Vi föreslår en metod att mäta en parameter som är mycket relevant för korrosion bedömningar eller förutsägelser av armerad betong strukturer, med den största fördelen med tillåter testning av prover från tekniska strukturer. Detta säkerställer verkliga förhållanden på det stål-betong-gränssnittet, som är avgörande för att undvika artefakter av laboratorium-gjort prover.
Åldrandet av armerad betong infrastruktur i de utvecklade länderna ålägger ett brådskande behov av metoder för att på ett tillförlitligt sätt bedöma tillståndet i dessa strukturer. Korrosion av den inbäddade armeringsstål är mest frekventerar orsakar för nedbrytning. Medan det är väl känt att en struktur förmåga att motstå korrosion beror starkt på faktorer såsom de material som används eller ålder är det vanligt att åberopa tröskelvärdena anges i standarderna eller läroböcker. Dessa tröskelvärden för korrosion inledande (Ckrit) är oberoende av de faktiska egenskaperna hos en viss struktur, som tydligt begränsar noggrannheten i skick bedömningar och service life förutsägelser. Bruket att använda tabellerade värden kan spåras till bristen på tillförlitliga metoder för att bestämma Ckrit på plats och i laboratoriet.
Här presenteras ett experimentellt protokoll att bestämma Ckrit för enskilda engineering strukturer eller strukturella medlemmar. Ett antal armerad betong prover tas från strukturer och korrosion laboratorietester utförs. Den största fördelen med denna metod är att det säkerställer verkliga förhållanden om parametrar som är väl känt att kraftigt påverka Ckrit, såsom det stål-betong-gränssnittet, som inte kan vara olikt härmade i laboratorium-producerade prover. Samtidigt tillåter den accelerera korrosionsprovningen i laboratoriet tillförlitlig bestämning av Ckrit innan korrosion behandling testade struktur; Detta är en stor fördel över alla gemensamma villkor bedömningsmetoder som endast tillåter uppskattning villkoren för korrosion efter initiering, dvsnär strukturen är redan skadade.
Protokollet ger den statistiska fördelningen av Ckrit för testade struktur. Detta fungerar som en grund för probabilistisk prediktionsmodeller för den återstående tiden till korrosion, som behövs för underhållsplanering. Denna metod kan potentiellt användas i materiellt testa av civil infrastruktur, liknar etablerade metoder som används för mekanisk provning.
Korrosion av stål i betong, utlöses av inträngning av klorider genom betongen, är den vanligaste orsaken till för tidig nedbrytning av förstärkt och pre stressad betongkonstruktioner och därmed presenterar en av de viktigaste utmaningarna i väg-och vattenbyggnad1,2,3,4. Industriländerna har vanligtvis en stor inventering av åldrande konkreta infrastrukturer, byggdes under andra hälften av förra seklet, och därmed med en historia av flera decenniers exponering för marint klimat eller avisning salter används på vägar. Att kunna tillförlitligt bedöma villkoret för dessa strukturer, dvs, risken för korrosion, utgör grunden för planeringen underhållsarbete och för infrastrukturhantering, i allmänhet.
Den etablerade metoden i teknik för att hantera klorid-inducerad stål korrosion i betong är baserad på en klorid tröskel värde (som också kallas kritiska klorid innehåll, Ckrit)1,5, 6. enligt detta koncept, korrosion initiering är tänkt att ske så snart klorid i betongen på stålytan överskrider tröskeln för C–krit . Således lita att bedöma skicket på befintliga strukturer och uppskatta återstående livslängd vanligtvis på att bestämma kloridhalten på olika djup i betongen, särskilt på djupet av den inbäddade armeringsstål. Det finns ett antal tillförlitliga och standardiserade metoder för att mäta denna klorid-koncentration i prover av konkreta7,8. Jämföra resultaten till Ckrit utgör grunden för bedömning av risken för korrosion och planering typen och omfattningen av reparation åtgärder. Detta tillvägagångssätt kräver dock kunskap om Ckrit.
Olika internationella standarder och rekommendationer, samt text böcker, föreskriver värden för Ckrit1,3,9,10,11. Dessa är vanligtvis cirka 0,4% klorid viktprocent av cement, baseras på långvarig erfarenhet eller tidiga studier12,13. Men är det väl känt att faktiska motståndet mot Ckrit av en viss struktur eller strukturella medlem är starkt influerad av de material som används, vid en ålder av strukturen och av exponering historia och villkor1 , 5. således är det allmänt accepterat att erfarenhet från en struktur endast bör tillämpas på andra strukturer med försiktighet.
Trots detta är det gemensamma tekniska praxis att använda tabellerade Ckrit värden, oberoende av den faktiska strukturen. Detta kan förklaras genom enorma scatteren av Ckrit i litteraturen och genom avsaknaden av tillförlitliga metoder för att bestämma Ckrit på plats och i laboratorium5. Metoden att använda tabellerade tröskelvärden i hållbarhet bedömningar är i motsats till strukturella överväganden i skick bedömningar av åldrande betongkonstruktioner. I det senare fallet finns det ett antal standardiserade provningsmetoder att bestämma mekaniska egenskaper, såsom styrkan av material i strukturen (betong, armering), som ska användas i beräkningar av det strukturella beteendet.
I detta arbete presenteras ett experimentellt protokoll att bestämma Ckrit på prover från engineering strukturer. Metoden är baserad på borrning kärnor av armerad betong i delar av betongkonstruktioner där korrosion ännu inte inlett. Dessa prov överförs till laboratoriet där de utsätts för en accelererad korrosionsprovning för att studera förutsättningarna för korrosion initiering. Den största fördelen med den föreslagna metoden är att proverna stamceller från strukturer och därmed uppvisar verkliga förhållanden rörande ett antal parametrar som är väl känt att kraftigt inflytande Ckrit och som inte kan vara olikt härmade i laboratorium-producerade prover. Detta inkluderar typ och ålder av betong (unga laboratorium konkreta kontra mogen webbplats-producerade betong), typ och surface skick förstärkningen stålsätter användes vid konstruktion, och i allmänhet egenskaperna av stål-betong gränssnitt14. Tillsammans med noggrannheten hos laboratorium mätmetoder tillåter detta tillvägagångssätt tillförlitlig bestämning av Ckrit för specifika strukturer eller strukturella medlemmar.
Tillämpning av det föreslagna protokollet säkerhetsteknisk praxis kommer – jämfört med den gemensamma praxisen att använda ett konstant värde för Ckrit – förbättra noggrannheten av villkoret bedömningar och prediktiva kraften i modeller för att analysera den återstående livslängd. Den förväntade starka ökningen reparationsarbeten i vår byggd infrastruktur under de kommande decennier15 utgör ett brådskande behov av sådan förbättring i engineering av korrodera infrastrukturer.
De mest kritiska steg för att lyckas med det föreslagna experimentellt protokollet att bestämma Ckrit är de inklusive de åtgärder som vidtagits för att förhindra falska korrosion initiering och andra stål bar slutet effekter. I detta avseende en mängd metoder prövades, bland vilka hittades här redovisade protokollet för att ge de bästa resultat28. I ytterligare tester tillåts detta tillvägagångssätt minskar andelen falska inledande till under 10%. Dels, detta är på grund av beläggning gränsområdet i exponerade betongytan med epoxiharts, vilket ökar längden på transport av klorider genom betongen till stål bar slutar betydligt. Däremot, förbättrar ersätta den ursprungliga betongen runt stål baren i dess ändar med en tät, starkt alkaliska cementbaserade flytgödsel avsevärt korrosionsbeständighet i dessa områden. Sådana system, dvsbeläggning stål bar slutar med ett lager av polymermodifierad cementbaserade material, har visat sig framgångsrika även i andra studier29,30.
En annan viktig aspekt är kriteriet för korrosion initiering. Detta kriterium bygger på RILEM tekniska kommittén TC-235 som syftar till att rekommendera en Provningsmetod för mätning av Ckrit i prover som tillverkas i laboratoriet31. Syftet är att det är väl känt att uppkomsten av korrosion av unpolarized stål inbäddade i betong kan ske under en lång period av tid i stället för en väldefinierad instant30,32. Stål kan börja korrodera vid relativt låg klorid koncentrationer men om dessa inte kan upprätthålla korrosionsprocessen, repassivation kommer att inträffa, vilket blir uppenbart av en potentiell ökning tillbaka till den ursprungliga passiva nivån. Sådana depassivation-repassivation händelser observeras vanligtvis i liknande studier30,33,34. Klorid koncentrationen mätt samtidigt stabil korrosion är mer relevant för praktiken än den tid som de allra första tecknen på eventuella avvikelser från passiv nivå blivit uppenbart. Med det föreslagna kriteriet representerar Ckrit klorid koncentrationen vid vilken korrosion initierar och också stabilt propagerar.
En begränsning i metoden är att proverna är relativt små, vilket kan inverka på den results35,36. För att motverka detta, föreslås för att använda ett relativt högt antal prover (helst 10). Förtroendet beror på den statistiska fördelningen av Ckrit i området själva provet. För mer detaljer i detta avseende avser referera36. En ytterligare begränsning är att fukt förhållandena i laboratoriet exponeringen kan skilja sig från de av en faktiska struktur. Slutligen, detektion av korrosion inledande kan vara svårt i fall där potentialen är generellt negativt, såsom i slagg cement eller andra svavelväte som innehåller bindemedel.
Till bäst av vår kunskap är detta den första metoden för Ckrit bestämning i engineering strukturer i ett skede innan korrosion. I motsats till empirisk erfarenhet från strukturer, som per definition erhålls efter korrosion initiering, kan denna metod användas att mäta Ckrit för specifika strukturer eller strukturella medlemmarna innan korrosion nedbrytning sker ; resultaten kan således användas för att bedöma risken för (framtida) korrosion och förutsäga den återstående tiden till korrosion initiering (service life modellering). Således, denna metod har potential att användas i material testning, liknar etablerade metoder som används för mekanisk provning (tryckhållfasthet, etc.)
Metoden används för närvarande ett antal olika konkreta infrastrukturer i Schweiz. Detta kommer att bredda starkt begränsad5 kunskap om statistiska fördelningar av Ckrit i strukturer. Dessutom kommer avslöja påverkan av olika faktorer såsom ålder av strukturer, byggmaterial som används, osv, och därmed ge viktig information för civilingenjörer och beslutsfattare i förvaltningen av infrastrukturen.
The authors have nothing to disclose.
Arbetet beskrivs här finansierades delvis av det schweiziska federala kontoret för vägar (forskningsprojekt AGB2012/010). Vi erkänner kraftigt ekonomiskt stöd.
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) |