Anvendelse analyse av vurderingsmetoder for morfologiske parametere av korrodert stålstenger
Summary
Dette papiret måler geometri og mengden av en stål bar bruke forskjellige metoder: masse tap, calipers, drenering målinger, 3D skanning og X-ray mikro-beregnet tomografi (XCT).
Abstract
Uregelmessig og ujevn gjenværende delene langs en korrodert stål bar endre vesentlig mekaniske egenskaper og betydelig dominerer sikkerheten og ytelsen til en eksisterende betong struktur. Derfor er det viktig å måle geometri og mengden av en stål bar i en struktur riktig å vurdere den gjenværende kapasitet og levetid av strukturen. Dette papiret introduserer og sammenligner fem ulike metoder for å måle geometri og mengden av en stål bar. En enkelt 500 mm lang og 14 mm diameter stål bar er prøven som utsettes for akselerert korrosjon i denne protokollen. Dens morfologi og mengden av korrosjon ble nøye målt før og etter masse tap mål, en Vernier caliper, drenering målinger, 3D skanning og X-ray mikro-beregnet tomografi (XCT). Anvendbarhet og hensiktsmessigheten av disse metoder ble deretter evalueres. Resultatene viser at Vernier caliper er det beste valget for å måle morfologi av en ikke-korrodert bar, mens 3D skanning er den mest egnet for kvantifisere morfologi av korrodert bar.
Introduction
Korrosjon av en stål bar er en av de viktigste årsakene til forringelse av en konkret struktur og forårsakes av betong carbonation og/eller klorid inntrenging. I betong carbonation gjerne korrosjon generaliseres; mens i klorid inntrenging, blir det mer lokaliserte1,2. Uansett hva årsakene er, korrosjon sprekk betong dekselet fra radial utvidelse av korrosjon produkter, forverres bånd mellom en stål bar og dens omkringliggende betong, trenger bar flater, og synker baren tverrsnitt betydelig3,4.
På grunn av ikke-homogenitet av strukturelle betong og variasjoner i tjenesten miljøet oppstår korrosjon av en stål bar tilfeldig over overflaten og langs med stor usikkerhet. I motsetning til generalisert uniform korrosjon forårsaket av betong carbonation, forårsaker gropkorrosjon korrosjon forårsaket av klorid inntrenging angrep penetrasjon. Videre fører det til den gjenværende delen av en korrodert for å variere betydelig mellom baren overflate og lengde. Som et resultat, baren styrke og bar ductility nedgang. Omfattende forskning er utført for å studere virkningene av korrosjon på mekaniske egenskaper av en stål bar5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14,15. Imidlertid har mindre oppmerksomhet blitt gitt til målemetoder morfologiske parametere og korrosjon kjennetegner stålstenger.
Noen forskere har brukt masse tap for å vurdere hvor mye av en stål bar5,10,11,14. Men denne metoden kan bare brukes til å bestemme gjennomsnittlig verdi av de gjenværende delene og kan ikke måle fordelingen av delene langs. Zhu og Franco har forbedret denne metoden ved å kutte en eneste stål bar i en rekke korte segmenter og veier hvert segment for å bestemme variasjoner av områder de gjenværende delene langs dens lengde13,14. Men denne metoden forårsaker ekstra tap av stål under skjæring og kan ikke røre den minste gjenværende delen av baren korrodert akkurat, som dominerer sin bæreevne. En Vernier caliper brukes også til å måle geometriske parametrene av en stål bar14,15. Men den gjenværende delen av korrodert bar er veldig uregelmessig, og det er alltid et betydelig avvik mellom målt og faktiske flerdelte dimensjonene av en korrodert bar. Basert på Arkimedes prinsipp, Clark et al. vedtatt drenering metoden for å måle de gjenværende delene av korrodert bar langs, men forskyvning av baren var manuelt kontrollert uten betydelig nøyaktigheten i dette tilfellet11. Li et al. forbedret denne drenering metoden ved hjelp av en elektrisk motor for automatisk å kontrollere forskyvning av en stål bar og måle resultater mer nøyaktig16. Til slutt, de siste årene, med utviklingen av 3D skanning teknologien, denne metoden er brukt mål geometriske dimensjonene av en stål bar17,18,19,20. Med 3D skanning, diameter, gjenværende området, centroid, eksentrisitet, treghetsmoment og korrosjon penetrasjon av en stål bar kan være nettopp kjøpt. Men forskere har brukt disse metodene i eksperimentell sammenhenger, er det ikke en sammenligning og evaluering av metodene med hensyn til deres nøyaktighet, egnetheten og anvendelse.
Korrosjon, spesielt gropkorrosjon, sammenlignet med generalisert korrosjon, ikke bare endrer mekanisk egenskapene for korrodert barer, men også reduserer den gjenværende kapasitet og levetid betongkonstruksjoner. Mer nøyaktige målinger av morfologiske parametere på korrodert stålstenger for romlig variasjon av korrosjon langs bar lengde er viktig for mer fornuftig vurderinger av bar mekaniske egenskaper. Dette vil hjelpe vurdere sikkerheten og påliteligheten av armert betong (RC) strukturer skadet av korrosjon mer presist21,22,23,24,25,26 ,27,28,29.
Denne protokollen sammenligner de fem diskuterte metodene for å måle geometri og mengden av en stål bar. En enkelt 500 mm lang og 14 mm i diameter, ren runde bar var brukt som prøven og utsatt for akselerert korrosjon i laboratoriet. Dens morfologi og nivå av korrosjon ble nøye målt før og etter bruk av hver metode, inkludert masse tap, en Vernier caliper, drenering målinger, 3D skanning og X-ray mikro beregnet tomografi (XCT). Til slutt, anvendbarhet og hensiktsmessigheten av hver ble evaluert.
Det burde være bemerket at ribbet barer innebygd i betong, ikke vanlig barer eksponert for luft, vanligvis brukes i betongkonstruksjoner og utsatt for korrosjon. For ribbet barer, Vernier caliper kan ikke like enkelt brukes. Fordi disse barer korrodere i betong, er overflate gjennomtrenging mer uregelmessig sammenlignet barer eksponert for luft11. Men er denne protokollen rettet mot anvendelse av analyse av ulike målemetoder på samme baren; Derfor bruker en naken vanlig bar som prøven for å eliminere påvirker ribben og betong ikke-homogenitet morfologiske parameteren målinger. Videre arbeid på måling av korrodert ribbet barer bruke andre metoder kan bli utført i fremtiden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Figur 6A og 6B viser at de målte diameter på den ikke-korrodert bar prøven ikke varierer betydelig langs. Maksimal forskjell mellom de målte diameter langs linjen lengden er bare om 0,11 mm med maksimalt avvik på 0,7%. Dette indikerer at geometrien i en ikke-korrodert bar kan godt evalueres ved hjelp av en Vernier caliper. Men avviker de målte diameter i forskjellige vinkler av samme tverrsnittet konsekvent og betydelig. For gitt bar prøven, maksimum og minimum diamet…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne ved Shenzhen University bekrefter kraftig økonomisk støtte fra de nasjonale Natural Science Foundation i Kina (Grant nr. 51520105012 og 51278303) og (nøkkel) prosjekt av Institutt for utdanning Guangdong-provinsen. (No.2014KZDXM051). de også takke Guangdong Provincial nøkkel laboratorium av holdbarheten for Marine Civil Engineering, College of Civil Engineering ved Shenzhen University for å tilby fasiliteter og utstyr.
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).
