Summary
Propomos um método para medir um parâmetro que é altamente relevante para avaliação de corrosão ou previsões de estruturas de concreto armado, com a principal vantagem de permitir testes das amostras de engenharia de estruturas. Isso garante condições reais na interface aço-concreto, que são cruciais para evitar artefatos de amostras de laboratório.
Abstract
O envelhecimento da infra-estrutura de betão armado em países desenvolvidos impõe uma necessidade urgente de métodos confiavelmente avaliar a condição destas estruturas. Corrosão do aço reforçando incorporado é a causa mais frequente de degradação. Enquanto é sabido que a capacidade de uma estrutura para resistir à corrosão depende fortemente fatores como os materiais usados ou a idade, é prática comum recorrer ao limiar valores estipulados em normas ou livros didáticos. Esses valores de limiar para início de corrosão (Ccrit) são independentes as propriedades reais de uma determinada estrutura, que claramente limita a precisão da condição avaliações e previsões de vida do serviço. A prática de utilizar valores tabelados pode ser rastreada para a ausência de métodos confiáveis para determinar Ccrit no local e no laboratório.
Aqui, apresenta-se um protocolo experimental para determinar Ccrit para engenharia de estruturas individuais ou membros estruturais. Um número de amostras de concreto armado é tomado a partir de estruturas e ensaios de corrosão de laboratório é executada. A principal vantagem deste método é que ele garante condições reais de parâmetros que são conhecidos para influenciar grandemente Ccrit, tais como a interface aço-concreto, que não pode ser imitada representativa em amostras de laboratório-produzido. Ao mesmo tempo, o teste de corrosão acelerada em laboratório permite a determinação confiável de Ccrit antes da iniciação da corrosão na estrutura testada; Esta é uma grande vantagem sobre todos os métodos de avaliação condição comum que só permitem estimar as condições de corrosão após a iniciação, ou seja, quando a estrutura já está danificada.
O protocolo produz a distribuição estatística de Ccrit para a estrutura testada. Isto serve como uma base para os modelos de previsão probabilística para o tempo restante à corrosão, o que é necessário para o planejamento de manutenção. Potencialmente, este método pode ser usado em testes de material das infra-estruturas civis, semelhantes ao estabelecido métodos utilizados para testes mecânicos.
Introduction
Corrosão do aço no concreto, desencadeada pela penetração de cloretos no concreto, é a causa mais frequente de degradação prematura de estruturas de betão armadas e pré-esforçado e, portanto, apresenta um dos mais importantes desafios em engenharia civil1,2,3,4. Os países industrializados têm tipicamente um grande estoque de envelhecimento infra-estruturas de concretas, construídas na segunda metade do século passado e, portanto, com uma história de várias décadas de exposição ao clima Marinha ou sais de degelo usados nas estradas. Ser capaz de avaliar confiantemente a condição dessas estruturas, ou seja, o risco de corrosão, constitui a base para o planejamento de trabalhos de manutenção e gestão de infraestrutura, em geral.
A abordagem estabelecida em engenharia para o gerenciamento de corrosão de aço induzida por cloreto no concreto é baseada em um cloreto limiar valor (também denominado crítico cloreto de conteúdo, Ccrit)1,5, 6. de acordo com este conceito, iniciação da corrosão é pensada para ocorrer quando a concentração de cloreto no concreto na superfície de aço excede o limite decrit de C. Assim, avaliar a condição das estruturas existentes e estimar a vida útil restante normalmente confiam na determinação do teor de cloreto em diferentes profundidades no concreto, particularmente na profundidade do aço de reforço incorporado. Existem vários métodos padronizados e confiáveis para medir esta concentração de cloreto em amostras de concreto7,8. Comparando os resultados de Ccrit fornece a base para a avaliação do risco de corrosão e planejando o tipo e a extensão das medidas de reparação. No entanto, essa abordagem requer conhecimento de Ccrit.
Diferentes normas internacionais e recomendações, bem como texto de livros, estipulamos valores para Ccrit1,3,9,10,11. Estes são tipicamente cerca de 0,4% cloreto por peso de cimento, com base na experiência a longo prazo ou primeiros estudos12,13. No entanto, é sabido que a resistência real contra Ccrit de uma determinada estrutura ou membro estrutural é fortemente influenciada pelos materiais usados, com a idade da estrutura e pela exposição de história e condições1 , 5. assim, é geralmente aceite que a experiência de uma estrutura só deve ser aplicada para outras estruturas com cautela.
Apesar disso, é comum a prática para usar Ccrit valores tabelados, independentes da estrutura real de engenharia. Isto pode ser explicado pela enorme dispersão de Ccrit na literatura e pela falta de métodos confiáveis para determinar Ccrit no local e no laboratório5. A abordagem de usando valores tabelados limiar nas avaliações de durabilidade é em contraste com considerações estruturais nas avaliações da condição de envelhecimento de estruturas de concreto. Neste último caso, existe um número de métodos de teste padronizado para determinar as propriedades mecânicas, tais como a resistência dos materiais na estrutura (concreto, aço de reforço), a ser utilizado nos cálculos do comportamento estrutural.
Neste trabalho, é apresentado um protocolo experimental para determinar Ccrit em amostras colhidas de engenharia de estruturas. A abordagem baseia-se na perfuração de núcleos de betão armado em partes de estruturas de concreto, onde a corrosão não tiver ainda iniciado. Estas amostras são transferidas para o laboratório onde são submetidos a um ensaio de corrosão acelerada para estudar as condições para a iniciação da corrosão. A principal vantagem do método proposto é que as amostras provêm de estruturas e, portanto, condições reais de exposição relativa a um número de parâmetros que são bem conhecidos de muito influência Ccrit e que não pode ser representativa imitada em amostras de laboratório-produzido. Isso inclui o tipo e a idade do concreto (jovem laboratório concreto contra concreto maduro site produzido), o tipo e a superfície condição a reforçar de aço usado na época da construção e em geral as propriedades do aço-concreto 14da interface. Juntamente com a precisão dos métodos de medição de laboratório, esta abordagem permite a determinação confiável de Ccrit para estruturas específicas ou membros estruturais.
Aplicação do protocolo sugerido na prática da engenharia será - comparado com a prática comum de usar um valor constante para Ccrit - melhorar a precisão das avaliações da condição e o poder preditivo de modelos para analisar o vida útil restante. O forte incremento esperado nas obras de reparação de nossa infra-estrutura construída ao longo das próximas décadas15 representa uma necessidade urgente de uma melhora em engenharia de infraestruturas de corrosão.
Protocol
1. amostragem sobre a estrutura de engenharia
- selecione testar áreas na estrutura de concreto, tendo em conta a nota abaixo.
Nota: Uma área de teste é a área da qual várias amostras serão tomadas. Uma área de teste deve ser localizado dentro de um membro estrutural (presumivelmente de um lote de concreto) e exibem homogênea exposição ao ambiente (por exemplo, evitar diferenças significativas na altura em colunas ou paredes de amostragem). Assim, várias áreas de teste podem ser selecionadas dentro de uma estrutura de engenharia. Como um requisito adicional, a área de teste precisa ser livre de corrosão. Isso pode ser verificado com base nos resultados dos métodos de inspeção estabelecidos, incluindo ensaios não-destrutivos como potenciais mapeamento 16 , 17 , 18. Note-se que a penetração de cloreto já pode ter ocorrido no membro estrutural sob consideração. Isto não afecta a validade do método de ensaio descrito aqui, mas podem influenciar o tempo necessário para a teste no laboratório de corrosão. - Dentro de cada área de teste sobre a estrutura, escolha de locais de amostragem (locais de amostragem). Escolha de locais de amostragem que estejam livres de favos de mel, rachaduras, fragmentação ou outros sinais de qualidade da capa de concreto pobre localmente ou deterioração.
- Localizar o aço de reforço barras no concreto por meio de um dispositivo de scanner não-destrutivo, de mão, comumente conhecido como " detector de aço reforçando " 19. Mover o detector aço em horizontal e verticais direções sobre o concreto dentro da área de teste de superfície e marcam (usando giz) cada barra de aço temporariamente sobre a superfície do concreto (forma de grade) reforçando.
- Selecionar locais para perfuração de núcleo de núcleos com um diâmetro de pelo menos 150 mm; Marcar e classificá-los na superfície do concreto (usando giz). Evite cruzamentos de amostragem de varão dentro do núcleo. Selecione os locais de forma a que a barra de aço de reforço será tão centralmente localizado quanto possível dentro do núcleo.
Nota: Certifique-se de selecionar aquelas barras de aço que são de interesse para a avaliação da estrutura (geralmente a camada com a menor profundidade de cobertura); é particularmente importante distinguir entre barras orientadas verticalmente e horizontalmente como este tem uma influência sobre o desempenho de corrosão 20. - Para dar conta da variabilidade inerente de C crit e ser capaz de fornecer dados estatísticos, selecionar um mínimo de 5 (idealmente 10) locais para amostragem dentro de uma área de teste.
- Considere implicações estruturais com relação ao número e posição dos núcleos perfurados da estrutura para evitar qualquer crítica enfraquecimento da estrutura causada por amostragem a.
- Documentar a posição de todas as amostras dentro do membro estrutural com precisão antes da amostragem (fotografias, desenhos mostrando as distâncias para as bordas, etc.)
Nota: Isto também pode incluir a documentação de parâmetros medidos no local nos locais correspondentes, tais como o potencial eletroquímico de aço 16 , 17 , 18 , cobrir de medições de profundidade 19, ou outros resultados de ensaios não-destrutivos, tais como resistividade concreto.
- Perfurar os núcleos de concretos (diâmetro mínimo de 150 mm) que contém o segmento de reforço de aço de acordo com de normas e procedimentos comuns 21.
- Para não danificar a interface aço-concreto, executar a perfuração de núcleo com cuidado (perfuração Water-cooled, sharp, perfuração, ferramentas, etc.) ajustar a profundidade de perfuração, dependendo da qualidade do concreta e na profundidade da capa da reforço de aço.
Nota: como regra geral, o comprimento do núcleo deve ser pelo menos 2 - 3 vezes capa profundidade. Isso normalmente permite quebrar o núcleo da estrutura sem danificar a interface concreto-aço. - Remover a água líquida da superfície do núcleo de concreto. Rotular claramente o núcleo com um marcador de giz à prova de água.
- Embrulhe o núcleo em uma folha de apertado de difusão para preservar as condições de umidade durante o transporte para o laboratório.
- Para não danificar a interface aço-concreto, executar a perfuração de núcleo com cuidado (perfuração Water-cooled, sharp, perfuração, ferramentas, etc.) ajustar a profundidade de perfuração, dependendo da qualidade do concreta e na profundidade da capa da reforço de aço.
2. Preparação no laboratório da amostra
Nota: aplicar estes passos para cada amostra (núcleo) extraída da estrutura a fim de prepará-los para o laboratório de testes de corrosão. Isto serve para acelerar o teste de corrosão (redução da capa de concreta), enquanto preserva as condições no núcleo e fornecendo proteção de final-efeitos indesejados (por exemplo, corrosão da fenda).
- Ajustar a cobertura de concreta na parte dianteira e a parte de trás do núcleo perfurado.
- Reduzir a cobertura de concreta na parte frontal (que é o lado exposto originalmente) pelo corte diamante refrigerado a água, a fim de obter uma espessura de cobertura de concreto final da amostra na faixa de 15-20 mm ( Figura 1 um -b).
- Certifique-se que a espessura da capa de concreto é uniforme ao lado para ser exposto. Medir a cobertura de concreta em ambas as extremidades da reforçar aço bar (ou seja, na face lateral do núcleo) com uma pinça. Se necessário, use o corte ou polimento ferramentas para eliminar quaisquer diferenças na espessura de cobertura superior a 1 mm.
- Medir a espessura do concreto por trás o reforço de aço com uma pinça ou uma régua na face lateral do núcleo e certifique-se de que é ~ 30-50 mm ( Figura 1 b). Se necessário, corte o núcleo com corte de diamante Water-cooled.
Nota: Nenhum lustro é necessária neste lado.
- Estabelecer uma conexão de cabo e proteger o aço extremidades da barra de reforço de iniciação de falsa corrosão durante a exposição de testes pela seguinte Figura 1 procedimento c.
- Usar uma broca de condutores com diâmetro interno ligeiramente maior (de 2 a 4 mm) do que o diâmetro da barra de aço de reforço para remover o concreto diretamente em torno do aço em cada extremidade da barra ao longo de um comprimento de máximo 10 mm. zero os restos de cimento colar aderindo ao superfície de aço com a ajuda de ferramentas adequadas (espátula metálica, pequeno cinzel, etc.)
- um pequeno buraco em uma das extremidades das barras de aço e usar um metálico parafuso self-tapping para corrigir um talão do cabo (conectado a um cabo de cobre) para a barra de aço. Certifique-se de que o talão do cabo é pressionado firmemente contra o aço de reforço.
Nota: O diâmetro do parafuso deve ser ligeiramente maior (por exemplo, por 0,1 - 0,2 mm) do que do buraco perfurado em aço para garantir uma conexão firme e sólido. - Coloque a rosca dentro do aço de reforço e certifique-se de que ele não se projetam parte reforço de aço em qualquer lugar como isso provavelmente afetará as medições eletroquímicas e o comportamento da corrosão.
Nota: Isto pode ser assegurado por meio de parafusos curtos e prestando atenção à direção de corte do furo (paralelo ao eixo do aço). É mais fácil de perfurar paralelamente ao eixo da barra de aço, se a face de corte da barra de aço é perpendicular à barra de eixo. Assim, é importante que as barras de reforço estão centralmente localizadas dentro do núcleo, caso contrário o rosto cortado de aço não é perpendicular ao aço barra eixo. - Não use solda, soldadura ou técnicas semelhantes para estabelecer a conexão do cabo elétrico, porque o aquecimento pode influenciar o aço ou a interface aço-concreto na amostra.
- Preencher o vazio criado around ambos barra de aço termina com um cimento denso colar/argamassa/rejunte derramando cuidadosamente o chorume nos orifícios. Também revesti o parafuso e a saliência da conexão a cabo.
- Uso um polímero modificado produto à base de cimento para isso a fim de assegurar a boa aderência e final de proteção.
Nota: Existe uma gama de produtos comerciais comercializados como argamassas ou similares (ver Tabela de materiais). É importante que o produto não contém um inibidor de corrosão ou quaisquer outras substâncias que afetam o comportamento eletroquímico do aço. - Certifique-se que este colar de cimento/argamassa/rejunte é aplicado e curado corretamente, ou seja, de acordo com o fornecedor ' instruções de s.
- Uso um polímero modificado produto à base de cimento para isso a fim de assegurar a boa aderência e final de proteção.
- Aplicar um revestimento de epóxi, para limitar a área de superfície exposta.
- Antes da aplicação do revestimento, permitem que a superfície do concreto alguns dias de secagem a temperatura ambiente e clima interior. Evitar agressivos (por exemplo, no forno) ou longo (mais de um 1-2 semanas) secagem do núcleo, como isso pode alterar a microestrutura do concreto (quebrado) e assim influenciar os resultados do teste.
- Revestir a superfície lateral do núcleo com uma resina de epóxi. Também revestir a barra termina e a conexão do cabo (parafuso, talão do cabo, etc.) de aço de reforço ( Figura 1-c - D).
- Com a mesma resina epóxi, também revestir as partes finais da superfície de concreto exposta ao lado do núcleo, que foi anteriormente mais próximo à superfície de concreta estrutural ( Figura 1 d). Deixar um comprimento (sem revestimento) exposto ao longo da barra de aço deste lado de 60-80 mm.
- Deixar a concreta face superior não revestida (ou seja, o lado oposto do lado exposto, comparar Figura 1 d).
Nota: A resina de cola epoxy usada deve ser adequada para aplicação em concreto (estável em condições alcalinas, fácil de espalhar, por exemplo, com um pincel, etc.) - aplicar o revestimento, para que ela forma uma barreira de difusão apertado para a posterior exposição o cloreto que contém a solução. Certifique-se que a espessura do revestimento é pelo menos de 2 mm. Verifique que não há poros e buracos são visíveis no revestimento. Se necessário, aplicar várias camadas de resina.
- o protocolo pode ser pausado aqui; enrole a amostra novamente em uma folha de difusão apertado.
3. Teste de corrosão
- preparar a instalação para exposição à solução.
- Lugar todas as amostras em um tanque, com o lado da amostra exibindo 15-20 mm concreto cobrem espessura virado para baixo. Montar as amostras em pequenos espaçadores para permitir a exposição da solução para as amostras de sua parte inferior ( Figura 2).
- Escolher um tanque com dimensões que permitam uma distância entre as amostras de concretas e entre as amostras e as paredes do tanque de pelo menos 4 cm; a altura do tanque é idealmente na faixa de 15 a 30 cm.
- Preparar a instrumentação para registro de dados.
- Lugar um eléctrodo de referência na solução de exposição ( Figura 2).
Nota: Para um eletrodo de referência, qualquer tipo de eletrodo de referência estável indicado para imersão na solução de exposição pode ser usado (por exemplo um Ag/AgCl/KCl sat eletrodo de referência). Podem ser necessárias medidas especiais para evitar a contaminação da solução de exposição pelo eletrólito do eletrodo de referência e vice-versa. - Conectar todas as amostras de um logger de dados automatizado, que individualmente pode medir o potencial do reforço barras de aço vs. o eletrodo de referência comum ( Figura 2). Usar um registrador de dados com uma impedância de entrada maior do que 10 7 Ohm.
- Definir o intervalo de medição do data logger pelo menos 4 medições por dia para cada amostra; preferencialmente, use um intervalo de 1 h para cada amostra.
- Lugar um eléctrodo de referência na solução de exposição ( Figura 2).
- Começar a exposição à solução de cloreto livre.
Nota: O início da exposição a solução corresponde ao tempo t 0 = t = 0, para cada amostra.- Encher o reservatório com água de torneira (pH dentro de 6,5-8,0, isento de cloreto, qualidade da água potável). Certifique-se que o nível de água é tal que todos os lados inferiores das amostras de núcleo estão em contacto com a solução, mas que eles são não totalmente imerso (ou seja, com a face superior da amostra acima do nível da água). Manter contato entre a solução de eletrodo e exposição de referência ( Figura 2).
- Iniciar imediatamente o registro de dados, ou seja, os potenciais de todas as amostras de vs. o eletrodo de referência de medição.
- Monitorar os potenciais por mais de 1-2 semanas e considerar que os potenciais deverão atingir valores estáveis, em um intervalo que indica passividade aço.
Nota: Normalmente, isto é em torno de -100 a 200 mV vs Ag/AgCl/KCl sat 1. - Em alguns casos, as amostras assumir potenciais claramente mais negativo que o -100; imediatamente inspecione as amostras mais detalhadamente (ver secção 5). Execute esta etapa também se o potencial varia consideravelmente durante a exposição para a solução de cloreto livre.
- Começar a exposição a cloretos.
- Após 1 - 2 semanas em solução de cloreto livre, substituir a solução de exposição com uma solução preparada de 3,5% NaCl em peso. Use água desionizada para preparar esta solução de cloreto. Use um volume de solução de cloreto de igual para a solução de cloreto livre inicial (mesma profundidade de imersão). Feche o tanque de exposição com uma tampa (recomendada) para limitar a evaporação da solução e relacionados a alterações na concentração de cloreto.
- Durante a exposição de cloreto, regularmente (pelo menos uma vez por 2 semanas) Verifique o nível de água em relação as amostras. Se necessário, adicione água desionizada. Limite, renovando a solução inteira de exposição ao mínimo porque este promove a lixiviação do concreto.
- Continuar monitorando os potenciais das amostras e regularmente (a cada duas vezes por semana) verificar o estado de corrosão de cada amostra, avaliando a evolução registrada de potenciais ao longo do tempo de cada amostra e considerando o critério para a iniciação da corrosão definido na seção 3.5.
- Após 60 dias, aumentar a concentração de NaCl na solução a 7% em peso. Após 120 dias, aumente a concentração de NaCl na solução a 10% em peso. Depois disso, manter a concentração de cloreto a este nível.
- Avaliar os potenciais monitorados ao longo do tempo, a fim de detectar a iniciação da corrosão.
Nota: Durante a exposição, as amostras geralmente apresentam potenciais relativamente estáveis dentro de aproximadamente + /-30 mV dos valores iniciais de exposição a água livre de cloreto. Esta gama de potencial será referida como " nível passivo " neste documento ( Figura 3). Pode ser diferente para cada amostra individual.- Ao avaliar os potenciais de aço gravados durante a exposição, use o seguinte critério para a iniciação da corrosão para verificar o estado de corrosão de cada amostra. As duas seguintes condições precisam ser preenchidas para a iniciação da corrosão (< forte classe = "xfig"> Figura 3):
- verificar se o potencial diminui por mais de 150 mV de passivo nível num prazo de 5 dias ou mais curto.
- Durante os 10 dias seguintes, verifique se o potencial permanece estábulo no nível negativo alcançado, diminui ainda mais, ou recupera-se por um máximo de 50 mV.
Nota: Para obter mais informações informações sobre este critério para a detecção de iniciação da corrosão consulte a discussão.
- Uma vez que este critério para a iniciação da corrosão é satisfeito, imediatamente, retirar a amostra da solução exposição e prossiga conforme descrito na seção 4. Documente a hora de início de corrosão (t. ini) neste exemplo ( Figura 3). Continuar o ensaio de exposição com as amostras restantes.
- Se a potencial diminuição do nível do passivo é inferior a 150 mV, observar de perto a amostra ao longo do tempo de exposição a vinda. Se o potencial diminui ainda mais e atinge um nível estável, considere isto como uma mudança no estado de corrosão.
- Preste atenção especial a essas amostras, verificando o estado de corrosão com medições alternativas (por exemplo, medir a resistência de polarização linear 22) ou, finalmente, analisando-os como descrito na seção 4. Se o tempo de início de corrosão claramente não pode ser atribuído, rejeitar a amostra.
- Se pronuncia-se a queda de potencial (superior a 150 mV dentro de alguns dias), mas seguido por um aumento potencial nos dias seguintes para o nível inicial de passivo ( Figura 3), deixe a amostra na exposição solução de monitoramento mais.
- Atenção especial às situações onde todas as potencialidades das amostras expostas no mesmo tanque exposição sofrem alterações simultâneas em potencial. Se isso ocorrer, imediatamente verificar o eletrodo de referência e corrigi-lo ou substituí-lo por um novo se necessário.
Nota: Trocando a solução ou aumentando a concentração de cloreto geralmente leva a mudanças no potencial. Isto pode estar relacionado a estabelecer potenciais de difusão diferentes em ambas as junções do eléctrodo de referência/solução de exposição ou de amostra de solução/concreto de exposição 23. Essas alterações afetam todas as amostras expostas no mesmo tanque da mesma forma. Eles não indicam alterações no estado de corrosão.
Nota: Se o eletrodo de referência é instável ou vaza para a solução, vai expor uma deriva. Como consequência, todas as potencialidades de aço monitoradas mostrará a mesma tendência ao longo do tempo. Isso não indica alterações no estado de corrosão.
- Ao avaliar os potenciais de aço gravados durante a exposição, use o seguinte critério para a iniciação da corrosão para verificar o estado de corrosão de cada amostra. As duas seguintes condições precisam ser preenchidas para a iniciação da corrosão (< forte classe = "xfig"> Figura 3):
4. Análise da amostra após a iniciação da corrosão
- dividir a amostra para remover a barra do aço.
- Após a retirada de uma amostra da solução exposição, dividir (como na etapa 4.1.2) o núcleo de concreto para mais análises e para o exame visual da superfície do aço e do concreto na interface concreto-aço.
- Cortar o núcleo de concreto do seu lado traseiro (o que não é exposto à solução) com uma lâmina de corte de diamante refrigerado a água ( Figura 4). Certifique-se que a seção é perpendicular à superfície traseira e alinhado paralelamente à barra de aço de reforço. Para evitar danificar a barra de aço certifique-se que a profundidade de corte é menor (por cerca de 10 mm) do que a espessura da capa de concreto deste lado.
- Inserir um formão ou uma ferramenta semelhante e dividir o núcleo de concreto em duas metades; isto irá dividir o concreto ao redor da barra de aço
- Gentilmente remover a barra de aço de concreto de reforço; isto deixa as duas metades da amostra do concreta com as impressões do aço da barra ( Figura 5 a).
- Examinar visualmente a interface concreto-aço.
- Imediatamente o documento (fotografias, desenhos, etc.) a aparência visual da interface aço-concreto, examinando tanto a superfície de aço e a barra de aço impressões no concreto. Preste atenção ao seguinte.
- Documentar a localização e a morfologia da corrosão.
Nota: O site de início de corrosão pode geralmente ser facilmente identificado por produtos de corrosão precipitado ( Figura 5 a). Marca o número e a posição desses pontos. A cor dos produtos de corrosão é também de interesse. Normalmente, após a separação, eles são escuro/preto/verde. Quando exposto ao ar, tornam-se marrom/vermelho - Cheque a amostra para a iniciação de falsa corrosão, ou seja, termina de corrosão iniciada em ou perto de barra de aço. Se este for o caso, rejeitar a amostra e observe que pode ser determinado sem C crit.
Nota: Termina de corrosão que inicia-se durante o ensaio em ou perto de barra de aço, ou seja, dentro de 15 mm do aço barra termina, é considerado iniciação falsa corrosão. Isto pode ser devido a situações de fenda, insuficiente de aço barra medidas de proteção final (por exemplo, argamassa pobre enchimento ou revestimento de epóxi poroso), ou porque o metálico parafuso para conexão a cabo se projeta o aço bar (seções 2.2 e 2.3). - Documento vazios ou poros no concreto. Tome nota de que se a localização de espaços vazios ou poros coincide com os locais de início de corrosão.
- Document qualquer características distintivas, tais como rachaduras, favos de mel, agregados grosseiros, corpos estranhos, amarrar os fios, espaçadores, etc., em concreto e sua posição no que diz respeito a localização de início de corrosão.
- Medir a profundidade de carbonatação.
- Documentação imediatamente após, pulverizar as superfícies de concreto split com a solução de fenolftaleína e determinar a profundidade de carbonatação 24.
Nota: É fundamental observar se a profundidade de carbonatação atingido a superfície de aço e se não, qual a distância da profundidade da carbonatação para a barra de aço. Isso deve ser relatado juntamente com os resultados.
- Documentação imediatamente após, pulverizar as superfícies de concreto split com a solução de fenolftaleína e determinar a profundidade de carbonatação 24.
- Realizar análises de cloreto e determinar C crit.
- Em ambas as metades do núcleo concreto, remover as partes que foram revestidos de epóxi através de Water-cooled diamante de corte ( Figura 6 a).
- Dos prismas obtidos, retirar o concreto na zona de cobertura por meio de corte de diamante refrigerado a água até 2 mm para o aço da barra ( Figura 6 b). Secar o concreto a 105 ° C durante a noite.
- Posteriormente, moer o concreto e coletar o pó moagem; a espessura desta etapa de moagem é de 4 mm ( Figura 6 c). Isto rende, de cada metade do núcleo do concreto, uma amostra de concreto pó na profundidade da barra de aço + /-2 mm.
- Secar as amostras de pó de concreto obtidos a 105 ° C, até um peso constante. Analise a concentração de cloreto solúvel em ácido no concreto pó seco de acordo com as normas 7 , 8. Calcular a média dos dois valores.
Nota: O resultado é o teor de cloreto em percentagem em peso do concreto. - Se o teor de cimento do concreto na amostra específica utilizada para análise de cloreto pode ser determinado (por exemplo, por meio de métodos adequados de 25 , 26 , 27), converter o conteúdo de cloreto a percentagem em peso de cimento.
- o resultado da análise de cloreto, que é o teor de cloreto crítico C crit para o exemplo específico do documento. Certifique-se de indicar se o valor é expresso em termos de percentagem, em peso, de concreto ou em peso de cimento.
- , Documentar os resultados como um relatório de teste para cada amostra.
- Relatar todos os efeitos documentados da inspecção visual (seção 4.2) juntamente com os resultados de teste (gravados potenciais ao longo do tempo, tempo de início de corrosão, profundidade de carbonatação e C crit).
5. Tratamento de situações especiais
- se potenciais negativos antes da exposição do cloreto são observados, ou seja, se o potencial do aço torna-se claramente negativo durante a exposição inicial a solução de cloreto livre (seção 3.3), dar especial atenção ao seguinte.
- , Considere a possibilidade de um evento de início de corrosão falso.
- Verifique se termina de iniciação de falsa corrosão, removendo a barra de aço, corte em cada barra de aço termina o concreto da amostra (corte de diamante refrigerado a água). Remover até ~ 20 mm concreto em cada lado.
- Medida novamente o potencial do aço, colocando um eletrodo de referência com a ajuda de uma esponja umedecida na superfície exposta do concreta e eletricamente, entrando em contato com a face de corte da barra de aço
- Se o potencial é ainda comparativamente negativo, rejeitar a amostra.
- Se o potencial está na faixa dos níveis passivas das outras amostras da mesma série, considere o re-uso de a amostra para determinar C crit. Neste caso, siga para o passo 2.2 do protocolo. Ao relatar os resultados, indicam que esta amostra foi menor (menor expostos aço bar comprimento) do que os outros.
- Se iniciação falsa corrosão pode ser excluída, verifique se o concreto na profundidade aço já era carbonatadas e considerar a determinação da concentração de cloreto na profundidade aço. Se carbonatação ou uma concentração muito elevada de cloreto explica a iniciação da corrosão mediante umectante, documentar isso no relatório do teste e observe que nenhum C crit pode ser determinada neste caso.
Nota: Isso pode ocorrer se o concreto na profundidade aço já estava com gás e/ou continha uma quantidade suficiente de cloreto para promover a corrosão em cima umectante. Este pode ser o caso quando as amostras foram tiradas de uma estrutura em um período de seco, ou seja, quando não há corrosão ativa estava ocorrendo na estrutura e, portanto, nenhuma corrosão poderia ser detectada mediante os métodos de inspeção descritos na secção 1.
- , Considere a possibilidade de um evento de início de corrosão falso.
Representative Results
A Figura 7 exibe potenciais de aço típicos monitorados durante a exposição de cloreto no laboratório. Ambos os exemplos mostram que o potencial pode cair significativamente dentro de um tempo muito curto, mas que o processo de corrosão pode não ainda estàvel propagar, que se torna evidente através do aumento do potencial para seu nível inicial passiva. Neste protocolo, o tempo de início de corrosão, ou seja, o momento em que a exposição é interrompida e Co hematócrito é determinado, é definida por uma queda de potencial marcada, seguida por 10 dias de potenciais negativos (ver seção 3.5.2 e o Discussão para mais detalhes).
É comum que pode demorar vários meses até que ocorra a iniciação da corrosão estável. Isso também depende do conteúdo de cloreto inicial já presente no concreto quando as amostras são tomadas a partir das estruturas. Em alguns casos dos experimentos realizados até agora, demorou mais de 1 ano até corrosão iniciada.
A Figura 8 mostra um exemplo de Ccrit medido em 11 amostras extraídas mais de túnel rodoviário de 40 anos de idade nos Alpes suíços. Todas estas amostras foram tiradas de dentro de uma área de 1-2 m2, assim, presumivelmente identicamente produzidas e expostas. Neste exemplo, o teor de cloreto na superfície de aço no momento da amostragem foi insignificante. Além disso, a frente de carbonatação foi ainda distante da superfície de aço.
A Figura 9 mostra dois exemplos onde o potencial do aço diminuiu fortemente após a exposição à solução de cloreto livre. Em um desses casos específicos, durante o exame (destrutivo) subsequente da amostra verificou que o concreto na profundidade aço já era carbonatado. Após a chegada de água na superfície de aço, o processo de corrosão, assim, imediatamente começou. No outro caso, iniciação de falsa corrosão ocorreu em um do aço bar termina.
Figura 1 . Desenho esquemático de colhida a amostra de uma estrutura e tratadas em laboratório: (um) núcleo de concreto com uma parte incorporada de aço de reforço; (b) reduzir a capa de concreta no lado exposto e na parte posterior pelo corte diamante refrigerado a água; (c) aço barra proteção final por meio de remover alguns concreto ao redor do aço e substituí-lo com um colar/argamassa de cimento denso e revestimento de epóxi subsequentes; e (d)-revestimento de epóxi nas faces laterais e na extremidade zonas da superfície exposta do concreta. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2 . Desenho esquemático da configuração para o teste de corrosão em laboratório. Isto mostra o posicionamento das amostras no tanque de exposição. Os espaçadores são utilizados para assegurar o contato para solução de exposição da superfície da amostra de fundo. Todas as amostras são conectadas a um registrador de dados, medir o potencial de cada amostra vs um eletrodo de referência colocada na solução de exposição. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3 . Desenho esquemático de tempo-evoluções possíveis de potencial do aço que ilustra o critério para a iniciação da corrosão. No ponto 1, um potencial cair por menos de 150 mV da inicial "nível passivo" ocorre; no ponto 2, um potencial passar pelo menos 150 mV ocorre, que é seguido por repassivation; no ponto 3, um potencial de queda pelo menos 150 mV ocorre (dentro de um máximo de 5 dias) e o nível potencial negativo alcançado é sustentado durante 10 dias. Em tini, retire a amostra da solução exposição. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4 . Desenho esquemático ilustrando o corte e divisão da amostra de concreto depois da detecção de início de corrosão. Primeiro, uma "trincheira" é cortada da parte traseira, em paralelo com a barra de aço. Inserindo um formão ou uma ferramenta semelhante, a trincheira pode ser usada para dividir a amostra conforme indicado pelas setas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5 . Fotografias ilustrando a análise da amostra após a iniciação da corrosão. (a) as duas metades da amostra após a divisão e (b) uma ferrugem mancha é visível para o aço de superfície após o início da corrosão. Fotografias de amostras diferentes. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6 . Esquemático desenho ilustrando a amostragem para a análise cloreto após iniciação corrosão: (uma) remoção de peças revestido com epóxi, do núcleo de concreto do split (roxo = planos de corte); (b) remoção da tampa de concreto até 2 mm da superfície do aço (roxo = plano de corte); (c) ranger de dentes durante um intervalo de profundidade de + /-2 mm do aço barra profundidade tampa (vermelho = volume de amostra). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 7 . Exemplos de representante de medida potencial vs tempo curvas. As gotas potenciais tipicamente pronunciadas que podem ser seguidas por um aumento potencial (repassivation), até que finalmente inicia a iniciação da corrosão estável de acordo com o critério sugerido. (um) mostra um caso onde o potencial estabiliza o nível negativo, e (b) é um exemplo onde o potencial continua a diminuir ao longo do período estudado de 10 dias. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 8 . Exemplo de Ccrit medido em 11 amostras tirada de dentro de um concreto área pequena em mais de 40 anos de um antiga estrada do túnel nos Alpes suíços. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 9 . Exemplos de marcado potencial diminui imediatamente após a exposição em solução de cloreto livre. Em um caso, o concreto em profundidade o aço era já carbonatado, assim, à chegada de água na superfície de aço, o processo de corrosão imediatamente iniciado, levando a uma diminuição acentuada em potencial. No outro caso, iniciação de falsa corrosão ocorreu em um do aço barra termina, que aqui levou a uma diminuição mais gradual e potencial. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Discussion
Os passos mais críticos para o sucesso do protocolo experimental sugerido para determinar Ccrit são aqueles incluindo as medidas tomadas para evitar a corrosão falsa iniciação e outro aço barra efeitos final. A este respeito, uma variedade de abordagens foram testados, entre os quais o protocolo aqui relatado foi encontrado para produzir os melhores resultados de28. Em novos testes, esta abordagem permitido diminuir a taxa de falso início para abaixo dos 10%. Por um lado, isto é devido ao revestimento zona fronteiriça de superfície de concreto exposta, com resina epóxi, que aumenta o comprimento do transporte de cloretos no concreto para a barra de aço termina consideravelmente. Por outro lado, substituindo o original concreto ao redor da barra de aço em suas extremidades com uma densa, altamente alcalina cimentícia chorume aumenta significativamente a resistência à corrosão nessas áreas. Tais sistemas, ou seja, revestimento do aço bar termina com uma camada de um material cimento Polímero modificado, têm sido bem sucedidos também em outros estudos29,30.
Outro aspecto importante é o critério para a iniciação da corrosão. Este critério é baseado no comitê técnico da RILEM TC-235 que pretendia recomendar um método de ensaio para a medição de Ccrit em amostras fabricadas na laboratório31. A lógica é que é bem conhecido esse início da corrosão do aço unpolarized betão armado pode ter lugar durante um longo período de tempo, em vez de um instantâneo bem-definidos30,32. Aço pode começar a corroer-se em concentrações relativamente baixas de cloreto... mas se estes não são capazes de sustentar o processo de corrosão, repassivation irá ocorrer, o que torna-se aparente por um aumento potencial de volta para o nível inicial do passivo. Tais eventos depassivation-repassivation são normalmente observados em estudos similares30,33,34. A concentração de cloreto, medida em um momento de corrosão estável é mais relevante para a prática do que o tempo em que os primeiros sinais de desvios potenciais do passivo nível tornam-se aparentes. Com o critério sugerido, Ccrit representa a concentração de cloreto no qual corrosão inicia e estàvel também se propaga.
Uma limitação do método é que as amostras são relativamente pequenas, que podem ter uma influência sobre os resultados de35,36. Para obviar a isso, é aconselhável para usar um número relativamente elevado de amostras (idealmente 10). O nível de confiança depende da distribuição estatística do Ccrit na área de teste real. Para mais detalhes a este respeito, consulte a referência36. Uma limitação adicional é que as condições de umidade na exposição laboratorial podem diferir de uma estrutura real. Finalmente, a detecção de iniciação da corrosão pode ser difícil nos casos em que o potencial é geralmente negativo, como em cimentos de escória ou outros ligantes contendo sulfeto.
O melhor de nosso conhecimento, este é o primeiro método de determinação decrit Cem estruturas de engenharia em um estágio antes da iniciação da corrosão. Em contraste com a experiência empírica de estruturas, que é, por definição, obtida após o início da corrosão, esse método pode ser usado para medir Ccrit para estruturas específicas ou membros estruturais antes de degradação de corrosão ocorre ; os resultados, portanto, podem ser usados para avaliar o risco de corrosão (futuro) e para predizer o tempo restante para a iniciação da corrosão (modelagem de vida de serviço). Assim, este método tem o potencial para ser utilizado em material de teste, similar ao estabelecidos métodos usados para teste mecânico (resistência à compressão, etc.)
Atualmente, o método é aplicado a um número de diferentes infra-estruturas de concretos na Suíça. Isso ampliará o conhecimento severamente limitada5 sobre distribuições Estatísticas de Ccrit em estruturas. Além disso, vai revelar a influência de diferentes fatores como a idade das estruturas, materiais de construção usados, etc.e assim, fornecer informações importantes para engenheiros civis e para os tomadores de decisão na gestão de infra-estrutura.
Disclosures
Os autores não têm nada para divulgar.
Acknowledgments
O trabalho descrito aqui foi financiado em parte pelo Instituto suíço de estradas federais (projeto de pesquisa AGB2012/010). Muito reconhecemos o apoio financeiro.
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) |
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).
