Experimentele Protocol bij het bepalen van de Chloride-drempelwaarde voor corrosie bij monsters uit gewapend beton-structuren
31 augustus 2017
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.
Het algemene doel van deze methode is om de chloridedrempelwaarde te meten, een essentiële parameter die de corrosiebestendigheid van gewapend beton karakteriseert. Deze parameter is nodig in alle huidige modellen om chloride-geïnduceerde corrosie in beton te voorspellen. Hoewel het algemeen bekend is dat chloridedrempelwaarden sterk afhankelijk zijn van factoren zoals gebruikte materialen, is het gebruikelijk om te vertrouwen op algemene waarden die zijn vastgelegd in normen of leerboeken.
Het grote voordeel van onze methode is dat het mogelijk maakt om civiele constructies te testen. Dit is vergelijkbaar met de gevestigde methoden voor het testen van mechanische eigenschappen zoals betonsterkte. Door monsters van constructies te testen, garanderen we reële omstandigheden die de chloridedrempelwaarden sterk beïnvloeden.
Als voorbeeld, de staal-beton interface die niet representatief kan worden nagebootst in laboratorium geproduceerde monsters. Begin met het selecteren van testgebieden in de betonnen constructie zoals beschreven in het tekstprotocol. Lokaliseer de wapeningsstaven in het beton met behulp van een niet-destructieve handbediende scanapparaat, algemeen bekend als een wapeningsstaaldetector.
Beweeg de staaldetector zowel in horizontale als verticale richting over het betonnen oppervlak binnen het testgebied. Markeer elke wapeningsstaaf tijdelijk in een rastervorm op het betonnen oppervlak met krijt. Selecteer de locaties voor kernboring van kernen met een diameter van minimaal 150 millimeter.
Markeer en label ze op een betonnen oppervlak. Boor de betonnen kernen die het segment van wapeningsstaal bevatten volgens gebruikelijke procedures en normen. Verwijder na het boren de betonnen kern uit de structuur, bijvoorbeeld met behulp van een beitel.
Ten slotte, wikkel de kern in een diffusiefolie om de vochtcondities tijdens transport naar het laboratorium te behouden. Verminder de betonnen dekking aan de voorkant, de oorspronkelijk door water gekoelde diamant gesneden zijde. Streef naar een uiteindelijke dikte van de betondekking van de monster in het bereik van 15 tot 20 millimeter.
Vervolgens, stel een kabelverbinding tot stand en bescherm de uiteinden van de wapeningsstaaf tegen valse corrosie-initiatie tijdens de blootstellingstest. Gebruik hiervoor eerst een boor met een binnendiameter iets groter dan de diameter van de wapeningsstaaf om het beton rond het staal bij elk staaluiteind over een maximale lengte van 10 millimeter te verwijderen. Kras de restanten van de cementpasta die aan het stalen oppervlak hechten met behulp van geschikte gereedschappen.
Boor vervolgens een klein gat in een van de uiteinden van de stalen staven en gebruik een metalen zelftappende schroef om een kabelmoer op de staalstaaf te bevestigen. Vul de gat rond beide staalstaafuiteinden met een dichte cementpasta, mortel of grout, door de slurry voorzichtig in de gaten te gieten. Bekleed ook het schroefuiteinde van de kabelverbinding.
De zojuist beschreven procedure is cruciaal om valse corrosie-initiatie te voorkomen. Dit betekent, corrosie aan de uiteinden van de staalstaaf. Om het blootgestelde oppervlak te beperken, bekleed de zijoppervlakte van de kern met een epoxyhars, bekleed ook de uiteinden van de wapeningsstaaf en de kabelverbinding.
Met dezelfde epoxyhars, bekleed de einddelen van de blootgestelde betonnen oppervlakte aan de kant van de kern, die eerder het dichtst bij het structurele betonnen oppervlak lag. Laat een ongecoate blootgestelde lengte van 60 tot 80 milliliter langs de staalstaaf aan deze kant. Plaats alle monsters in de tank met de monsterszijde die 15 tot 20 milliliter betonnen dikte vertoont, naar beneden gericht.
Monteer de monsters op kleine ruimtes om blootstelling van de oplossing aan de monsters vanaf hun onderzijde mogelijk te maken. Plaats vervolgens de referentie-elektrode in de blootstellingsoplossing. Verbind alle monsters met een geautomatiseerd datalogger, die de potentiëlen van de wapeningsstaven afzonderlijk kan meten ten opzichte van de gemeenschappelijke referentie-elektrode.
Vul de tank met leidingwater tot een niveau waarin alle onderste zijden van de kernmonsters in contact zijn met de oplossing, maar ze niet volledig ondergedompeld zijn. Houd contact tussen de referentie-elektrode en de blootstellingsoplossing, begin onmiddellijk met datalogging door de potentiëlen van alle monsters te meten ten opzichte van de referentie-elektrode. Na een tot twee weken in chloridevrije oplossing, vervang de blootstellingsoplossing met de voorbereide oplossing van 3,5 gewichtsprocent natriumchloride.
Blijf de potentiëlen van de monsters monitoren en controleer regelmatig de corrosietoestand van elk monster door de gerecordeerde potentieelontwikkeling in de tijd van elk monster te evalueren en door het criterium voor corrosie-initiatie te overwegen. Na 60 dagen, verhoog de natriumchlorideconcentratie in de oplossing tot 7 gewichtsprocent. Na 120 dagen, verhoog de natriumchlorideconcentratie in de oplossing tot 10 gewichtsprocent.
Houd daarna de chlorideconcentratie op dit niveau. Gebruik deze twee criteria voor corrosie-initiatie bij het evalueren van de gerecordeerde staalpotentiëlen tijdens blootstelling, om de corrosietoestand van elk monster te controleren. Het eerste criterium is een potentiaaldaling van meer dan 150 millivolts vanaf het passieve niveau binnen een tijdsperiode van vijf dagen of korter.
Het tweede criterium is dat gedurende de volgende 10 dagen het potentiaal stabiel op het bereikte negatieve niveau blijft, verder daalt of met maximaal 50 millivolts herstelt. Zodra dit criterium voor corrosie-initiatie is voldaan, verwijder onmiddellijk het monster uit de blootstellingsoplossing. Documenteer de tijd tot corrosie-initiatie van het monster.
Om de monsteranalyse te beginnen, splitst u eerst het monster om de staalstaaf te verwijderen. Snijd de betonnen kern vanaf de achterkant, met een watergekoelde diamant snijbladen. Zorg ervoor dat de doorsnede loodrecht op het achteroppervlak staat en evenwijdig aan de wapeningsstaaf is uitgelijnd.
Om schade aan de staalstaaf te voorkomen, zorg ervoor dat de snippeldiepte de staalstaaf niet bereikt. Houd ongeveer 10
Overzicht
Deze studie presenteert een methode voor het meten van de chloride-drempelwaarde in gewapend beton, cruciaal voor het beoordelen van de corrosiebestendigheid. De methode maakt het mogelijk om monsters van daadwerkelijke ingenieursconstructies te testen, wat realistische omstandigheden aan het staal-beton-interface garandeert.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschappelijke gebied
- Civiele techniek
- Corrosiewetenschap
- Materiaaltesten
Achtergrond
- Chloride-drempelwaarden zijn essentieel voor het voorspellen van chloor-geïnduceerde corrosie in beton.
- Huidige praktijken vertrouwen vaak op gegeneraliseerde waarden uit standaarden of studieboeken.
- Reële omstandigheden aan het staal-beton-interface hebben een significante invloed op deze waarden.
- Het testen van monsters uit constructies biedt nauwkeurigere beoordelingen dan laboratoriummonsters.
Doel van het onderzoek
- Om een methode te ontwikkelen voor het nauwkeurig meten van de chloride-drempelwaarde in gewapend beton.
- Om corrosievoorspellingsmodellen te verbeteren door het gebruik van real-world monsters.
- Om een betrouwbaar testprotocol vast te stellen voor toepassingen in de civiele techniek.
Gebruikte methoden
- Selectie van testgebieden en identificatie van wapeningsstaven met behulp van een niet-destructieve detector.
- Kernboring van betonmonsters met wapeningsstaal.
- Voorbereiding van monsters voor blootstellingstests aan chloor-oplossingen.
- Bewaking van potentiaal om corrosie-initiatie in de loop van de tijd te evalueren.
Belangrijkste resultaten
- De methode maakt nauwkeurige meting van chloride-drempelwaarden mogelijk in reële omstandigheden.
- Corrosie-initiatiecriteria werden vastgesteld op basis van potentiaalmetingen.
- Resultaten wijzen op significante verschillen in chloride-drempelwaarden op basis van daadwerkelijke structurele omstandigheden.
- De benadering biedt een betrouwbaardere basis voor het voorspellen van corrosie in gewapend beton.
Conclusies
- Deze methode verbetert het begrip van corrosieprocessen in gewapend beton.
- Het biedt een praktische oplossing voor het beoordelen van de duurzaamheid van betonconstructies.
- De bevindingen kunnen betere ontwerp- en onderhoudspraktijken in de civiele techniek informeren.
Veelgestelde vragen
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
