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.
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 (Ccrit) 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 Ccrit på stedet og i laboratoriet.
Her vises en eksperimentell protokoll å bestemme Ccrit 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 Ckriterier, 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 Ccrit før 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 Ccrit 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.
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, Ccrit)1,5, 6. etter dette konseptet, korrosjon innvielse er antatt å skje så snart klorid konsentrasjonen i betongen på stål overflaten overskrider Ccrit 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 Ccrit gir grunnlag for vurdering av korrosjon risiko og planlegge type og omfanget av reparasjon tiltak. Men krever dette kunnskap om Ccrit.
Ulike internasjonale standarder og anbefalinger, samt tekst bøker, fastsatt verdier for Ccrit1,3,9,10,11. 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 Ccrit 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 Ccrit verdier, uavhengig av selve strukturen. Dette kan forklares ved enorme scatter av Ccrit i litteratur og mangel på pålitelige metoder for å bestemme Ccrit 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 Ccrit 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 Ccrit 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 Ccrit 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 Ccrit – 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.
De viktigste trinnene for å lykkes med det foreslåtte eksperimentelle protokollen å bestemme Ccrit 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 Ccrit 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 Ccrit klorid 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 Ccrit 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 Ckriterier 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 Ccrit 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 Ccrit 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.
The authors have nothing to disclose.
Arbeidet beskrevet her var delvis finansiert av den sveitsiske Federal veier Office (forskningsprosjekt AGB2012/010). Vi erkjenner kraftig økonomisk støtte.
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) |