Summary
Proponemos un método para medir un parámetro que es altamente relevante para la evaluación de corrosión o predicciones de estructuras de hormigón armado, con la principal ventaja de permitir pruebas de muestras de las estructuras de ingeniería. Esto asegura que las condiciones reales en la interfaz acero-concreto, que son cruciales para evitar artefactos de muestras de laboratorio.
Abstract
El envejecimiento de la infraestructura de hormigón armado en los países desarrollados impone la urgente necesidad de métodos evaluar confiablemente la condición de estas estructuras. Corrosión del acero refuerzo embebido es la causa más frecuente de degradación. Mientras que es bien sabido que la capacidad de una estructura para soportar la corrosión depende fuertemente de factores tales como los materiales utilizados o la edad, es práctica común contar con umbral de valores estipulados en las normas o los libros de texto. Estos valores de umbral para la iniciación de la corrosión (Ccrit) son independientes de las propiedades reales de una estructura que claramente limita la precisión de las evaluaciones de la condición y predicciones de vida de servicio. La práctica del uso de valores tabulados puede atribuirse a la falta de métodos confiables para determinar Ccrítico in situ y en laboratorio.
Aquí, se presenta un protocolo experimental para determinar Ccrit para estructuras de ingeniería individuales o miembros estructurales. Un número de muestras de hormigón se toma de las estructuras y se realizan pruebas de corrosión de laboratorio. La principal ventaja de este método es que asegura condiciones reales con respecto a parámetros que son bien conocidos por influir mucho Ccríticos, tales como la interfaz acero-concreto, que no puede ser representativo mímico en producido por el laboratorio de las muestras. Al mismo tiempo, el ensayo de corrosión acelerada en el laboratorio permite la determinación confiable de Ccríticos antes de la iniciación de la corrosión en la estructura de la prueba; Esta es una gran ventaja sobre los métodos comunes de condición evaluación que sólo permiten estimar las condiciones de corrosión después de la iniciación, es decir, cuando la estructura ya está dañada.
El protocolo obtiene la distribución estadística de Ccrit para la estructura de la prueba. Esto sirve como base para modelos de predicción probabilística para el tiempo restante a la corrosión, que es necesaria para la planificación de mantenimiento. Este método puede utilizarse potencialmente en prueba material de infraestructuras civiles, similares a los métodos establecidos para pruebas mecánicas.
Introduction
Corrosión del acero en concreto, desencadenada por la penetración de cloruros a través de lo concreto, es la causa más frecuente de la degradación prematura de las estructuras de hormigón armadas y pretensadas y así presenta uno de los retos más importantes en ingeniería civil1,2,3,4. Los países industrializados suelen tienen un gran inventario de infraestructuras de concreto, construidas en la segunda mitad del siglo pasado y así con una historia de varias décadas de exposición a clima marítimo o descongelante sales utilizadas en los caminos del envejecimiento. Ser capaz de evaluar confiablemente la condición de estas estructuras, es decir, el riesgo de corrosión, forma la base para la planificación de trabajos de mantenimiento y gestión de infraestructuras, en general.
El enfoque establecido en ingeniería para la gestión de cloruro inducida por corrosión acero en concreto se basa en un cloruro de umbral valor (también llamado cloruro crítico contenido, Ccrit)1,5, 6. según este concepto, la iniciación de la corrosión se piensa para ocurrir tan pronto como la concentración de cloruro en el concreto en la superficie del acero excede el umbralcrítico de C. Por lo tanto, evaluar la condición de las estructuras existentes y estimar la vida útil restante normalmente dependen de determinar el contenido de cloruro en diferentes profundidades en el concreto, especialmente en la profundidad del acero refuerzo embebido. Existe un número de métodos confiables y estandarizados para medir la concentración de cloruro en muestras de concreto7,8. Comparación de los resultados a Ccrit proporciona la base para la evaluación del riesgo de corrosión y planear el tipo y el alcance de las medidas de reparación. Sin embargo, este enfoque requiere conocimientos de Ccrit.
Libros de diferentes normas internacionales y recomendaciones, así como texto, estipula los valores para Ccrit1,3,9,10,11. Estos son típicamente alrededor 0.4% cloruro por peso de cemento, en base a la experiencia a largo plazo o temprano estudios12,13. Sin embargo, es bien sabido que la resistencia real contra Ccríticos de una determinada estructura o miembro estructural está fuertemente influenciada por los materiales utilizados, a la edad de la estructura y por la historia y las condiciones de exposición1 , 5. por lo tanto, está generalmente aceptado que experiencia de una estructura debe aplicarse sólo a otras estructuras con precaución.
A pesar de ello, es común práctica para utilizar Ccrit valores tabulados, independientes de la estructura real de la ingeniería. Esto puede explicarse por la enorme dispersión de Ccríticos en la literatura y por la falta de métodos confiables para determinar Ccrítico in situ y en el laboratorio5. El enfoque de utilizar valores de umbral tabulado en la evaluación de la durabilidad está en contraste con consideraciones estructurales en la evaluación de la condición de envejecimiento de las estructuras de hormigón. En este último caso, existen una serie de métodos estandarizados para determinar propiedades mecánicas, tales como la resistencia de los materiales en la estructura (concreto, acero de refuerzo), para ser utilizado en los cálculos del comportamiento estructural.
En este trabajo se presenta un protocolo experimental para determinar Ccrit en muestras tomadas de las estructuras de ingeniería. El enfoque se basa en la perforación de núcleos de hormigón en piezas de estructuras de hormigón donde la corrosión no ha iniciado aún. Estas muestras se trasladaron al laboratorio donde son sometidos a un ensayo de corrosión acelerada con el fin de estudiar las condiciones para la iniciación de la corrosión. La principal ventaja del método propuesto es que las muestras provienen de las estructuras y condiciones reales de exposición con respecto a un número de parámetros que son bien conocidos por la gran influencia Ccrit y que no puede ser representativo mímico en muestras de laboratorio. Esto incluye el tipo y la edad del concreto (joven laboratorio concreto versus maduro producido sitio concreto), la condición tipo y superficie de reforzar el acero utilizado en el momento de la construcción y en general las propiedades del acero-concreto interfaz de14. Junto con la precisión de los métodos de medición de laboratorio, este método permite la determinación confiable de Ccrit para estructuras específicas o miembros estructurales.
Aplicación del protocolo propuesto en la ingeniería práctica se - comparado con la práctica común de usar un valor constante de Ccrit - mejorar la precisión de las evaluaciones de la condición y el poder predictivo de los modelos para analizar la vida de servicio restante. El fuerte incremento esperado en las obras de reparación de nuestra infraestructura construida sobre las décadas próximas15 plantea la urgente necesidad de una mejora en la ingeniería de corrosión de las infraestructuras.
Protocol
1. muestreo en la estructura de ingeniería
- seleccionar áreas de prueba en la estructura de hormigón teniendo en cuenta la nota de abajo.
Nota: Una zona de pruebas es el área de la cual se tomarán varias muestras. Un área de prueba debe estar ubicado dentro de uno de los miembros estructural (presumiblemente de un lote concreto) y exposición exposición homogénea para el medio ambiente (por ejemplo, evitar diferencias significativas en altura en columnas o paredes de muestreo). Así, se pueden seleccionar varias zonas de prueba dentro de una estructura de ingeniería. Como requisito adicional, el área de prueba debe estar libre de daños por corrosión. Esto puede ser verificado basándose en los resultados de los métodos de inspección establecidos, incluyendo ensayos no destructivos como potencial asignación 16 , 17 , 18. Tenga en cuenta que la penetración de cloruro ya se han producido en los miembros estructurales bajo consideración. Esto no afecta la validez del método de prueba descrito aquí, pero pueden influir en el tiempo necesario para la prueba en el laboratorio de corrosión. - Dentro de cada área de prueba de la estructura, elegir lugares de muestreo (puntos de muestreo). Elegir ubicaciones de muestreo que están libres de panales, grietas, que rompe con almádena u otros signos de cubierta concreta localmente mala calidad o deterioro.
- Localizar barras del acero de refuerzo en el concreto mediante un dispositivo de exploración no destructivos, mano conocido como " detector de acero de refuerzo " 19. Mueva el detector acero en horizontal y vertical direcciones sobre el hormigón superficial dentro de la zona de pruebas y marcan (con tiza) cada barra temporalmente en la superficie del concreto (forma de la rejilla) de acero de refuerzo.
- Seleccionar lugares para perforaciones de núcleos con un diámetro de al menos 150 mm; Marca y etiqueta en la superficie de hormigón (con tiza). Evite las intersecciones de muestreo de armadura dentro de la base. Seleccione la ubicación de tal manera que la barra de acero de refuerzo será como centralmente localizado como sea posible dentro de la base.
Nota: Asegúrese de seleccionar las barras de acero que son de interés para la evaluación de la estructura (generalmente la capa con la profundidad de la cubierta más baja); es particularmente importante distinguir entre las barras horizontal y verticalmente orientados como esto influye en el rendimiento de corrosión 20. - Para tener en cuenta la variabilidad inherente a C crit y ser capaces de proporcionar datos estadísticos, seleccionar un mínimo de 5 (idealmente 10) lugares de muestreo dentro de un área de prueba.
- Considere implicaciones estructurales con respecto al número y posición de núcleos extraídos de la estructura con el fin de evitar cualquier crítica debilitamiento de la estructura causada por el muestreo.
- Documentar la posición de todas las muestras dentro de los miembros estructurales con precisión antes de muestreo (fotografías, dibujos que muestra distancias a los bordes, etc.)
Nota: Esto puede incluir también documentación de parámetros medidos in situ en los lugares correspondientes como potenciales electroquímicos acero 16 , 17 , 18 , cubrir otros resultados de la prueba no destructiva como la resistividad del concreto, o profundidad medidas 19.
- Los corazones de concreto de perforación (diámetro mínimo de 150 mm) que contiene el segmento del refuerzo de acero según normas y procedimientos comunes 21.
- Para evitar daños en la interfaz acero-concreto, realizar la perforación con cuidado (refrigerado por agua de perforación, perforación, herramientas, etc. de sharp) ajustar la profundidad de perforación dependiendo de la calidad del concreto y de la profundidad de la cubierta de la refuerzo de acero.
Nota: como regla general, la longitud de la base debe ser al menos 2 - 3 veces la cubierta de la profundidad. Normalmente esto permite romper el núcleo de la estructura sin dañar la interfaz acero-hormigón. - Quitar el agua líquida de la superficie del núcleo de hormigón. Claramente el núcleo de la etiqueta con un marcador de tiza a prueba de agua.
- Envolver el núcleo en una hoja estrecha de difusión para preservar las condiciones de humedad durante el transporte al laboratorio.
- Para evitar daños en la interfaz acero-concreto, realizar la perforación con cuidado (refrigerado por agua de perforación, perforación, herramientas, etc. de sharp) ajustar la profundidad de perforación dependiendo de la calidad del concreto y de la profundidad de la cubierta de la refuerzo de acero.
2. Preparación en el laboratorio de muestras
Nota: estos pasos se aplican a cada muestra (core) de la estructura con el fin de prepararlos para la prueba de corrosión de laboratorio. Esto sirve para acelerar la prueba de corrosión (reduciendo la cubierta concreta), preservando las condiciones en la base y proporciona protección de end-efectos no deseados (por ejemplo, corrosión de grieta).
- Ajuste la cubierta de hormigón en el frente y parte posterior de la base perforada.
- Reducir la cubierta de hormigón en la parte delantera (que es el lado expuesto originalmente) por el corte de diamante refrigerados por agua para la obtención de la muestra en el rango de 15-20 mm de espesor cubierta concreta final ( figura 1 un -b).
- Asegúrese de que el grueso de la cubierta concreta es uniforme en el lado a ser expuesto. Medir la cubierta concreta en ambos extremos de la armadura de acero de la barra (es decir, en la cara lateral de la base) con una pinza. Si es necesario, utilice de corte o herramientas de pulido para eliminar las diferencias en el espesor de la cubierta superior a 1 mm.
- Medir el espesor del hormigón tras el refuerzo de acero con una pinza o una regla en la cara lateral de la base y asegúrese de que esté ~ 30-50 mm ( figura 1 b). Si es necesario, cortar la base con corte de diamante refrigerados por agua.
Nota: No pulido es necesaria en este lado.
- Establecer una conexión de cable y proteger la barra puntas de acero de refuerzo de la iniciación de la corrosión falsas durante la exposición de pruebas por el siguiente procedimiento figura 1 c.
- Uso un taladro de perforación con un diámetro interno ligeramente mayor (por 2-4 mm) que el diámetro de la barra de acero de refuerzo para eliminar el hormigón directamente en el acero en cada extremo de la barra sobre una longitud de máximo 10 mm. cero restos de cemento pegar adhiriéndose a la superficie de acero con ayuda de herramientas adecuadas (pequeño cincel, espátula metálica, etc.)
- perfore un pequeño agujero en uno de los extremos de las barras de acero y un metálico tornillo autorroscante para fijar un terminal de cable (conectado a un cable de cobre) en la barra de acero. Asegúrese de que el terminal se presiona firmemente contra el acero de refuerzo.
Nota: El diámetro del tornillo debe ser ligeramente más grande (por ejemplo, de 0,1 - 0,2 mm) que del agujero perforado en el acero para garantizar una conexión sólida y firmemente. - Coloque la rosca en el acero de refuerzo y asegurarse de que no sobresalga el elemento de acero de refuerzo en cualquier lugar, como es probable que esto afectará las medidas electroquímicas y el comportamiento a la corrosión.
Nota: Esto puede garantizarse mediante el uso de tornillos cortos y prestando atención a la dirección de la perforación del agujero (paralelo al eje del acero). Es más fácil si la cara de corte de la barra de acero es perpendicular a la barra de taladro paralelo al eje de la barra de acero eje. Por lo tanto es importante que las barras de refuerza están ubicadas dentro de la base, de lo contrario la cara de acero corte no es perpendicular al acero de la barra eje. - No utilice soldadura, soldadura o técnicas similares para establecer la conexión del cable eléctrico, ya que puede influir en el calentamiento del acero o la interfaz acero-hormigón en la muestra.
- Llenar el hueco creado around tanto la barra de acero termina con una pasta/mortero/lechada de cemento denso vertiendo cuidadosamente la mezcla en los agujeros. También cubra el tornillo y el estirón de la conexión del cable.
Producto a base de cemento
- uso un polímero-modificada para esto con el fin de asegurar la buena adherencia y final protección.
Nota: Existe una gama de productos comerciales comercializadas como morteros de reparación o similares (véase Tabla de materiales). Es importante que el producto no contiene un inhibidor de la corrosión u otras sustancias que afectan el comportamiento electroquímico del acero. - Asegúrese de que esta pasta/mortero/lechada de cemento es aplicada y curado adecuadamente, es decir, según el proveedor de ' instrucciones de s.
- uso un polímero-modificada para esto con el fin de asegurar la buena adherencia y final protección.
- Aplique una capa de epoxy para limitar el área superficial expuesta.
- Antes de aplicar el recubrimiento, permite a la superficie de hormigón unos días de secado a temperatura ambiente y clima interior. Evitar la agresiva (por ejemplo, en el horno) o largo (más de un 1-2 semanas) ya que pueden cambiar la microestructura del hormigón (el agrietamiento) y así influir en los resultados de la prueba de secado de la base.
- Capa de la superficie lateral de la base con una resina epóxica. También cubrir la barra extremos y la conexión del cable (terminal de cable, tornillo, etc.) de acero de refuerzo ( figura 1 c - D).
- Con la misma resina de epoxy, cubrir también la parte final de la superficie expuesta del concreto en el lado de la base, que era previamente más cercana a la superficie de hormigón estructural ( figura 1 d). Deja una longitud (sin recubrimiento) expuesta a lo largo de la barra de acero en este lado del 60-80 mm.
- Deja la cara concreta superior sin recubrimiento (es decir, el lado opuesto del lado expuesto, comparar figura 1 d).
Nota: La resina de epoxy utilizada debe ser adecuada para la aplicación en concreto (estable en condiciones alcalinas, fáciles de untar, por ejemplo, con un cepillo, etc.) - aplicar el recubrimiento, de modo que forma una barrera de difusión firmemente hacia la exposición luego para el cloruro que contiene la solución. Asegúrese de que el grueso de capa es por lo menos 2 mm. comprobar que no hay poros y orificios visibles en la capa. Si es necesario, aplique varias capas de la resina de.
- El protocolo puede pausarse aquí; Envuelva otra vez la muestra en una lámina estrecha difusión.
3. Prueba de corrosión
- Prepare la configuración de exposición a solución.
- Lugar todas las muestras en un tanque, con el lado de la muestra que 15-20 mm de hormigón cubren de grueso hacia abajo. Montar las muestras en pequeños separadores para permitir la exposición de la solución a las muestras desde su parte inferior ( figura 2).
- Elegir un tanque con dimensiones que permite una distancia entre las muestras de concreto y entre las muestras y las paredes del tanque de al menos 4 cm; altura del tanque está en el rango de 15-30 cm.
- Preparar la instrumentación para el de registro de datos.
- Lugar un electrodo de referencia en la solución de exposición ( figura 2).
Nota: Para un electrodo de referencia de cualquier tipo de electrodo de referencia estable conveniente para la inmersión en la solución de exposición puede ser utilizado (por ejemplo un Ag/AgCl/KCl sat electrodo de referencia). Medidas especiales pueden ser necesarios para evitar la contaminación de la solución de exposición por el electrólito del electrodo de referencia y viceversa. - Conectar todas las muestras a un registrador de datos automatizado, que individualmente puede medir los potenciales de la refuerzo barras de acero contra el electrodo de referencia común ( figura 2). Utilizar un registrador de datos con una impedancia de entrada superior a 10 7 Ohm.
- Establece el intervalo de medición del registrador de datos en al menos 4 mediciones por día para cada muestra, preferentemente, utilice un intervalo de 1 h para cada muestra.
- Lugar un electrodo de referencia en la solución de exposición ( figura 2).
- Inicio exposición a solución de cloruro libre.
Nota: El comienzo de la exposición a la solución corresponde al tiempo t 0 = t = 0, para cada muestra.- Llene el depósito con agua del grifo (pH de 6.5-8.0, cloruro-libre, calidad del agua potable). Asegúrese de que el nivel del agua es tal que todas las partes inferiores de las muestras de núcleo están en contacto con la solución, pero que son no totalmente sumergido (es decir, con la cara superior de la muestra por encima del nivel del agua). Mantener el contacto entre la solución de referencia de electrodo y exposición ( figura 2).
- Inmediatamente iniciar registro de datos, es decir, medir los potenciales de todas las muestras vs. el electrodo de referencia.
- Monitorear los potenciales durante 1-2 semanas y consideran que los potenciales se esperan llegar a valores estables, en un rango que indica pasividad acero.
Nota: Por lo general, se trata de alrededor -100 a + 200 mV vs Ag/AgCl/KCl sat 1. - En algunos casos, las muestras de asumir potenciales claramente más negativo que -100, Inspeccione inmediatamente las muestras más detalladamente (véase sección 5). Realizar este paso también si el potencial varía notablemente durante la exposición a la solución de cloruro libre.
- Inicio de exposición a cloruros.
- Después de 1 - 2 semanas en solución libre de cloro, reemplazar la solución de exposición con una solución preparada de 3,5% NaCl en peso. Utilizar agua desionizada para preparar esta solución de cloruro. Utilizar un volumen de la solución de cloruro igual a la solución inicial de cloruro-libre (misma profundidad de inmersión). Cerrar el tanque de exposición con una tapa (recomendada) para limitar la evaporación de la solución y los relacionados con cambios en la concentración de cloruro.
- Durante la exposición de cloruro, regularmente (por lo menos una vez por 2 semanas) Compruebe el nivel del agua con respecto a las muestras. Si es necesario, añadir agua desionizada. Límite de renovación de la solución de toda exposición al mínimo ya que esto promueve la lixiviación del hormigón.
- Continuar monitoreo de los potenciales de las muestras y regularmente (cada dos veces a la semana) Compruebe el estado de corrosión de cada muestra mediante la evaluación de la evolución registrada de potenciales en el tiempo de cada muestra y teniendo en cuenta el criterio para la iniciación de la corrosión define en la sección 3.5.
- Después de 60 días, aumentar la concentración de NaCl en la solución al 7% en peso. Después de 120 días, aumentar la concentración de NaCl en la solución al 10% en peso. Después de esto, mantener la concentración de cloruro en este nivel.
- Evaluar los potenciales monitoreados en el tiempo para detectar inicio de corrosión.
Nota: Durante la exposición, las muestras por lo general exhiben potenciales relativamente estables dentro de unos +-30 mV de los valores iniciales de exposición a agua libre de cloro. Esta gama de potencial se hará referencia a como " nivel pasivo " adjunto ( figura 3). Puede ser diferente para cada muestra individual.- Al evaluar el potencial de acero grabado durante la exposición, utilice el siguiente criterio para la iniciación de la corrosión para comprobar el estado de corrosión de cada espécimen. Las siguientes condiciones deben cumplirse para la iniciación de la corrosión (< fuerte clase = "xfig"> Figura 3):
- comprobar si el potencial se reduce en más de 150 mV de la voz pasiva nivel dentro de un plazo de 5 días o menos.
- Durante los siguientes 10 días, comprobar si el potencial permanece estable en el nivel negativo alcanzado, disminuye aún más o se recupera en un máximo de 50 mV.
Nota: Para más información información acerca de este criterio para la detección de la iniciación de la corrosión vea el debate.
- Una vez se satisface este criterio para la iniciación de la corrosión, inmediatamente retire la muestra de la solución de exposición y proceder como se describe en la sección 4. Documentar el tiempo de iniciación de la corrosión (t ini) de este ejemplo ( figura 3). Continuar la prueba de exposición con las muestras restantes.
- Si la disminución potencial del nivel pasivo es inferior a 150 mV, observar de cerca la muestra sobre el tiempo de exposición que viene. Si el potencial disminuye aún más y alcanza un nivel estable, considerar esto como un cambio en el estado de corrosión.
- Prestar atención especial a dichas muestras, comprobando el estado de corrosión con medidas alternativas (por ejemplo, medir la resistencia de polarización lineal 22) o finalmente analizarlos como se describe en la sección 4. Si el momento de la iniciación de la corrosión no puede atribuirse claramente, rechazar la muestra de.
- Si la caída de potencial es pronunciada (superior a 150 mV dentro de algunos días), pero seguido de un aumento de potencial en los próximos días hacia el nivel pasivo inicial ( figura 3), dejar la muestra en la exposición solución para monitoreo más.
- Prestar especial atención a situaciones donde todos los potenciales de las muestras expuestas en el mismo tanque de exposición experimentan cambios simultáneos en potencial. Si esto ocurre, inmediatamente Compruebe el electrodo de referencia y repárelo o sustitúyalo por uno nuevo si es necesario.
Nota: El intercambio de la solución o aumento de la concentración de cloruro por lo general conduce a cambios en el potencial. Esto puede estar relacionado a establecer potenciales de difusión diferentes en ambas las ensambladuras del electrodo de la solución de referencia de exposición o exposición de muestras de solución concreto 23. Estos cambios afectan a todas las muestras expuestas en el mismo tanque del mismo modo. No indican cambios en el estado de corrosión.
Nota: Si el electrodo de referencia es inestable o presenta fugas en la solución, exhibirá a la deriva. Como consecuencia, acero monitoreados todos los potenciales muestra la misma tendencia en el tiempo. Esto no indica cambios en el estado de corrosión.
- Al evaluar el potencial de acero grabado durante la exposición, utilice el siguiente criterio para la iniciación de la corrosión para comprobar el estado de corrosión de cada espécimen. Las siguientes condiciones deben cumplirse para la iniciación de la corrosión (< fuerte clase = "xfig"> Figura 3):
4. Análisis de la muestra después de la iniciación de la corrosión
- dividir la muestra para quitar el acero bar
- Sobre el retiro de una muestra de la solución de exposición, dividir (como en el paso 4.1.2) el núcleo de hormigón de mayores análisis y examen visual de la superficie del acero y del hormigón en la interfaz acero-hormigón.
- Corte del núcleo de hormigón de su parte posterior (el uno no expuesto a la solución) con una cuchilla de diamante refrigerados por agua ( figura 4). Asegúrese de que la sección es perpendicular a la superficie posterior y alineado paralelo a la barra de acero de refuerzo. Para evitar dañar la barra de acero Asegúrese de que la profundidad de corte es más baja (de unos 10 mm) que el espesor de la cubierta concreta en este lado.
- Inserte un cincel o una herramienta similar y dividir el núcleo de hormigón en dos mitades, esto dividirá el concreto alrededor del acero bar
- Suavemente Retire la barra de acero del concreto de refuerzo, esto deja a las dos mitades de la muestra de concreto con las huellas del acero de la barra ( figura 5 a).
- Examine visualmente la interfaz acero-hormigón.
- Inmediatamente documentos (fotografías, dibujos, etc.) el aspecto visual de la interfaz acero-concreto, examinando la superficie del acero y la barra de acero improntas en el hormigón. Preste atención a la siguiente.
- Documentar la ubicación y morfología de la corrosión.
Nota: El sitio de iniciación de la corrosión puede generalmente identificarse fácilmente por productos de corrosión precipitado ( figura 5 a). Marque el número y la posición de estos puntos. El color de los productos de la corrosión es también de interés. Por lo general, a partir, son oscuro/negro/verde. Cuando está expuesto al aire, se convierten en marrón/rojo - Comprobar la muestra para la iniciación de la corrosión falsa, es decir, a la corrosión que ha iniciado en o cerca de la barra de acero extremos. Si este es el caso, rechazar la muestra y tenga en cuenta que pueden ser determinado no C críticos.
Nota: A la corrosión que inicia durante la prueba en o cerca de la barra de acero extremos, es decir, dentro de los 15 mm del acero barra extremos, se considera inicio de corrosión falsa. Esto puede ser debido a situaciones de la grieta, acero insuficientes medidas de protección final (p. ej., llenado de lechada pobre o epoxi poroso), o porque el metal del tornillo para la conexión del cable sobresale el acero de la barra (secciones 2.2 y 2.3). - Documento de huecos o poros en el hormigón. Tomar nota de si la ubicación de espacios vacíos o poros coincide con la localización de la iniciación de la corrosión.
- Documentar cualquier características distintivas tales como grietas, panales, agregados gruesos, materias extrañas, alambres, separadores, etcetera de lazo., en el concreto y su posición con respecto a la localización de la iniciación de la corrosión.
- Medir la profundidad de carbonatación.
- Documentación inmediatamente después, rocíe las superficies de hormigón split con solución de fenolftaleína y determinar la profundidad de carbonatación 24.
Nota: Es fundamental tener en cuenta si la profundidad de carbonatación alcanzó la superficie del acero y si no, lo que la distancia de la profundidad de carbonatación a la barra de acero. Esto debe ser reportado junto con los resultados.
- Documentación inmediatamente después, rocíe las superficies de hormigón split con solución de fenolftaleína y determinar la profundidad de carbonatación 24.
- Realizar análisis de cloruro y determinar C críticos.
- En ambas mitades de la base de hormigón, quitar las partes que fueron recubiertas con epoxi mediante refrigerado por agua diamante de corte ( figura 6 a).
- De los prismas obtenidos, eliminar el hormigón en la zona cubierta por medio de corte de diamante refrigerados por agua hasta 2 mm para el acero de la barra ( figura 6 b). Secar el hormigón a 105 ° C durante la noche.
- Posteriormente, triturar el hormigón y recoger el polvo de pulido, el grueso de este paso molienda es de 4 mm ( figura 6 c). Esto produce, de cada uno la mitad de la base de concreto, una muestra de hormigón en polvo en la profundidad de la barra de acero +-2 mm.
- Secar las muestras de polvo concreto obtenidos a 105 ° C hasta un peso constante. Analizar la concentración de cloruro solubles en ácido en el polvo secado del concreto según normas 7 , 8. Calcular la media de los dos valores.
Nota: El resultado es el contenido de cloruro como un porcentaje en peso de hormigón armado. - Si el contenido de cemento del hormigón en la muestra específica utilizada para el análisis de cloruro puede ser determinado (por ejemplo, por medio de métodos adecuados de 25 , 26 , 27), convertir el contenido de cloruro en porcentaje en peso de cemento.
- Documentar el resultado de los análisis de cloruro, que es el contenido de cloruro crítico C crit para la muestra específica. Asegúrese de indicar si el valor se expresa en términos de porcentaje en peso de hormigón o en peso de cemento.
- Documentar los resultados como un informe de prueba para cada uno ejemplo.
- Informe los efectos documentados de la inspección visual (sección 4.2) junto con los resultados de la prueba (potenciales registrados en el tiempo, tiempo de iniciación de la corrosión, profundidad de carbonatación y C crit).
5. Manejo de situaciones especiales
- si los potenciales negativos antes de la exposición de cloruro se observa, es decir, si el potencial de acero llega a ser claramente negativo durante la exposición inicial a la solución de cloruro-libre (sección 3.3), dar especial consideración a los siguientes.
- Considerar un evento de la iniciación de la corrosión falsa.
- Fin de
- verificar inicio de corrosión falsa mediante la eliminación de la barra de acero termina cortando en cada barra de acero el hormigón de la muestra (corte de diamante refrigerados por agua). Sacar a ~ 20 mm de hormigón a cada lado.
- Medir nuevamente el potencial del acero mediante la colocación de un electrodo de referencia con la ayuda de una esponja mojada sobre la superficie expuesta del concreto y eléctricamente, ponerse en contacto con la cara cortada de bar acero
- Si el potencial es aún comparativamente negativo, rechazar la muestra de.
- Si el potencial está en el rango de los niveles de pasivos de las otras muestras de la misma serie, considerar volver a utilizar la muestra para determinar C crit. En este caso, continúe con el paso 2.2 del protocolo. Al informar sobre los resultados, indican que esta muestra fue menor (acero expuesto más corta longitud de la barra) que los otros.
- Si iniciación de corrosión falsa puede ser excluida, comprobar si el concreto en la profundidad de acero era ya carbonatada y considerar la determinación de la concentración de cloruro a la profundidad de acero. Si la carbonatación o una muy alta concentración de cloruro explica la iniciación de la corrosión sobre mojado, este documento en el informe de la prueba y tenga en cuenta que no C crítico puede determinarse en este caso.
Nota: Esto puede ocurrir si el concreto en la profundidad de acero ya se gas contenía una cantidad suficiente de cloruro para promover la corrosión sobre mojado. Esto puede ser el caso cuando se tomaron muestras de una estructura en un período seco, es decir, cuando ninguna corrosión activa estaba ocurriendo en la estructura y por lo tanto, ninguna corrosión podría detectarse mediante los métodos de inspección descritos en la sección 1.
- Considerar un evento de la iniciación de la corrosión falsa.
Representative Results
Figura 7 muestra potenciales acero típico monitoreados durante la exposición de cloruro en el laboratorio. Ambos ejemplos muestran que el potencial puede caer significativamente dentro de muy poco tiempo, pero que el proceso de corrosión puede todavía estable se propagan, que llega a ser evidente a través de un aumento del potencial hacia su inicial nivel pasivo. En este protocolo, el tiempo de iniciación de la corrosión, es decir, el momento en que se detiene la exposición y Ccrítico se determina, se define por una marcada baja de potencial seguida de 10 días de potenciales negativos (ver sección 3.5.2 y el Discusión para más detalles).
Es común que puede tomar varios meses hasta que ocurra la iniciación de la corrosión estable. Esto también depende del contenido inicial de cloruro ya presente en el hormigón cuando las muestras son tomadas de las estructuras. En algunos casos de los experimentos realizados hasta ahora, tardó más de 1 año hasta que inicie la corrosión.
La figura 8 muestra un ejemplo de Ccrítico medido en 11 muestras de más de túnel de carretera de 40 años de edad en los Alpes suizos. Todas estas muestras fueron extraídas dentro de un área de 1-2 m2, probablemente idénticamente producidas y expuestas. En este ejemplo, el contenido de cloruro en la superficie del acero en el momento de muestreo era insignificante. Además, el frente de carbonatación era todavía muy lejos de la superficie del acero.
La figura 9 muestra dos ejemplos donde el potencial de acero disminuyó fuertemente a la exposición a la solución libre de cloro. En uno de estos casos específicos, se durante el examen posterior (destructivo) de la muestra encontró que el concreto en la profundidad de acero era ya carbonatado. A la llegada de agua a la superficie del acero, el proceso de corrosión así empezó inmediatamente. En el otro caso, iniciación de corrosión falsos ocurrió en uno de acero extremos de la barra.
Figura 1 . Dibujo esquemático de la toma de muestra de una estructura y un tratado en el laboratorio: (a) núcleo de hormigón con un pedazo integrado de acero de refuerzo; (b) reducción de la cubierta de hormigón en el lado expuesto y en la parte posterior por el corte de diamante refrigerados por agua; (c) acero barra protección final mediante quitar algunos concreto alrededor del acero y reemplazar con pasta/mortero de cemento denso y recubrimiento epoxi posterior; y (d)-capa de epoxy en caras laterales y en zonas del extremo de la superficie expuesta del concreto. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2 . Dibujo esquemático de la instalación de la prueba de corrosión en el laboratorio. Muestra la ubicación de las muestras en el tanque de exposición. Los espaciadores se utilizan para asegurar el contacto para la solución de exposición de la superficie inferior de la muestra. Todas las muestras están conectadas a un registrador de datos, medir el potencial de cada muestra frente a un electrodo de referencia colocado en la solución de exposición. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3 . Dibujo esquemático de las posibles evoluciones de tiempo de los potenciales de acero que ilustra el criterio para la iniciación de la corrosión. En el punto 1, un potencial caída por menos de 150 mV desde el primer "nivel de pasivo" se produce; en el punto 2, un potencial caída de al menos 150 mV se produce, que es seguido de repasivación; en el punto 3, caída de un potencial de al menos 150 mV se produce (en un máximo de 5 días) y el nivel potencial negativo alcanzado se mantiene durante 10 días. En tini, retirar la muestra de la solución de exposición. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4 . Dibujo esquemático que ilustra el corte y separación de la muestra de concreto después de la detección de la iniciación de la corrosión. En primer lugar, se corta una "trinchera" de la parte posterior, en paralelo a la barra de acero. Insertando un cincel o una herramienta similar, la zanja puede utilizarse para dividir la muestra según lo indicado por las flechas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5 . Fotografías que ilustran el análisis de la muestra después de la iniciación de la corrosión. (a) las dos mitades de la muestra después de partir y (b) un óxido en lugar visible en el acero de la superficie después de la iniciación de la corrosión. Fotografías de diferentes muestras. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6 . Dibujo esquemático que ilustra la toma de muestras para el análisis de cloruro después de inicio de corrosión: (a) retiro de epoxi las piezas de la base de hormigón split (púrpura = planos secantes); (b) eliminación de la cubierta concreta hasta 2 mm de la superficie del acero (púrpura = plano de corte); (c) molienda en un intervalo de profundidad de +-2 mm de la barra profundidad cubierta de acero (rojo = volumen muestreado). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7 . Ejemplos de representante de medida potencial vs tiempo curvas. Las gotas potenciales típicamente pronunciadas que pueden ser seguidas por un aumento de potencial (repasivación) hasta iniciación de corrosión estables según el criterio sugerido por fin inicia. (a) muestra un caso donde el potencial se estabilice en el nivel negativo, y (b) es un ejemplo donde el potencial continúa disminuyendo durante el período estudiado de 10 días. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8 . Ejemplo de Ccrítico medido en 11 muestras tomada desde dentro de una concreta área pequeña en más de 40 años viejo camino del túnel en los Alpes suizos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 9 . Ejemplos de marcado potencial disminuye inmediatamente sobre la exposición en la solución de cloruro libre. En un caso, el concreto en la profundidad de acero era ya carbonatado, así a la llegada de agua a la superficie del acero, el proceso de corrosión iniciado inmediatamente, llevando a una aguda disminución de potencial. En el otro caso, iniciación de corrosión falsos ocurrió en uno de acero barra de extremos, que aquí llevó a una disminución más gradual posible. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Discussion
Los pasos más críticos para el éxito del protocolo experimental sugerido para determinar Ccrit son las que incluyen las medidas adoptadas para prevenir la corrosión falsa iniciación y otro acero barra efectos finales. En este sentido, se probaron una variedad de enfoques, entre los que se encontró el protocolo divulgado aquí para obtener los mejores resultados28. En otras pruebas, este enfoque permite disminuir la tasa de falsa iniciación a debajo del 10%. Por un lado, esto es debido a la zona fronteriza de la superficie expuesta de concreto con resina epoxi, que aumenta la longitud del transporte de cloruros a través de la barra de acero del hormigón termina considerablemente la capa. Por otro lado, reemplazar el hormigón original alrededor de la barra de acero en sus extremos con una densa, mezcla cementosa altamente alcalina mejora significativamente la resistencia a la corrosión en estas áreas. Tales sistemas, es decir, el acero de la capa de la barra termina con una capa de un material cementicio modificado con polímeros, éxito probado también en otros estudios29,30.
Otro aspecto importante es el criterio para la iniciación de la corrosión. Este criterio se basa en Comité técnico de la RILEM TC-235 para recomendar un método de prueba para la medición de Ccrit en muestras fabricado en el laboratorio31. La razón es que es bien sabido que inicio de corrosión del acero no polarizada en concreto podría tener lugar durante un largo período de tiempo más que un instante bien definido30,32. Acero puede empezar corrosivo a concentraciones relativamente bajas de cloruro, pero si no son capaces de sostener el proceso de corrosión, repasivación ocurrirá, que se hace evidente por un aumento potencial hacia el nivel pasivo inicial. Acontecimientos de repasivación de depassivation se observan típicamente en similares estudios30,33,34. La concentración de cloruro medida en un momento de estable a la corrosión es más relevante para la práctica de que el tiempo en que evidenciarán las primera señales de potenciales desviaciones de nivel pasivo. Con el criterio propuesto, Ccrit representa la concentración de cloruro en el cual corrosión inicia y propaga también estable.
Una limitación del método es que las muestras son relativamente pequeñas, que pueden influir en los resultados de35,36. Para contrarrestar esto, se sugiere usar un número relativamente elevado de muestras (idealmente 10). El nivel de confianza depende de la distribución estadística de Ccrit en la zona de pruebas reales. Para más detalles consulte a este respecto, para hacer referencia a36. Una limitación adicional es que las condiciones de humedad en la exposición de laboratorio pueden diferir de los de una estructura real. Por último, la detección de la iniciación de la corrosión puede ser difícil en los casos donde el potencial es generalmente negativo, como en cementos de escoria o en otras carpetas que contienen sulfuro.
A lo mejor de nuestro conocimiento, éste es el primer método de determinación decrit Cen estructuras de ingeniería en una etapa antes de la iniciación de la corrosión. En contraste con la experiencia empírica de las estructuras, que es por definición obtenida después de la iniciación de la corrosión, este método puede utilizarse para medir Ccrit para estructuras específicas o miembros estructurales antes de que ocurra degradación de corrosión ; así, los resultados se pueden utilizar para evaluar el riesgo de corrosión (futuro) y para predecir el tiempo restante a la iniciación de la corrosión (modelado de la vida de servicio). Por lo tanto, este método tiene el potencial para ser utilizado en material de prueba, similar a los métodos establecidos para pruebas mecánicas (resistencia a la compresión, etc.)
El método se aplica actualmente a un número de diferentes infraestructuras concretas en Suiza. Esto será ampliar los conocimientos de severamente limitada5 sobre distribuciones estadísticas de Ccrit en estructuras. Además, se revelan la influencia de diversos factores como la edad de las estructuras, materiales de construcción utilizados, etc.y así proporcionar información importante para ingenieros y para los tomadores de decisiones en la gestión de la infraestructura.
Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
El trabajo aquí descrito fue financiado en parte por la Oficina Federal Suiza de carreteras (proyecto de investigación AGB2012/010). Gran medida reconocemos el apoyo financiero.
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
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