Summary
Detta papper mäter geometri och mängden korrosion av en stål bar med olika metoder: massa förlust, bromsok, dränering mätningar, 3D-scanning och röntgen mikro-datortomografi (XCT).
Abstract
Oregelbundna och ojämn resterande avsnitten längs längden av korroderade stålbandet ändrar väsentligen dess mekaniska egenskaper och betydligt dominera säkerhet och prestanda för en befintlig betongkonstruktion. Därför är det viktigt att mäta geometri och mängden korrosion av stål bar i en struktur för att korrekt bedöma den återstående kapacitet och livslängd av strukturen. Detta dokument presenterar och jämför fem olika metoder för att mäta geometri och mängden korrosion av en stålstång. En enda 500 mm lång och 14 mm diameter stål bar är det exemplaret som utsätts för accelererad korrosion i detta protokoll. Dess morfologi och mängden korrosion mättes noga före och efter användning massförlust mätningar, ett skjutmått, dränering mätningar, 3D-scanning och röntgen mikro-datortomografi (XCT). Tillämpligheten och lämpligheten av dessa olika metoder utvärderades sedan. Resultaten visar att skjutmått är det bästa valet för att mäta morfologi av en icke-korroderad bar, medan 3D-scanning är den mest lämpade för kvantifiering av korroderade bar morfologi.
Introduction
Korrosion av stål bar är en av rektor resonerar för försämring av en betongkonstruktion och orsakas av konkreta kolsyran och/eller klorid intrång. I konkreta karbonatisering tenderar korrosion att generaliseras; medan i klorid intrång, blir det mer lokaliserade1,2. Oavsett vad orsakerna är, korrosion sprickor betong omslaget från radiell expansion av korrosionsprodukter, försämras bindningen mellan en stålstång och dess omgivande betong, penetrerar baren ytor och minskar baren tvärsnittsarea betydligt3,4.
På grund av icke-homogenitet strukturella betong och variationer i miljön och service uppstår korrosion av en stålstång slumpmässigt över dess yta och längs dess längd med stor osäkerhet. Tvärtemot generaliserad enhetliga korrosion orsakad av konkreta karbonatisering, orsakar gropfrätning korrosion orsakad av klorid intrång attack penetration. Dessutom orsakar den resterande delen av korroderade bar att variera avsevärt bland baren yta och längd. Som ett resultat av baren styrka och bar duktilitet minskning. Omfattande forskning har genomförts för att studera effekterna av korrosion på mekaniska egenskaper hos ett stål bar5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14,15. Dock har mindre uppmärksamhet ägnats mätmetoderna av morfologiska parametrar och korrosion egenskaperna hos stål barer.
Vissa forskare har använt massförlust för att utvärdera mängden korrosion av en stål bar5,10,11,14. Men denna metod kan endast användas för att bestämma det genomsnittliga värdet av de återstående avsnitten och kan inte mäta fördelningen av avsnitten längs dess längd. Zhu och Franco har förbättrat denna metod genom att klippa en enda stål bar till en serie korta segment och vägning varje segment för att avgöra variationer av de återstående avsnitten längs dess längd13,14områden. Men denna metod orsakar extra förlust av stål materialet under styckning och kan inte röra den minsta resttvärsnittet av korroderade bar exakt, som dominerar dess bärighet. Ett skjutmått används också för att mäta de geometriska parametrarna av en stål bar14,15. Dock den återstående delen av en korroderade bar är mycket oregelbunden, och det finns alltid en betydande avvikelse mellan de uppmätta och faktiska sectional dimensionerna av en korroderade bar. Clark et al. baserat på Arkimedes princip, och antog den dränering metoden för att mäta de kvarvarande delarna av en korroderade bar längs dess längd, men förskjutning av baren kontrollerades manuellt utan betydande noggrannhet i detta mål11. Li et al. förbättrad dränering metoden med hjälp av en elektrisk motor att automatiskt styra förskjutningen av en stålstång och åtgärd resulterar mer exakt16. Slutligen de senaste åren, med utvecklingen av 3D-scanning teknik, har denna metod använts för att mäta de geometriska dimensionerna av en stål bar17,18,19,20. Med hjälp av 3D-scanning, diameter, residual området, centroiden, excentricitet, tröghetsmoment och korrosion penetration av en stålstång kan förvärvas just. Även om forskare har använt dessa metoder i olika experimentella inställningarna, har det inte varit en jämförelse och utvärdering av metoder med avseende på precision, lämplighet och tillämplighet.
Korrosion, särskilt gropfrätning korrosion, jämfört med generaliserad korrosion, inte bara ändrar de mekaniska egenskaperna hos korroderade barer men också minskar återstående kapacitet och livslängd av betongkonstruktioner. Mer noggranna mätningar av morfologiska parametrar för korroderat stål barer för den rumsliga variationen av korrosion längs bar längd är absolut nödvändigt för mer rimliga bedömningar av bar mekaniska egenskaper. Detta kommer att bidra till att utvärdera säkerheten och tillförlitligheten av armerad betong (RC) strukturer skadas av korrosion mer exakt21,22,23,24,25,26 ,27,28,29.
Detta protokoll jämför de fem diskuteras metoderna för att mäta geometri och mängden korrosion av en stålstång. Singel, 500 mm lång och 14 mm i diameter, oformaterad rundstång användes som preparatet och underkastas accelererad korrosion i labbet. Dess morfologi och nivå av korrosion mättes noga före och efter varje metoden, inklusive massförlust, ett skjutmått, dränering mätningar, 3D-scanning och röntgen micro datortomografi (XCT). Slutligen, tillämpligheten och lämplighet av varje utvärderades.
Det bör noteras att de räfflade barerna inbäddade i betong, inte vanligt barer utsätts för luft, vanligen används i betongkonstruktioner och utsätts för korrosion. För ribbade barer, skjutmått kan inte lika lätt tillämpas. Eftersom dessa barer korroderar i betong, är deras yta penetration mer oregelbundet jämfört med barer som utsätts för luft11. Emellertid är detta protokoll inriktad på tillämpligheten av analys av olika mätmetoder på samma bar; Därför använder en naken vanligt bar som preparatet för att eliminera påverkan av revben och konkreta icke-homogenitet på morfologiska parametern mätningar. Ytterligare arbete på mätning av korroderade ribbad barer med andra metoder kan utföras i framtiden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. testa preparatet och tillverkningsprocessen
- Förvärva en 500 mm lång, 14 mm diameter oformaterad stålsätter bommar för (klass Q235) för tillverkning av provkroppar.
- Polera ytan av bar med ett fint sandpapper för att avlägsna kvarnen skalor på ytan.
- Skär baren på 30 mm och 470 mm från dess vänstra änden, som visas i figur 1, använda en skärmaskin.
- Mäta vikten hos de tre bar exemplar, med hjälp av en digital elektronisk våg.
- Mät lesionernas diameter av de tre exemplaren med hjälp av fem metoder som beskrivs i steg 2 och registrera resultaten av den icke-korroderad bar exemplar.
- Korrodera 440 mm bar preparatet med hjälp av den elektrokemiska metoden, enligt nedan:
- Täcka 70 mm på varje ände ordentligt med isoleringstejp. Bifoga en elektrisk tråd i ena änden av 440 mm bar preparatet.
- Blanda ett lim med en härdare i en 1:1 andel att göra epoxiharts. Applicera epoxiharts på isolerad 70 mm ändarna av baren preparatet enhetligt för att skydda båda ändarna mot korrosion.
- Placera den 440 mm långa bar exemplaret i en plast vattentank som innehåller 3,5% NaCl som en elektrolyt och en kopparplåt som katod.
- Anslut ena änden av baren exemplaret som en nod till den positiva Polen och katoden Koppar plattan till den negativa Polen på en likström (DC) power leverantör, respektive för att ställa in en elektrisk krets för accelererad korrosion av baren exemplar.
- Slå på DC strömförsörjningen till applicera en konstant likström 2,5 μA cm2 på baren exemplar för hela perioden av korrosion.
- Stäng av strömmen till avsluta korrosion processen när beloppet för korrosion av baren preparatet når den förvänta nivån av korrosion, som uppskattas med hjälp av Faradays lag.
- Plats ovan korroderade bar exemplaret i en 12% HCl lösning tank i 30 minuter för att ta bort korrosionsprodukterna från dess yta. Fördjupa den syra-rengöras bar exemplaret i en mättad lime vattentanken för neutralisering och ytterligare rena med kranvatten.
- Torra ovanstående rengöras korroderade bar förlagan i luften. Markera dess yta för mätning.
- Mäta morfologiska parametrar och korrosion mängden det korroderade bar exemplar.
Obs: Rengöring påverkar massa förlusten av ett rostigt stål bar. Olika typer av Syralösningen och olika tider av nedsänkning i Syralösningen skulle orsaka olika mängder massförlust. I detta test, dock ingen jämförelse gjorts mellan olika reningsteknik, för konsekvens, rengöring processen följer Kina National Standard för testmetoder av långsiktig prestanda och hållbarhet av vanlig betong30.
2. mätmetoder och förfaranden
- Massförlust metod
- Placera en elektronisk våg på en horisontell plattform och noll det.
- Placera den polerade bar preparatet innan korrosion horisontellt på elektroniska skalan och ta en läsning från skalan som massan av en icke-korroderat stål bar m0 (g).
- Placera den rengjorda bar preparatet efter korrosion horisontellt på elektroniska skalan och ta en läsning från skalan som massan av den korroderade stålsätter bommar för mc (g).
- Beräkna mängden korrosion av baren med hjälp av en ekvation av Qcor= (mc-m0) /m0x 100%.
- Beräkna den genomsnittliga arean för den återstående delen av det korroderade bar preparatet med hjälp av en ekvation Asc=As0(1 -QReK), var, As0 är en icke-korroderat stål bar området.
- Skjutmått metod
- Markera ytan av baren exemplar längs dess längd 10 mm intervall från den vänstra änden av baren med en tuschpenna, enligt figur 1.
- Flytta Nonie av klaven till sin ursprungliga position. Gör två käftarna vidrör varandra och rada upp två noll rader av Vernier och huvudsakliga skalorna. Tryck sedan dess noll knapp till noll Nonie.
- Placera skjutmått hela diametern på baren exemplar. Flytta Nonie att göra käkarna två tryck på fältet ytan försiktigt. Mät diametern på baren prov på i en markerad sektion och i viss vinkel.
- Upprepa steg 2.2.3 fyra gånger för att mäta baren diametrar på i en markerad sektion och i vinkel av 0°, 45°, 90° och 135°, respektive, som visas i figur 2.
- Genomsnitt ovanstående fyra uppmätta diametrarna och ta det som representativa diametern Djag (mm) i baren exemplar på det markera avsnittet.
- Beräkna tvärsnittsarean på baren exemplar på i en markerad sektion med hjälp av en ekvation Ajag=pDjag2/4 (mm2).
- Upprepa steg 2.2.3 till 2.2.6 för alla markerade delar av baren preparatet att mäta fördelningen av dess tvärsnitt längs dess längd efter korrosion.
- Dränering-metoden
- Ställa in elektromekaniska universal testa (EUT) maskin, som visas i figur 3.
- Placera en glasbehållare under huvudet på EUT maskinen och häll vatten i behållaren tills vattennivån når utloppet.
- Placera en 200 mL-bägare på plattformen av en elektronisk våg precis nedanför utloppet av glasbehållaren.
- Fäst ena änden av baren preparatet med hjälp av huvudet av EUT maskin vertikalt.
- Växla på EUT maskinen röra sitt huvud långsamt tills den andra änden av baren exemplar bara berör den övre ytan av vattnet i behållaren.
- Ta den första behandlingen av den elektroniska skalan som Mjag.
- Kör EUT maskinen för att flytta fältet exemplaret ned i vattnet i behållaren med en hastighet av 1,0 mm/min.
- Ta den sista behandlingen av den elektroniska skalan som Mi + 1 för massan av vattnet som har avslutats från behållaren på grund av 10 mm förskjutningen av baren preparatet i vattnet i behållaren.
- Antar 10 mm förflyttade bar preparatet tvärsnitt är enhetlig, beräkna tvärsnittsarean av h= 10 mm förflyttade bar med hjälp av ekvation i Ajag= (Mi + 1 - Mjag) / (Ρh), där (Mi + 1 - Mjag ) är den uppmätta massan av vattnet släpps ut från behållaren för 10 mm förflyttade bar preparatet. Ρ = 1, 000 kg/m3 är tätheten av vatten.
- Upprepa steg 2.3.6 till 2.3.9 för varje 10 mm långa fördrivna bar prov tills undantränger baren hela längd i vattnet för att mät fördelningen av bar tvärsnitt längs dess längd.
- 3D-scanning metod
- Spray vit utvecklare på ytan av baren preparatet och torka den i luften. Placera den horisontellt på plattformen av en 3D-scanner, som visas i figur 4.
- Kalibrera positionen för baren prov på plattformen av 3D skannern genom slumpmässigt att göra vita små prickar på etikett-papper för 3D återuppbyggnaden av baren exemplar.
- Efter lanseringen den 3D-scannern och motsvarande data utvinning programvara, skanna baren exemplar längs dess längd och samla motsvarande skannade data via den 3D-scannern. Följ tillverkarens instruktioner.
- Utveckla den rumsliga modellen bar preparatet med hjälp av programvaran och samla relevanta datum filerna.
- Placera utvecklade rumsliga modelldata bar förlagan och två egenkompilerade MATLAB-program i samma mapp på en dator.
- Kör programmet första MATLAB på utvecklade rumsliga modelldata bar exemplar för att generera den relevanta MAT fil. Spara den erhållna matta filen i samma mapp.
- Kör programmet MATLAB andra enligt ovan erhålls matta filen för att generera relevanta morfologiska uppgifter i baren exemplar, inklusive genomskärningsarea, tröghetsmoment, polära tröghetsmoment, excentrisk avstånd etc.
- XCT metod
Obs: Efter fyra mätningarna på 440 mm långa bar exemplaret, femte mätningen gjordes på 30 mm långa bar exemplar med metoden XCT på grund av dess bar längd begränsning.- Skär ett 30 mm bar exemplar från båda ändarna av en 500 mm långa stålprodukter bar och från 440 mm lång korroderade stål bar, som visas i figur 1. Använda dem som icke-korroderat och korroderade bar exemplar, respektive.
- Placera baren prover med en vridbar plattform för XCT instrument, såsom visas i figur 5. Stäng dörren till XCT instrumentet. I baren preparatet är inklämt mellan radioaktiv källa och signalmottagaren XCT instrumentet.
- Kör XCT drift programvara installerad på en dator för att ställa in skytte parametrar. Justera baren preparatet till skjutställning.
- Ställ in pixel storlek och förstoring faktorn i tabellen ”bildkontroll” av programvaran XCT instrument drift.
- Kör XCT instrumentet genom att klicka på Start -knappen för att skanna baren exemplar. Samla in skannade data av bar exemplar.
- Kör programpaketet på ovanstående skannade data att producera geometriska parametrar i baren exemplar med detta.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figur 6 visar diametrarna av 500 mm långa icke-korroderad bar preparatet i vinkel av 0 °, 45 °, 90 ° och 135 ° för varje avsnitt längs dess längd mäts med skjutmått skjutmått. Staplarna sänktes sedan i tre delar, som visas i figur 1.
Figur 7 presenterar tvärsnittsarea för den icke-korroderad bar exemplar längs dess längd mätt med fyra och fem metoder, respektive, för 440 mm lång mittendelen och för 30 mm långa änden.
Figur 8 visar de rumsligt avbildar och tre tvärsnitt av det korroderade bar preparatet mäts med hjälp av 3D-scanning och XCT metoder, respektive.
Figur 9 rapporterar tvärsnittsarea för korroderade baren exemplar längs dess längd mätt med fyra och fem metoder för 300 mm och 30 mm lång exemplaren.
Tabell 1 sammanfattar diametrarna av 30 mm långa icke-korroderad bar preparatet mäts med Oken, den 3D-scanning och XCT metoder.
Figur 1: stål bar specimen. Figur 1 visar detaljerna i baren exemplar. Två 30 mm långa änden delar 
och 
användes som icke-korroderad exemplaren. Den 440 mm långa mellersta del 
användes som korroderade bar exemplar. De tre delarna sänktes från 500 mm långa stålprodukter bar på ett avstånd av 30 mm och 470 mm, respektive från den vänstra änden av en stålstång. Denna siffra har ändrats från diagrammen 1 och 2 av Li, et al. 16. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 2: vinklar av bar diametermätning med hjälp av skjutmått. Detta visar vinklarna i bar diametermätning med hjälp av skjutmått på varje tvärsnitt utefter baren längd. Denna siffra har ändrats från figur 3 av Li, et al. 16. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 3: enheten för metoden dränering. Detta visar den elektromekaniska universal maskinen för provning (EUT) för metoden dränering. Denna siffra har ändrats från figur 4 av Li, o.a. 16. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 4: enhet 3D Scanning och markerade bar exemplar. Detta visar enheten av 3D-scanning och markerade bar exemplar som ska skannas. Denna siffra har ändrats från figur 5 av Li, et al. 16.vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 5: XCT enhet. Detta visar instrumentet XCT och baren prov som ska skannas. Denna siffra har ändrats från figur 7 av Li, et al. 16. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 6: de uppmätta diametrarna av 500 mm långa icke-korroderad bar med hjälp av skjutmått. Detta visar diametrarna av 500 mm långa icke-korroderad baren mäts med hjälp av skjutmått. Figur 6A visar diametrarna mätt i fyra olika vinklar i varje avsnitt längs baren längd. Figur 6B presenterar den maximum, minimum och avvikelsen för uppmätta diametrarna på fyra olika vinklar. Denna siffra är omtryckt från figur 8 av Li, et al. 16. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 7: de uppmätta sectional områdena av den icke-korroderad bar exemplar längs dess längd. Figur 7A visar de uppmätta sectional områdena av 440 mm långa bar exemplar längs dess längd innan dess korrosion. Figur 7B visar uppmätta sectional områden av 30 mm långa icke-korroderad slut bar exemplar. Denna siffra är omtryckt från figur 9 av Li, et al. 16. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 8: de rumsligt avbildar och tre tvärsnitt av det korroderade bar preparatet mäts med hjälp av 3D-scanning och XCT metod. Figur 8A visar de rumsligt avbildar av 440 mm lång korroderade bar preparatet mäts med hjälp av 3D-scanning. Figur 8B presenterar bilder av tre tvärsnitt av det korroderade bar preparatet mäts med hjälp av metoden XCT. Denna siffra har ändrats från siffror 10 och 11 av Li, et al. 16. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 9: den uppmätta genomskärningsarea av det korroderade bar exemplar längs dess längd. Figur 9A visar den uppmätta genomskärningsarea av 300 mm långa korroderade bar förlagan längs dess längd. Figur 9B rapporterar de uppmätta områdena av 30 mm lång korroderade bar förlagan. Denna siffra har hänvisat till Figur 12 och 13 av Li, et al. 16 Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Diameter (mm) | Bromsok-metoden | XCT metod | 3D-scanning metod |
| Maximalt | 14.22 | 14,27 | 14,34 |
| Minsta | 14,19 | 14,26 | 14.31 |
| Avvikelse | 0,03 | 0,01 | 0,03 |
Tabell 1: de uppmätta diametrarna av 30 mm långa icke-korroderad bar preparatet med hjälp av bromsok, 3D-scanning och XCT metoder. Detta sammanfattar de högsta och lägsta diametrarna 30 mm långa icke-korroderad bar exemplaren mätt med tre metoder. Denna siffra har ändrats från tabell 1 av Li, et al. 16.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Figur 6A och 6B visar att uppmätta diametrarna på de icke-korroderad bar preparatet inte varierar betydligt längs dess längd. Den största skillnaden mellan de uppmätta diametrarna längs baren längd är endast ca 0,11 mm med en maximal avvikelse på 0,7%. Detta indikerar att geometrin för en icke-korroderad bar väl kan utvärderas med hjälp av ett skjutmått. De uppmätta diametrarna vid olika vinklar av samma tvärsnittet skiljer sig dock konsekvent och avsevärt från varandra. För visst bar förlagan, de högsta och lägsta diametrar 14.62 mm och 14.05 mm uppstå i vinklar om 45° och 135° med en maximal avvikelse på 4%. Med andra ord, är ett tvärsnitt av en icke-korroderad bar inte perfekt cirkelformad, utan elliptisk. Därför bör man vara uppmärksamma mätning av baren diameter när verkliga tvärsnittsarean beräknas direkt utifrån uppmätta diametern av stål bar.
Utöver mätning av slätten bomdiametern använda Vernier bromsok, vi använde också XCT och 3D metoder för att mäta tvärsnittet av en rib bar, som Vernier bromsok inte kan användas enkelt. Vi hittade olika diametrar i olika vinklar för rib bar också. Vanligt baren preparatet används i denna uppsats eftersom det kan mätas med alla fem olika metoder för jämförelse.
De stål barerna i betongkonstruktioner är främst i spänningen eller komprimering. Därför, för viss styrka, bärigheten av en stålstång beror på dess cross sectional område. Antar att det är 4,0% skillnad mellan högst och lägsta bomdiameter på olika vinklar och bar tvärsnitt är elliptiska, dess område beräknas av A=∏(d-0.04d)(d+0.04d)/4 = 0.998∏d2/4 med 0,016% skillnad i baren för given 4,0% skillnaden av bomdiametern. Därför, på grund av de olika diametrarna i olika vinklar, baren tvärsnittsarea minskar. Denna bar genomskärningsarea skillnaden förefaller dock mindre betydande, jämfört med baren diameter skillnaden i samma avsnitt.
Figur 7A och 7B visar att de sectional områdena av icke-korroderad bar mätt med metoderna av massförlust, OK mätningar, 3D-scanning och XCT varierar inte avsevärt från en metod från en annan, med undantag för några punkter mätas med metoden dränering. Detta var eftersom det fanns vissa osäkerheter med metoden dränering, såsom ytspänningen i en vatten-glödlampa, bond mellan vatten och röret, och vattenhalten i en bar yta. Till exempel om baren yta är för torr när det är fördrivna i vattenbehållaren för, det skulle absorbera en del vatten innan tömning vatten från behållaren. Om ytspänningen i en vatten-lampa är större än 90° när det strömmar genom ett rör, kan mindre vatten ledas ut från behållaren via glasröret för första 10 mm fördrivna bar. Som ett resultat av beloppen för korrosion av baren preparatet skulle överskattas och den faktiska återstående arealen av korroderade bar skulle underskattas. Som bar fortsätter preparatet att flytta in i behållaren, trycket byggs upp i röret tills Friktionsmotstånd mellan vatten och tube ytan är övervinna; Således skulle mycket mer vatten släppas för åtföljande 10 mm fördrivna bar preparatet i behållaren. Som ett resultat av beloppen för korrosion av baren preparatet skulle underskattas och den faktiska återstående arealen av korroderade bar skulle överskattas. Detta är anledningen till det uppmätta området bar preparatet med hjälp av metoden dränering är mindre stabila och konsekventa jämfört med de som mättes med andra metoder.
Tabell 1 visar att diametrarna av 30 mm långa icke-korroderad bar exemplaret mätte även med hjälp av skjutmått, den 3D-scanning och XCT metod är dessutom nära varandra. De fyra metoderna för massförlust, bromsok mätning, 3D-scanning och XCT metod kan därför användas att exakt definiera sectional kännetecknen av en icke-korroderat stål bar mer.
Dessutom genom en omfattande jämförelse av begagnade instrument, test kostnader, effektivitet, mätnoggrannhet av ovanstående fyra olika metoder, blir det tydligt att metoden bromsok är den mest lämpliga för mätning av morfologi av en icke-korroderat stål bar på grund av dess enkelhet, hög effektivitet och noggrannhet jämfört med andra metoder.
Det bör påpekas att, som framgår i figur 1, skär slutet ytbehandlar av båda 30 mm långa icke-korroderad barer inte var perfekt planar och tvären rakt. Detta kan orsaka vissa skillnader om baren faktiska längd mäts med hjälp av skjutmått och, i sin tur, avvikelsen av de beräkna sectional områdena från den uppmätta massa förlust eller volym variationen. Därför finns det vissa skillnader av de icke-korroderad barerna uppmätta sectional områden mellan figur 7A och 7B.
Figur 8A och 8B visar att, på grund av borttagning av metall från bar ytan oregelbundet via elektrokemisk reaktion process, det kvarvarande tvärsnittet av korroderade baren preparatet är varken cirkulär eller elliptisk. I stället blev det mycket oregelbunden och varierat betydligt längs längden av korroderade baren.
Figur 9A och 9B visar de återstående områdena av ett tvärsnitt av den korroderade bar exemplar längs dess längd som mättes med hjälp av viktminskning, bromsok, dränering metod, 3D-scanning och metoden XCT. Det är tydligt att för det korroderade bar exemplar, massförlust metoden bara kan producera genomsnittliga tvärsnittsytan av korroderade bar och förbli konstant längs hela sin längd. Det återspeglar inte variationen av den faktiska återstående delen av en korroderade bar längs dess längd, som visas i figur 8A och 8B. Dessutom, eftersom ett skjutmått inte kan röra basen av gropfrätning på bar yta, den kan endast mäta ett likvärdigt diameter en återstående del av korroderade bar. På grund av en sådan inneboende brist, bromsok metoden är mindre kunna mäta morfologiska parametern för en korroderade bar preparatet just.
Figur 9A och 9B visar också att de resterande områdena av det korroderade bar preparatet mäts med XCT och 3D-skanning metoder varierar konsekvent längs dess längd och är nära varandra. Metoden XCT rymmer dock endast 30 mm exemplar. Därför kan inte metoden XCT användas allmänt i praktisk teknik. Dessutom användningen av metoden XCT också ställer mycket stränga krav på styckning och beredning av en bar exemplar. Om avsnittet av en bar preparatet är inte en rak plan, men krokiga eller ojämn, betydande avvikelser kan göras och ingår i baren sectional område mätt med metoden XCT. 3D skanning metod rymmer den 440 mm lång bar preparatet och mäta morfologi av både icke-korroderat och korroderade exemplar tillräckligt exakt. Det har betydande fördelar jämfört med de andra fyra metoderna på precision, effektivitet och tillämplighet i mätningen av bar ytan morfologi. Dessutom 3D-tekniken kan också generera lite mer användbar morfologisk information av en bar exemplar, inklusive djupet av korrosion gropar på bar yta, tröghetsmoment, centroiden, ögonblick av tröghet av bar avsnitt, etc. längs dess längd. 3D skanning metoden är därför mest gynnade alternativet för mätning av en stålstång, särskilt korroderade stålbandet morfologi.
Från ovanstående resultat och diskussion, kan följande slutsatser dras. För en icke-korroderat stål bar är ett skjutmått det bästa verktyget för att mäta dess morfologi. Det inte bara har en hög noggrannhet för mätning utan också är mest ekonomiska. Även om metoden dränering kan mäta kvarvarande tvärsnittsarean på ett rostigt stål bar längs baren längd, noggrannheten i mätningen enheten behöver förbättras. Dess uppmätta resultaten kan påverkas av osäkerhet, som surface tension vatten glödlampan, bond med flöde röret och fukten i bar yta, osv., och metoden dränering måste därför användas mycket noggrant. Även om metoden XCT kan mäta området resttvärsnittet i en korroderade stålstång, är längden på en stålstång som rymmer begränsad till 30 mm. 3D skanning metod har betydande fördelar jämfört med de andra fyra metoderna på aspekter av precision, effektivitet och tillämplighet i mätningen av ytan morfologi av en stålstång, särskilt en korroderade stålstång. Dessutom kan det generera mycket mer användbar morfologi mätningar av en korroderade stålstång, såsom grop djup, sektions excentricitet, etc. Det är den mest optimala metoden för mätning av morfologiska parametrar för korroderat stål bar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
Författarna på Shenzhen universitet bekräftar kraftigt det finansiella stödet från den nationella naturvetenskap Foundation i Kina (Grant nr 51520105012 och 51278303) och (nyckel) projekt av utbildningsdepartementet i Guangdong-provinsen. (No.2014KZDXM051). de också tacka Guangdong Provincial nyckel laboratorium av hållbarheten för Marina Civil Engineering, College of Civil Engineering vid Shenzhen universitet för att ge provningsanläggningar och provningsutrustning.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Supplies | |||
| Plastic ruler | Deli Group Co.,Ltd. | No.6240 | |
| white paint pen | SINO PATH Enterprises.,Ltd. | SP-110 | |
| Tube with Branch | Customized-made | ||
| Measurement cylinder | Beijing Huake Bomex Glass Co., Ltd. | ||
| 500mL Beaker | Beijing Huake Bomex Glass Co. , Ltd. | CP-201 | |
| sandpaper | Shanghai Noon Decoration Material Co., Ltd. | P04 | |
| white developer | SHANGHAI XINMEIDA FLAW DETECTION MATERIAL CO., LTD. | FA-5 | |
| Reagents | |||
| epoxy resin adhesive | Hunan Baxiongdi New Material Co., Ltd. | DY·E·44 | |
| epoxy hardener | Hunan Baxiongdi New Material Co., Ltd. | DY·EP | |
| HCl | Dongguan Dongjiang Chemical Reagent Co., Ltd. | AR-2500ml | |
| saturated lime water | Xilong Chemical Co., Ltd. | AR-500g | |
| Equipment | |||
| Digital electronic scale | Kaifeng Group Co., Ltd. | Model JCS-0040 | |
| Digital vernier caliper | Shanghai Measuring & Cutting Tool Works Co., Ltd. | Model ST-089-229-090 | |
| Cutting machine | Robert Bosch GmbH | TCO2000 | |
| 3D reconstructed X-ray microscope | XRADIA | Model MICROXCT-400 | |
| 3D scanner | HOLON Three-dimensional Technology(Shenzhen) Co.,Ltd. | Model HL-3DX+ | |
| Electromechanical Universal Testing Machine | MTS SYSTEMS (China) Co., Ltd. | Model C64.305 |
References
- Cavaco, E. S., Bastos, A., Santos, F. A. D. Effects of corrosion on the behaviour of precast concrete floor systems. Construction & Building Materials. 145, (2017).
- Cavaco, E. S., Neves, L. A. C., Casas, J. R. On the robustness to corrosion in the life cycle assessment of an existing reinforced concrete bridge. Structure and Infrastructure Engineering. 14 (2), 137-150 (2017).
- Muthulingam, S., Rao, B. N. Non-uniform corrosion states of rebar in concrete under chloride environment. Corrosion Science. 93, 267-282 (2015).
- Apostolopoulos, C. A., Papadakis, V. G. Consequences of steel corrosion on the ductility properties of reinforcement bar. Construction & Building Materials. 22 (12), 2316-2324 (2008).
- Fernandez, I., Bairán, J. M., Marí, A. R. Corrosion effects on the mechanical properties of reinforcing steel bars. Fatigue and σ - ε behavior. Construction & Building Materials. 101, 772-783 (2015).
- Papadopoulos, M. P., Apostolopoulos, C. A., Zervaki, A. D., Haidemenopoulos, G. N. Corrosion of exposed rebars, associated mechanical degradation and correlation with accelerated corrosion tests. Construction & Building Materials. 25 (8), 3367-3374 (2011).
- Castro, H., Rodriguez, C., Belzunce, F. J., Canteli, A. F. Mechanical properties and corrosion behaviour of stainless steel reinforcing bars. Journal of Materials Processing Technology. 143 (1), 134-137 (2003).
- Almusallam, A. A. Effect of degree of corrosion on the properties of reinforcing steel bars. Construction & Building Materials. 15 (8), 361-368 (2001).
- Papadopoulos, M. P., Apostolopoulos, C. A., Alexopoulos, N. D., Pantelakis, S. G. Effect of salt spray corrosion exposure on the mechanical performance of different technical class reinforcing steel bars. Materials & Design. 28 (8), 2318-2328 (2007).
- Zhang, W., Song, X., Gu, X., Li, S. Tensile and fatigue behavior of corroded rebars. Construction & Building Materials. 34 (5), 409-417 (2012).
- Clark, L. A., Chan, A. H. C., Du, Y. G. Residual capacity of corroded reinforcing bars. Magazine of Concrete Research. 57 (3), 135-147 (2005).
- Chan, A. H. C., Clark, L. A., Du, Y. G. Effect of corrosion on ductility of reinforcing bars. Magazine of Concrete Research. 57 (7), 407-419 (2005).
- Zhu, W., François, R. Corrosion of the reinforcement and its influence on the residual structural performance of a 26-year-old corroded RC beam. Construction & Building Materials. 51 (2), 461-472 (2014).
- François, R., Khan, I., Dang, V. H. Impact of corrosion on mechanical properties of steel embedded in 27-year-old corroded reinforced concrete beams. Materials & Structures. 46 (6), 899-910 (2013).
- Torres-Acosta, A. A., Castro-Borges, P. Corrosion-Induced Cracking of Concrete Elements Exposed to a Natural Marine Environment for Five Years. Corrosion. 69 (11), 1122-1131 (2013).
- Li, D., Wei, R., Du, Y., Guan, X., Zhou, M. Measurement methods of geometrical parameters and amount of corrosion of steel bar. Construction & Building Materials. 154, 921-927 (2017).
- Kashani, M. M., Crewe, A. J., Alexander, N. A. Use of a 3D optical measurement technique for stochastic corrosion pattern analysis of reinforcing bars subjected to accelerated corrosion. Corrosion Science. 73 (13), 208-221 (2013).
- Tang, F., Lin, Z., Chen, G., Yi, W. Three-dimensional corrosion pit measurement and statistical mechanical degradation analysis of deformed steel bars subjected to accelerated corrosion. Construction & Building Materials. 70 (2), 104-117 (2014).
- Zhang, W., Zhou, B., Gu, X., Dai, H. Probability Distribution Model for Cross-Sectional Area of Corroded Reinforcing Steel Bars. Journal of Materials in Civil Engineering. 26 (5), 822-832 (2013).
- Wang, X. G., Zhang, W. P., Gu, X. L., Dai, H. C. Determination of residual cross-sectional areas of corroded bars in reinforced concrete structures using easy-to-measure variables. Construction & Building Materials. 38, 846-853 (2013).
- Stewart, M. G., Al-Harthy, A. Pitting corrosion and structural reliability of corroding RC structures: Experimental data and probabilistic analysis. Reliability Engineering & System Safety. 93 (3), 373-382 (2008).
- Darmawan, M. S., Stewart, M. G. Effect of Spatially Variable Pitting Corrosion on Structural Reliability of Prestressed Concrete Bridge Girders. Australian Journal of Structural Engineering. 6 (2), 147-158 (2015).
- Stewart, M. G., Mullard, J. A. Spatial time-dependent reliability analysis of corrosion damage and the timing of first repair for RC structures. Engineering Structures. 29 (7), 1457-1464 (2007).
- Kashani, M. M., Lowes, L. N., Crewe, A. J., Alexander, N. A. Finite element investigation of the influence of corrosion pattern on inelastic buckling and cyclic response of corroded reinforcing bars. Engineering Structures. 75, 113-125 (2014).
- Apostolopoulos, C. A., Demis, S., Papadakis, V. G. Chloride-induced corrosion of steel reinforcement - Mechanical performance and pit depth analysis. Construction and Building Materials. 38, 139-146 (2013).
- Imperatore, S., Rinaldi, Z., Drago, C. Degradation relationships for the mechanical properties of corroded steel rebars. Construction and Building Materials. , 219-230 (2017).
- Kashani, M. M. Size effect on inelastic buckling behaviour of accelerated pitted 1 corroded bars in porous media. Journal of Materials in Civil Engineering. 29 (7), (2017).
- Meda, A., Mostosi, S., Rinaldi, Z., Riva, P. Experimental evaluation of the corrosion influence on the cyclic behaviour of RC columns. Engineering Structures. 76, 112-123 (2014).
- Kashani, M. M., Crewe, A. J., Alexander, N. A. Structural capacity assessment of corroded RC bridge piers. Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Bridge Engineering. 170 (1), 28-41 (2017).
- National Standard of the People's Republic of China. Standard for test methods of long-term performance and durability of ordinary concrete, Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People's Republic of China, GB/T 50082-2009. , China Construction Industry Press. Beijing 100013, China. (2009).
