Name: Analiza aplikacyjna metod oceny parametrów morfologicznych skorodowanych prętów stalowych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-11-01T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 24 s
Description: Poznaj metody oceny korozji stalowych prętów, w tym skanowanie 3D i mikrotomografię rentgenowską. Skanowanie 3D okazało się najskuteczniejszą techniką do szczegółowej analizy przestrzennej zmian morfologicznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy z Uniwersytetu Shenzhen bardzo dziękują za wsparcie finansowe od Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych Chin (Grant nr 51520105012 i 51278303) oraz (kluczowego) projektu Departamentu Edukacji Prowincji Guangdong. (No.2014KZDXM051). Dziękują również Kluczowemu Laboratorium Trwałości Inżynierii Lądowej w Guangdong, College of Civil Engineering na Uniwersytecie Shenzhen za udostępnienie urządzeń i sprzętu do testowania.

1. Testowanie próbki i procesu produkcyjnego
<ol>
	<li>Zaopatrz się w zwykły pręt stalowy o długości 500 mm i średnicy 14 mm (gatunek Q235) do produkcji próbek do badań.</li>
	<li>Wypoleruj powierzchnię pręta za pomocą drobnego papieru ściernego, aby usunąć zgorzeliny młyna z powierzchni.</li>
	<li>Przytnij pręt w odległości 30 mm i 470 mm od jego lewego końca, jak pokazano na Rysunek 1, za pomocą maszyny do cięcia.</li>
	<li>Zmierz masę trzech próbek prętowych za pomocą cyfrowej wagi elektronicznej.</li>
	<li>Zmierz średnice trzech próbek przy użyciu pięciu metod opisanych w kroku 2 i zapisz wyniki próbek prętów nieskorodowanych.</li>
	<li>Skorodować próbkę pręta o średnicy 440 mm przy użyciu metody elektrochemicznej, jak opisano poniżej:
	<ol>
		<li>Mocno przykryj 70 mm każdego końca taśmą izolacyjną. Podłącz przewód elektryczny do jednego końca próbki pręta 440 mm.</li>
		<li>Wymieszaj klej z utwardzaczem w proporcji 1:1, aby uzyskać żywicę epoksydową. Żywicę epoksydową należy równomiernie nałożyć na izolowane końce próbki pręta o średnicy 70 mm, aby chronić oba końce przed korozją.</li>
		<li>Umieść próbkę pręta o długości 440 mm w plastikowym zbiorniku na wodę, który zawiera 3.5% NaCl jako elektrolit i miedzianą płytkę jako katodę.</li>
		<li>Podłącz jeden koniec próbki pręta jako węzeł do bieguna dodatniego, a miedzianą płytkę katodową odpowiednio do bieguna ujemnego zasilacza prądu stałego (DC), aby skonfigurować obwód elektryczny dla przyspieszonej korozji próbki pręta.</li>
		<li>Włączyć zasilanie prądem stałym, aby przyłożyć stały prąd stały o wartości 2,5 μA/cm2 do próbki pręta przez cały okres korozji.</li>
		<li>Wyłącz prąd, aby zakończyć proces korozji, gdy stopień korozji próbki pręta osiągnie przewidywany poziom korozji, oszacowany przy użyciu prawa Faradaya.</li>
		<li>Umieść powyższą skorodowaną próbkę pręta w zbiorniku z 12% roztworem HCl na 30 minut, aby usunąć produkty korozji z jego powierzchni. Zanurz oczyszczoną kwasem próbkę kostki w zbiorniku na wodę wapienną w celu zneutralizowania i dalej wyczyść wodą z kranu.</li>
		<li>Wysuszyć powyższą oczyszczoną skorodowaną próbkę pręta na powietrzu. Zaznacz jego powierzchnię do pomiaru.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zmierzyć parametry morfologiczne i stopień korozji skorodowanej próbki pręta. 
	UWAGA: Czyszczenie ma wpływ na utratę masy skorodowanego pręta stalowego. Różne rodzaje roztworów kwasów i różne czasy zanurzenia w roztworze kwasu spowodowałyby różną utratę masy. W tym teście nie porównano jednak różnych technik czyszczenia, Aby zapewnić spójność, proces czyszczenia jest zgodny z chińską normą krajową dotyczącą metod testowania długoterminowej wydajności i trwałości zwykłego betonu30.</li>
</ol>
2. Metody i procedury pomiarowe
<ol>
	<li>Metoda utraty masy
	<ol>
		<li>Umieść wagę elektroniczną na poziomej platformie i wyzeruj ją.</li>
		<li>Umieścić wypolerowaną próbkę pręta przed korozją poziomo na wadze elektronicznej i odczytać ze skali jako masę nieskorodowanego pręta stalowego m0 (g).</li>
		<li>Oczyszczoną próbkę pręta po korozji umieścić poziomo na wadze elektronicznej i odczytać z wagi jako masę skorodowanego pręta stalowego mc (g).</li>
		<li>Obliczyć stopień korozji pręta za pomocą równania Qcor= (mc-m 0)/m0x100%.</li>
		<li>Obliczyć średnią powierzchnię przekroju resztkowego próbki skorodowanego pręta za pomocą równania Asc=As0(1-Qcor), gdzie As0 jest powierzchnią nieskorodowanego pręta stalowego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Metoda suwmiarki z noniuszem
	<ol>
		<li>Zaznacz powierzchnię próbki pręta wzdłuż jego długości w odstępach 10 mm od lewego końca pręta za pomocą markera, jak pokazano na Rysunek 1.</li>
		<li>Przesuń skalę noniusza suwmiarki do jej pierwotnego położenia. Spraw, aby dwie szczęki stykały się ze sobą i wyrównaj dwie linie zerowe noniusza i głównej łuski. Następnie naciśnij przycisk zerowania, aby wyzerować skalę noniusza.</li>
		<li>Umieść suwmiarkę z noniuszem w poprzek średnicy próbki pręta. Przesuń skalę noniusza tak, aby jego dwie szczęki delikatnie dotykały powierzchni pręta. Zmierz średnicę próbki pręta w zaznaczonym przekroju i pod podanym kątem.</li>
		<li>Powtórz krok 2.2.3 cztery razy, aby zmierzyć średnice prętów w zaznaczonym przekroju i pod kątami odpowiednio 0°, 45°, 90° i 135°, jak pokazano na <silna klasa="xfig">Rysunek 2.</li>
		<li>Uśrednić powyższe cztery zmierzone średnice i przyjąć je jako reprezentatywną średnicę Di (mm) próbki pręta w zaznaczonym przekroju.</li>
		<li>Obliczyć pole przekroju poprzecznego próbki pręta na zaznaczonym przekroju, korzystając z równania Ai = pDi2/4 (mm2).</li>
		<li>Powtórzyć kroki od 2.2.3 do 2.2.6 dla wszystkich zaznaczonych odcinków próbki pręta, aby zmierzyć rozkład jego przekrojów poprzecznych wzdłuż długości po korozji.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Metoda drenażu
	<ol>
		<li>Skonfiguruj elektromechaniczną uniwersalną maszynę testującą (EUT), jak pokazano na Rysunek 3.</li>
		<li>Umieść szklany pojemnik pod głowicą ekspresu EUT i wlej do niego wodę z kranu, aż poziom wody dotrze do wylotu.</li>
		<li>Umieść zlewkę o pojemności 200 ml na platformie wagi elektronicznej tuż pod wylotem szklanego pojemnika.</li>
		<li>Zacisnąć jeden koniec próbki pręta za pomocą głowicy maszyny EUT w pionie.</li>
		<li>Włącz maszynę EUT, aby powoli przesuwać głowę w dół, aż drugi koniec próbki pręta dotknie górnej powierzchni wody w pojemniku.</li>
		<li>Przyjmij początkowy odczyt wagi elektronicznej jako Mi.</li>
		<li>Uruchom maszynę EUT, aby przesunąć próbkę pręta w dół do wody w pojemniku z prędkością 1.0 mm/min.</li>
		<li>Przyjąć końcowy odczyt wagi elektronicznej jako Mi+1 dla masy wody, która została usunięta z pojemnika w wyniku przemieszczenia próbki pręta o 10 mm do wody w zbiorniku.</li>
		<li>Załóżmy, że przekrój poprzeczny próbki pręta o przemieszczeniu 10 mm jest jednorodny, obliczyć pole przekroju poprzecznego pręta o przemieszczeniu h=10 mm, korzystając z równania Ai= (Mi+1 - Mi)/(ρh), gdzie (Mi+1 - Mi ) jest zmierzoną masą wody odprowadzanej ze zbiornika dla próbki pręta o przemieszczeniu 10 mm. ρ=1 000 kg/m3 to gęstość wody.</li>
		<li>Powtórzyć kroki 2.3.6-2.3.9 dla każdej próbki pręta z przemieszczeniem o długości 10 mm, aż do momentu zanurzenia całej długości pręta w wodzie, aby zmierzyć rozkład przekrojów poprzecznych pręta na jego długości.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Metoda skanowania 3D
	<ol>
		<li>Spryskaj białą wywoływacz powierzchnię próbki pręta i wysusz ją na powietrzu. Umieść go poziomo na platformie skanera 3D, jak pokazano na Rysunek 4.</li>
		<li>Skalibruj pozycję próbki pręta na platformie skanera 3D, losowo tworząc białe małe kropki na papierze etykietowym w celu rekonstrukcji 3D próbki pręta.</li>
		<li>Po uruchomieniu skanera 3D i odpowiedniego oprogramowania do ekstrakcji danych, zeskanuj próbkę pręta wzdłuż jego długości i zbierz odpowiednie zeskanowane dane za pomocą skanera 3D. Postępuj zgodnie z instrukcjami producenta.</li>
		<li>Opracuj model przestrzenny próbki pręta za pomocą oprogramowania i zbierz odpowiednie pliki z datami.</li>
		<li>Umieść opracowane dane modelu przestrzennego próbki pręta i dwóch samodzielnie skompilowanych programów MATLAB w tym samym folderze komputera.</li>
		<li>Uruchom pierwszy program MATLAB na opracowanych danych modelu przestrzennego próbki pręta, aby wygenerować odpowiedni plik MAT. Zapisz uzyskany plik MAT w tym samym folderze.</li>
		<li>Uruchom drugi program MATLAB na wyżej uzyskanym pliku MAT, aby wygenerować odpowiednie dane morfologiczne próbki pręta, w tym pole przekroju, moment bezwładności, biegunowy moment bezwładności, odległość mimośrodową itp.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Metoda XCT 
	UWAGA: Po czterech pomiarach na próbce pręta o długości 440 mm, piąty pomiar został wykonany na próbkach prętów o długości 30 mm przy użyciu metody XCT ze względu na ograniczenie długości pręta.
	<ol>
		<li>Wytnij próbkę pręta o średnicy 30 mm z obu końców pręta stalowego o długości 500 mm i z pręta ze skorodowanej stali o długości 440 mm, jak pokazano na rysunku Rysunek 1. Używaj ich odpowiednio jako nieskorodowanych i skorodowanych próbek prętów.</li>
		<li>Umieść próbki prętów na obrotowej platformie instrumentu XCT, jak pokazano na rysunku 5. Zamknij drzwiczki instrumentu XCT. Próbka pręta jest umieszczana pomiędzy źródłem promieniotwórczym a odbiornikiem sygnału instrumentu XCT.</li>
		<li>Uruchom oprogramowanie operacyjne XCT zainstalowane na komputerze, aby skonfigurować parametry fotografowania. Ustaw próbkę pręta w pozycji strzelania.</li>
		<li>Ustaw rozmiar piksela i współczynnik powiększenia w tabeli "kontrola obrazu" w oprogramowaniu operacyjnym instrumentu XCT.</li>
		<li>Uruchom instrument XCT, klikając przycisk Start, aby zeskanować próbkę pręta. Zbierz zeskanowane dane próbki pręta.</li>
		<li>Uruchom pakiet oprogramowania na powyższych zeskanowanych danych, aby odpowiednio uzyskać parametry geometryczne próbki pręta.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Cavaco, E. S., Bastos, A., Santos, F. A. D. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061817306980">Effects of corrosion on the behaviour of precast concrete floor systems.</a> Construction & Building Materials. 145, (2017).</li>
<li>Cavaco, E. S., Neves, L. A. C., Casas, J. R. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15732479.2017.1333128">On the robustness to corrosion in the life cycle assessment of an existing reinforced concrete bridge.</a> Structure and Infrastructure Engineering. 14 (2), 137-150 (2017).</li>
<li>Muthulingam, S., Rao, B. N. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X15000426">Non-uniform corrosion states of rebar in concrete under chloride environment.</a> Corrosion Science. 93, 267-282 (2015).</li>
<li>Apostolopoulos, C. A., Papadakis, V. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061807002401">Consequences of steel corrosion on the ductility properties of reinforcement bar.</a> Construction & Building Materials. 22 (12), 2316-2324 (2008).</li>
<li>Fernandez, I., Bairán, J. M., Marí, A. R. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061815305638">Corrosion effects on the mechanical properties of reinforcing steel bars. Fatigue and σ - ε behavior.</a> Construction & Building Materials. 101, 772-783 (2015).</li>
<li>Papadopoulos, M. P., Apostolopoulos, C. A., Zervaki, A. D., Haidemenopoulos, G. N. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061811000730">Corrosion of exposed rebars, associated mechanical degradation and correlation with accelerated corrosion tests.</a> Construction & Building Materials. 25 (8), 3367-3374 (2011).</li>
<li>Castro, H., Rodriguez, C., Belzunce, F. J., Canteli, A. F. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924013603003935">Mechanical properties and corrosion behaviour of stainless steel reinforcing bars.</a> Journal of Materials Processing Technology. 143 (1), 134-137 (2003).</li>
<li>Almusallam, A. A. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061801000095">Effect of degree of corrosion on the properties of reinforcing steel bars.</a> Construction & Building Materials. 15 (8), 361-368 (2001).</li>
<li>Papadopoulos, M. P., Apostolopoulos, C. A., Alexopoulos, N. D., Pantelakis, S. G. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0261306906002317">Effect of salt spray corrosion exposure on the mechanical performance of different technical class reinforcing steel bars.</a> Materials & Design. 28 (8), 2318-2328 (2007).</li>
<li>Zhang, W., Song, X., Gu, X., Li, S. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061812001481">Tensile and fatigue behavior of corroded rebars.</a> Construction & Building Materials. 34 (5), 409-417 (2012).</li>
<li>Clark, L. A., Chan, A. H. C., Du, Y. G. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/271350216_Residual_capacity_of_corroded_reinforcing_bars">Residual capacity of corroded reinforcing bars.</a> Magazine of Concrete Research. 57 (3), 135-147 (2005).</li>
<li>Chan, A. H. C., Clark, L. A., Du, Y. G. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/238446762_Effect_of_corrosion_on_ductility_of_reinforcing_bars">Effect of corrosion on ductility of reinforcing bars.</a> Magazine of Concrete Research. 57 (7), 407-419 (2005).</li>
<li>Zhu, W., François, R. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061813010362">Corrosion of the reinforcement and its influence on the residual structural performance of a 26-year-old corroded RC beam.</a> Construction & Building Materials. 51 (2), 461-472 (2014).</li>
<li>François, R., Khan, I., Dang, V. H. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1617%2Fs11527-012-9941-z">Impact of corrosion on mechanical properties of steel embedded in 27-year-old corroded reinforced concrete beams.</a> Materials & Structures. 46 (6), 899-910 (2013).</li>
<li>Torres-Acosta, A. A., Castro-Borges, P. <a target="_blank" href="http://www.corrosionjournal.org/doi/abs/10.5006/0844?code=nace-prem-site">Corrosion-Induced Cracking of Concrete Elements Exposed to a Natural Marine Environment for Five Years.</a> Corrosion. 69 (11), 1122-1131 (2013).</li>
<li>Li, D., Wei, R., Du, Y., Guan, X., Zhou, M. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061817316070">Measurement methods of geometrical parameters and amount of corrosion of steel bar.</a> Construction & Building Materials. 154, 921-927 (2017).</li>
<li>Kashani, M. M., Crewe, A. J., Alexander, N. A. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X13001297">Use of a 3D optical measurement technique for stochastic corrosion pattern analysis of reinforcing bars subjected to accelerated corrosion.</a> Corrosion Science. 73 (13), 208-221 (2013).</li>
<li>Tang, F., Lin, Z., Chen, G., Yi, W. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061814008915">Three-dimensional corrosion pit measurement and statistical mechanical degradation analysis of deformed steel bars subjected to accelerated corrosion.</a> Construction & Building Materials. 70 (2), 104-117 (2014).</li>
<li>Zhang, W., Zhou, B., Gu, X., Dai, H. <a target="_blank" href="https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%29MT.1943-5533.0000888">Probability Distribution Model for Cross-Sectional Area of Corroded Reinforcing Steel Bars.</a> Journal of Materials in Civil Engineering. 26 (5), 822-832 (2013).</li>
<li>Wang, X. G., Zhang, W. P., Gu, X. L., Dai, H. C. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061812007222">Determination of residual cross-sectional areas of corroded bars in reinforced concrete structures using easy-to-measure variables.</a> Construction & Building Materials. 38, 846-853 (2013).</li>
<li>Stewart, M. G., Al-Harthy, A. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0951832007000099">Pitting corrosion and structural reliability of corroding RC structures: Experimental data and probabilistic analysis.</a> Reliability Engineering & System Safety. 93 (3), 373-382 (2008).</li>
<li>Darmawan, M. S., Stewart, M. G. <a target="_blank" href="https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/13287982.2006.11464951">Effect of Spatially Variable Pitting Corrosion on Structural Reliability of Prestressed Concrete Bridge Girders.</a> Australian Journal of Structural Engineering. 6 (2), 147-158 (2015).</li>
<li>Stewart, M. G., Mullard, J. A. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141029606003798">Spatial time-dependent reliability analysis of corrosion damage and the timing of first repair for RC structures.</a> Engineering Structures. 29 (7), 1457-1464 (2007).</li>
<li>Kashani, M. M., Lowes, L. N., Crewe, A. J., Alexander, N. A. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141029614003204">Finite element investigation of the influence of corrosion pattern on inelastic buckling and cyclic response of corroded reinforcing bars.</a> Engineering Structures. 75, 113-125 (2014).</li>
<li>Apostolopoulos, C. A., Demis, S., Papadakis, V. G. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061812005570">Chloride-induced corrosion of steel reinforcement - Mechanical performance and pit depth analysis.</a> Construction and Building Materials. 38, 139-146 (2013).</li>
<li>Imperatore, S., Rinaldi, Z., Drago, C. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095006181730884X">Degradation relationships for the mechanical properties of corroded steel rebars.</a> Construction and Building Materials. , 219-230 (2017).</li>
<li>Kashani, M. M. <a target="_blank" href="https://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%29MT.1943-5533.0001853">Size effect on inelastic buckling behaviour of accelerated pitted 1 corroded bars in porous media.</a> Journal of Materials in Civil Engineering. 29 (7), (2017).</li>
<li>Meda, A., Mostosi, S., Rinaldi, Z., Riva, P. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014102961400399X">Experimental evaluation of the corrosion influence on the cyclic behaviour of RC columns.</a> Engineering Structures. 76, 112-123 (2014).</li>
<li>Kashani, M. M., Crewe, A. J., Alexander, N. A. <a target="_blank" href="https://www.icevirtuallibrary.com/doi/abs/10.1680/jbren.15.00023">Structural capacity assessment of corroded RC bridge piers.</a> Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Bridge Engineering. 170 (1), 28-41 (2017).</li>
<li>National Standard of the People's Republic of China. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Standard+for+test+methods+of+long-term+performance+and+durability+of+ordinary+concrete%2C+Ministry+of+Housing+and+Urban-Rural+Development+of+the+People%27s+Republic+of+China%2C+GB%2FT+50082-2009%22">Standard for test methods of long-term performance and durability of ordinary concrete, Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People's Republic of China, GB/T 50082-2009</a>. , China Construction Industry Press. Beijing 100013, China. (2009).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Rysunki 6A i 6B pokazują, że zmierzone średnice próbki pręta nieskorodowanego nie różnią się znacząco na całej jej długości. Maksymalna różnica między zmierzonymi średnicami na długości pręta wynosi tylko około 0,11 mm przy maksymalnym odchyleniu 0,7%. Oznacza to, że geometrię nieskorodowanego pręta można dobrze ocenić za pomocą suwmiarki z noniuszem. Jednak mierzone średnice pod różnymi kątami tego samego przekroju różnią się od siebie konsekwentnie i znacznie. Dla danej pr...

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.

<table><tbody><tr><td><silny>Zaopatrzenie< / mocny></td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>plastikowy linijka</td><td>Deli Group Co., Ltd.</td><td>No.6240</td><td></td></tr><tr><td>biały długopis do malowania</td><td>SINO PATH Enterprises., Ltd.</td><td>SP-110</td><td></td></tr><tr><td>Rurka z odgałęzieniem</td><td>Wykonany na zamówienie</td><td></td><td></td></tr><tr><td>cylinder pomiarowy</td><td>Beijing Huake Bomex Glass Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>500 ml zlewki</td><td>Beijing Huake Bomex Glass Co. , Ltd.</td>Papier ścierny <td>CP-201</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Shanghai Noon Decoration Material Co., Ltd.</td><td>P04</td><td></td></tr><tr><td>biały wywoływacz</td><td>SHANGHAI XINMEIDA DEFEKT DETECTION MATERIAL CO., LTD.</td><td>FA-5</td><td></td></tr><tr><td>Reodczynniki</mocny></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>klej na bazie żywicy epoksydowej</td><td>Hunan Baxiongdi New Material Co., Ltd.</td><td>DY&middot; E&middot; 44</td><td></td></tr><tr><td>utwardzacz epoksydowy</td><td>Hunan Baxiongdi New Material Co., Ltd.</td><td>DY&middot; </td><td></td>EP</tr><tr><td>HCl</td><td>Dongguan Dongjiang Odczynnik chemiczny Co., Ltd.</td><td>AR-2500ml</td><td></td></tr><tr><td>nasyconej wody wapiennej</td><td>Xilong Chemical Co., Ltd.</td><td>AR-500g</td><td></td></tr><tr><td>Sprzęt</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cyfrowa waga elektroniczna</td><td>Kaifeng Group Co., Ltd.</td><td>Model JCS-0040</td><td></td></tr><tr><td>Cyfrowa suwmiarka z noniuszem</td><td>Szanghaj Pomiar i Cutting Tool Works Co., Ltd.</td><td>Model ST-089-229-090</td><td></td></tr><tr><td>Maszyna do cięcia</td><td>Robert Bosch GmbH</td><td>TCO2000</td><td></td></tr><tr><td>zrekonstruowany mikroskop rentgenowski 3D</td><td>XRADIA</td><td>Model MICROXCT-400</td><td></td></tr><tr><td>Skaner 3D</td><td>HOLON Technologia trójwymiarowa (Shenzhen) Co., Ltd.</td><td>Model HL-3DX+</td><td></td></tr> <tr><td>Elektromechaniczna uniwersalna maszyna wytrzymałościowa</td><td>MTS SYSTEMS (China) Co., Ltd.</td><td>nr wzoru C64.305</td><td></td></tr></tbody></table>

analiza aplikacyjna metod oceny parametrów morfologicznych skorodowanych prętów stalowych

Applicability Analysis of Assessment Methods for Morphological Parameters of Corroded Steel Bars

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.

Rysunek 6 przedstawia średnice niekorodowanej próbki pręta o długości 50 mm pod kątami 0°, 45°, 90° i 135° dla każdego przekroju wzdłuż jego długości, zmierzone za pomocą suwmiarki. Następnie pręty przecięto na trzy części, jak pokazano na Rysunku 1.
Rysunek 7 przedstawia pola powierzchni przekroju poprzecznego niekorodujących próbek prętów...

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).

Analiza aplikacyjna metod oceny parametrów morfologicznych skorodowanych prętów stalowych

The irregular and uneven residual sections along the length of a corroded steel bar substantially change its mechanical properties and significantly ...

Ten film ma na celu zmierzenie morfologii powierzchni nienaruszonych i skorodowanych prętów stalowych. Zademonstrujemy i ocenimy pięć różnych pomiarów, w tym utratę masy, pomiary suwmiarki, pomiary drenażu, skanowanie 3D i XCT pręta stalowego. Skanowanie 3D jest najlepszą metodą pomiaru przestrzennej zmienności penetracji korozji w powierzchni skorodowanego pręta.Pomiary korozji uzyskane metodą skanowania 3D umożliwiłyby inżynierom znacznie dokładniejszą i bardziej wiarygodną ocenę bezpieczeństwa i żywotności istniejących konstrukcji inżynierskich w naszym społeczeństwie. Procedurę zademonstrują pan Huilai Han, technik z laboratorium oraz pan Shenglin Cui, technik z technologii trójwymiarowej Shenzhen Hong Rong. Na początek zaznacz polerowany pręt stalowy o długości 500 milimetrów i średnicy 14 milimetrów w odstępach co 10 milimetrów.Następnie użyj wyzerowanych suwmiarek z noniuszem, aby zmierzyć średnicę pręta przy pierwszym znaku, tak aby szczęki delikatnie dotykały pręta. Wykonaj trzy kolejne pomiary, obracając suwmiarki za każdym razem o 45 stopni, co daje w sumie cztery pomiary w odstępach 45 stopni. Powtórz ten proces dla każdego znaku na pasku.Uśrednij średnice przy każdym znaku i oblicz przekroje poprzeczne. Następnie wytnij 30 milimetrów z każdego końca pręta, aby uzyskać dwie próbki prętów o długości 30 milimetrów i jedną próbkę prętów o długości 440 milimetrów. Zważ każdą próbkę na cyfrowej wadze elektronicznej i zapisz odczyty.Zaznacz próbki prętów o długości 30 milimetrów w odstępach 10 milimetrów, zaczynając od pięciu milimetrów od lewej strony. Określ średnią średnicę w każdym z tych znaków, jak opisano wcześniej. Następnie należy ustawić statyczno-hydrauliczną, elektromechaniczną uniwersalną maszynę wytrzymałościową i umieścić szklany cylinder przemieszczeniowy pod głowicą maszyny.Napełnij butlę wodą z kranu, aby dotrzeć tylko do wylotu. Następnie umieść wagę elektroniczną poniżej wylotu pojemnika. Umieść 200-mililitrową zlewkę na wadze w jednej linii z wylotem.Następnie zaciśnij próbkę pręta pionowo w głowicy maszyny EUT. Przesuń głowicę EUT pionowo w dół, aż drążek dotknie powierzchni wody. Zapisz początkowy odczyt na wadze cyfrowej.Następnie ustaw maszynę EUT tak, aby przesuwała pręt w dół z prędkością 10 milimetrów na minutę. Uruchom maszynę, aby przesunąć pręt do pierwszego znaku 10 milimetrów. Następnie zapisz końcowy odczyt na wadze elektronicznej.Powtarzaj ten proces dla każdego 10-milimetrowego segmentu próbki pręta, aż cały pręt zostanie zanurzony. Pozostaw baton do wyschnięcia na powietrzu przez godzinę. Oblicz jednolity przekrój każdego 10-milimetrowego segmentu pręta na podstawie przemieszczonych mas wody.Przetestuj każdą z trzech próbek w ten sposób. Następnie spryskaj każdą próbkę suchego pręta białym wywoływaczem do wykrywania wad i pozwól próbkom wyschnąć na powietrzu. Następnie umieść powlekaną próbkę na platformie skanera 3D.Skalibruj pozycję próbki pręta za pomocą etykiety oznaczonej losową tablicą małych, białych kropek. Następnie zeskanuj próbkę wzdłuż jej długości, opracuj model przestrzenny i wygeneruj dane morfologiczne z modelu. Powtórz to dla każdej próbki.Następnie umieść jedną próbkę o długości 30 milimetrów na obrotowej platformie systemu rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej. Zamknij instrument XCT. Otwórz oprogramowanie instrumentu i przesuń próbkę do właściwej pozycji do skanowania.Wprowadź żądany rozmiar piksela i współczynnik powiększenia. Następnie zeskanuj próbkę i wygeneruj parametry geometryczne. Powtórz ten proces dla pozostałej próbki o długości 30 milimetrów.Po uzyskaniu pomiarów nieskorodowanego pręta stalowego należy zdjąć od 50 do 60 milimetrów izolacji z dwumetrowego odcinka wielożyłowego przewodu elektrycznego. Zdejmij krótszy segment z drugiego końca. Przymocuj dłuższy, odsłonięty koniec drutu do jednego końca próbki o długości 440 milimetrów za pomocą taśmy izolacyjnej mocno owiniętej wokół 70 milimetrów końca pręta.Następnie mocno owiń 70 milimetrów drugiego końca pręta taśmą izolacyjną. Następnie wymieszaj klej epoksydowy z utwardzaczem w stosunku jeden do jednego. Żywicę epoksydową należy nakładać równomiernie na każdy izolowany koniec pręta, aby chronić końce przed korozją.Po wyschnięciu żywicy epoksydowej napełnij plastikowy zbiornik wyposażony w miedzianą płytkę wodnym 3,5% wagowo roztworem chlorku sodu w wodzie z kranu. Umieść próbkę pręta w zbiorniku. Następnie podłącz przewód przymocowany do pręta do dodatniego zacisku zasilacza prądu stałego.Podłącz miedzianą płytkę do ujemnego zacisku zasilacza. Ustaw zasilacz tak, aby wytwarzał gęstość prądu korozyjnego wynoszącą 2,5 mikroampera na centymetr kwadratowy w całym pręcie. Stosuj prąd przez czas potrzebny do osiągnięcia pożądanego poziomu korozji zgodnie z prawem Faradaya.Następnie wyłącz prąd, odłącz próbkę pręta i zanurz ją w 12% objętościowym wodnym roztworze kwasu solnego na 30 minut, aby usunąć produkty korozji. Następnie przenieś próbkę pręta do nasyconego roztworu wapienno-wodnego, aby zneutralizować pozostałość kwasu. Następnie spłucz kostkę wodą z kranu i pozostaw do wyschnięcia na powietrzu.Następnie zaznacz skorodowaną powierzchnię w odstępach 10 milimetrów. Zważyć skorodowany pręt poziomo na cyfrowej wadze elektronicznej i obliczyć średnią powierzchnię skorodowanego pręta. Określ średnią średnicę na każdym znaku 10 milimetrów za pomocą suwmiarki z noniuszem i oblicz przekroje poprzeczne.Następnie należy obliczyć przekrój każdego 10-milimetrowego segmentu skorodowanego pręta przy użyciu metody odprowadzania wody z przemieszczenia. Następnie spryskaj próbkę białym wywoływaczem i wykonaj skan 3D. Na koniec wytnij 30-milimetrowy segment ze skorodowanego pręta i zeskanuj go za pomocą XCT.Zmierzone średnice pręta stalowego w takcie nie różniły się znacząco wzdłuż jego długości, ale zaobserwowano stałą zmienność między pomiarem 45 stopni a pomiarem 135 stopni, co wskazuje, że pręt był eliptyczny. Utrata masy, pomiar suwmiarki i techniki skanowania 3D dały podobne wartości przy niewielkiej zmienności. Pomiary metodą drenażu próbki o długości 440 milimetrów były obarczone wieloma źródłami niepewności, w tym suchością pręta i napięciem powierzchniowym wody.30-milimetrowe próbki analizowano za pomocą XCT, co dało wartości zgodne z innymi technikami. Ogólnie rzecz biorąc, suwmiarki, XCT i skanowanie 3D dały podobne wartości przy minimalnych różnicach. W związku z tym pomiary suwmiarkowe były najprostszym sposobem uzyskania dokładnych pomiarów prętów nieskorodowanych.Korozja spowodowała znaczne zmiany i kształt przekroju poprzecznego w całym pręcie, których nie można było uchwycić metodą utraty masy. Podczas gdy suwmiarki były bardziej wrażliwe na zmianę kształtu, nie były w stanie wyjaśnić wżerów na powierzchni próbki. XCT i skanowanie 3D dały podobne wartości, ale XCT jest ograniczony przez potrzebę małych próbek z płaskimi końcami.W związku z tym pomiary 3D były preferowane do analizy morfologii skorodowanych prętów stalowych. Suwmiarka z noniuszem jest najlepszym narzędziem do pomiaru morfologii powierzchni nieskorodowanego pręta stalowego. I jest łatwy w obsłudze.I jest dość ekonomiczny. Pomiar metody drenażu może być obarczony pewną niepewnością, dlatego potrzebne są dalsze ulepszenia urządzenia pomiarowego. Chociaż pomiar XCT może dokładnie zmierzyć resztkową powierzchnię przekroju poprzecznego skorodowanego pręta stalowego, jest on ograniczony długością próbki.Metoda skanowania 3D jest najbardziej optymalną metodą pomiarów skorodowanego pręta stalowego, ponieważ jest precyzyjna, ekonomiczna i wydajna. Może również generować dodatkowe przydatne informacje o skorodowanym pręcie.

applicability-analysis-assessment-methods-for-morphological

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Tutaj prezentujemy protokół do konfiguracji i uruchomienia systemu korozji potencjodynamicznej in vitro do analizy korozji wżerowej dla małych metalowych urządzeń medycznych.

Potencjodynamiczne testy korozyjne

Proponujemy metodę pomiaru parametru, który jest bardzo istotny dla oceny korozji lub przewidywania konstrukcji żelbetowych, z główną zaletą pozwalającą na testowanie próbek z konstrukcji inżynierskich. Zapewnia to rzeczywiste warunki na styku stali i betonu, które są kluczowe dla uniknięcia artefaktów próbek wytworzonych w laboratorium.

Protokół doświadczalny do oznaczania wartości progowej chlorków dla korozji w próbkach pobranych z konstrukcji żelbetowych

Ten protokół opisuje podejście do produkcji kompozytu cementowego wzmocnionego włóknem stalowym poprzez zastosowanie jednolitego pola elektromagnetycznego. Wyrównany kompozyt cementowy wzmocniony włóknem stalowym wykazuje lepsze właściwości mechaniczne niż zwykły zbrojony włóknami.

Przygotowanie wyrównanego kompozytu cementowego wzmocnionego włóknem stalowym i jego zachowanie przy zginaniu

Testowanie procesów związanych z korozją materiałów często może być trudne, zwłaszcza w środowiskach niewodnych. W tym miejscu przedstawiamy różne metody krótko- i długoterminowego badania zachowania korozyjnego środowisk niewodnych, takich jak biopaliwa, zwłaszcza te zawierające bioetanol.

Korozja metali i skuteczność inhibitorów korozji w mediach o mniejszym przewodzeniu

Mikrostrukturalnie małe zachowanie wzrostu pęknięć zmęczeniowych jest badane przy użyciu nowatorskiego podejścia metodologicznego, łączącego pomiar szybkości wzrostu pęknięć i analizę pola odkształceń, aby ujawnić skumulowane pole deformacji na poziomie podziarna.

Pomiary odkształceń w pełnym polu dla mikrostrukturalnie małej propagacji pęknięć zmęczeniowych przy użyciu metody cyfrowej korelacji obrazów

Tutaj prezentujemy metodologię dynamicznej charakterystyki próbek rozciągających przy średnich szybkościach odkształcania przy użyciu szybkiej serwohydraulicznej ramy obciążeniowej. Zdefiniowano również procedury oprzyrządowania i analizy tensometrycznej, a także pomiarów odkształceń w korelacji obrazów cyfrowych na próbkach.

Charakterystyka materiału o pośredniej szybkości odkształcania z cyfrową korelacją obrazu

Tutaj prezentujemy protokół ilościowego określania względnej grubości (tj. grubości w procentach w stosunku do odniesienia) przewodzących materiałów ferromagnetycznych za pomocą pulsacyjnych czujników wiroprądowych opartych na cewce detektora, jednocześnie pokonując wymóg kalibracji.

Kwantyfikacja względnej grubości przewodzących materiałów ferromagnetycznych za pomocą impulsowych czujników prądów wirowych opartych na cewce detektorowej

Cyfrowa korelacja obrazu jest używana w testach zmęczeniowych na maszynie do badania rezonansu do wykrywania makroskopowych pęknięć i monitorowania propagacji pęknięć w próbkach spawanych. Pęknięcia na powierzchni próbki stają się widoczne jako zwiększone odkształcenia.

Monitorowanie pęknięć w rezonansowych badaniach zmęczeniowych spawanych próbek z wykorzystaniem cyfrowej korelacji obrazu

Mikroskopia siły sondy Kelvina (KPFM) mierzy topografię powierzchni i różnice w potencjale powierzchni, podczas gdy skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) i związane z nią spektroskopie mogą wyjaśnić morfologię powierzchni, skład, krystaliczność i orientację krystalograficzną. W związku z tym kolokalizacja SEM z KPFM może zapewnić wgląd w wpływ składu i struktury powierzchni w nanoskali na korozję.

Koloktuacja mikroskopii sił sondy Kelvina z innymi mikroskopami i spektroskopiami: wybrane zastosowania w charakterystyce korozji stopów

Ten artykuł informuje o badaniu na skalę laboratoryjną istniejącej procedury polowej i jej adaptacji do uszczelniania nieszczelnych odwiertów. Polega na mechanicznym rozszerzaniu się rury metalowej, co skutkuje poprawą połączenia metal/cement, ostatecznym uszczelnieniem ścieżek hydraulicznych i zapobieganiem wyciekom gazu spowodowanym obecnością kanału mikropierścieniowego.

Rozszerzalność mechaniczna rur stalowych jako rozwiązanie dla nieszczelnych odwiertów

Poznaj metody oceny korozji stalowych prętów, w tym skanowanie 3D i mikrotomografię rentgenowską. Skanowanie 3D okazało się najskuteczniejszą techniką do szczegółowej analizy przestrzennej zmian morfologicznych.

Analiza aplikacyjna metod oceny parametrów morfologicznych skorodowanych prętów stalowych

Przeglądaj więcej filmów