Engineering

Eksperimentell protokollen å bestemme klorid terskelverdien for korrosjon i prøver tatt av armert betong strukturer

Published: August 31, 2017 doi: 10.3791/56229

Ueli M. Angst¹, Carolina Boschmann¹, Matthias Wagner², Bernhard Elsener^1,3

¹Institute for Building Materials, ETH Zurich, ²Tecnotest AG, ³Department of Chemical and Geological Science, University of Cagliari

Summary

Vi foreslår en metode for å måle en parameter som er svært relevante for korrosjon vurderinger eller spådommer av armert betong strukturer, med den største fordelen med tillater testing av prøver fra ulike engineering strukturer. Dette sikrer reelle forhold på stål-betong grensesnittet, som er avgjørende for å unngå gjenstander av laboratorium-laget prøver.

Abstract

Aldring av armert betong infrastruktur i utviklede land legger et presserende behov for metoder for å vurdere pålitelig tilstanden til disse strukturene. Korrosjon av det innebygde forsterke stålet er den hyppigste årsaken til fornedrelse. Mens det er velkjent at evnen til en struktur for å tåle korrosjon avhenger sterkt på faktorer som materialer eller alder, er det vanlig praksis å stole på verdier terskelen dersom standarder eller lærebøker. Disse terskelverdier for korrosjon innvielse (C_crit) er uavhengig av faktiske egenskapene til en bestemt struktur, som tydelig begrenser nøyaktigheten tilstand vurderinger og service livet spådommer. Praksisen med å bruke ordnet verdier kan spores til mangelen på pålitelige metoder for å bestemme C_crit på stedet og i laboratoriet.

Her vises en eksperimentell protokoll å bestemme C_crit for individuelle engineering strukturer eller strukturelle medlemmer. En rekke armert betong prøver tatt fra strukturer og laboratorietester korrosjon utføres. Den største fordelen med denne metoden er at den sikrer reelle forhold vedrørende parametere som er godt kjent for stor innflytelse C_kriterier, for eksempel stål-betong grensesnittet, som ikke kan bli representatively etterlignet i laboratoriet-produsert eksempler. Samtidig tillater akselerert korrosjon testen i laboratoriet pålitelig fastsettelse av C_critfør korrosjon innvielsen på testet strukturen; Dette er en stor fordel over alle vanlig tilstand vurderingsmetoder som tillater bare beregne betingelsene for korrosjon etter initiering, dvsnår strukturen er allerede skadet.

Protokollen gir statistisk distribusjon av C_crit for testet strukturen. Dette fungerer som grunnlag for probabilistisk prediksjon modeller for gjenværende tid korrosjon, som kreves for vedlikeholdsplanlegging. Denne metoden kan potensielt brukes i materielle testing av sivil infrastruktur, ligner på etablerte metoder brukes til mekanisk testing.

Introduction

Korrosjon av stål i betong, utløst av utbredelsen av klorider gjennom konkrete, er den vanligste årsaken til tidlig nedbrytning av forsterket og pre stresset betongkonstruksjoner og dermed presenterer en av de viktigste utfordringene i Byggteknikk¹^,²^,³^,⁴. Industrialiserte land har vanligvis en stor beholdning aldring betong infrastruktur, bygget i andre halvdel av forrige århundre, og dermed med en historie med flere tiår med eksponering for marine klima eller deicing salter brukes på veier. Å kunne pålitelig vurdere tilstanden til disse strukturene, dvs, risikoen for korrosjon, danner grunnlaget for planlegging vedlikehold og nettverksinfrastruktur ledelse, generelt.

Etablerte tilnærming i engineering for administrasjon av klor-indusert stål korrosjon i betong er basert på klorid terskelen verdi (også kalt kritiske klorid innhold, C_crit)¹^,⁵^, ⁶. etter dette konseptet, korrosjon innvielse er antatt å skje så snart klorid konsentrasjonen i betongen på stål overflaten overskrider C_crit terskelen. Derfor stole vurdere tilstanden til eksisterende strukturer og beregner gjenværende levetid vanligvis på å bestemme klorid innhold på ulike dybder i betongen, særlig i dybden av det innebygde forsterke stålet. En rekke pålitelige og standardiserte metoder finnes for å måle denne klorid konsentrasjon i prøver av betong⁷^,⁸. Sammenligne resultatene til C_crit gir grunnlag for vurdering av korrosjon risiko og planlegge type og omfanget av reparasjon tiltak. Men krever dette kunnskap om C_crit.

Ulike internasjonale standarder og anbefalinger, samt tekst bøker, fastsatt verdier for C_crit¹^,³^,⁹^,¹⁰^,¹¹. Dette er vanligvis rundt 0,4% klorid av vekten av sement, basert på lang erfaring eller tidlig studier¹²^,¹³. Men er det velkjent at den faktiske motstanden mot C_crit med en bestemt struktur eller strukturelle medlem er sterkt påvirket av materialer, ved en alder av strukturen og eksponering historie og forhold¹ ^, ⁵. dermed det er generelt akseptert at erfaring fra en struktur bør bare brukes på andre strukturer med forsiktighet.

Til tross for dette er det vanlig engineering praksis å bruke ordnet C_crit verdier, uavhengig av selve strukturen. Dette kan forklares ved enorme scatter av C_crit i litteratur og mangel på pålitelige metoder for å bestemme C_crit på stedet og i laboratorium⁵. Tilnærmingen til bruker ordnet terskelverdier i holdbarhet vurderinger er strukturelle hensyn i tilstand vurderinger av aldring betongkonstruksjoner. I sistnevnte tilfelle, det finnes en rekke standardisert testmetoder å avgjøre mekaniske egenskaper, for eksempel styrken av materialet i strukturen (konkret, forsterke stål), som skal brukes i beregninger av den strukturelle problemet.

I dette arbeidet vises en eksperimentell protokoll å bestemme C_crit på prøver tatt fra ulike engineering strukturer. Tilnærmingen er basert på boring kjerner av armert betong i deler av betongkonstruksjoner der korrosjon ikke har ennå initiert. Disse prøvene er overført til laboratoriet der de er utsatt for en akselerert korrosjon test for å studere forholdene for korrosjon innvielse. Den største fordelen med den foreslåtte metoden er at prøvene stamme fra strukturer og dermed utstillingen reelle forhold vedrørende en rekke parametere som er godt kjent for stor innflytelse C_crit og som ikke kan representatively etterlignet i laboratoriet-produsert prøver. Dette inkluderer type og alder av betong (unge laboratory betong versus modne site-produsert betong), type og overflaten tilstand de forsterke stål brukes på bygging, og generelt egenskapene for stål-betong grensesnitt¹⁴. Sammen med nøyaktigheten av laboratoriet målemetoder tillater denne tilnærmingen pålitelig fastsettelse av C_crit for spesifikke strukturer eller strukturelle medlemmer.

Anvendelse av det foreslåtte protokollen i engineering praksis vil - sammenlignet med den vanlige praksisen med å bruke en konstant verdi for C_crit - forbedre nøyaktigheten av tilstand vurderinger og prediktiv kraft modeller å analysere den gjenværende levetid. Forventet sterk økningen i reparasjoner av infrastrukturen bygget over de kommende tiår¹⁵ utgjør et presserende behov for slik en bedring i engineering av korroderende infrastrukturer.

Protocol

1. prøvetaking Engineering strukturen

Velg testområder i betong strukturen ved å ta hensyn notatet under.
Merk: Et testområde er området der flere prøver vil bli tatt. Et testområde bør være plassert i en strukturell medlem (antagelig fra en betong batch), og viser homogen eksponering for miljøet (for eksempel unngå betydelige forskjeller i prøvetaking høyde i kolonner eller vegger). Dermed kan flere testområder velges i en teknisk struktur. Som et ekstra krav må testområdet være gratis tempera. Dette kan bekreftes basert på resultatene av etablerte inspeksjon metoder, inkludert ikke-destruktiv testing som potensielle kartlegging ¹⁶ ^, ¹⁷ ^, ¹⁸. Merk at klorid penetrasjon kan allerede ha skjedd i det strukturelle medlemmet under vurdering. Dette påvirker ikke gyldigheten av testmetoden beskrevet her, men kan påvirke tiden som krevs for korrosjon i laboratoriet.
i hvert test på strukturen, velge steder av prøvetakingen (prøvetaking steder). Velg prøvetaking steder uten honeycombs, sprekker, avskalling eller andre tegn på lokalt dårlig betong dekke kvalitet eller forringelse.
1. Finne det forsterke stålet barer i betong med en ikke-destruktiv, håndholdte skanning enheten kalles " forsterkende stål detektor " ¹⁹. Flytter stål detektoren både i horisontal og vertikal retninger over betongen overflaten innenfor testområdet og merke (med kritt) hver forsterke stål bar midlertidig på Betongoverflate (rutenett shape).
2. Velg plasseringer for kjerneboring av kjerner med en diameter på minst 150 mm; Merke og merke dem på Betongoverflate (med kritt). Unngå prøvetaking kryss av reinforcing stolper i kjernen. Velg plasseringen slik at den forsterkende stål bar blir så sentralt plassert som mulig innenfor kjernen.
  Merk: Pass på å velge de stålstenger som er av interesse for vurdering av strukturen (vanligvis laget med lavest dekke dybden); Det er spesielt viktig å skille mellom loddrett og vannrett orientert barer som dette har en innflytelse på korrosjon ytelse ²⁰.
3. Konto for variasjon iboende å C _kriterier, og kan gi statistiske data, velger du minst 5 (ideelt 10) steder for prøvetaking i et testområde.
4. Vurdere strukturelle konsekvenser med hensyn til antall og plassering av kjerner boret fra strukturen for å unngå noen kritiske svekkelse av forårsaket av prøvetaking.
5. Dokumentere plasseringen av alle prøvene i den strukturelle medlemmet nøyaktig før prøvetaking (fotografier, skisser som viser avstander til kantene, etc.)
  Merk: Dette kan også omfatte dokumentasjon på stedet målte parametere på tilsvarende steder som elektrokjemiske stål potensialer ¹⁶ ^, ¹⁷ ^, ¹⁸, dekke dybde målinger ¹⁹, eller andre ikke-destruktiv resultater som betong resistivitet.
Bore betong kjernene (minimumsdiameteren 150 mm) som inneholder delen av forsterke stål etter vanlige prosedyrer og standarder ²¹.
1. å unngå å skade stål-betong grensesnittet, utfører kjerneboring nøye (vannkjølt boring, skarp boring verktøy, etc.) justere dybden av kjerneboring avhengig av betong kvaliteten og dekke dybde på forsterke stål.
  Merk: som en tommelfingerregel, lengden på kjernen bør være minst 2 - 3 ganger dekke dybde. Dette tillater vanligvis bryte kjernen av strukturen uten å skade stål-betong grensesnittet.
2. Fjerne det flytende vannet fra betong kjernen overflaten. Klart etiketten kjernen med merketråd vanntett kritt.
3. Pakke kjernen i en diffusion stramt folie å bevare fuktighet forholdene under transport til laboratoriet.

2. Prøve forberedelse i laboratoriet

Merk: trinnene gjelder hvert utvalg (kjernen) tatt fra strukturen for å forberede dem for laboratorietesting korrosjon. Dette tjener til å akselerere korrosjon testen (redusere betong cover), mens bevare forholdene i kjernen og gir beskyttelse mot uønskede slutten-effekter (f.eks, spaltekorrosjon).

Juster betong dekselet på både forsiden og baksiden av boret kjernen.
1. Reduser betong dekselet på forsiden (som er opprinnelig utsatt siden) av vannkjølt diamant kutte for å få siste konkrete dekke tykkelse på prøven i størrelsesorden 15-20 mm ( figur 1 en -b).
2. Kontroller at betong dekke tykkelsen er uniform i siden utsettes. Måle betong dekselet på begge ender av det forsterke stål bar (dvs. på lateral ansiktet til kjernen) med en tykkelse. Om nødvendig bruke kutte eller polering verktøy for å eliminere eventuelle forskjeller i dekselet tykkelse overstiger 1 mm.
3. Måle tykkelsen av betong bak det forsterke stål med en tykkelse eller en linjal på lateral ansiktet til kjernen og sikre at den er ~ 30-50 mm ( figur 1 b). Eventuelt kuttet kjernen med vannkjølt diamant kutte.
  Merk: Ingen polering kreves på denne siden.
Etablere en kabeltilkobling og beskytte den forsterke stål bar ender fra falske korrosjon innvielsen under eksponeringen testing av følgende prosedyre figur 1 c.
1. Bruk en coring drill med en diameter litt større (med 2-4 mm) enn diameteren på baren forsterke stål fjerne betongen rett rundt stål på hver bar slutten over en lengde på maksimalt 10 mm. grunnen rester av sement lime følge den stål overflaten med hjelp av tilstrekkelig verktøy (metall spatula, liten meisel, etc.)
2. bore et lite hull i en av endene av stål barer og bruke en metallisk selvskjærende skruen til å fikse en kabel lug (koblet til en kabel) til stål bar. Kontroller at kabelen lug fast presses mot det forsterke stålet.
  Merk: Diameteren på skruen skal være litt større (f.eks med 0.1 - 0.2 mm) enn av hullet i stål for å garantere en tett og solid tilkobling.
3. Tråden skruen i forsterke stål, og sikre at det ikke stikke den forsterkende stål delen på et sted som dette vil sannsynligvis påvirke elektrokjemiske målinger og korrosjon virkemåten.
  Merk: Dette kan sikres ved hjelp av korte skruer og betaler oppmerksomhet til retning av boring hullet (parallelt på aksen av stål). Det er enklere å bore parallell til aksen av stål bar hvis kuttet ansiktet av stål bar er vinkelrett til bar akse. Det er derfor viktig at forsterkende barene ligger sentralt i kjernen, ellers kuttet stål ansiktet er ikke vinkelrett til stål bar aksen.
4. Bruker ikke lodding, spot sveising eller lignende teknikker etablere elektrisk kabeltilkoblingen fordi oppvarming kan påvirke stål eller stål-betong grensesnittet i utvalget.
5. Fylle gapet skapt bedred både stålstenger ender med en tett sement lim/mørtel/grout ved å forsiktig helle slurry hullene. Også coat skruen og lug av kabeltilkoblingen.
  1. Bruk en polymer endret sement-basert produkt for å sikre god etterlevelse og slutten.
    Merk: Det finnes en rekke kommersielle produkter markedsføres som reparasjon bombekastere eller lignende (se Tabell for materiale). Det er viktig at produktet ikke inneholder en korrosjon hemmer eller andre stoffer som påvirker elektrokjemiske virkemåten av steel.
  2. Kontroller denne sement lim/mørtel/grout brukes og kurert riktig, dvs. ifølge leverandøren ' s instruksjoner.
Bruke en epoxy belegg for å begrense utsatte overflaten.
1. Før bruk belegget, at betongen noen dager med tørking ved romtemperatur og inneklima. Unngå aggressiv (f.eks i ovnen) eller langt (mer enn en 1-2 uker) tørking av kjernen som dette kan endre mikrostruktur av betong (cracking), og dermed påvirke testresultatene.
2. Coat lateral overflaten av kjernen med en epoxy harpiks. Også dekke det forsterke stål bar ender og kabeltilkoblingen (skrue, kabel lug, etc.) ( figur 1 c - D).
3. Med den samme epoxy harpiksen, også dekke slutten deler av eksponert betongen ved siden av kjernen, som var tidligere nærmest strukturelle betongen ( figur 1 d). Forlate en eksponert (ubestrøket) lengde langs stål bar på denne siden av 60-80 mm.
4. La øvre betong ansiktet ubestrøket (dvs., siden overfor den synlige siden, sammenligne figur 1 d).
  Merk: Epoxy harpiks brukes skal anvendes på betong (stabilt i alkaliske forhold, lett å spre, f.eks med en pensel, etc.)
5. bruke belegget, slik at den danner en diffusjon tett barriere mot senere eksponering mot de som inneholder løsningen. Kontroller at belegg tykkelse er minst 2 mm. Sjekk at ingen porene og hull er synlige i belegget. Hvis nødvendig, bruke flere lag av harpiks.
6. Protokollen kan pauses her, wrap prøven igjen i en diffusion stramt folie.

3. Korrosjon Test

Forbered den installasjonsprogrammet for eksponering for løsning.
1. Sted alle prøvene i en tank, med prøven siden viser 15-20 mm betong dekker tykkelse vendt nedover. Montere prøvene på små avstandsstykker å tillate eksponering av løsningen til prøvene fra undersiden deres ( figur 2).
2. Velge en tank med dimensjoner tillater avstand mellom de konkrete eksemplene og mellom prøvene og akvariet vegger på minst 4 cm; høyden på akvariet er ideelt i området 15-30 cm.
Forberede instrumentering for datalogging.
1. Sted en referanse elektrode i eksponering løsningen ( figur 2).
  Merk: For en referanse elektrode, alle typer stabil referanse elektrode, egnet for nedsenking i eksponering løsningen kan brukes (for eksempel en Ag/AgCl/KCl _satt referanse elektrode). Spesielle tiltak kan være nødvendig å unngå forurensning av eksponering løsningen av elektrolytt referanse elektrode og omvendt.
2. Koble alle prøver til en automatisert logger, noe som kan individuelt måle potensialet av de forsterkende stålstenger vs felles referanse elektroden ( figur 2). Bruke en datalogger med en inngangsimpedans høyere enn 10 ⁷ Ohm.
3. Angi måling av datalogger minst 4 mål per dag for hver prøve, fortrinnsvis, bruker et intervall på 1 h for hvert utvalg.
Starte eksponering for flammehemmende løsning.
Merk: Begynnelsen av eksponering for løsning tilsvarer tiden t ₀ = t = 0, for hvert utvalg.
1. Fyll tanken med vann fra springen (pH i 6.5-8.0, flammehemmende, drikkevann kvalitet). Kontroller at vannstanden er slik at alle lavere sider av kjernen prøvene er i kontakt med løsning, men de er ikke helt nedsenket (dvs. med Øvre eksempel ansiktet over vannivået). Opprettholde kontakt mellom referanse elektrode og eksponering løsningen ( figur 2).
2. Straks datalogging, dvs måle potensialet av alle prøver vs referanse elektroden.
3. Overvåke potensial for over 1-2 uker og vurdere at potensialene forventes å nå stabil verdier i et område som angir stål passivitet.
  Merk: Dette er vanligvis rundt 100 til 200 mV vs Ag/AgCl/KCl _sat ¹.
4. i noen tilfeller eksemplene antar potensialer klart mer negativ enn-100; umiddelbart inspisere prøvene nærmere (se avsnitt 5). Utføre dette trinnet også hvis potensialet varierer markert ved eksponering for flammehemmende løsningen.
Starte eksponering for klorider.
1. Etter 1 - 2 uker i flammehemmende løsning, erstatte eksponering løsningen med en løsningen på 3,5% NaCl vekt. Bruk deionisert vann for å forberede denne chloride løsning. Bruk en mengde chloride løsning lik den første flammehemmende løsningen (samme dybde av nedsenking). Lukk eksponering tanken med lokk (anbefalt) å begrense fordampningen av løsningen og relaterte endringer i klorid konsentrasjon.
2. Under klorid eksponering, regelmessig sjekke vannstand med hensyn til prøvene (minst en gang per 2 uker). Om nødvendig Legg deionisert vann. Grense fornye hele eksponering løsningen minimum fordi dette fremmer utvasking av betongen.
3. Fortsett overvåking potensialene prøvene og regelmessig (på hver to ganger i uken) Sjekk korrosjon delstaten hvert utvalg evaluering innspilte utviklingen av potensialer over tid av hvert utvalg og vurderer kriteriet for korrosjon innvielsen definert i § 3.5.
4. Etter 60 dager, øke NaCl konsentrasjonen i løsningen til 7% av vekten. Etter 120 dager, øke NaCl konsentrasjonen i løsningen til 10% av vekten. Etter dette opprettholde klorid konsentrasjonen på dette nivået.
Vurdere overvåkede potensialene over tid for å oppdage korrosjon innvielse.
Merk: Under eksponering, prøvene vanligvis viser relativt stabil potensialer innen ca +/-30 mV av de opprinnelige verdiene for eksponering for flammehemmende vann. Dette potensielle området vil bli referert til som " passiv nivå " her ( Figur 3). Det kan være forskjellig for hver enkelt prøve.
1. Når du vurderer innspilte stål potensial under eksponering, bruk følgende kriterium for korrosjon innvielsen for å sjekke korrosjon tilstanden av hver. Følgende to betingelser må være oppfylt for korrosjon innvielsen (< sterk class = "xfig"> Figur 3):
  1. sjekk hvis potensialet reduseres med mer enn 150 mV fra passiv nivå innenfor en tidsperiode på 5 dager eller mindre.
  2. Under følgende 10 dager, sjekk hvis potensialet forblir stabile på oppnådd negative nivå, reduseres ytterligere, eller gjenoppretter ved maksimalt 50 mV.
    Merk: For mer bakgrunnsinformasjon informasjon om dette vilkåret for påvisning av korrosjon se diskusjon.
2. Når dette vilkåret for korrosjon innvielsen er fornøyd, umiddelbart fjerne prøven fra eksponering løsning og fortsett som beskrevet i Seksjon 4. Dokument tid til korrosjon innvielse (t _ini) i dette eksemplet ( Figur 3). Fortsette eksponering testen med gjenværende prøvene.
3. Om potensielle reduksjonen passiv nivået er mindre enn 150 mV, observerer prøven nøye over kommende eksponeringstid. Hvis potensialet reduseres ytterligere og oppnår et stabilt nivå, kan du vurdere dette som en endring i korrosjon tilstand.
  1. Betale spesiell oppmerksomhet til slike eksempler ved å sjekke korrosjon staten med alternative målinger (f.eks måling linear polarisasjon motstand ²²) eller endelig analysere dem som beskrevet i Seksjon 4. Hvis tidspunktet for korrosjon innvielse ikke klart tilskrives, avvise prøven.
4. Hvis det potensielle miste uttales (over 150 mV innen få dager), men etterfulgt av en økning i potensial over følgende dager mot første passiv nivå ( Figur 3), La prøven eksponering løsning for ytterligere overvåking.
5. Vier spesiell oppmerksomhet til situasjoner der alle potensialene prøvene i samme eksponering tanken gjennomgå samtidige endringer i potensial. Hvis dette skjer, umiddelbart se referanse elektrode, og fikse det eller erstatte den med en ny hvis nødvendig.
  Merk: Utveksler løsningen eller øker klorid konsentrasjonen vanligvis fører til endringer i potensial. Dette skyldes å etablere ulike diffusjon potensialer på begge knutepunktene eksponering løsning/referanse elektrode eller eksponering løsning/betong eksempel ²³. Disse endringene påvirker alle prøver eksponert i samme tanks tilsvarende. De angir ikke endringer i korrosjon staten.
  Merk: Hvis referanse elektroden er ustabil eller lekkasjer i løsningen, vil det vise en drift. Som en konsekvens, viser alle overvåkede stål potensialer den samme trenden over tid. Dette betyr ikke at endringer i korrosjon staten.

4. Prøve analyse etter korrosjon innvielsen

delt prøve å fjerne den stål stang
1. På tilbaketrekking av et utvalg av eksponering løsningen, delt (som trinn 4.1.2) konkrete kjernen for videre analyser og visuell undersøkelse av stål overflaten og betong på stål-betong grensesnittet.
2. Skjær betong kjernen fra bakside (en ikke utsatt for løsningen) med en vannkjølt diamant knivbladene ( Figur 4). Kontroller at delen er vinkelrett til bakre overflate og justert parallell å forsterke stål stang. For å unngå å skade stål bar Kontroller at dybden av skjæring er lavere (med ca 10 mm) enn betong dekke tykkelsen på denne siden.
3. Sette inn en meisel eller et lignende verktøy og dele betong kjernen i to halvdeler, dette vil dele betongen rundt stål stang
4. Fjerner det forsterke stål bar fra betongen, det etterlater de to halvdelene av betong prøven med avtrykk av stål bar ( figur 5 en).
Visuelt undersøke stål-betong grensesnittet.
1. Umiddelbart dokumentet (fotografier, tegninger, etc.) utseendet til stål-betong grensesnittet ved å undersøke både stål overflaten og stål bar forlagene i betongen. Ta hensyn til følgende.
2. Dokumentere plasseringen og morfologi av korrosjon.
  Merk: Steder av korrosjon kan vanligvis lett identifiseres av utfelt korrosjon produkter ( figur 5 en). Merk nummeret og plasseringen av disse stedene. Fargen på korrosjon produktene er også av interesse. Vanligvis på deling er de mørke/svart/grønn. Når utsatt for luft, blir de brun/red.
3. Av prøven for falske korrosjon innvielsen, dvs korrosjon som har startet på eller nær det stål baren ender. Hvis dette er tilfelle, avviser prøven og Merk at ingen C _crit kan fastslås.
  Merk: Korrosjon som starter under testen på eller nær det stål baren ender, dvs innen 15 mm av stål bar ender, anses falske korrosjon innvielse. Dette kan skyldes kløft situasjoner, utilstrekkelig stål bar slutten tiltakene (f.eks, dårlig grout fylling eller porøse epoxy belegg) eller fordi metallisk skru kabeltilkoblingen stikker stål bar (seksjoner 2.2 og 2.3).
4. Dokumentet tomrom eller porene i betongen. Legg merke til om plasseringen av tomrom eller porene sammenfaller med plassering(er) av korrosjon.
5. Dokument noen særtrekk som sprekker, honeycombs, grovt tilslag, fremmedlegemer, knytte ledninger, avstandsstykker, osv., i betong og deres posisjon med hensyn til plassering(er) av korrosjon.
Måle carbonation dybden.
1. Umiddelbart etter dokumentasjon, spray splitten konkret overflater med phenolphthalein løsning og bestemme carbonation dybde ²⁴.
  Merk: Det er viktig å merke seg om carbonation dybden nådd stål overflaten, og hvis ikke, hva avstanden carbonation dybden til stål bar. Dette må rapporteres med resultatene.
Utføre klorid analyser og bestemme C _crit.
1. På begge halvdeler av betong kjernen, fjerne delene som var epoxy-belagt med vannkjølt diamant kutte ( figur 6 et).
2. Fra de fått prismer, fjerne betongen i sonen dekselet med vannkjølt diamant kutte ned 2 mm til stål bar ( figur 6 b). Tørr betongen på 105 ° C over natten.
3. Deretter slipe betongen og samle sliping pulver, tykkelsen på denne sliping trinnet er 4 mm ( figur 6 c). Dette gir, fra hver halvparten av betong kjernen, et utvalg av betong pulver i en dybde av stål bar +/-2 mm.
4. Tørr innhentet betong pulver prøvene på 105 ° C til en konstant vekt. Analysere syreoppløslig chloride konsentrasjonen i tørket betong pulver ifølge standarder ⁷ ^, ⁸. Beregne gjennomsnittet av de to verdiene.
  Merk: Resultatet er klorinnholdet i prosent av vekten av betongen.
5. Hvis sement innholdet av betong i spesifikke eksemplet brukes for klorid analyse kan bestemmes (f.eks ved hjelp av egnet metoder ²⁵ ^, ²⁶ ^, ²⁷), konvertere klorinnholdet til prosent av vekten av sement.
6. Dokumenterer resultatet av klorid analysen, som er kritiske klorinnholdet C _crit for bestemte prøven. Sørg for å angi om verdien uttrykkes i prosent av vekten av betong eller vekten av sement.
Dokumentere resultatene som en kontrollrapport for hver eksempel.
1. Rapportere alle dokumenterte effekter fra visuell inspeksjon (inndelingen 4.2) sammen med testresultatene (innspilt potensialer over tid, tid til korrosjon innvielsen, carbonation dybde og C _crit).

5. Håndtering av spesielle situasjoner

Hvis negativ potensialer før klorid eksponering er observert, dvs. hvis stål potensielle blir klart negativt i løpet av første eksponering til flammehemmende løsning (seksjon 3.3), gi spesielle hensyn til følgende.
1. Vurdere en hendelse av falske korrosjon.
  1. Bekreft falske korrosjon innvielse ved å fjerne stål bar ender ved å kutte på hver stål bar ende at betong fra prøven (vannkjølt diamant kutte). Fjerne opptil ~ 20 mm betong på hver side.
  2. Måle igjen potensialet av stål ved å plassere en referanse elektrode ved hjelp av en fuktet svamp på utsatte Betongoverflate og elektrisk kontakt kuttet ansiktet av stål stang
  3. Hvis potensialet er fortsatt relativt negative, avvise prøven.
  4. Hvis potensialet i området av passiv andre prøvene av samme serien, vurdere å bruke prøven for å fastslå C _crit. I dette tilfellet, Fortsett med trinn 2.2 av protokollen. Når du rapporterer resultatene, indikerer at dette eksemplet var mindre (kortere utsatt stål bar lengde) enn de andre som.
2. Hvis falske korrosjon innvielsen kan utelukkes, sjekk hvis betongen på stål dybden var allerede kullsyreholdige og vurdere å bestemme klorid konsentrasjonen på stål dybde. Hvis carbonation eller en svært høy klorid konsentrasjon forklarer initiering av korrosjon på wetting, dokumentere dette i rapporten av testen og Merk at ingen C _crit kan bestemmes i dette tilfellet.
  Merk: Dette kan skje hvis betongen på stål dybden var allerede kullsyreholdige og/eller inneholdt en tilstrekkelig mengde klorid å fremme korrosjon på wetting. Dette kan være tilfelle når prøvene er tatt fra en struktur i en tørr periode, dvs når ingen aktive korrosjon pågikk i strukturen, og dermed ingen korrosjon kan oppdages ved inspeksjon metodene beskrevet i delen 1.

Representative Results

Figur 7 viser typisk stål potensialer overvåket under klorid eksponering i laboratoriet. Begge eksemplene viser at potensialet kan falle betydelig i løpet av kort tid, men at det korrosjon prosessen ikke kan ennå stabilt videreføres, som blir tydelig gjennom en økning av potensialet mot sitt første passiv nivå. I denne protokollen, defineres tidspunktet for korrosjon innvielsen, dvs., som eksponering er stoppet og C_crit bestemmes, av en potensiell reduksjonen etterfulgt av 10 dager av negative potensialer (se delen 3.5.2 og Diskusjon for mer informasjon).

Det er vanlig at det kan ta flere måneder før stabil korrosjon innvielsen skjer. Dette avhenger også på første klorinnholdet allerede i betongen når prøvene er tatt fra strukturer. I noen tilfeller av eksperimentene utført hittil, tok det mer enn 1 år til korrosjon startet.

Figur 8 viser et eksempel på C_crit målt i 11 prøver tatt fra en mer enn 40 år undersjøisk tunnel i de sveitsiske Alpene. Alle disse prøvene var tatt fra innenfor et område på 1-2 m², således antagelig identisk produsert og utsatt. I dette eksemplet var klorinnholdet på stål overflaten ved prøvetaking ubetydelig. I tillegg var carbonation foran fortsatt langt fra stål overflaten.

Figur 9 viser to eksempler der stål potensielle sterkt redusert ved eksponering til flammehemmende løsningen. I en av disse spesielle tilfeller finner det under påfølgende (destruktive) undersøkelse av utvalget at betongen på stål dybden var allerede kullsyreholdige. Ved ankomst av vann på stål overflaten, korrosjon prosessen dermed umiddelbart startet. I det andre tilfellet, falske korrosjon innvielsen skjedde på en av stål bar ender.

Figur 1 . Skjematisk tegning av prøve tatt fra en struktur og behandlet i laboratoriet: (en) konkrete kjerne med en innebygd stykke forsterke stål; (b) å redusere betong dekselet på den synlige siden og på baksiden av vannkjølt diamant klipping; (c) stål bar slutten beskyttelse fjerne noen konkrete rundt stål og erstatte den med en tett sement lim/mørtel og påfølgende epoxy belegg; og (d) epoxy belegg på lateral ansikter og slutten sone av eksponert betongen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2 . Skjematisk tegning av oppsettet for korrosjon testen i laboratoriet. Viser plasseringen av prøvene i eksponering tanken. Avstandsstykker brukes til å sikre kontakt til eksponering løsning fra bunnen eksempel overflaten. Alle prøver er koblet til en datalogger, måle potensialet i hver prøve vs en referanse elektrode plassert i eksponering løsningen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3 . Skjematisk tegning av mulig tid-videreutviklinger av det stål potensialet som illustrerer kriteriet for korrosjon initiering. På punkt 1, en potensiell innom mindre enn 150 mV fra første "passive nivå" skjer; på punkt 2, en potensiell innom minst 150 mV oppstår, som er etterfulgt av repassivation; i punkt 3, en potensiell dråpe minst 150 mV oppstår (innen en maks 5 dager) og oppnådd negative potensielle nivået vedvarende kvalitetsprogram. På t_ini, trekke utvalget fra eksponering løsning. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4 . Skjematisk tegning illustrerer skjæring og deling av konkret eksempel etter oppdagelsen av korrosjon. Først kuttet en "grøft" på baksiden, parallelt med stål bar. Ved å sette inn en meisel eller et lignende verktøy, kan grøften brukes til å splitte prøven som angis av pilene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5 . Fotografier illustrerer eksempel analyse etter korrosjon innvielsen. (en) de to halvdelene av prøven etter deling, og (b) en rust vises på stål overflaten etter korrosjon innvielsen. Bilder fra forskjellige prøver. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 6 . Skjematisk tegning illustrerer prøvetaking for klorid analyse etter korrosjon initiering: (en) fjerning av epoxy-belagt deler av splitten konkret kjernen (lilla = skjæringsplan); (b) fjerning av betong forsiden ned 2 mm fra stål overflaten (lilla = skjæringsplanet); (c) sliping over en dyp tidsintervallet +/-2 mm stål bar dekke dybde (rød = samplet volum). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 7 . Representative eksempler på målt potensielle vs tid kurver. Vanligvis uttales potensielle dråpene som kan være etterfulgt av en potensiell økning (repassivation) til stabile korrosjon innvielse i henhold til foreslåtte kriteriet endelig starter. (en) viser en sak der potensialet stabiliserer på negative nivå, og (b) er et eksempel hvor potensialet fortsetter synkende i studerte periode på 10 dager. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 8 . Eksempel på C_crit målt i 11 prøver tatt fra innenfor et lite konkrete område i en mer enn 40 år gamle veien Tunnel i de sveitsiske alper. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 9 . Eksempler på merkede potensial reduserer umiddelbart ved eksponering i flammehemmende løsning. I ett tilfelle, betong på stål dybden var allerede kullsyreholdige, dermed ved ankomst vann på stål overflaten, korrosjon prosessen begynte straks, fører til en skarp nedgang i potensial. I det andre tilfellet, falske korrosjon innvielsen skjedde på en av stål bar ender, som her førte til en mer gradvis potensiell nedgang. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Discussion

De viktigste trinnene for å lykkes med det foreslåtte eksperimentelle protokollen å bestemme C_crit er de blant annet tiltak for å hindre falske korrosjon initiering og andre stål bar slutten effekter. I denne forbindelse, en rekke tilnærminger ble testet, blant annet her rapporterte protokollen ble funnet for å gi de beste resultater²⁸. Ytterligere tester lov denne redusere hastigheten av falske under 10%. På den ene siden, er dette grunn belegg grenseområdet av eksponert betongen med epoxy harpiks, som øker lengden på transport av klorider gjennom konkrete stål baren ender betraktelig. På den annen side, forbedrer erstatter den opprinnelige betongen rundt stål bar ved endene med en tett, svært alkalisk sementbaserte slurry vesentlig Korrosjonsmotstanden i disse områdene. Slike systemer, dvsbelegg stål bar ender med et lag av en polymer-modifisert sementbaserte materiale, har vist seg vellykket i andre studier²⁹^,³⁰.

En annen viktig aspekt er vilkåret for korrosjon innvielsen. Dette kriteriet er basert på RILEM tekniske komité TC-235 som rettet å anbefale en testmetode for måling av C_crit i prøver produsert i laboratoriet³¹. Begrunnelsen er at det er kjent at utbruddet av korrosjon av unpolarized stål innebygd i betong kan skje over lang tid i stedet for en veldefinert øyeblikkelig³⁰^,³². Stål kan starte korroderende ved relativt lav klorid konsentrasjoner, men hvis disse ikke er kunne opprettholde det korrosjon prosessen, repassivation oppstår, som blir tydelig av en potensiell økning tilbake til første passiv nivå. Slike depassivation-repassivation-hendelser er vanligvis observert i lignende studier³⁰^,³³^,³⁴. Klorid konsentrasjonen målt på en stabil korrosjon er mer relevante for praksis enn som første tegn på mulige avvik fra passiv nivå bli tydelig. Med det foreslåtte kriteriet representerer C_critklorid konsentrasjonen som korrosjon starter og også stabilt overfører.

En begrensning av metoden er at prøvene er relativt liten, som kan ha innflytelse på de resultater³⁵^,³⁶. For å motvirke dette, anbefales det for å bruke en relativt høy rekke prøver (ideelt 10). Nivået av tillit, avhengig av statistisk distribusjon av C_crit i faktiske testområdet. For mer informasjon i denne forbindelse, se referanse³⁶. En ekstra begrensning er at fuktighet forholdene i laboratoriet eksponering kan være forskjellig fra de av en faktisk struktur. Til slutt, gjenkjenning av korrosjon kan være vanskelig i tilfeller hvor potensialet er vanligvis negativ, som i slagg sement eller andre sulfide som inneholder bindemidler.

Best av vår kunnskap er dette den første metoden C_kriterier besluttsomhet i engineering strukturer på et tidspunkt før korrosjon innvielsen. I motsetning til Erfaringsmessig fra strukturer, som per definisjon innhentet etter korrosjon innvielsen, kan denne metoden brukes til å måle C_crit for spesifikke strukturer eller strukturelle medlemmer før korrosjon degradering ; resultatene kan dermed brukes til å vurdere risikoen for (fremtidige) korrosjon og forutsi gjenværende tid korrosjon innvielse (service livet modellering). Dermed har denne metoden potensial til å bli brukt i materiale testing, ligner på etablerte metoder brukes til mekanisk testing (kompresjons styrke, etc.)

Metoden brukes til en rekke forskjellige konkrete infrastrukturer i Sveits. Dette vil utvide sterkt begrenset⁵ kunnskap om statistiske distribusjoner av C_crit i strukturer. Videre vil det avsløre påvirkning av ulike faktorer som alder strukturer, bygging materialer, etc., og dermed gi viktig informasjon for sivilingeniører og beslutningstakere i nettverksinfrastruktur ledelse.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Arbeidet beskrevet her var delvis finansiert av den sveitsiske Federal veier Office (forskningsprosjekt AGB2012/010). Vi erkjenner kraftig økonomisk støtte.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Stranded wire			cross section at least 0.50 mm²; ideally copper wire, tin plated
Self-tapping metal screw			any suitable self-tapping screw, typically of length 4 - 5 mm and diameter around 2.5 mm
Ring cable lug			suitable to connect screw and cable
SikaTop Seal-107	Sika		two-part polymer modified cementitious waterproof mortar slurry
Epoflex 816 L	Adisa		epoxy coating
Exposure tank			any suitable tank (e.g. rako box) with a lid; sufficiently large for exposing the samples
Reference electrode			Any stable reference electrode suitable for continuous immersion in sodium chloride solution
Tap water
Sodium chloride
Data logger			any device able to monitor the potentials of all samples vs. the reference electrode at the specified interval (input impedance >10E7 Ohm)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

Bertolini, L., Elsener, B., Pedeferri, P., Redaelli, E., Polder, R. B. Corrosion of Steel in Concrete: Prevention, Diagnosis, Repair. 2nd edn. , WILEY-VCH. (2013).
Development of an holistic approach to ensure the durability of new concrete construction. , British Cement Association. Crowthorne, UK. (1997).
Condition control and assessment of reinforced concrete structures exposed to corrosive environments. Fédération Internationale du Béton (fib). , (2011).
Angst, U. M., et al. Present and future durability challenges for reinforced concrete structures. Mater. Corros. 63 (12), 1047-1051 (2012).
Angst, U., Elsener, B., Larsen, C. K., Vennesland, Ø Critical chloride content in reinforced concrete - A review. Cem. Concr. Res. 39 (12), 1122-1138 (2009).
Breit, W., et al. Zum Ansatz eines kritischen Chloridgehaltes bei Stahlbetonbauwerken. Beton- und Stahlbetonbau. (5), 290-298 (2011).
European Standard EN14629: Products and systems for the protection and repair of concrete structures - Test methods - Determination of chloride content in hardened concrete. European Committee for Standardization. , (2007).
ASTM C1152 Standard Test Method for Acid-Soluble Chloride in Mortar and Concrete. ASTM International. , (2012).
SIA 269/2:2011 Erhaltung von Tragwerken - Betonbau. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein SIA. , (in German) (2011).
Draft, Draft recommendation for repair strategies for concrete structures damaged by reinforcement corrosion. Mater Struct. 27, RILEM TC 124-SRC 415-436 (1994).
Broomfield, J. P. Corrosion of Steel in Concrete: Understanding, Investigation and Repair. 2nd edn. , CRC Press. (2006).
Richartz, W. Die Bindung von Chlorid bei der Zementerhärtung. Zement-Kalk-Gips. 10, (in German) 447-456 (1969).
Vassie, P. Reinforcement corrosion and the durability of concrete bridges. Proc. Inst. Civ. Eng. Part 1. 76, 713-723 (1984).
Angst, U. M., et al. The steel-concrete interface. Mater. Struct. 50 (2), 143 (2017).
Polder, R. B., Peelen, W. H. A., Courage, W. M. G. Non-traditional assessment and maintenance methods for aging concrete structures - technical and non-technical issues. Mater. Corros. 63 (12), 1147-1153 (2012).
Standard Test Method for Corrosion Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete. ASTM International. , ASTM C876 (2015).
Planung, SIA 2006:2013 Planung Durchführung und Interpretation der Potenzialmessung an Stahlbetonbauten. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein SIA. , (in German) (2013).
B3: Merkblatt für Elektrochemische Potentialmessungen zur Detektion von Bewehrungsstahlkorrosion. Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung DGZfP. , (in German) (2014).
B2: Merkblatt zur zerstörungsfreien Betondeckungsmessung und Bewehrungsortung an Stahl- und Spannbetonbauteilen. Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung DGZfP. , (in German) (2014).
Soylev, T. A., François, R. Quality of steel-concrete interface and corrosion of reinforcing steel. Cem. Concr. Res. 33 (9), 1407-1415 (2003).
European Standard EN 12504-1:2009 - Testing concrete in structures. Cored specimens. Taking, examining and testing in compression. European Committee for Standardization. , (2009).
Andrade, C., et al. Test methods for on-site corrosion rate measurement of steel reinforcement in concrete by means of the polarization resistance method. Mater Struct. 37 (273), 623-643 (2004).
Angst, U., Vennesland, Ø, Myrdal, R. Diffusion potentials as source of error in electrochemical measurements in concrete. Mater Struct. 42 (3), 365-375 (2009).
European Standard EN 14630: Products and systems for the protection and repair of concrete structures - Test methods - Determination of carbonation depth in hardened concrete by the phenolphthalein method. European Committee for Standardization. , (2006).
Gulikers, J. Testing and Modelling the Chloride Ingress into Concrete. RILEM Proceedings PRO 19. Andrade, C., Kropp, J. , (2000).
ASTM C1084 Standard Test Method for Portland-Cement Content of Hardened Hydraulic-Cement Concrete. ASTM International. , (2013).
Boschmann Käthler, C., Angst, U. M., Wagner, M., Elsener, B. Image analysis for determination of cement content in concrete to improve accuracy of chloride analyses. Cem Concr Res. , (2017).
Angst, U., Wagner, M., Elsener, B., Leemann, A., Nygaard, P. v Method to determine the critical chloride content of existing reinforced structures. VSS report no. 677. , Swiss Federal Roads Office. (in German) (2016).
Lambert, P., Page, C. L., Vassie, P. R. W. Investigations of reinforcement corrosion: Part 2 - Electrochemical monitoring of steel in chloride-contaminated concrete. Mater. Struct. 24 (143), 351-358 (1991).
Angst, U. M., Elsener, B., Larsen, C. K., Vennesland, Ø Chloride induced reinforcement corrosion: Electrochemical monitoring of initiation stage and chloride threshold values. Corros. Sci. 53 (4), 1451-1464 (2011).
RILEM technical committee 235-CTC. , (2015).
Angst, U., Elsener, B., Larsen, C. K., Vennesland, Ø Chloride induced reinforcement corrosion: Rate limiting step of early pitting corrosion. Electrochim Acta. 56 (17), 5877-5889 (2011).
Boubitsas, D., Tang, L. The influence of reinforcement steel surface condition on initiation of chloride induced corrosion. Mater Struct. 48 (8), 2641-2658 (2015).
Pacheco, J. Corrosion of steel in cracked concrete - chloride microanalysis and service life predictions. TU Delft. , The Netherlands. (2015).
Li, L., Sagüés, A. A. Chloride corrosion threshold of reinforcing steel in alkaline solutions - Effect of specimen size. Corros. 60 (2), 195-202 (2004).
Angst, U., Rønnquist, A., Elsener, B., Larsen, C. K., Vennesland, Ø Probabilistic considerations on the effect of specimen size on the critical chloride content in reinforced concrete. Corros. Sci. 53 (1), 177-187 (2011).

Engineering

Eksperimentell protokollen å bestemme klorid terskelverdien for korrosjon i prøver tatt av armert betong strukturer

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgments

Materials

References

Tags

Cite this Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgments

Materials

References

Tags

Cite this Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.