Analyse van de toepasbaarheid van de beoordelingsmethoden voor morfologische Parameters van gecorrodeerde Steel Bars
Summary
Deze paper meet de geometrie en de hoeveelheid corrosie van een steel bar met behulp van verschillende methoden: massa verlies, remklauwen, drainage metingen, 3D scannen en Röntgen micro-berekend tomografie (XCT).
Abstract
De onregelmatige en ongelijke resterende secties langs de lengte van een gecorrodeerde stalen balk wezenlijk veranderen de mechanische eigenschappen en de veiligheid en prestaties van een bestaande betonnen constructie aanzienlijk te domineren. Dientengevolge, is het belangrijk om te meten de geometrie en de hoeveelheid corrosie van een stalen balk in een structuur naar behoren te beoordelen van de resterende rekening houdend met de capaciteit en levensduur van de structuur. Deze paper introduceert en vergelijkt vijf verschillende methoden voor het meten van de geometrie en de hoeveelheid corrosie van een stalen balk. Een enkele 500 mm lang en 14 mm diameter staal bar is het model dat is onderworpen aan de versnelde corrosie in dit protocol. De morfologie en de hoeveelheid corrosie werden zorgvuldig gemeten vóór en na het gebruik van massa verlies metingen, van een schuifmaat gemeten, drainage metingen, 3D scannen en Röntgen micro-berekend tomografie (XCT). De toepasbaarheid en de geschiktheid van deze verschillende methoden werden vervolgens geëvalueerd. Uit de resultaten blijkt dat de schuifmaat gemeten de beste keuze is voor het meten van de morfologie van een niet-gecorrodeerd bar, terwijl 3D scannen het meest geschikt is voor het kwantificeren van de morfologie van een gecorrodeerde bar.
Introduction
Corrosie van een stalen balk is één van de belangrijkste redenen voor de verslechtering van een betonnen constructie en wordt veroorzaakt door concrete carbonatatie en/of chloride binnendringen. In concrete carbonatatie neigt corrosie te worden gegeneraliseerd; terwijl in chloride inbraak, wordt het meer gelokaliseerde1,2. Ongeacht wat de oorzaken zijn, corrosie scheuren van de concrete cover van radiale uitbreiding van corrosie producten, verslechtert de band tussen een stalen balk en zijn omliggende beton, doordringt de bar oppervlakken, en vermindert de bar oppervlakte van de dwarsdoorsnede aanzienlijk3,4.
Als gevolg van het gebrek aan homogeniteit van structurele beton en variaties in de omgeving van de service, corrosie van een stalen balk treedt op willekeurig over het oppervlak en langs de lengte met grote onzekerheid. In tegenstelling tot de algemene uniforme corrosie veroorzaakt door carbonatatie concrete, veroorzaakt de putjes corrosie veroorzaakt door chloriden intrusion aanval penetratie. Bovendien, het zorgt ervoor dat het resterende gedeelte van een gecorrodeerde bar variëren aanzienlijk onder de balk oppervlak en lengte. Als een resultaat, de bar ductiliteit daling van de sterkte en bar. Uitgebreid onderzoek heeft verricht te bestuderen van de effecten van corrosie op de mechanische eigenschappen van een steel bar5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14,15. Echter heeft minder aandacht besteed aan de meetmethoden van morfologische parameters en kenmerken van de corrosie van stalen staven.
Sommige onderzoekers hebben massa verlies gebruikt om te evalueren van het bedrag van de corrosie van een steel bar5,10,11,14. Echter deze methode kan alleen worden gebruikt voor het bepalen van de gemiddelde waarde van de resterende secties en de verdeling van de secties langs de lengte niet meten. Zhu en Franco hebben deze methode verbeterd door een enkele stalen balk snijden in een reeks van korte segmenten en een gewicht van elk segment om te bepalen van de variaties van de gebieden van de resterende secties langs haar lengte13,14. Echter, deze methode leidt tot extra verlies van het staal materiaal tijdens het snijden en niet raken de minimale residuele sectie van de gecorrodeerde bar precies, die domineert zijn draagvermogen. Van een schuifmaat gemeten wordt ook gebruikt voor het meten van de geometrische parameters van een steel bar14,15. Echter, het resterende gedeelte van een gecorrodeerde bar is zeer onregelmatig, en er is altijd een aanzienlijke afwijking tussen de gemeten en de werkelijke sectionele dimensies van een gecorrodeerde bar. Op basis van Archimedes principe, Clark et al. aangenomen de drainage-methode voor het meten van de resterende secties van een gecorrodeerde balk over de lengte, maar verplaatsing van de balie werd handmatig gecontroleerd zonder aanzienlijke nauwkeurigheid in dit geval11. Li et al. deze drainage methode verbeterd door de verplaatsing van een stalen balk automatisch te besturen met behulp van een elektromotor en maatregel resultaten nauwkeuriger16. Tot slot, de laatste jaren, met de ontwikkeling van 3D scanning technologie, deze methode is gebruikt voor het meten van de geometrische afmetingen van een steel bar17,18,19,20. Met behulp van 3D scannen, de diameter, resterende gebied, centroid, excentriciteit, traagheidsmoment en corrosie penetratie van een stalen balk kan precies worden verkregen. Hoewel onderzoekers deze methoden in verschillende experimentele settings gebruikt hebben, is er geen een vergelijking en evaluatie van de methoden met betrekking tot hun nauwkeurigheid, geschiktheid en toepasbaarheid.
Corrosie, met name putjes corrosie, in vergelijking met de generalized corrosie, niet alleen verandert de mechanische eigenschappen van gecorrodeerde bars, maar vermindert ook de resterende rekening houdend met de capaciteit en levensduur van betonnen constructies. Meer nauwkeurige metingen van morfologische parameters van gecorrodeerde stalen staven voor de ruimtelijke variabiliteit van corrosie langs bar lengte zijn absoluut noodzakelijk voor meer redelijke evaluaties van bar mechanische eigenschappen. Dit zal helpen met het beoordelen van de veiligheid en betrouwbaarheid van gewapend beton (RC) structuren beschadigd door corrosie nauwkeuriger21,22,23,24,25,26 ,27,28,29.
Dit protocol vergelijkt de vijf besproken methodes voor het meten van de geometrie en de hoeveelheid corrosie van een stalen balk. Een single, 500 mm lang en 14 mm in diameter, platte ronde staaf werd gebruikt als het specimen en onderworpen aan de versnelde corrosie in het lab. De morfologie en het niveau van corrosie werden zorgvuldig gemeten vóór en na het gebruik van elke methode, met inbegrip van de massa verlies, van een schuifmaat gemeten, drainage metingen, 3D scannen en Röntgen micro computertomografie (XCT). Tot slot, de toepasbaarheid en de geschiktheid van elk werden geëvalueerd.
Het moet worden opgemerkt dat de geribbelde bars ingebed in beton, niet de gewone bars blootgesteld aan lucht, worden vaak gebruikt in betonconstructies en onderworpen aan corrosie. Voor geribde bars, de schuifmaat gemeten mogen niet worden zo gemakkelijk toegepast. Omdat deze bars corrosie in beton, is hun oppervlakte penetratie meer onregelmatige vergeleken met bars blootgesteld aan lucht11. Echter is dit protocol gericht op de toepasselijkheid van de analyse van verschillende meetmethoden op dezelfde bar; Daarom gebruikt het een naakte gewoon bar als het model te elimineren van de invloed van de ribben en concrete gebrek aan homogeniteit op metingen van morfologische parameter. Verdere werkzaamheden over het meten van gecorrodeerde geribde balken met behulp van andere methoden kan worden uitgevoerd in de toekomst.
Protocol
Representative Results
Discussion
Figuur 6A en 6B tonen aan dat de gemeten diameters van de niet-gecorrodeerd bar specimen niet aanzienlijk over de lengte variëren. Het maximale verschil tussen de gemeten diameters langs de bar is slechts ongeveer 0.11 millimeter met een maximale afwijking van 0,7%. Dit geeft aan dat de geometrie van een niet-gecorrodeerd bar kan worden goed geëvalueerd met behulp van een schuifmaat gemeten. Echter, de gemeten diameters onder verschillende hoeken van de dezelfde dwarsdoors…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs bij Universiteit Shenzhen erkennen sterk de financiële steun van de nationale Natural Science Foundation van China (Grant nr. 51520105012 en 51278303) en de (sleutel) Project van Ministerie van onderwijs van de provincie Guangdong. (No.2014KZDXM051). zij ook dankbaar de Guangdong Provincial sleutel laboratorium van duurzaamheid voor Marine burgerlijke bouwkunde, College van civiele techniek aan de Universiteit van Shenzhen voor het verstrekken van testen faciliteiten en apparatuur.
Materials
| 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. , (2009).
