Экспериментальный протокол, чтобы определить значение порога хлорида для коррозии в образцах, взятых из железобетонных конструкций

Общая цель данного метода заключается в измерении порогового значения хлоридов, которое является существенным параметром, характеризующим способность железобетона противостоять коррозии. Этот параметр необходим во всех современных моделях для прогнозирования коррозии бетона, вызванной хлоридами. Хотя хорошо известно, что пороговые значения хлоридов сильно зависят от таких факторов, как используемые материалы, обычной практикой является полагаться на общие значения, указанные в стандартах или учебниках.

Основным преимуществом нашего метода является то, что он позволяет проводить испытания инженерных сооружений гражданского назначения. Это похоже на хорошо зарекомендовавшие себя методы проверки механических свойств, таких как прочность бетона. Тестируя образцы из конструкций, мы обеспечиваем реальные условия, которые сильно влияют на пороговые значения хлоридов.

В качестве примера можно привести интерфейс из сталебетона, который невозможно репрезентативно смоделировать в образцах, изготовленных в лаборатории. Начните с выбора тестовых областей в бетонной конструкции, как описано в текстовом протоколе. Найдите арматурные стальные стержни в бетоне с помощью неразрушающего ручного сканирующего устройства, широко известного как детектор арматурной стали.

Перемещайте стальной детектор как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях по бетонной поверхности в пределах испытательной зоны. С помощью мела временно отметьте каждый арматурный стальной стержень в форме сетки на бетонной поверхности. Выберите места для колонкового бурения кернов диаметром не менее 150 миллиметров.

Отметьте и промаркируйте их на бетонной поверхности. Просверлите бетонные стержни, содержащие сегмент арматурной стали, в соответствии с общими процедурами и стандартами. После сверления удалите бетонную сердцевину из конструкции, например, с помощью зубила.

Наконец, оберните ядро фольгой диффузионного типа, чтобы сохранить условия влажности во время транспортировки в лабораторию. Уменьшите бетонное покрытие спереди, которое является первоначально открытой стороной, с помощью алмазной резки с водяным охлаждением. Стремитесь к тому, чтобы окончательная толщина бетонного покрытия образца находилась в диапазоне от 15 до 20 миллиметров.

Затем установите кабельное соединение и защитите концы арматурного стального стержня от возникновения ложной коррозии во время испытания на воздействие. Для этого сначала используйте сверло для отбора керна с внутренним диаметром, немного большим, чем диаметр арматурного стального стержня, чтобы удалить бетон вокруг стали на каждом конце стержня на максимальной длине 10 миллиметров. Поцарапать остатки цементной пасты, прилипшей к стальной поверхности, с помощью соответствующих инструментов.

Затем просверлите небольшое отверстие в одном из концов стальных стержней и с помощью металлического самореза закрепите кабельный наконечник к стальному стержню. Заполните зазор, образовавшийся вокруг обоих концов стального стержня, плотной цементной пастой, раствором или затиркой, осторожно залив суспензию в отверстия. Также покройте наконечник винта кабельного соединения.

Описанная выше процедура имеет решающее значение для предотвращения возникновения ложной коррозии. А значит, коррозия на концах стального стержня. Чтобы ограничить площадь открытой поверхности, покройте боковую поверхность сердечника эпоксидной смолой, а также покройте концы арматурных стальных стержней и кабельное соединение.

Той же эпоксидной смолой покройте торцевые части обнаженной бетонной поверхности со стороны сердцевины, которая ранее была ближе всего к конструкционной бетонной поверхности. Оставьте непокрытую открытую длину от 60 до 80 миллилитров вдоль стального стержня с этой стороны. Поместите все образцы в резервуар стороной образца толщиной от 15 до 20 миллилитров бетона, покрытого бетоном, лицевой стороной вниз.

Установите образцы на небольших пространствах, чтобы обеспечить воздействие раствора на образцы с их нижней стороны. Затем поместите электрод сравнения в раствор для экспонирования. Подключите все образцы к автоматизированному регистратору данных, который может индивидуально измерять потенциалы арматурных стальных стержней по сравнению с обычным электродом сравнения.

Наполните бак водопроводной водой до уровня, при котором все нижние стороны образцов керна соприкасаются с раствором, но они не полностью погружены. Поддерживайте контакт между электродом сравнения и раствором для экспонирования, немедленно начните регистрацию данных, измеряя потенциалы всех образцов относительно электрода сравнения. Через одну-две недели в растворе без хлоридов замените раствор воздействия приготовленным раствором 3,5 хлорида натрия по массе.

Продолжайте мониторинг потенциалов образцов и регулярно проверяйте состояние коррозии каждого образца, оценивая зарегистрированную эволюцию потенциалов с течением времени каждого образца и учитывая критерий возникновения коррозии. Через 60 дней увеличьте концентрацию хлорида натрия в растворе до 7% по массе. Через 120 дней увеличьте концентрацию хлорида натрия в растворе до 10% по массе.

После этого поддерживайте концентрацию хлоридов на этом уровне. При оценке зарегистрированных потенциалов стали во время воздействия используйте эти два критерия для инициации коррозии, чтобы проверить состояние коррозии каждого образца. Первым критерием является снижение потенциала более чем на 150 милливольт от пассивного уровня в течение пяти дней или меньше.

Второй критерий, заключается в том, что в течение последующих 10 дней, потенциал, остававшийся стабильно на достигнутом отрицательном уровне, снижается дальше, либо восстанавливается максимум на 50 милливольт. Как только этот критерий для начала коррозии будет удовлетворен, немедленно удалите образец из раствора для воздействия. Задокументируйте время до начала коррозии образца.

Чтобы начать анализ образца, сначала разделите образец, чтобы удалить стальной стержень. Разрежьте бетонный сердечник с его тыльной стороны алмазным отрезным диском с водяным охлаждением. Следите за тем, чтобы секция была перпендикулярна задней поверхности и выровнена параллельно арматурному стальному стержню.

Чтобы не повредить стальной стержень, следите за тем, чтобы глубина резания не доходила до стали. Держите примерно 10 миллиметров для запаса прочности. Вставьте зубило или аналогичный инструмент и разделите бетонную сердцевину на две половины, чтобы разделить бетон вокруг стального стержня.

Аккуратно снимите арматурный стальной стержень с бетона, при этом на двух половинках бетонного образца останутся отпечатки стального стержня. Немедленно задокументируйте внешний вид интерфейса стального бетона, изучив как стальную поверхность, так и отпечатки стальных стержней в бетоне. Чтобы выполнить анализ хлоридов и определить критическое содержание хлоридов, удалите детали, которые были покрыты эпоксидной смолой, с помощью алмазной резки с водяным охлаждением на обеих половинах бетонного ядра.

С полученных призм удалите бетон и защитную зону, используя водяное охлаждение алмазным покрытием вплоть до двух миллиметров до стального стержня. Впоследствии измельчите бетон и соберите шлифовальный порошок. Толщина этой ступени шлифовки составляет четыре миллиметра.

Высушите полученные образцы бетонного порошка при температуре 105 градусов Цельсия до постоянного веса. Затем вычислите среднее из двух значений. Задокументируйте результат анализа хлоридов, который является критическим содержанием хлоридов для конкретного образца.

Обязательно укажите, выражено ли значение в процентах по весу бетона или по весу цемента. На этом рисунке показан пример потенциалов стали, контролируемых при воздействии хлоридов в лаборатории. Потенциал может значительно снизиться в течение очень короткого времени, но процесс коррозии не может распространяться нестабильно, что становится очевидным из-за увеличения потенциала к его исходному пассивному уровню.

Примерно через 60 дней воздействия потенциал, наконец, падает более чем на 150 милливольт и остается на отрицательном уровне в течение 10 дней. Таким образом, критерий для разделения образца выполнен. На этом рисунке показан пример пятна коррозии, визуально заметного на стальном стержне после расщепления образца.

Репрезентативные результаты по критическому содержанию хлоридов были получены в туннеле более чем 40-летней давности в Швейцарских Альпах. На графике представлены результаты работы с 11 бетонными стержнями, что позволяет получить статистическое распределение критического содержания хлоридов для исследуемого элемента конструкции. В отличие от эмпирических опытов на конструкциях, которые стремились к определению, полученному после начала коррозии.

С помощью этого метода можно измерить пороговые значения хлоридов для элементов конструкции или конкретных конструкций до того, как произойдет коррозионная деградация. По сравнению с обычной практикой использования постоянных табличных пороговых значений хлоридов, применение нашего метода в инженерной практике повысит точность оценок состояния и прогностическую силу моделей для анализа остаточного срока службы конструкций.