Analiza aplikacyjna metod oceny parametrów morfologicznych skorodowanych prętów stalowych

Dawang Li; Ping Li; Yingang Du; Ren Wei

doi:10.3791/57859

Artykuł metodologiczny

Analiza aplikacyjna metod oceny parametrów morfologicznych skorodowanych prętów stalowych

6.2K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/57859

⸱

1 listopada 2018

Dawang Li¹^,² , Ping Li¹^,² , Yingang Du³ , Ren Wei¹^,²

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

W tym artykule

Podsumowanie

Ten artykuł mierzy geometrię i stopień korozji pręta stalowego za pomocą różnych metod: utraty masy, suwmiarki, pomiarów drenażu, skanowania 3D i rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej (XCT).

Streszczenie

Nieregularne i nierówne przekroje szczątkowe wzdłuż skorodowanego pręta stalowego znacznie zmieniają jego właściwości mechaniczne i znacząco wpływają na bezpieczeństwo i wydajność istniejącej konstrukcji. W związku z tym ważne jest, aby prawidłowo zmierzyć geometrię i stopień korozji pręta stalowego w konstrukcji, aby ocenić nośność resztkową i żywotność konstrukcji. W artykule przedstawiono i porównano pięć różnych metod pomiaru geometrii i stopnia korozji pręta stalowego. Pojedynczy pręt stalowy o długości 500 mm i średnicy 14 mm jest próbką, która jest poddawana przyspieszonej korozji w tym protokole. Jego morfologia i stopień korozji zostały dokładnie zmierzone przed i po użyciu pomiarów ubytku masy, suwmiarki, pomiarów drenażu, skanowania 3D i rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej (XCT). Następnie oceniono możliwość zastosowania i przydatność tych różnych metod. Wyniki pokazują, że suwmiarka z noniuszem jest najlepszym wyborem do pomiaru morfologii pręta nieskorodowanego, podczas gdy skanowanie 3D jest najbardziej odpowiednie do ilościowego określania morfologii skorodowanego pręta.

Wprowadzenie

Korozja stalowego pręta jest jednym z głównych powodów niszczenia konstrukcji i jest spowodowana karbonatyzacją betonu i/lub intruzją chlorków. W karbonatyzacji betonu korozja ma tendencję do uogólniania; Podczas intruzji chlorków staje się bardziej zlokalizowany¹^,². Bez względu na przyczyny, korozja powoduje pękanie otuliny w wyniku promieniowego rozszerzania się produktów korozji, pogarsza wiązanie między prętem stalowym a otaczającym go, wnika w powierzchnie prętów i znacznie zmniejsza pole przekroju poprzecznego pręta³^,⁴.

Ze względu na niejednorodność betonu konstrukcyjnego i różnice w środowisku użytkowania, korozja stalowego pręta występuje losowo na jego powierzchni i wzdłuż z dużą niepewnością. W przeciwieństwie do uogólnionej jednorodnej korozji spowodowanej karbonatyzacją betonu, korozja wżerowa spowodowana intruzją chlorków powoduje penetrację ataku. Ponadto powoduje to, że przekrój resztkowy skorodowanego pręta różni się znacznie w zależności od powierzchni i długości pręta. W rezultacie zmniejsza się wytrzymałość pręta i ciągliwość pręta. Przeprowadzono szeroko zakrojone badania w celu zbadania wpływu korozji na właściwości mechaniczne pręta stalowego⁵^,⁶^,⁷^,⁸^,⁹^,¹⁰^,¹¹^,¹²^,¹³^,¹⁴^,¹⁵. Mniej uwagi poświęcono jednak metodom pomiaru parametrów morfologicznych i charakterystyk korozyjnych prętów stalowych.

Niektórzy badacze wykorzystali ubytek masy do oceny stopnia korozji pręta stalowego⁵^,¹⁰^,¹¹^,¹⁴. Metoda ta może być jednak stosowana jedynie do określenia średniej wartości odcinków resztkowych i nie może mierzyć rozkładu odcinków wzdłuż ich długości. Zhu i Franco udoskonalili tę metodę, dzieląc pojedynczy pręt stalowy na szereg krótkich segmentów i ważąc każdy segment w celu określenia różnic w obszarach pozostałych odcinków na całej jego długości¹³^,¹⁴. Jednak ta metoda powoduje dodatkowe straty materiału stalowego podczas cięcia i nie może dokładnie dotknąć minimalnego pozostałego przekroju skorodowanego pręta, który dominuje w jego nośności. Suwmiarka z noniuszem jest również używana do pomiaru parametrów geometrycznych pręta stalowego¹⁴^,¹⁵. Jednak przekrój resztkowy skorodowanego pręta jest bardzo nieregularny i zawsze występuje znaczne odchylenie między zmierzonymi a rzeczywistymi wymiarami przekroju skorodowanego pręta. Opierając się na zasadzie Archimedesa, Clark i in. przyjęli metodę drenażu do pomiaru szczątkowych odcinków skorodowanego pręta wzdłuż jego długości, ale w tym przypadku przemieszczenie pręta było kontrolowane ręcznie bez znaczącej dokładności¹¹. Li i in. udoskonalili tę metodę drenażu, wykorzystując silnik elektryczny do automatycznego kontrolowania przemieszczenia pręta stalowego i dokładniejszego pomiaru wyników¹⁶. Wreszcie, w ciągu ostatnich kilku lat, wraz z rozwojem technologii skanowania 3D, metoda ta została wykorzystana do pomiaru wymiarów geometrycznych pręta stalowego¹⁷^,¹⁸^,¹⁹^,²⁰. Za pomocą skanowania 3D można precyzyjnie określić średnicę, powierzchnię resztkową, środek ciężkości, mimośród, moment bezwładności i penetrację korozji pręta stalowego. Chociaż badacze stosowali te metody w różnych warunkach eksperymentalnych, nie przeprowadzono porównania i oceny metod pod kątem ich precyzji, przydatności i możliwości zastosowania.

Korozja, szczególnie korozja wżerowa, w porównaniu do korozji uogólnionej, nie tylko zmienia właściwości mechaniczne skorodowanych prętów, ale także zmniejsza resztkową nośność i żywotność konstrukcji. Dokładniejsze pomiary parametrów morfologicznych skorodowanych prętów stalowych pod kątem przestrzennej zmienności korozji wzdłuż długości pręta są niezbędne do bardziej rozsądnej oceny właściwości mechanicznych prętów. Pomoże to dokładniej ocenić bezpieczeństwo i niezawodność konstrukcji żelbetowych (RC) uszkodzonych przez korozję²¹^,²²^,²³^,²⁴^,²⁵^,²⁶^,²⁷^,²⁸^,²⁹.

Ten protokół porównuje pięć omawianych metod pomiaru geometrii i stopnia korozji pręta stalowego. Jako próbkę użyto pojedynczego gładkiego pręta okrągłego o długości 500 mm i średnicy 14 mm, który poddano przyspieszonej korozji w laboratorium. Jego morfologia i poziom korozji zostały dokładnie zmierzone przed i po użyciu każdej metody, w tym utraty masy, suwmiarki, pomiarów drenażu, skanowania 3D i rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej (XCT). Na koniec oceniono możliwość zastosowania i przydatność każdego z nich.

Należy zauważyć, że pręty żebrowane osadzone w, a nie zwykłe pręty wystawione na działanie powietrza, są powszechnie stosowane w konstrukcjach i poddawane korozji. W przypadku prętów żebrowanych suwmiarka z noniuszem może nie być tak łatwa w aplikacji. Ponieważ pręty te korodują w, ich penetracja powierzchni jest bardziej nieregularna w porównaniu z prętami wystawionymi na działanie powietrza¹¹. Protokół ten jest jednak nastawiony na zastosowanie analizy różnych metod pomiaru na tym samym pasku; W związku z tym jako próbkę wykorzystuje nagi gładki pręt, aby wyeliminować wpływ żeber i niejednorodności betonu na pomiary parametrów morfologicznych. W przyszłości mogą być prowadzone dalsze prace nad pomiarem skorodowanych prętów żebrowanych innymi metodami.