens de chloride blootstelling in het laboratorium. Beide voorbeelden tonen dat het potentieel aanzienlijk kan dalen binnen een zeer korte tijd, maar dat het corrosieproces kan niet nog stabiel doorgegeven, die zich manifesteert door een verhoging van het potentieel naar haar eerste passieve niveau. In dit protocol, wordt de tijd van corrosie initiatie, dat wil zeggen, het tijdstip waarop blootstelling is gestopt en C_crit wordt bepaald, gedefinieerd door een duidelijke daling van de potentiële gevolgd door 10 dagen van negatieve potentiaal (zie punt 3.5.2 en de Discussie voor meer details).

Het is gebruikelijk dat het duurt enkele maanden tot inleiding van de stabiele corrosie optreedt. Dit hangt de eerste chloride inhoud reeds aanwezig zijn in het beton ook wanneer de monsters zijn genomen uit de structuren. In sommige gevallen van de experimenten tot nu toe, duurde het meer dan 1 jaar tot corrosie ingeleid.

Figuur 8 toont een voorbeeld van C_crit gemeten bij 11 monsters uit een meer dan 40 jaar oud wegtunnel in de Zwitserse Alpen. Al deze monsters werden genomen uit binnen een gebied van 1-2 m², dus vermoedelijk identiek geproduceerd en blootgesteld. In dit voorbeeld was het chloride-gehalte bij het staaloppervlak bij de monsterneming te verwaarlozen. Bovendien, was de carbonatatie voorkant nog lang niet het staaloppervlak.

Figuur 9 ziet u twee voorbeelden waar de potentiële staal daalde sterk bij blootstelling aan de oplossing chloride-vrij. In een van deze specifieke gevallen, gedurende de daaropvolgende (destructieve) behandeling van het monster bleek dat het beton op de stalen diepte was al koolzuurhoudende. Bij aankomst van water op het staaloppervlak, het corrosieproces dus onmiddellijk gestart. In het andere geval, valse corrosie initiatie vond plaats in een van de steel bar uiteinden.

Figuur 1 . Schematische tekening van de steekproef genomen van een structuur en behandeld in het laboratorium: (een) betonnen kern met een ingesloten stuk versterkende staal; (b) vermindering van de concrete cover op de blootgestelde zijde en aan de achterzijde met watergekoelde diamond snijden; (c) staal bar einde bescherming door middel van sommige beton rond het staal verwijderen en vervangen door een dichte cement plakken/mortel en latere epoxyharsgietcoating; en (d) epoxy-coating op de laterale gezichten en einde zones van het blootgestelde oppervlak van beton. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 2 . Schematische tekening van de opstelling voor de corrosieproef in het laboratorium. Dit toont de plaatsing van de monsters in de tank van de blootstelling. Afstandhouders worden gebruikt om contact tot oplossing van de blootstelling van de onderkant van de steekproef. Alle monsters zijn verbonden met een datalogger, het meten van het potentieel van elk monster vs. een referentie-elektrode geplaatst in het blootstelling-oplossing. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 3 . Schematische tekening van mogelijke tijd-evoluties van het staal potentieel dat het criterium voor het initiëren van de corrosie illustreert. Bij punt 1, langs een potentieel minder dan 150 mV van de eerste "passieve niveau" optreedt; op punt 2, langs een potentieel ten minste 150 mV optreedt, die wordt gevolgd door repassivation; in punt 3, een potentieel neerzetten van ten minste 150 mV optreedt (binnen een max. 5 dagen) en het bereikte negatieve potentiële niveau meer dan 10 dagen is opgelopen. Op t_ini, door het monster te herroepen door de oplossing van de blootstelling. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 4 . Schematische tekening ter illustratie van het uitsnijden en de splitsing van het Concrete voorbeeld na detectie van corrosie inleiding. Ten eerste, een "Geul" uit de achterkant, parallel aan de stalen balk wordt geknipt. Door het invoegen van een beitel of een soortgelijke tool, kan de loopgraaf te splitsen het monster zoals aangegeven door de pijlen worden gebruikt. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 5 . Foto's ter illustratie van de analyse van het monster na corrosie inleiding. (een) oppervlakte van de twee helften van het monster na splitsing, en (b) een roest vlek zichtbaar op het staal is na corrosie inleiding. Foto's uit verschillende monsters. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 6 . Schematische tekening ter illustratie van de bemonstering voor de Chloride analyse na de inleiding van de corrosie: (een) verwijdering van epoxy-gecoate onderdelen van de betonnen kern van split (paarse = knipvlakken); (b) verwijdering van de concrete dekking tot 2 mm van het stalen oppervlak (paarse = knipvlak); (c) slijpen over het interval van een diepte van +/-2 mm van het staal bar cover diepte (rode = bemonsterde volume). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 7 . Vertegenwoordiger voorbeelden van gemeten potentiële vs. tijd bochten. De meestal uitgesproken potentiële druppels die mogelijk wordt gevolgd door een mogelijke toename (repassivation) tot stabiele corrosie initiatie volgens het voorgestelde criterium ten slotte initieert. (een) toont een geval waar het potentieel stabiliseert op het negatief niveau, en (b) is een voorbeeld waar het potentieel blijft minderen tijdens de bestudeerde periode van 10 dagen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 8 . Voorbeeld van C_crit Measured in 11 monsters genomen uit binnen een kleine Concrete gebied in een meer dan 40 jaar oude Road Tunnel in de Zwitserse Alpen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 9 . Voorbeelden van gemarkeerde potentieel vermindert onmiddellijk bij blootstelling in Chloride-vrije oplossing. In één geval, het beton op de stalen diepte was al koolzuurhoudende, dus bij binnenkomst van water op het staaloppervlak, het corrosieproces onmiddellijk begonnen, wat leidt tot een scherpe daling in potentieel. In het andere geval, valse corrosie initiatie vond plaats in een van de steel bar uiteinden, die hier heeft geleid tot een meer geleidelijke afname van de potentiële. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Discussion

De belangrijkste stappen voor het welslagen van het voorgestelde experimentele protocol bij het bepalen van C_crit zijn die met inbegrip van de maatregelen genomen ter voorkoming van valse corrosie initiatie en ander staal bar einde effecten. In dit verband een aantal verschillende benaderingen zijn getest, waaronder het hier gemeld protocol aan opbrengst de beste resultaten-²⁸werd gevonden. In verdere tests toegestaan deze aanpak minderen van het aantal valse initiatie in minder dan 10%. Aan de ene kant, is dit ten gevolge van coating van het grensgebied van de blootgestelde betonnen oppervlak met epoxyhars, die de lengte van het transport van chloriden via het beton aan de stalen balk aanzienlijk eindigt toeneemt. Aan de andere kant, verbetert ter vervanging van de originele beton rond de stalen balk aan de uiteinden met een dichte, sterk alkalische cementgebonden drijfmest aanzienlijk de corrosieweerstand in deze gebieden. Dergelijke systemen, dat wil zeggen, het staal coating bar eindigt met een laag van een gemodificeerde polymeer cementgebonden materiaal, hebben bewezen succesvol ook in andere studies^29,30.

Een ander belangrijk aspect is het criterium voor het initiëren van corrosie. Dit criterium is gebaseerd op RILEM technische commissie TC-235 die gericht aan te bevelen een testmethode voor de meting van C_crit in monsters in het laboratorium³¹vervaardigd. De reden is dat het is algemeen bekend dat begin van corrosie van ongepolariseerde staal ingebed in beton kan plaatsvinden over een lange periode van tijd in plaats van een welomschreven instant^30,-³². Staal kan beginnen tast bij relatief lage chloride concentraties, maar als deze niet in staat zijn om te houden van het corrosieproces, repassivation zal optreden, die duidelijk wordt door een verhoging van de potentiële terug naar het eerste passieve niveau. Dergelijke depassivering-repassivation-gebeurtenissen worden doorgaans waargenomen bij soortgelijke studies^30,-^33,34. De chloride-concentratie gemeten op een moment van stabiele corrosie is meer relevant voor de praktijk dan het tijdstip waartegen de allereerste tekenen van mogelijke afwijkingen van het passieve niveau duidelijk geworden. Met de voorgestelde criterium vertegenwoordigt C_crit de concentratie chloride waartegen corrosie initieert en ook stabiel wordt doorgegeven.

Een beperking van de methode is dat de monsters relatief klein zijn, die mogelijk een invloed hebben op de resultaten^35,36. Om dit tegen te gaan, wordt voorgesteld om een relatief hoog aantal monsters (idealiter 10) gebruiken. Het niveau van vertrouwen, is afhankelijk van de statistische verdeling van C_crit op het testgebied van de werkelijke. Voor meer details verwijzen in dit verband verwijzen naar³⁶. Een extra beperking is dat de voorwaarden van vocht in het blootstelling laboratorium van een werkelijke structuur afwijken kunnen. Ten slotte kan de detectie van corrosie inleiding worden in gevallen waar het potentieel in het algemeen negatief, zoals slakken cement of andere sulfide met bindmiddelen is moeilijk.

Tot de beste van onze kennis is dit de eerste methode van C_crit bepaling in kunstwerken in een stadium vóór de inleiding van de corrosie. In tegenstelling tot de empirische ervaring van structuren, die per definitie verkregen na corrosie inleiding, kan deze methode worden gebruikt voor het meten van C_crit voor specifieke structuren of structurele leden voordat de aantasting van de corrosie optreedt ; de resultaten kunnen dus worden gebruikt om te beoordelen van het risico van (toekomstige) corrosie en te voorspellen van de resterende tijd tot corrosie initiatie (dienst leven modeling). Dus, deze methode heeft het potentieel om te worden gebruikt in materiaal testen, vergelijkbaar met gevestigde methoden gebruikt voor mechanische testen (druksterkte, enz.)

De methode wordt momenteel toegepast op een aantal verschillende concrete infrastructuren in Zwitserland. Dit zal het verbreden van de ernstig beperkt⁵ kennis over statistische distributies van C_crit in structuren. Bovendien zal onthullen de invloed van verschillende factoren zoals de leeftijd van de structuren, de bouwmaterialen gebruikt, enz., en aldus belangrijke informatie verschaffen voor burgerlijk ingenieurs en voor besluitvormers in beheer van de infrastructuur.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Stranded wire			cross section at least 0.50 mm²; ideally copper wire, tin plated
Self-tapping metal screw			any suitable self-tapping screw, typically of length 4 - 5 mm and diameter around 2.5 mm
Ring cable lug			suitable to connect screw and cable
SikaTop Seal-107	Sika		two-part polymer modified cementitious waterproof mortar slurry
Epoflex 816 L	Adisa		epoxy coating
Exposure tank			any suitable tank (e.g. rako box) with a lid;  sufficiently large for exposing the samples
Reference electrode			Any stable reference electrode suitable for continuous immersion in sodium chloride solution
Tap water
Sodium chloride
Data logger			any device able to monitor the potentials of all samples vs. the reference electrode at the specified interval (input impedance >10E7 Ohm)