Method Article

Análise da aplicabilidade dos métodos de avaliação de parâmetros morfológicos das barras de aço corroídas

DOI:

10.3791/57859

⸱

November 1st, 2018

 ,  ,  , 
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

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Este trabalho mede a geometria e a quantidade de corrosão de um aço bar usando métodos diferentes: massa perda, pinças, medições de drenagem, digitalização 3D e raio-x microtomografia computadorizada (XCT).

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

As seções residuais irregulares e desiguais ao longo do comprimento de uma barra de aço corroída mudam substancialmente suas propriedades mecânicas e dominam significativamente a segurança e o desempenho de uma estrutura de concreto existente. Como resultado, é importante medir a geometria e a quantidade de corrosão de uma barra de aço em uma estrutura corretamente para avaliar o residual tendo capacidade e vida útil da estrutura. Este documento apresenta e compara cinco diferentes métodos para medir a geometria e a quantidade de corrosão de uma barra de aço. Uma barra de aço de diâmetro de 500mm único long e 14 mm é o espécime que está sujeita a corrosão acelerada neste protocolo. Sua morfologia e a quantidade de corrosão foram cuidadosamente medidos antes e após o uso de medidas de perda de massa, um compasso de calibre Vernier, medições de drenagem, digitalização 3D e raio-x microtomografia computadorizada (XCT). A aplicabilidade e a adequação desses métodos diferentes foram então avaliados. Os resultados mostram que o compasso de calibre Vernier é a melhor escolha para medir a morfologia de um bar não corroído, enquanto digitalização 3D é o mais adequado para quantificar a morfologia de uma barra corroída.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Corrosão de uma barra de aço é uma das principais razões para a deterioração de uma estrutura de concreto e é causada pela intrusão de carbonatação e/ou cloreto de concreto. Em concreta, carbonatação, corrosão tende a ser generalizada; enquanto na intrusão de cloreto, torna-se mais localizado1,2. Não importa quais são as causas, corrosão rachaduras a capa de concreta da expansão radial de produtos de corrosão, deteriora-se o vínculo entre uma barra de aço e o concreto circundante, penetra a barra de superfícies e diminui a barra transversal área consideravelmente3,4.

Devido a não-homogeneidade do concreto estrutural e variações no ambiente de serviço, corrosão de uma barra de aço ocorre aleatoriamente sobre sua superfície e ao longo de seu comprimento com grande incerteza. Contrariamente a corrosão uniforme generalizada causada pela carbonatação do concreta, opondo corrosão causada pela intrusão de cloreto provoca ataque de penetração. Além disso, faz com que a seção residual de uma barra corroída para variam consideravelmente entre barra de superfície e comprimento. Como resultado, a barra de força e bar diminuição de ductilidade. Realizou-se uma extensa pesquisa para estudar os efeitos da corrosão nas propriedades mecânicas de um aço barra5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14,15. No entanto, menos atenção foi dada para os métodos de medição de parâmetros morfológicos e características de corrosão das barras de aço.

Alguns pesquisadores utilizaram a perda de massa para avaliar a quantidade de corrosão de um aço barra5,10,11,14. No entanto, esse método só pode ser usado para determinar o valor médio das seções residuais e não pode medir a distribuição das seções ao longo de seu comprimento. Zhu e Franco melhoraram esse método cortando uma única barra de aço em uma série de segmentos curtos e pesando cada segmento para determinar variações das áreas das seções residuais ao longo de seu comprimento13,14. No entanto, esse método faz com que a perda extra do aço material durante o corte e não pode tocar a secção residual mínima da barra corroída exatamente, que domina a sua capacidade de rolamento. Um compasso de calibre Vernier também é usado para medir os parâmetros geométricos de um aço barra14,15. No entanto, a seção residual de uma barra corroída é muito irregular, e há sempre um desvio significativo entre as dimensões secionais medidos e reais de uma barra corroída. Baseado no princípio de Arquimedes, Clark et al adotou o método de drenagem para medir as seções residuais de uma barra corroída ao longo de seu comprimento, mas deslocamento da barra era controlado manualmente sem precisão significativa no presente caso11. Li et al melhorou esse método de drenagem usando um motor elétrico para controlar automaticamente o deslocamento de uma barra de aço e medida resulta, mais precisamente,16. Finalmente, durante os últimos anos, com o desenvolvimento da tecnologia de digitalização em 3D esse método tem sido usado para medir as dimensões geométricas de um aço barra17,18,19,20. Usando a digitalização em 3D, o diâmetro, área residual, centroide, excentricidade, momento de inércia e penetração de corrosão de uma barra de aço pode ser precisamente adquirido. Embora os investigadores tem usado esses métodos em diferentes contextos experimentais, não houve uma comparação e avaliação dos métodos no que diz respeito a sua precisão, adequação e aplicabilidade.

Corrosão, pitting particularmente corrosão, comparada a generalizada de corrosão, não só altera as propriedades mecânicas das barras corroídas, mas também diminui o residual tendo capacidade e vida útil de estruturas de betão. Medições mais precisas dos parâmetros morfológicos de barras de aço corroídos a variabilidade espacial de corrosão ao longo da barra comprimento são imperativas para avaliações mais razoáveis da barra de propriedades mecânicas. Isto ajudará a avaliar a segurança e a confiabilidade de estruturas de concreto armado (RC) danificado pela corrosão mais precisamente21,22,23,24,25,26 ,,27,28,29.

Este protocolo compara os métodos discutidos cinco para medição da geometria e quantidade de corrosão de uma barra de aço. Um single, 500 mm de comprimento e 14 mm de diâmetro, liso, barra redonda foi usada como o espécime e submetida a corrosão acelerada no laboratório. Sua morfologia e o nível de corrosão foram cuidadosamente medidos antes e depois de utilizar cada método, incluindo a perda de massa, um compasso de calibre Vernier, medições de drenagem, digitalização 3D e raio-x micro tomografia computadorizada (XCT). Finalmente, a aplicabilidade e a adequação de cada um foram avaliados.

Deve ser observado que as barras com nervuras incorporado no concreto, não as barras simples expostas ao ar, são comumente usado em estruturas de concreto e sujeitos à corrosão. Para barras com nervuras, o compasso de calibre Vernier não podem ser facilmente aplicadas. Porque estas barras de corrosão em concreto, sua penetração superficial é mais irregular comparado com barras expostas ao ar11. No entanto, este protocolo é voltado para a aplicabilidade da análise dos métodos de medição diferentes na mesma barra; Portanto, ele usa uma barra simples nu como o espécime para eliminar a influência de costelas e concreto não-homogeneidade nas medições morfológicas parâmetro. Novos trabalhos na medição de barras com nervuras corroídas, usando outros métodos podem realizar no futuro.

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Protocol

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1. teste a amostra e o processo de fabricação

  1. Adquirir um 500 mm de comprimento, 14mm de diâmetro plain aço bar (classe Q235) para a fabricação das amostras de ensaio.
  2. Polir a superfície da barra usar uma lixa fina para remover o moinho escamas na superfície.
  3. Corte a barra em 30 mm e 470 mm de sua extremidade esquerda, como mostrado na Figura 1, usando uma máquina de corte.
  4. Medir os pesos das três amostras, usando uma balança eletrônica digital de bar.
  5. Medir os diâmetros das três amostras usando os cinco métodos descritos na etapa 2 e registo dos resultados não corroído bar espécimes.
  6. Corroa o espécime de bar 440mm usando o método eletroquímico, conforme detalhado abaixo:
    1. Cobertura de 70 mm de cada extremidade firmemente com fita isolante. Anexe um fio elétrico para uma extremidade da amostra 440mm bar.
    2. Misture um adesivo com um endurecedor em uma proporção de 1:1 para fazer a resina epóxi. Aplique a resina epóxi nas extremidades da barra de 70mm isolado espécime uniformemente para proteger ambas as extremidades da corrosão.
    3. Coloque o 440mm tempo bar espécime em um tanque de água de plástico que contém 3,5% NaCl como um eletrólito e uma placa de cobre como um cátodo.
    4. Conecte uma extremidade da barra de espécime como um nó para o polo positivo e a placa de cobre do cátodo para o polo negativo de uma corrente contínua (DC) poder fornecedor, respectivamente, para montar um circuito elétrico para a corrosão acelerada da barra de amostra.
    5. Ligue a fonte de alimentação DC para aplicar uma corrente contínua constante de 2,5 μA/cm2 para barra de amostra para todo o período da corrosão.
    6. Desligue a corrente para finalizar a corrosão quando processar a quantidade de corrosão da barra de amostra atinge o nível esperado de corrosão, como estimado usando a lei de Faraday.
    7. Coloque acima corroídos bar espécime em um tanque de solução de HCl 12% durante 30 minutos remover os produtos de corrosão de sua superfície. Mergulhe o ácido-limpos bar espécime em um tanque de água saturada de cal para a neutralização e mais limpa usando água da torneira.
    8. Seca acima limpos corroídos bar espécime no ar. Marque sua superfície para a medição.
  7. Medir os parâmetros morfológicos e quantidade de corrosão da corroídos bar espécime.
    Nota: Limpeza afeta a perda de massa de uma barra de aço corroída. Diferentes tipos de solução ácida e os diferentes tempos de imersão em solução ácida causaria quantidades diferentes de perda de massa. Neste teste, no entanto, nenhuma comparação foi feita entre diferentes técnicas de limpeza, para consistência, a limpeza processo segue o padrão nacional da China para métodos de teste de desempenho a longo prazo e a durabilidade do concreto comum30.

2. procedimentos e métodos de medição

  1. Método de perda de massa
    1. Coloque uma balança electrónica sobre uma plataforma horizontal e zerá-lo.
    2. Coloque o polido bar amostra antes corrosão horizontalmente para a balança eletrônica e fazer uma leitura da escala como a massa de um aço não-corroídos bar m0 (g).
    3. Coloque o limpo bar espécime após corrosão horizontalmente para a balança eletrônica e fazer uma leitura da escala como a massa da barra de de aço corroídas mc (g).
    4. Calcular a quantidade de corrosão da barra usando uma equação de QCR= (mc-m0)/m0x 100%.
    5. Calcular a área média da seção residual o corroído bar amostra usando uma equação Asc=As0(1 -QCR), onde, As0 é a área de uma barra de aço não corroídos.
  2. Método do compasso de calibre vernier
    1. Marque a superfície da barra de amostra ao longo de seu comprimento em intervalos de 10 mm entre a extremidade esquerda da barra usando uma caneta marcador, conforme mostrado no Figura 1.
    2. Mova a escala Vernier da maxila para sua posição original. Fazer as duas mandíbulas se tocam e alinhar os dois zero linhas da escala Vernier e principal. Em seguida, empurre seu botão de zero a zero da escala Vernier.
    3. Coloque o compasso de calibre Vernier através do diâmetro da barra de amostra. Mover a escala Vernier para fazer suas dois mandíbulas toque a barra de superfície suavemente. Medir o diâmetro da barra de amostra na seção marcada e no ângulo dado.
    4. Repita a etapa 2.2.3 quatro vezes para medir a barra diâmetros na seção marcada e em ângulos de 0°, 45°, 90° e 135°, respectivamente, como mostrado na Figura 2.
    5. Média dos diâmetros medidos quatro acima e tomá-lo como o representante de diâmetro Deu (mm) da barra de amostra a seção marcada.
    6. Calcular a área de seção transversal da barra de amostra a seção marcada usando uma equação Aeu=pDeu24 (mm2).
    7. Repita as etapas 2.2.3 à 2.2.6 para todas as seções marcadas da barra de amostra para medir a distribuição de suas seções transversais ao longo de seu comprimento após a corrosão.
  3. Método de drenagem
    1. Configure o universal eletromecânico testando a máquina (TUE), como mostrado na Figura 3.
    2. Coloque um recipiente de vidro sob a cabeça da máquina TUE e despeje a água da torneira no recipiente até o nível da água atinge a tomada.
    3. Coloca um copo de 200 mL na plataforma de uma balança electrónica logo abaixo da saída do recipiente de vidro.
    4. Prenda uma extremidade da barra de amostra usando a cabeça do TUE a máquina verticalmente.
    5. Alterne na máquina TUE para mover sua cabeça para baixo, lentamente, até a outra extremidade da barra de espécime toca apenas a superfície superior da água no recipiente.
    6. Leve a leitura inicial da escala eletrônica como Meeu.
    7. Executar a máquina TUE para mover a barra de amostra para baixo para a água no recipiente a uma taxa de 1,0 mm/min.
    8. Levar a leitura final da escala eletrônica como Mi + 1 para a massa de água que tenha sido apurada do recipiente devido o deslocamento de 10 mm da barra de amostra para a água no recipiente.
    9. Assumir a seção transversal de 10 milímetros deslocadas bar espécime é uniforme, calcular a área de seção transversal do h= 10mm deslocada bar usando a equação de Aeu= (Mi + 1 - Meu) / (Ρh), onde (Mi + 1 - Meu ) é a massa medida da água descarregada do recipiente para o 10mm deslocada bar espécime. Ρ = 1, 000 kg/m3 é a densidade da água.
    10. Repita as etapas 2.3.6 para 2.3.9 para cada amostra de tempo deslocadas barra 10mm até deslocando a todo o comprimento da barra na água para medir a distribuição de bar seções transversais ao longo de seu comprimento.
  4. Método de digitalização 3D
    1. Pulverize o desenvolvedor branco na superfície da barra de espécime e secá-lo no ar. Coloque-a na horizontal sobre a plataforma de um scanner 3D, como mostrado na Figura 4.
    2. Calibrar a posição da barra de amostra na plataforma do scanner 3D tornando-se aleatoriamente pontos brancos pequenos do papel de etiqueta para a reconstrução 3D da barra de amostra.
    3. Após o lançamento do scanner 3D e o software de extração de dados correspondente, digitalizar o bar espécime ao longo de seu comprimento e recolher o correspondente verificados dados via o scanner 3D. Use as instruções do fabricante.
    4. Desenvolver o modelo espacial do bar amostra usando o software e coletar os arquivos de data relevante.
    5. Coloque os dados de modelo espacial desenvolvido da barra de espécime e dois programas MATLAB Self compilados na mesma pasta de um computador.
    6. Execute o programa MATLAB primeiro sobre os dados de modelo espacial desenvolvido da barra de espécime para gerar o arquivo relevante de MAT. Salve o arquivo de esteira obtido na mesma pasta.
    7. Executar o programa MATLAB segundo no acima obtidos MAT arquivo para gerar os dados morfológicos relevantes da barra de amostra, incluindo área seccional, momento de inércia, momento polar de inércia, excêntrica distância etc.
  5. Método XCT
    Nota: Após as quatro medições sobre a 440 milímetros longos bar espécime, a quinta medição foi feita sobre a 30 mm tempo bar espécimes usando o método XCT devido à sua barra de limitação de comprimento.
    1. Cortar uma amostra de bar de 30 mm de ambas as extremidades de uma barra de 500 mm de aço longo e da barra aço há muito corroída de 440 mm, como mostrado na Figura 1. Usá-los como o não-corroídos e corroídos bar espécimes, respectivamente.
    2. Coloque a barra de espécimes para a plataforma giratória do XCT do instrumento, como mostrado na Figura 5. Feche a porta do instrumento XCT. Bar do espécime é imprensado entre a fonte radioativa e o receptor do sinal do instrumento XCT.
    3. Execute o software de operação XCT instalado em um computador para configurar parâmetros de tiro. Ajuste a barra de amostra para a posição de tiro.
    4. Configure o fator de tamanho e ampliação de pixel na tabela do software operação XCT instrumento de "controle de imagem".
    5. Executar o instrumento XCT clicando no botão Iniciar para digitalizar o bar espécime. Colete os dados digitalizados do bar espécime.
    6. Executar o pacote de software no acima verificados dados para produzir os parâmetros geométricos da barra de espécime em conformidade.

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Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

A Figura 6 mostra os diâmetros do espécime bar há muito tempo não corroído 500mm em ângulos de 0 °, 45 °, 90 ° e 135 ° para cada seção ao longo de seu comprimento medido utilizando pinças Vernier. As barras foram corte em três partes, conforme mostrado na Figura 1.

A Figura 7 apresenta as áreas transversais do não-corroídos bar amostras ao ...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Figura 6A e 6B mostram que os diâmetros medidos não corroído bar espécime não variou significativamente ao longo de seu comprimento. A diferença máxima entre os diâmetros medidos ao longo da barra comprimento é apenas cerca de 0,11 mm com um desvio máximo de 0,7%. Isso indica que a geometria de um bar não corroído pode ser bem avaliada usando um paquímetro. No entanto, os diâmetros medidos em diferentes ângulos da mesma secção diferem consideravelmente e consistente entre si...

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Disclosures

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Os autores não têm nada para divulgar.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Os autores da Universidade de Shenzhen grandemente reconhecem o apoio financeiro da Fundação Nacional de ciências naturais da China (Grant n. º 51520105012 e 51278303) e projeto (chave) do departamento de educação da província de Guangdong. (No.2014KZDXM051). também agradecem a Guangdong Provincial chave laboratório de durabilidade para Marine Engenharia Civil, faculdade de Engenharia Civil na Universidade de Shenzhen para fornecimento de instalações e equipamentos de teste.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Suprimentos
Régua de plásticoDeli Group Co., Ltd.No.6240
caneta de tinta brancaSINO PATH Enterprises.,Ltd.Tubo SP-110
com ramode medição personalizado
Beijing Huake Bomex Glass Co., Ltd.
Copo 500mLBeijing Huake Bomex Glass Co., Ltd.CP-201
lixaShanghai Noon Decoração Material Co., Ltd.P04
revelador brancoSHANGHAI XINMEIDA FLAW DETECTION MATERIAL CO., LTD.FA-5
Reagents
resina epóxiHunan Baxiongdi New Material Co., Ltd.DY· E· 44
endurecedor epóxiHunan Baxiongdi New Material Co., Ltd.DY·
HClDongguan Dongjiang Reagente Químico Co., Ltd.AR-2500ml
água saturada de calXilong Chemical Co., Ltd.AR-500g
Equipment
Digital balança eletrônicaKaifeng Group Co., Ltd.Modelo JCS-0040
Paquímetro digitalShanghai Measuring & Fornecedor verificado - Cutting Tool Works Co., Ltd.Modelo ST-089-229-090
Máquina de corteRobert Bosch GmbHTCO2000
microscópio de raios X reconstruído em 3DXRADIAModelo MICROXCT-400
Scanner 3DHOLON Tecnologia tridimensional (Shenzhen) Co., Ltd.Modelo HL-3DX+
Máquina de teste universal eletromecânicaMTS SYSTEMS (China) Co., Ltd.Modelo C64.305
Cilindro cola de EP

References

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