Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

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

Published: August 31, 2017 doi: 10.3791/56229
Automatic Translation
1, 1, 2, 1,3
1Institute for Building Materials, ETH Zurich, 2Tecnotest AG, 3Department of Chemical and Geological Science, University of Cagliari

Summary

Мы предлагаем метод измерения параметр, который является весьма актуальным для коррозии оценок или прогнозов железобетонных конструкций, с главным преимуществом разрешительные тестирование образцов от инженерных сооружений. Это гарантирует реальных условий в интерфейсе железобетон, которые имеют решающее значение избежать артефактов сделал лабораторных образцов.

Abstract

Старение железобетонных инфраструктуры в развитых странах налагает настоятельная необходимость методов достоверно оценить состояние этих структур. Коррозии встроенных арматурной стали является наиболее частой причиной деградации. В то время как это хорошо известно, что структура способность противостоять коррозии сильно зависит от таких факторов, как материалы, используемые или возраста, это обычная практика полагаться на пороговые значения предусмотрено в стандартах или учебников. Эти пороговые значения для инициации коррозии (Ccrit) независимо от фактического свойства определенной структуры, которая четко ограничивает точность оценок состояния и прогнозы жизни службы. Практика использования табличных значений могут объясняться отсутствием надежных методов для определения Cкритического удара на месте и в лаборатории.

Здесь представлен экспериментальный протокол для определениякритического удара Cдля отдельных инженерных сооружений или структурных элементов. Количество железобетонных образцы взяты из структур и лабораторных коррозии тестирование проводится. Основным преимуществом этого метода является, что она обеспечивает относительно параметров, которые хорошо известны значительно влияние Cкритического удара, например, железобетон интерфейс, который не может быть передразнил репрезентивно в реальных условиях производимых лабораторных образцов. В то же время ускоренной коррозии испытания в лабораторных условиях позволяет надежное определениекритического удара Cдо начала коррозии на проверенные структуры; Это значительное преимущество над все общие методы оценки состояния, которые только позволяют оценивать условия для коррозии после посвящения, то есть, когда структура уже повреждена.

Протокол дает статистическое распределение Ccrit для протестированных структуры. Это служит основой для вероятностное прогнозирование моделей за оставшееся время к коррозии, которая необходима для планирования технического обслуживания. Этот метод может использоваться потенциально в испытании материалов гражданских инфраструктур, аналогичные установленным методы, используемые для механических испытаний.

Introduction

Коррозии стали в бетоне, вызванных проникновению хлоридов через бетон, является наиболее частой причиной преждевременной ухудшение состояния армированных и предварительно напряженных железобетонных конструкций и таким образом представляет собой одну из наиболее важных задач в гражданское строительство1,2,3,4. Промышленно развитые страны, как правило, имеют большие запасы старения бетона инфраструктур, построенный во второй половине прошлого века и таким образом с историей нескольких десятилетий воздействия морской климат или противообледенительной соли, используемых на дорогах. Будучи в состоянии достоверно оценить состояние этих структур, то есть, риск коррозии, образует основу для планирования работ по техническому обслуживанию и управления инфраструктурой, в целом.

Установленным подход в области машиностроения для управления хлорид индуцированной коррозии стали в бетоне основан на хлорид пороговое значение (также называют критической хлорид содержание, Ccrit)1,5, 6. Согласно этой концепции, предположительно происходит как только концентрации хлоридов в бетоне на стальной поверхности превышает порогкритического удара Cкоррозии посвящения. Таким образом оценки состояния существующих структур и оценке оставшийся срок службы обычно полагаются на определении содержания хлорида на разных глубинах в бетоне, особенно на глубине встроенных арматурной стали. Существует ряд надежных и стандартизированных методов для измерения этой концентрации хлоридов в образцах бетона7,8. Сравнивая результаты Cкритического удара обеспечивает основу для оценки риска коррозии и тип и степень ремонта мер планирования. Однако этот подход требует знания Cкритического удара.

Различных международных стандартов и рекомендаций, а также текст книги, предусматривают значения Cкритического удара1,3,9,10,11. Они, как правило, около 0,4% хлорид, весовая цемента, основанный на многолетнем опыте или начале исследования12,13. Однако это хорошо известно, что фактическое сопротивление противкритического удара Cопределенной структуры или член структурных сильно зависит от используемых материалов, возрастной структуры, а также экспозиции истории и условия1 , 5. Таким образом, это общепризнано, что опыт от одной структуры должны применяться только к другим структурам с осторожностью.

Несмотря на это он является общим, инженерной практике использовать табличный Cкритического значения, независимо от фактической структуры. Это можно объяснить огромный разброс Cкритического удара в литературе и отсутствием надежных методов для определения Cкритического удара на месте и в лаборатории5. Подход с использованием табличных пороговых значений в долговечности оценок в отличие от структурных соображения в оценке состояния стареющей бетонных конструкций. В последнем случае, существует ряд методов стандартизированных испытаний для определения механических свойств, таких как прочность материалов в структуре (бетон, Сталь арматурная), для использования в расчетах структурных поведения.

В этой работе представлен экспериментальный протокол для определениякритического удара Cна образцах, взятых из инженерных сооружений. Этот подход основан на бурение ядер железобетона в частях бетонных конструкций, где коррозия еще не начато. Эти образцы передаются в лабораторию, где они подвергаются испытанию на ускоренной коррозии с целью изучения условий для начала коррозии. Основным преимуществом предлагаемого метода является, что образцы проистекают из структур и таким образом экспонат реальные условия, касающиеся ряда параметров, которые хорошо известны значительно влияние Cкритического удара и которые нельзя репрезентивно передразнил в производимых лабораторных образцов. Это включает в себя тип и возраст бетона (молодые Лаборатория конкретных против зрелых сайт производства бетона), тип и поверхности состояние арматурной стали используется во время строительства и в целом на свойства стали бетона интерфейс14. Вместе с точность лабораторных методов измерения этот подход позволяет достоверного определениякритического удара Cдля конкретных структур или структурные членов.

Применение протокола предлагается в инженерной практике будет - по сравнению с обычной практикой использования постоянное значение для Cкритического удара - повысить точность оценок состояния и прогнозирования сила моделей для анализа оставшийся срок службы. Ожидаемое сильное увеличение ремонтных работ нашими объектами инфраструктуры на ближайшие десятилетия15 представляет собой настоятельную необходимость такого улучшения в технике разъедающего инфраструктур.

Protocol

1. выборки на инженерной структуры

  1. выберите тест областей конкретные структуры, принимая во внимание замечание ниже.
    Примечание: Проверить области является область, из которой будут приниматься несколько образцов. Испытательная зона должны быть расположены в пределах одного структурных члена (предположительно от одной конкретной партии) и выставку однородной воздействия окружающей среды (например, избежать значительных различий в выборки высота в колонках или стены). Таким образом в течение одной инженерной структуры могут быть выбраны несколько областей. Как дополнительное требование испытательная площадка должна быть свободной от коррозии. Это может быть проверено, основываясь на результатах установленных методов проведения инспекций, включая неразрушающего контроля таких потенциальных сопоставления 16 , 17 , 18. Обратите внимание, что хлорид проникновения может уже произошли в структурной члена рассматривается. Это не влияет на действительность метод испытания, описанный здесь, но может повлиять на время, необходимое для тестирования в лаборатории коррозии.
  2. В пределах каждой области тест на структуре, выбрать места отбора проб (места отбора проб). Выбор места выборки, которые свободны от соты, трещин, Скола или других признаков качества локально бедных бетонного покрытия или ухудшения.
    1. Найдите арматурной стали бары в бетоне с помощью неразрушающих, handheld сканирующего устройства, широко известный как " усиливающие стальные детектор " 19. Переместить оба стали детектор в горизонтальной и вертикальной направления над бетоном поверхности в пределах зоны испытания и Марк (с помощью мела) каждого друга стали Бар временно на поверхности бетона (форма сетки).
    2. Выбор места для колонкового бурения ядер с диаметром не менее 150 мм; Марк и обозначить их на поверхности бетона (с помощью мела). Избегайте выборки пересечений арматурных прутков в ядро. Выберите местоположения таким образом что арматурный стальной будет как централизованно расположена как можно в ядро.
      Примечание: Не забудьте выбрать те стальной арматуры, которые представляют интерес для оценки структуры (обычно слой с низкой глубиной покрова); особенно важно проводить различие между вертикально и горизонтально ориентированной полосы, как это влияет на производительность коррозии 20.
    3. Для учета изменчивость присущие C критического удара и быть в состоянии представить статистические данные, выберите как минимум 5 (10) мест для отбора проб в зоне испытаний.
    4. Рассмотреть структурные последствия в отношении количество и положение ядер пробуренных из структуры для того, чтобы избежать каких-либо критических ослабления структуры, вызванные выборки.
    5. Документ положение всех образцов в рамках структурных член точно перед выборки (фотографии, эскизы, показаны расстояния до краев и т.п.)
      Примечание: Это может также включать в документацию на месте измеряемых параметров в соответствующих местах таких электрохимических потенциалов стали 16 , 17 , 18 , охватывают глубина измерения 19, или других неразрушающих испытаний результаты таких как бетонные резистивность.
  3. Дрель конкретных ядер (минимальный диаметр 150 мм) содержащий сегмент арматурной стали согласно общих процедур и стандартов 21.
    1. , Чтобы избежать повреждения интерфейс железобетон, выполнять колонкового бурения тщательно (water-cooled бурение, бурение, инструменты и т.д. Шарп) отрегулируйте глубину колонкового бурения, в зависимости от качества бетона и на глубине крышка Сталь арматурная.
      Примечание: как правило, длина ядро должно быть по крайней мере 2 - 3 раза обложке глубины. Это обычно позволяет разорвать ядро из структуры не повредив интерфейс железобетон.
    2. Удаление жидкой воды от поверхности бетона ядро. Четко обозначить ядро с маркером воды доказательство мел.
    3. Обертывание ядро в плотно фольгой диффузии для сохранения влаги условий во время перевозки в лабораторию.

2. Пробоподготовки в лаборатории

Примечание: эти шаги применяются для каждого образца (ядро) взяты из структуры для того, чтобы подготовить их для лабораторного тестирования коррозии. Это служит для ускорения коррозия (уменьшение бетонного покрытия), при сохранении условий в ядре и обеспечение защиты от нежелательных конец эффектов (например, Щелевая коррозия).

  1. Регулировка бетонного покрытия на передней и задней стороне просверленные ядра.
    1. Уменьшить бетонного покрытия на лицевой стороне (который первоначально выставленных сторона), с водяным охлаждением Алмазная резка для того чтобы получить окончательный слой бетона толщиной образца в диапазоне 15-20 мм ( рис. 1 -b).
    2. Убедитесь, что толщина бетонного покрытия единообразной на стороне подвергаются. Измерить бетонного покрытия на обоих концах арматурной стали Бар (т.е., на боковой стороне ядра) с суппортом. При необходимости, использовать резки и полировки инструментов для ликвидации любых различий в покрытие толщиной более 1 мм.
    3. Измерения толщины бетона за укрепление сталь с суппорт или линейку на боковой стороне основного и убедиться, что это ~ 30-50 мм ( рис. 1 б). При необходимости, сократить ядро с water-cooled Алмазная резка.
      Примечание: Полировка не требуется на этой стороне.
  2. Создать подключение с помощью кабеля и защищать, усиливающие стальные бар концы от ложных коррозии посвящения во время экспозиции, тестирование следующей процедуры Рисунок 1 c.
    1. Использования разделочной дрель с внутренним диаметром чуть больше (на 2-4 мм) чем диаметр армирующие стальной бар для удаления бетона непосредственно вокруг стали на каждом баре конца над длиной от максимум 10 мм. нуля остатки цемента пасты, придерживаясь Стальная поверхность с помощью адекватных инструментов (металлический шпатель, малые буровые и т.д.)
    2. просверлите небольшое отверстие в одном из концов стальной арматуры и использовать металлические Винты самонарезающие исправить кабельного наконечника (подключенных к медный кабель) для стальной бар. Убедитесь, что выступ кабеля плотно прижимается арматурной стали.
      Примечание: Диаметр винта должен быть немного больше (например, на 0,1 - 0,2 мм) чем отверстия, просверленные в стали, чтобы гарантировать подключение жесткой и твердой.
    3. Место резьба в пределах арматурной стали и убедитесь, что он не выступают усиливающие стальные части в любом месте, как это вероятно повлияет электрохимических измерений и поведение коррозии.
      Примечание: Это может быть обеспечено с помощью коротких винтов и уделяя внимание к направлению отверстий (параллельно оси сталь). Это проще для бурения параллельно оси сталь бар, если вырезать лицо стальной бар перпендикулярно баре оси. Поэтому важно, что арматуры расположены в центре города в пределах ядро, в противном случае отрезока стали лицо не перпендикулярно стальной бар оси.
    4. Не использовать пайки, сварки или аналогичные методы для установления соединения электрического кабеля, потому что отопления может влиять сталь или железобетон интерфейс в образце.
    5. Заполнить пробел, образовавшийся around обе стали бар концы с плотной цемент паста/раствор/раствор, тщательно поливая навозной жижи в отверстия. Также пальто винта и наконечник кабельного соединения.
      1. Использования, полимер модифицированных на цементной основе продукта для этого для того, чтобы обеспечить хорошую защиту присоединение и конец.
        Примечание: Существует целый ряд коммерческих продуктов на рынке как ремонт минометов или аналогичных (см. Таблицу материалы). Важно, что продукт не содержит ингибитор коррозии или любых других веществ, влияющих на Электрохимическое поведение стали.
      2. Убедитесь, что этот цемент паста/раствор/раствор применяется и вылечить правильно, т.е., по данным поставщика ' s инструкции.
  3. Нанесение покрытия эпоксидной ограничить открытые площади поверхности.
    1. До их применения покрытия, позволяют поверхности бетона несколько дней сушки при комнатной температуре и климата в помещении. Избегайте агрессивным (например, в печи) или длительного (более чем на 1-2 недели) сушки ядра, как это может изменить микроструктуры бетона (крекинга) и таким образом повлиять на результаты испытания.
    2. Пальто и боковые поверхности ядра с эпоксидной смолой. Также пальто, усиливающие стальные бар концы и кабеля (винт, наконечник кабеля и т.д.) ( рис. 1 c - D).
    3. Же эпоксидной смолой, также пальто конец части поверхности подвергаются бетона на стороне ядра, который был ранее ближе к структурной бетонной поверхности ( рис. 1 d). Оставьте открытая (без покрытия) Длина вдоль стальной бар на этой стороне 60-80 мм.
    4. Оставить верхнюю конкретные лица немелованной (т.е., со стороны, противоположной стороне подвергается, Сравните рис. 1 d).
      Примечание: Эпоксидная смола используется должны быть пригодны для применения на бетон (стабильной в щелочных условиях, легко распространять, например, с помощью кисти, и т.д.)
    5. наносят покрытие, так что он образует плотный барьер диффузии к более поздних воздействия хлорид, содержащие решения. Убедитесь, что толщина покрытия по меньшей мере 2 мм. Проверьте, что не поры и дыры видны в покрытие. При необходимости, применить несколько слоев смолы.
    6. Протокол может быть приостановлена здесь; обернуть образца снова в диффузии плотно фольгой.

3. Коррозия

  1. подготовить установки для воздействия решения.
    1. Место все образцы в баке, с стороне образца выставке 15-20 мм бетонные покрытия, толщина вниз. Установите образцы на небольшие распорки разрешить воздействия решения для образцов из их нижней ( рис. 2).
    2. Выбрать танк с размерами, разрешительные расстояние между бетонных образцов и образцов и стенок цистерны по крайней мере 4 см; высота резервуара идеально в диапазоне 15-30 см.
  2. Подготовить приборов для данных протоколирования.
    1. Место электрод сравнения в экспозиции раствора ( рис. 2).
      Примечание: Для электрод сравнения, любой тип стабильных справочных электрода подходит для погружения в раствор воздействия может быть использовать (например Ag/AgCl/KCl сидел электрод сравнения). Специальные меры могут быть необходимы во избежание загрязнения воздействия решения электролит электрод сравнения и наоборот.
    2. Подключить все образцы автоматизированных баз данных средство ведения журнала, которая может индивидуально измерения потенциалов армирующие стальной арматуры против общий электрод сравнения ( рис. 2). Использовать регистратор данных с входной импеданс, превышает 10 7 ом.
    3. Установить измерительный интервал регистратор данных по крайней мере 4 измерений в день для каждого образца; преференциально, использовать для каждой выборки интервал 1 ч.
  3. Начать подверженности хлоридно свободный решение.
    Примечание: В начале воздействия решения соответствует времени t 0 = t = 0, для каждого образца.
    1. Заполните резервуар водопроводной водой (рН в пределах 6,5-8.0, хлоридно свободный, качество питьевой воды). Убедитесь, что уровень воды является такой что все нижние углы кернов находятся в контакте с решения, но они не полностью погружен (т.е., с лицом верхняя примера выше уровня воды). Поддерживать контакты между ссылку электрода и воздействия раствора ( рис. 2).
    2. Сразу же начать протоколирование данных, т.е., измерения потенциалов всех образцов против электрод сравнения.
    3. Контролировать потенциальные возможности для более чем 1-2 недели и считают, что потенциалы ожидается достичь стабильного значения в диапазоне указанием стали пассивности.
      Примечание: Как правило, это около от -100 до + 200 МВ против Ag/AgCl/KCl СБ 1.
    4. В некоторых случаях, образцы себя потенциалы ясно более негативным, чем -100; немедленно осмотреть образцы более подробно (см. раздел 5). Выполните этот шаг также, если потенциал отличается заметно во время воздействия на решение хлоридно свободный.
  4. Начать воздействия хлоридов.
    1. После 1 - 2 недели в хлоридно свободный решение, заменить решение экспозиции с готовым раствором 3,5% NaCl по весу. Используйте деионизированную воду для подготовки этого раствора хлорида. Используйте объем раствора хлорида, равную первоначальной хлоридно свободный раствор (же глубина погружения). Закрыть воздействия танк с крышкой (рекомендуется), чтобы ограничить испарения раствора и связанные с этим изменения в концентрации хлоридов.
    2. Во время воздействия хлорида, регулярно (по крайней мере один раз в 2 недели) проверить уровень воды в отношении образцов. Если требуется, Добавьте деионизированной водой. Предел обновления всей экспозиции решение как минимум потому, что это способствует выщелачивания бетона.
    3. Продолжить мониторинг потенциалов образцов и регулярно (каждый дважды в неделю) проверить состояние коррозии каждого образца, оценивая записанные развитие потенциалов с течением времени каждого образца и с учетом критерия для инициации коррозии определены в разделе 3.5.
    4. После 60 дней, увеличение концентрации NaCl в растворе до 7% по весу. После 120 дней увеличение концентрации NaCl в растворе до 10% по весу. После этого, поддержание концентрации хлоридов на этом уровне.
  5. Оценки наблюдаемых потенциалов с течением времени для выявления коррозии инициации.
    Примечание: Во время экспозиции, образцы обычно exhibit относительно стабильной потенциалов в течение приблизительно +/-30 mV начальные значения воздействия хлорида свободной воды. Этот потенциальный диапазон будет именоваться " пассивного уровня " здесь ( рис. 3). Это может быть различным для каждого индивидуального образца.
    1. При оценке записанные стали потенциалов во время экспозиции, используйте следующий критерий для возбуждения коррозии для проверки состояния коррозии каждого образца. Следующие два условия должны быть выполнены для инициации коррозии (< сильный класс = «xfig»> Рисунок 3):
      1. проверить, если потенциал уменьшается более чем 150 мВ от пассивного уровня в течение 5 дней или короче.
      2. В течение следующих 10 дней, проверьте если потенциал остается конюшне на достигнутый уровень негативного, уменьшается далее, или восстанавливает максимум 50 МВ.
        Примечание: Для более фона сведения о этот критерий для обнаружения коррозии посвящения смотрите обсуждение.
    2. После того, как выполняется этот критерий для возбуждения коррозии, немедленно удалить образец из экспозиции решения и действуйте, как описано в разделе 4. Документ время начала коррозии (t ini) данного образца ( рис. 3). Продолжить выдержка тест с оставшихся образцами.
    3. Если потенциальное сокращение от пассивного уровня составляет менее 150 мВ, наблюдать образца в ближайшие время экспозиции. Если потенциал дальнейшего уменьшается и достигает стабильного уровня, рассматривать это как изменения в состоянии коррозии.
      1. Обратить особое внимание на такие образцы, проверяя состояние коррозии с альтернативными измерения (например, измерения сопротивления линейной поляризации 22), или, наконец, анализируя их, как описано в разделе 4. Если время начала коррозии явно не могут быть отнесены, отклонить образца.
    4. Если произносится электробезопасность (более 150 мВ в течение нескольких дней), но вслед за увеличение потенциала в течение следующих дней к пассивной начального уровня ( рис. 3), образца в экспозиции решение для дальнейшего мониторинга.
    5. Уделять особое внимание ситуациям, где все потенциалы образцов подвергаются в том же танк экспозиции проходят одновременные изменения в потенциал. Если это происходит, немедленно проверить электрод сравнения и это исправить или заменить его на новый, при необходимости.
      Примечание: Обмен решение или повышение концентрации хлорида обычно приводит к сдвигам в потенциал. Это может быть связано с создания потенциалов различных диффузии в обоих узлах воздействия решения/ссылка электрода или воздействия раствора/бетона образца 23. Эти изменения влияют на все образцы подвергаются в том же баке аналогичным образом. Они не указывают на изменения в состоянии коррозии.
      Примечание: Если электрод сравнения нестабильно или утечки в раствор, он будет проявлять дрейфа. Как следствие все контроль стальных потенциалов покажет ту же тенденцию с течением времени. Это не означает изменения в состоянии коррозии.

4. Образец анализа после начала коррозии

  1. Сплит образца для удаления стальных бара
    1. После вывода образца от воздействия решений, Сплит (как в шаге 4.1.2) конкретных ядро для дальнейшего анализа и для визуального осмотра поверхности стали и бетона в интерфейсе железобетон.
    2. Вырезать конкретные ядро от его сзади (один не подвергается решения) с водяным охлаждением алмазного отрезного диска ( рис. 4). Убедитесь, что раздел перпендикулярно задней поверхности и соответствие параллельно армирующие стальной бар. Во избежание повреждения стальной бар убедитесь, что глубина резания (на примерно 10 мм) меньше чем толщина бетонного покрытия на этой стороне.
    3. Вставьте долото или аналогичный инструмент и разделить ядро бетона на две половинки; это будет делить бетона вокруг стальных бара
    4. Аккуратно удалить друга стали Бар из бетона, это оставляет две половинки конкретного образца с отметками стали Бар ( Рисунок 5 ).
  2. Визуально изучить интерфейс железобетон.
    1. Сразу же документе (фотографии, рисунки и т.д.) внешний вид интерфейса железобетон, изучая стальной поверхности и стальной бар отпечатки в бетоне. Обратите внимание на следующее.
    2. Документ местоположения и морфология коррозии.
      Примечание: На сайте коррозии посвящения обычно легко идентифицироваться продуктов осажденный коррозии ( Рисунок 5 ). Марк, количество и положение этих пятен. Интерес представляет также цвет продуктов коррозии. Как правило после разделения, они темные/черные/зеленоватый. При контакте с воздухом, они становятся коричневый/ред.
    3. Проверка образца для инициирования ложных коррозии, т.е., коррозии, инициировавший или близки к стальной бар заканчивается. Если это так, отвергают образца и обратите внимание, что не C критического удара может быть определен.
      Примечание: Коррозии, которая инициирует во время испытания на или рядом с стальной бар заканчивается, т.е., в пределах 15 мм сталь бар концы, считается инициирование ложных коррозии. Это может быть обусловлено щелевая ситуаций, недостаточно сталь бар конце мер защиты (например, бедные Затирка наполнения или пористых эпоксидное покрытие), или потому, что металлические винтовые для подсоединения кабеля выступает стальной бар (разделы 2.2 и 2.3).
    4. Документ пустот или поры в бетоне. Принять к сведению того, совпадает ли расположение пустот или поры с Гео-место(с) коррозии инициации.
    5. Документ любой отличительные особенности таких как трещины, соты, грубый агрегатов, посторонних, галстук провода, прокладки и т.д., в бетон и их позиции в отношении Гео-место(с) коррозии инициации.
  3. Измерения глубины карбонизации.
    1. Сразу же после документации, спрей Сплит бетонных поверхностей раствором фенолфталеин и определения глубины карбонизации 24.
      Примечание: Важно отметить ли глубины карбонизации достиг стальной поверхности и если нет, какое расстояние глубины карбонизации в стальной бар. Это должно быть сообщено вместе с результатами.
  4. Анализ хлорида и определить C crit.
    1. На обе половинки конкретных ядра, удалить части, которые были эпоксидным покрытием с помощью водоохлаждаемого алмазной резки (рис. 6 ).
    2. От полученных призмы, удаление бетона в зоне покрытия с помощью водоохлаждаемого алмазной резки до 2 мм для стали Бар ( Рисунок 6 b). Сухой бетон при 105 ° C ночь.
    3. Впоследствии, шлифуют бетона и собирать Шлифовальный порошок; толщина этот шлифовальный шаг 4 мм ( рис. 6 c). Это дает, от каждой половины конкретных ядра, образец бетона порошок на глубине Прутковая сталь 2 мм.
    4. Сухой образцы полученных конкретных порошка при 105 ° C до постоянного веса. Анализ концентрации кислотно растворимых хлоридов в сухих бетонных порошок согласно стандартам 7 , 8. Вычислить среднее двух значений.
      Примечание: Результат является содержание хлоридов в процентах по весу бетона.
    5. Если содержание цемента бетона в конкретного образца, используемого для анализа хлорид может быть определено (например, с помощью подходящих методов 25 , 26 , 27), конвертировать хлорид содержание в процентах от массы цемента.
    6. Документ в результате анализа хлорид, который является критическим хлорид содержание C crit для конкретного образца. Не забудьте указать, если значение выражается в процентах по весу бетона или от массы цемента.
  5. Документ результаты как тестовый отчет для каждого Пример.
    1. Доклад все документально эффекты от визуального осмотра (статья 4.2) вместе с результатами теста (записанные потенциалов над время, время начала коррозии, глубины карбонизации и C crit).

5. Обработка особых ситуаций

  1. Если отрицательные потенциалы перед воздействием хлорида наблюдаются, то есть, если во время первоначального воздействия хлоридно свободный решение (статья 3.3), стали потенциальными становится явно негативные уделять особое внимание на следующее.
    1. Рассмотрим событие ложных коррозии посвящения.
      1. Проверить, инициирование ложных коррозии, удалив стальной бар заканчивается резка на каждом баре стали конец бетона из образца (water-cooled Алмазная резка). Удалить до ~ 20 мм бетона на каждой стороне.
      2. Мера снова потенциал стали, поместив ссылку электрод с помощью увлажненной губкой на поверхности подвергаются бетона и связавшись с электрически вырезать лицо стальных бара
      3. Если потенциал по-прежнему сравнительно отрицательное, отклонить образца.
      4. Если потенциал находится в диапазоне от пассивного уровней и другие примеры из этой же серии, рассмотрим повторное использование образца для определения C критического удара. В этом случае перейдите к шагу 2.2 протокола. При представлении результатов, указывают, что этот пример был меньше (короче подвергаются стали Длина штанги), чем другие.
    2. Если инициирование ложных коррозии могут быть исключены, если бетон на стальной глубине был уже газированный и рассмотреть определение концентрации хлоридов на черной глубине. Если карбонизации или очень высоким содержанием хлоридов концентрации объясняет начало коррозии после смачивания, документ это в протоколе испытания и обратите внимание, что в этом случае может определяться не C критического.
      Примечание: Это может произойти, если бетон на стальной глубине уже газированный или содержится достаточное количество хлорида способствовать коррозии после смачивания. Это может быть случай когда пробы были взяты из структуры в сухой период, т.е., когда нет активной коррозии происходило в структуре и таким образом, никакой коррозии могут быть обнаружены с помощью методов проверки, описанные в разделе 1.

Representative Results

Рисунок 7 показывает типичный стали потенциалов, наблюдение за воздействием хлорида в лаборатории. Оба примера показывают, что потенциал может значительно упасть в течение очень короткого времени, но что процесс коррозии может не еще стабильно пропаганды, которая становится очевидным путем увеличения потенциала к ее начальный уровень пассивной. В этом протоколе время начала коррозии, то есть, время экспозиции будет остановлена и Cкритического удара определяется, определяется заметно электробезопасность следуют 10 дней отрицательных потенциалов (см. раздел 3.5.2 и Обсуждение для получения более подробной информации).

Оно является общим, что это может занять несколько месяцев, пока происходит стабильное коррозии посвящения. Это также зависит первоначальной хлорид содержание уже присутствует в бетоне, когда образцы взяты из структур. В некоторых случаях до настоящего времени эксперименты потребовалось более чем 1 год до начала коррозии.

На рисунке 8 показан пример Cкритического удара измеряется в 11 проб, взятых из более чем 40 лет автомобильный тоннель в швейцарских Альпах. Все эти образцы были взяты в зоне 1-2 m2, таким образом предположительно одинаково и воздействию. В этом примере содержание хлоридов на стальной поверхности во время выборки был незначительным. Кроме того сатурации фронт был еще далек от стальной поверхности.

На рисунке 9 показаны два примера, где стали потенциальными уменьшило сильно под воздействием хлоридно свободный решение. В одном из этих конкретных случаев в ходе рассмотрения последующих (деструктивные) образца выяснилось что бетон на стальной глубине уже газированный. По прибытии воды на поверхности стали процесс коррозии таким образом сразу же начал. В другом случае, инициирование ложных коррозии произошло на одном из стали бар концы.

Figure 1
Рисунок 1 . Схематический рисунок взят образец из структуры и относятся в лаборатории: () конкретные ядро с встроенный кусок арматурной стали; (b) сокращение бетонного покрытия на открытой стороне и на задней стороне water-cooled Алмазная резка; (c) сталь бар конце защиты путем удаления некоторых бетона вокруг стали и заменив его с густой пасты/цементный и последующих эпоксидное покрытие; и (d)-покрытия эпоксидной на боковых гранях и на конце зоны подвергаются бетонной поверхности. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2 . Схематическое изображение установки для коррозии испытания в лабораторных условиях. Это показывает размещение образцов в баке экспозиции. Разделители используются для обеспечения контакт решение экспозиции от нижней поверхности образца. Все образцы подключены к регистратор данных, измерения потенциала каждого образца против электрод сравнения, помещены в растворе экспозиции. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
Рисунок 3 . Схематическое изображение возможных время эволюции стали потенциал, который иллюстрирует критерий для возбуждения коррозии. В точке 1, потенциал падение менее чем 150 мВ от первоначального «пассивного уровня» происходит; в точке 2, потенциал падение, по крайней мере 150 mV происходит, за которым следует repassivation; в точке 3, потенциал падение по крайней мере 150 mV происходит (в течение максимум 5 дней) и достигнутый уровень отрицательный потенциал поддерживается свыше 10 дней. В tiniснять образец от воздействия решения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 4
Рисунок 4 . Схематический чертеж, иллюстрирующий резки и колки бетона образца после обнаружения коррозии посвящения. Во-первых «окопе» режется с задней стороны, параллельно в стальной бар. Вставляя стамеской или аналогичный инструмент, траншея может использоваться для разделения образец, как показано стрелочками. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 5
Рисунок 5 . Фотографии, иллюстрирующие анализа проб после начала коррозии. () две половинки образца после расщепления и (b) ржавчины пятно видна на стальной поверхности после начала коррозии. Фотографии из разных выборок. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 6
Рисунок 6 . Схематический рисунок иллюстрирующие выборки для анализа хлорид после начала коррозии: () удаления эпоксидным покрытием частей Сплит конкретные ядра (фиолетовый = плоскостями резки); (b) удаление бетонного покрытия до 2 мм от поверхности стальной (фиолетовый = секущей плоскости); (c) шлифование через интервал в глубину от +/-2 мм сталь бар глубины покрытия (красный = объем выборки). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 7
Рисунок 7 . Представитель примеры измеренных потенциальных против времени кривых. Обычно произносится как потенциальные капли, которые могут сопровождаться потенциального увеличения (repassivation) до тех пор, пока стабильной коррозии инициации согласно предлагаемый критерий наконец инициирует. () показывает случай, когда потенциал стабилизируется на уровне негативным, и (b) является примером, где потенциал продолжает снижение изучал в течение 10 дней. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 8
Рисунок 8 . Пример Cкритического удара измеряется в 11 образцы взято от в пределах небольшой конкретные области в более чем 40 лет старая дорога тоннель в швейцарских Альпах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 9
Рисунок 9 . Примеров заметного потенциала уменьшается сразу после экспозиции в растворе хлоридно свободный. В одном случае, бетон на стальной глубине был уже газированный, таким образом по прибытии воды на поверхности стали, процесс коррозии немедленно начал, приводит к резкому уменьшению потенциала. В другом случае, инициирование ложных коррозии произошло на одном из стали бар концы, которые здесь привело к более постепенное снижение потенциальных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Discussion

Наиболее важные шаги для успеха предложенных экспериментальный протокол для определения Cкритического удара являются те, включая меры, принятые для предотвращения ложных коррозии посвящения и другие стали Бар конце эффекты. В этой связи были протестированы различные подходы, среди которых был найден здесь сообщил протокол давать лучшие результаты28. В дальнейших испытаний этот подход допускается уменьшение частоты ложных посвящения ниже 10%. С одной стороны это обусловлено покрытие границы области подвергаются бетонной поверхности с эпоксидной смолой, который увеличивает продолжительность перевозки хлоридов через бетон сталь бар заканчивается значительно. С другой стороны заменив оригинальные бетона вокруг стальной бар на его концах с плотной, сильнощелочным цементная суспензии значительно повышает коррозионную стойкость в этих областях. Такой системы, т.е., покрытие стали бар концы с слоем полимера модифицированные цементные материала, оказались успешными и в других исследованиях29,30.

Еще одним важным аспектом является критерием для инициирования коррозии. Этот критерий на основе технического комитета RILEM TC-235, что целью рекомендовать метод испытания для измерениякритического удара Cв образцы, изготовленные в лаборатории31. Обосновывается, что хорошо известно, что начало коррозии неполяризованное стали, встроенные в бетон может иметь место в течение длительного периода времени, вместо того, чтобы четко мгновенного30,32. Сталь может начать вытравливая на относительно низкой хлорид концентрации, но если они не в состоянии поддерживать процесс коррозии, repassivation будет происходить, которая становится очевидным потенциальным увеличением обратно на начальный уровень пассивной. В аналогичных исследований30,,3334обычно наблюдаются такие события depassivation-repassivation. Концентрация хлорида, измерены одновременно стабильного коррозии на практике более актуальным, чем время, в котором очень первые признаки потенциальных отклонений от пассивного уровня становятся очевидными. С предлагаемые критерием Cкритического удара представляет концентрации хлоридов на котором коррозии инициирует и также стабильно размножается.

Ограничения метода является, что образцы являются относительно небольшими, которые могут иметь влияние на результаты35,36. Чтобы избежать этого, предлагается использовать относительно большое количество образцов (в идеале 10). Уровень доверия зависит от статистического распределения Cкритического удара в районе фактического испытания. Для получения более подробной информации в этой связи, относятся ссылки36. Дополнительное ограничение является, что условия влаги в лаборатории экспозиции может отличаться от фактической структуры. Наконец обнаружения коррозии начала может быть сложным в тех случаях, когда потенциал вообще отрицательные, такие как шлак цемент или других сульфид содержащий связующие.

Насколько нам известно это первый метод определениякритического удара Cв инженерных сооружений на этапе до начала коррозии. В отличие от эмпирического опыта от структур, который по определению, полученные после начала коррозии, этот метод может использоваться для измерениякритического удара Cдля конкретных структур или структурные членов прежде, чем происходит деградация коррозии ; результаты могут быть использованы таким образом оценить риск коррозии (будущего) и предсказать оставшееся время до начала коррозии (службы жизни моделирование). Таким образом этот метод имеет потенциал, чтобы быть использованы в материале тестирования, похожие на установленных методов, используемых для механических испытаний (прочность на сжатие и т.д.)

В настоящее время метод применяется к ряду различных конкретных инфраструктур в Швейцарии. Это будет расширить знания ограничены5 о статистических распределений Cкритического удара в структурах. Кроме того он будет выявить влияние различных факторов, как возраст структур, используемых строительных материалов и т.д.и таким образом обеспечивают важную информацию для инженеров и руководителей управления инфраструктурой.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgments

Работа, описанная здесь частично финансировалась Швейцарским федеральным управлением дорог (научно-исследовательского проекта AGB2012/010). Мы сильно признаем финансовую поддержку.

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

  1. Bertolini, L., Elsener, B., Pedeferri, P., Redaelli, E., Polder, R. B. Corrosion of Steel in Concrete: Prevention, Diagnosis, Repair. 2nd edn. , WILEY-VCH. (2013).
  2. Development of an holistic approach to ensure the durability of new concrete construction. , British Cement Association. Crowthorne, UK. (1997).
  3. Condition control and assessment of reinforced concrete structures exposed to corrosive environments. Fédération Internationale du Béton (fib). , (2011).
  4. Angst, U. M., et al. Present and future durability challenges for reinforced concrete structures. Mater. Corros. 63 (12), 1047-1051 (2012).
  5. 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).
  6. Breit, W., et al. Zum Ansatz eines kritischen Chloridgehaltes bei Stahlbetonbauwerken. Beton- und Stahlbetonbau. (5), 290-298 (2011).
  7. 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).
  8. ASTM C1152 Standard Test Method for Acid-Soluble Chloride in Mortar and Concrete. ASTM International. , (2012).
  9. SIA 269/2:2011 Erhaltung von Tragwerken - Betonbau. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein SIA. , (in German) (2011).
  10. Draft, Draft recommendation for repair strategies for concrete structures damaged by reinforcement corrosion. Mater Struct. 27, RILEM TC 124-SRC 415-436 (1994).
  11. Broomfield, J. P. Corrosion of Steel in Concrete: Understanding, Investigation and Repair. 2nd edn. , CRC Press. (2006).
  12. Richartz, W. Die Bindung von Chlorid bei der Zementerhärtung. Zement-Kalk-Gips. 10, (in German) 447-456 (1969).
  13. Vassie, P. Reinforcement corrosion and the durability of concrete bridges. Proc. Inst. Civ. Eng. Part 1. 76, 713-723 (1984).
  14. Angst, U. M., et al. The steel-concrete interface. Mater. Struct. 50 (2), 143 (2017).
  15. 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).
  16. Standard Test Method for Corrosion Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete. ASTM International. , ASTM C876 (2015).
  17. Planung, SIA 2006:2013 Planung Durchführung und Interpretation der Potenzialmessung an Stahlbetonbauten. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein SIA. , (in German) (2013).
  18. B3: Merkblatt für Elektrochemische Potentialmessungen zur Detektion von Bewehrungsstahlkorrosion. Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung DGZfP. , (in German) (2014).
  19. B2: Merkblatt zur zerstörungsfreien Betondeckungsmessung und Bewehrungsortung an Stahl- und Spannbetonbauteilen. Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung DGZfP. , (in German) (2014).
  20. Soylev, T. A., François, R. Quality of steel-concrete interface and corrosion of reinforcing steel. Cem. Concr. Res. 33 (9), 1407-1415 (2003).
  21. European Standard EN 12504-1:2009 - Testing concrete in structures. Cored specimens. Taking, examining and testing in compression. European Committee for Standardization. , (2009).
  22. 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).
  23. Angst, U., Vennesland, Ø, Myrdal, R. Diffusion potentials as source of error in electrochemical measurements in concrete. Mater Struct. 42 (3), 365-375 (2009).
  24. 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).
  25. Gulikers, J. Testing and Modelling the Chloride Ingress into Concrete. RILEM Proceedings PRO 19. Andrade, C., Kropp, J. , (2000).
  26. ASTM C1084 Standard Test Method for Portland-Cement Content of Hardened Hydraulic-Cement Concrete. ASTM International. , (2013).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. RILEM technical committee 235-CTC. , (2015).
  32. 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).
  33. Boubitsas, D., Tang, L. The influence of reinforcement steel surface condition on initiation of chloride induced corrosion. Mater Struct. 48 (8), 2641-2658 (2015).
  34. Pacheco, J. Corrosion of steel in cracked concrete - chloride microanalysis and service life predictions. TU Delft. , The Netherlands. (2015).
  35. Li, L., Sagüés, A. A. Chloride corrosion threshold of reinforcing steel in alkaline solutions - Effect of specimen size. Corros. 60 (2), 195-202 (2004).
  36. 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).

Tags

Машиностроение выпуск 126 коррозии хлориды хлорид порог критических хлорид содержание инфраструктуры бетон армирующие стали прочность срок службы
Экспериментальный протокол, чтобы определить значение порога хлорида для коррозии в образцах, взятых из железобетонных конструкций
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Angst, U. M., Boschmann, C., Wagner, … More

Angst, U. M., Boschmann, C., Wagner, M., Elsener, B. Experimental Protocol to Determine the Chloride Threshold Value for Corrosion in Samples Taken from Reinforced Concrete Structures. J. Vis. Exp. (126), e56229, doi:10.3791/56229 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

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

Waiting X
Simple Hit Counter