Vi foreslår en metode til at måle en parameter, der er yderst relevant for korrosion vurderinger eller forudsigelser af jernbeton strukturer, med den største fordel ved tillader undersøgelse af prøver fra engineering strukturer. Dette sikrer reelle betingelser på grænsefladen stål-beton, som er afgørende for at undgå artefakter af laboratorium-made proever.
Ældning af jernbeton infrastruktur i de udviklede lande pålægger et presserende behov for metoder til at pålideligt vurdere tilstanden af disse strukturer. Korrosion af den integrerede forstærkende stål er den hyppigste årsag til nedbrydning. Mens det er velkendt, at en struktur evne til at modstå korrosion afhænger kraftigt faktorer såsom de anvendte materialer eller alder, det er almindelig praksis at basere sig på værdier tærsklen i standarder eller lærebøger. Disse tærskelværdier for korrosion indledning (Ccrit) er uafhængig af de faktiske egenskaber af en bestemt struktur, som klart begrænser nøjagtigheden af betingelse vurderinger og service liv forudsigelser. Praksis med at bruge tabelform værdier kan spores tilbage til manglen på pålidelige metoder til at bestemme Ccrit på stedet og i laboratoriet.
Her præsenteres en eksperimentel protokol til at bestemme Ccrit for individuelle engineering strukturer eller strukturelle medlemmer. Et antal jernbeton stikprøver er taget fra strukturer og korrosion laboratorieundersøgelser er udført. Den største fordel ved denne metode er, at det sikrer reelle betingelser vedrørende parametre, der er velkendt for stor indflydelse på Ccrit, såsom stål-beton grænseflade, hvilke ikke kan være repræsentativt efterlignede i laboratorie-fremstillede prøver. På samme tid tillader accelereret korrosion test i laboratoriet pålidelig bestemmelse af Ccrit forud korrosion indledningen på den testede struktur; Dette er en stor fordel i forhold til alle almindelige tilstand vurderingsmetoder, der kun tillader estimering betingelserne for korrosion efter indledningen, dvs., når strukturen er allerede beskadiget.
Protokollen giver den statistiske fordeling af Ccrit for den testede struktur. Dette tjener som grundlag for probabilistiske forudsigelse modeller for den resterende tid til korrosion, der er nødvendig for vedligeholdelse planlægning. Denne metode kan potentielt bruges i materiale prøvning af civile infrastrukturer, svarende til etablerede metoder til mekanisk prøvning.
Korrosion af stål i beton, udløst af penetration af chlorider gennem beton, er den hyppigste årsag til for tidlig forringelse af forstærkede og forspændte betonkonstruktioner, og dermed udgør en af de vigtigste udfordringer i anlægsteknik1,2,3,4. Industrialiserede lande har typisk en stor beholdning af aging konkrete infrastrukturer, bygget i anden halvdel af sidste århundrede, og dermed med en historie af flere årtiers udsættelse for marine klima eller afisning salte anvendes på veje. At være i stand til pålideligt vurdere tilstanden af disse strukturer, dvs., at risikoen for korrosion, danner grundlag for planlægning vedligeholdelsesarbejder og infrastrukturforvaltning, i almindelighed.
Den etablerede tilgang i teknik til håndtering af chlorid-induceret stål korrosion i beton er baseret på en chlorid tærskel værdien (også kaldt kritiske chlorid indhold, Ccrit)1,5, 6. efter dette koncept, korrosion indledning menes at opstå som koncentrationen af klorid i beton på den stål overflade overstiger Ccrit tærskel. Således stole vurdere tilstanden af eksisterende strukturer og anslå det resterende levetid typisk på bestemmelse af indholdet af klorid på forskellige dybder i beton, især på en dybde af den integrerede styrke stål. Der findes en række pålidelige og standardiserede metoder til at måle denne chlorid koncentration i prøver af konkrete7,8. Sammenligne resultaterne til Ccrit danner grundlag for vurdering af risiko for korrosion, og planlægning af typen og omfanget af reparation foranstaltninger. Men denne metode kræver kendskab til Ccrit.
Forskellige internationale standarder og anbefalinger, samt tekst bøger, akselblade værdier for Ccrit1,3,9,10,11. Disse er typisk omkring 0,4% chlorid af vægten af cement, baseret på lang tids erfaring eller tidlige undersøgelser12,13. Det er imidlertid velkendt, at den faktiske modstand mod Ccrit af en bestemt struktur eller strukturelle medlem er stærkt påvirket af de materialer, i en alder af strukturen, og af eksponering historie og betingelser1 , 5. således er det almindeligt anerkendt, at erfaringer fra én struktur bør kun anvendes til andre strukturer med forsigtighed.
På trods af dette er det fælles tekniske praksis for at bruge tabelform Ccrit værdier, uafhængigt af den faktiske struktur. Dette kan forklares ved den enormt scatter af Ccrit i litteraturen og manglen på pålidelige metoder til at bestemme Ccrit på stedet og i laboratoriet5. Tilgang til brug af tabelform tærskelværdier i holdbarhed vurderinger er i modsætning til strukturelle overvejelser i forbindelse med condition vurderinger af aging betonkonstruktioner. I sidstnævnte tilfælde findes der en række standardiserede prøvningsmetoder til bestemmelse mekaniske egenskaber, som styrken af materialer i strukturen (beton, armeringsstål), der skal anvendes ved beregningen af den strukturelle opførsel.
I dette arbejde præsenteres en eksperimentel protokol til at bestemme Ccrit på prøver taget fra engineering strukturer. Metoden er baseret på boring kerner af jernbeton i dele af betonkonstruktioner hvor korrosion endnu ikke er indledt. Disse prøver er overført til det laboratorium, hvor de udsættes for en accelereret korrosion test for at undersøge betingelserne for korrosion indledning. Den største fordel af den foreslåede metode er at prøverne stammer fra strukturer og dermed udstille virkelige forhold vedrørende en række parametre, der er velkendt for meget indflydelse Ccrit og der kan ikke være repræsentativt efterlignede i laboratorie-fremstillede prøver. Dette omfatter type og alder af beton (unge laboratorium konkrete versus modne site-produceret beton), den type og overflade tilstand af den styrke stål anvendes på tidspunktet for opførelsen, og i almindelighed egenskaber af stål-beton interface14. Sammen med nøjagtigheden af laboratoriet målemetoder tillader denne tilgang pålidelig bestemmelse af Ccrit for specifikke strukturer eller strukturelle medlemmer.
Anvendelse af den foreslog protokol i teknisk praksis vil – sammenlignet med den almindelige praksis med at bruge en konstant værdi for Ccrit – øge nøjagtigheden af betingelse vurderinger og den prædiktive magt modeller til at analysere de resterende levetid. Den forventede stærk stigning i reparationsarbejder af vores indbyggede infrastruktur over de kommende årtier15 udgør et presserende behov for denne forbedring i teknik af korrosion infrastrukturer.
De mest kritiske trin for succes af den foreslåede forsøgsplan til at bestemme Ccrit er dem, herunder foranstaltninger til at forhindre falske korrosion indledning og andre stål bar ende effekter. I denne forbindelse en række tiltag blev testet, blandt hvilke de her rapporterede protokol blev fundet til at give de bedste resultater28. I yderligere test, er denne tilgang tilladt faldende sats i falsk indledningen til under 10%. På den ene side, dette er på grund af belægning grænseområdet i den udsatte betonoverflade med epoxy-harpiks, som øger længden af transport af chlorider gennem beton til stål bar slutter betydeligt. På den anden side forbedrer erstatter den oprindelige beton omkring den stål bar i dens ender med en tæt, stærkt alkalisk cementbundne gylle betydeligt korrosionsbestandighed i disse områder. Sådanne systemer, dvs., belægning stål bar ender med et lag af en polymer modificeret cementbundne materialer, har vist sig vellykket også i andre undersøgelser29,30.
Et andet vigtigt aspekt er kriteriet for korrosion indledning. Dette kriterium er baseret på RILEM tekniske udvalg TC-235, der havde til formål at anbefale en metode til måling af Ccrit i prøver fremstillet i laboratoriet31. Rationalet er at det er velkendt at debut af korrosion af unpolarized stål indlejret i beton kan foregå over en lang periode af tid i stedet for en veldefineret instant30,32. Stål kan starte korrosion ved relativt lave chlorid koncentrationer, men hvis disse ikke er i stand til at opretholde korrosion proces, repassivation vil forekomme, som fremgår af en potentiel stigning tilbage til den oprindelige passiv niveau. Sådanne depassivation-repassivation begivenheder er typisk observeret i tilsvarende undersøgelser30,33,34. Chlorid-koncentration, målt i en periode med stabil korrosion er mere relevante for praksis end den tid, hvor de første tegn på mulige afvigelser fra de passive niveau bliver synlige. Med den foreslåede kriterium repræsenterer Ccrit chlorid koncentration som korrosion initierer og også stabilt overfører.
En begrænsning af metoden er, at prøverne er relativt små, som kan have indflydelse på resultaterne35,36. For at modvirke dette, er det foreslået for at bruge et relativt højt antal prøver (ideelt 10). Niveau af tillid afhænger af den statistiske fordeling af Ccrit i testområdet faktiske. For flere detaljer i den forbindelse henvise til reference36. En yderligere begrænsning er, at fugtforhold i laboratoriet eksponering kan afvige fra dem af en faktiske struktur. Endelig, påvisning af korrosion indledningen kan være vanskeligt i tilfælde, hvor potentialet er generelt negativt, såsom i slaggen cement eller andre sulfid indeholdende bindemidler.
Til bedste af vores viden er dette den første metode til Ccrit bestemmelse i engineering strukturer på et tidspunkt forud for korrosion indledning. I modsætning til empiriske erfaringer fra strukturer, som er pr. definition fremstillet efter korrosion indledning, kan denne metode bruges til at måle Ccrit for specifikke strukturer eller strukturelle medlemmer før korrosion nedbrydning sker ; resultaterne kan således bruges til at vurdere risikoen for (fremtidig) korrosion og at forudsige den resterende tid til korrosion indledning (service liv modellering). Således, denne metode har potentiale til at blive brugt i materiale prøvning, svarende til etablerede metoder til mekanisk prøvning (trykstyrke, osv.)
Metoden er i øjeblikket anvendes til en række forskellige konkrete infrastrukturer i Schweiz. Dette vil udvide stærkt begrænset5 viden om statistiske fordelinger af Ccrit i strukturer. Derudover vil det afsløre påvirkning af forskellige faktorer som alder af bygningskonstruktioner, byggematerialer, der anvendes, osv, og dermed give vigtige oplysninger for civilingeniører og beslutningstagere i infrastrukturforvaltningen.
The authors have nothing to disclose.
Arbejdet beskrevet her blev delvist finansieret af den schweiziske føderale veje Office (forskningsprojekt AGB2012/010). Vi anerkender meget økonomisk støtte.
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) |