Анализ применимости методов оценки для морфологических параметров коррозия стальной
Summary
В этом документе мер геометрии и количество коррозии стали бар с использованием различных методов: массовые потери, суппорты, дренаж измерений, 3D сканирование и рентгеновского Микро Компьютерная томография (XCT).
Abstract
Нерегулярные и неравномерным остаточного секций по длине коррозия стальной бар существенно изменить его механических свойств и значительно преобладают безопасность и производительность существующей структуры бетона. В результате это важно для измерения геометрии и количество коррозии стальной бар в структуре должным образом для того, чтобы оценить остаточная емкость и срок службы конструкции. Этот документ вводит и сравнивает пять различных методов для измерения геометрии и количество коррозии стальной полосы. Один 500 мм длиной и 14 мм Диаметр стальной бар является образцом, которая подвергается ускоренной коррозии в настоящем Протоколе. Его морфологии и количество коррозии были тщательно оценены до и после использования измерения потери массы, штангенциркуль, дренаж измерений, 3D сканирование и рентгеновского Микро Компьютерная томография (XCT). Затем были оценены применимости и пригодности этих различных методов. Результаты показывают, что штангенциркуль является лучшим выбором для измерения морфология-вытравлено бара, в то время как 3D сканирование является наиболее подходящим для количественной морфологии коррозия бар.
Introduction
Коррозии стальной бар является одной из главных причин ухудшения конкретные структуры и вызвано конкретные карбонизации и/или хлорид вторжений. В конкретных сатурации коррозии, как правило, быть обобщена; во время вторжений хлорид, она становится более локализованных1,2. Независимо от того, каковы причины, коррозии трещины бетонного покрытия от радиальное расширение продуктов коррозии, ухудшается связь между стальной бар и его окружающие бетона, проникает баре поверхностей и уменьшается бар площадь поперечного сечения значительно3,4.
Из-за неоднородности структурных бетона и различия в условиях службы коррозии стальной бар происходит случайно над его поверхностью и вдоль его длины с большой неопределенностью. Вопреки обобщенных равномерной коррозии, вызванных конкретными сатурации питтинговой коррозии, вызванной хлорид вторжений вызывает проникновение нападения. Кроме того, он вызывает остаточная часть коррозия бар существенно различаются в баре поверхности и длины. Как результат, Бар пластичность снижение прочности и бар. Обширные исследования были проведены для изучения воздействия коррозии на механические свойства стали Бар5,6,,78,9,10, 11,12,13,14,15. Однако меньше внимания уделяется методов измерений морфологических параметров и характеристик коррозии стальной арматуры.
Некоторые исследователи использовали потери массы для оценки количества коррозии стали Бар5,10,,1114. Однако этот метод может использоваться только для определения среднего значения остаточного секций и нельзя измерить распределение секций по длине. Чжу и Франко улучшили этот метод путем разрезания одного стальной бар в серии коротких сегментов и весом каждый сегмент для определения изменения областей остаточного секций вдоль его длины13,14. Однако этот метод вызывает дополнительные потери стали материала во время резки и не может коснуться Минимальная остаточная часть панели коррозия точно, которая доминирует ее несущей способности. Штангенциркуль также используется для измерения геометрических параметров стали Бар14,15. Однако остаточная часть коррозия бар очень неровная, и всегда есть значительное отклонение между измеренных и фактической секционные размеры коррозия бар. Основываясь на принципе Архимеда, Кларк et al. принят метод дренаж для измерения остаточного разделы коррозия полосы вдоль его длины, но перемещения бара вручную управляемые без значительных точность в этом случае11. Li et al. усовершенствовать этот метод дренажа с помощью электрического двигателя автоматически контролировать перемещение стальной бар и мера результаты более точно16. Наконец за последние несколько лет, с развитием трёхмерного сканирования технологии, этот метод был использован для измерения геометрических размеров стальной бар17,18,19,20. С помощью 3D сканирование, диаметр, остаточного области, центр тяжести, эксцентриситет, момент инерции и проникновения коррозии стальной полосы могут быть точно приобретены. Хотя исследователи использовали эти методы в различных экспериментальных условиях, не было сравнение и оценка методов относительно их точности, пригодности и применимости.
Коррозии, особенно точечной коррозии, по сравнению с общей коррозии, не только изменения механических свойств коррозия баров, но также уменьшает остаточная емкость и срок службы бетонных конструкций. Более точные измерения морфологических параметров коррозии стальной арматуры для пространственной изменчивости коррозии вдоль бар длины необходимы для более разумной оценки бар механических свойств. Это поможет оценить безопасность и надежность (RC) железобетонных поврежденных коррозией точнее21,,2223,24,25,26 ,27,,2829.
Этот протокол сравнивает пять обсуждались методы для измерения геометрии и количество коррозии стальной полосы. Сингл, 500 мм в длину и 14 мм в диаметре, обычный круглый бар был использован в качестве образца и подвергнут ускоренной коррозии в лаборатории. Морфология и уровень коррозии были тщательно оценены до и после использования каждого метода, включая потерю массы, штангенциркуль, дренаж измерений, 3D сканирование и микро рентгеновская компьютерная томография (XCT). Наконец применимости и пригодности каждого были оценены.
Следует отметить, что ребристый баров встроенный в бетоне, не простой баров, подвергаются воздействию воздуха, часто используются в бетонных конструкций и подвергается коррозии. Для ребристых панелей штангенциркуль не может применяться в качестве легко. Потому что эти бары коррозии бетона, их поверхности проникновения более неправильной по сравнению с баров, подвергается воздуха11. Однако этот протокол направлена применимости анализа методов различных измерений на том же баре; Таким образом она использует голая равнина бар в качестве образца для устранения влияния ребер и конкретные неоднородности на измерений морфологических параметров. Дальнейшая работа по измерению коррозия ребристый баров, используя другие методы могут осуществляться в будущем.
Protocol
Representative Results
Discussion
Рисунок 6A и 6B показывают, что измеренных диаметров не вытравлено бар образца не значительно различаются по длине. Максимальная разница между измеренных диаметров вдоль панели составляет только около 0,11 мм с максимальное отклонение в 0,7%. Это указывает, что геом…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Финансовую поддержку от Фонда национального естественных наук Китая (Грант № 51520105012 и 51278303) и (ключ) проект Департамента образования провинции Гуандун значительно признают авторы в Shenzhen University. (No.2014KZDXM051). они также поблагодарить Гуандун провинции ключ лаборатории прочности для морских гражданского строительства, колледж гражданского строительства в университете Shenzhen для тестирования удобства и оборудование.
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).
