Proponiamo un metodo per misurare un parametro che è altamente rilevante per corrosione valutazioni o previsioni di strutture in cemento armato, con il vantaggio principale di permettere analisi di campioni da strutture di ingegneria. Questo assicura condizioni reali all’interfaccia acciaio-calcestruzzo, che sono cruciali per evitare artefatti di campioni fatti in laboratorio.
L’invecchiamento delle infrastrutture in cemento armato nei paesi sviluppati impone un urgente bisogno di metodi per valutare in modo affidabile la condizione di queste strutture. Corrosione di rinforzo in acciaio incorporata è la causa più frequente per la degradazione. Mentre è ben noto che la capacità di una struttura di resistere alla corrosione dipende fortemente da fattori quali i materiali utilizzati o l’età, è prassi comune fare affidamento su valori soglia previsti dalla normativa standard o libri di testo. Questi valori di soglia per l’inizio di corrosione (Ccrit) sono indipendenti le proprietà effettive di una certa struttura, che chiaramente limita la precisione della valutazione delle condizioni e previsioni di durata di servizio. La pratica di usare valori tabulati sono riconducibili alla mancanza di metodi affidabili per determinare Ccrit in loco e in laboratorio.
Qui, è presentato un protocollo sperimentale per determinare Ccrit per singole strutture ingegneristiche o elementi strutturali. Un numero di campioni di calcestruzzo armato è presi da strutture e test di laboratorio corrosione viene eseguita. Il vantaggio principale di questo metodo è che assicura condizioni reali relativa ai parametri che sono ben noti per influenzare notevolmente Ccrit, ad esempio l’interfaccia acciaio-calcestruzzo, che non può essere rappresentativo ha imitato in campioni di laboratorio-prodotto. Allo stesso tempo, il test di corrosione accelerata in laboratorio permette la determinazione affidabile della Ccrit prima dell’inizio di corrosione sulla struttura testata; Questo è un vantaggio importante sopra tutti i metodi comuni di valutazione condizione che solo permesso di stimare le condizioni di corrosione dopo l’inizio, vale a dire, quando la struttura è già danneggiato.
Il protocollo produce la distribuzione statistica delle Ccrit per la struttura testata. Questo serve come base per i modelli di previsione probabilistica per il tempo rimanente alla corrosione, che è necessaria per la pianificazione della manutenzione. Questo metodo potenzialmente utilizzabili in collaudo del materiale delle infrastrutture civili, simili ai metodi stabiliti usati per prove meccaniche.
Corrosione dell’acciaio nel calcestruzzo, innescato dalla penetrazione di cloruri attraverso il calcestruzzo, è la causa più frequente del degrado prematuro delle strutture in calcestruzzo armati e precompresso e presenta dunque una delle sfide più importanti in Ingegneria civile1,2,3,4. Paesi industrializzati hanno in genere un grande inventario di infrastrutture concrete, costruite nella seconda metà del secolo scorso e quindi con una storia di diversi decenni di esposizione al clima marino o sbrinante sali utilizzati sulle strade di invecchiamento. Essere in grado di valutare in modo affidabile la condizione di queste strutture, cioè, il rischio di corrosione, costituisce la base per la pianificazione di interventi di manutenzione e per la gestione dell’infrastruttura, in generale.
L’approccio stabilito in ingegneria per la gestione dei cloruri di corrosione d’acciaio nel calcestruzzo è basato su un cloruro soglia valore (anche chiamati critico cloruro contenuto, Ccrit)1,5, 6. secondo questo concetto, l’inizio di corrosione è pensato per accadere, non appena la concentrazione di cloruro nel calcestruzzo alla superficie dell’acciaio supera la soglia dicrit C. Così, valutare la condizione delle strutture esistenti e stima la vita di servizio rimanente in genere si basano sulla determinazione del tenore di cloruro a diverse profondità nel calcestruzzo, in particolare alla profondità di rinforzo in acciaio incorporata. Esiste un numero di metodi affidabili e standardizzati per misurare questa concentrazione di cloro nei campioni di calcestruzzo7,8. Confrontando i risultati di Ccrit fornisce la base per la valutazione del rischio di corrosione e la pianificazione del tipo e dell’entità delle misure di riparazione. Tuttavia, questo approccio richiede la conoscenza di Ccrit.
Diversi standard internazionali e raccomandazioni, nonché testo libri, prevedono valori per Ccrit1,3,9,10,11. Queste sono in genere circa 0,4% cloruro in peso del cemento, sulla base dell’esperienza a lungo termine o primo studi12,13. Tuttavia, è ben noto che l’effettiva resistenza contro Ccrit di una certa struttura o elemento strutturale è fortemente influenzata dai materiali utilizzati, dall’età della struttura e di storia e le condizioni di esposizione1 , 5. così, è generalmente accettato che l’esperienza da un’unica struttura deve essere applicato solo ad altre strutture con cautela.
Nonostante questo, è comune pratica per utilizzare valori tabulati dicrit C, indipendenti della struttura reale di ingegneria. Ciò può essere spiegato dalla enorme dispersione dei Ccrit nella letteratura e dalla mancanza di metodi affidabili per determinare Ccrit in loco e in laboratorio5. L’approccio di utilizzare valori di soglia tabulati nelle valutazioni di durevolezza è in contrasto con le considerazioni strutturali nella valutazione delle condizioni delle strutture in cemento armato di invecchiamento. In quest’ultimo caso, esiste un numero di metodi di prova standardizzati per determinare le proprietà meccaniche come la resistenza dei materiali nella struttura (calcestruzzo, acciaio per cemento armato), da utilizzare nei calcoli del comportamento strutturale.
In questo lavoro, è presentato un protocollo sperimentale per determinare Ccrit su campioni prelevati da strutture di ingegneria. L’approccio si basa su nuclei in cemento armato in parti di strutture in cemento armato dove non ha ancora avviato la corrosione di perforazione. Questi campioni sono trasferiti al laboratorio dove sono sottoposti a un test di corrosione accelerata al fine di studiare le condizioni per l’inizio di corrosione. Il vantaggio principale del metodo proposto è che i campioni provengono da strutture e così condizioni reali di esposizione riguardanti un numero di parametri che sono ben noti di notevolmente influenza Ccrit e che non può essere rappresentativo ha imitato nei campioni di laboratorio-prodotto. Questo include il tipo e l’età del calcestruzzo (calcestruzzo contro cemento sito-prodotto maturo giovane laboratorio), la condizione tipo e superficie del rinforzo d’acciaio utilizzata al momento della costruzione e in generale le proprietà del acciaio-calcestruzzo interfaccia14. Insieme con la precisione dei metodi di misurazione di laboratorio, questo approccio permette la determinazione affidabile della Ccrit per specifiche strutture o elementi strutturali.
Applicazione del protocollo suggerito nella pratica ingegneristica – confrontato con la pratica comune di utilizzare un valore costante per Ccrit – che permettono di migliorare l’accuratezza della valutazione delle condizioni e la potenza predittiva dei modelli per analizzare la vita di servizio rimanente. Forte incremento previsto di lavori di riparazione della nostra infrastruttura costruita sopra le decadi prossime15 pone un urgente bisogno di un tale miglioramento in ingegneria di corrodere infrastrutture.
Le fasi più critiche per il successo del protocollo sperimentale suggerito per determinare Ccrit sono quelli delle misure prese per prevenire corrosione falsa iniziazione e altri acciaio bar fine effetti. A questo proposito, una varietà di approcci sono stati testati, tra i quali il protocollo qui segnalato è stato trovato per produrre i migliori risultati28. In ulteriori prove, questo approccio ha consentito fare diminuire il tasso di falsa iniziazione alla inferiore al 10%. Da un lato, questo è dovuto al rivestimento di zona di confine della superficie di calcestruzzo esposta con resina epossidica, che aumenta la lunghezza di trasporto dei cloruri attraverso il calcestruzzo per la barra d’acciaio finisce considerevolmente. D’altra parte, sostituendo il calcestruzzo originale intorno alla barra d’acciaio alle estremità con un denso, residui cementizi altamente alcalino migliora significativamente la resistenza alla corrosione in questi settori. Tali sistemi, vale a dire, rivestimento dell’acciaio barra termina con uno strato di un materiale cementizio polimero modificato, si sono dimostrate efficaci anche in altri studi29,30.
Un altro aspetto importante è il criterio per l’inizio di corrosione. Questo criterio si basa sul comitato tecnico RILEM TC-235 che mira a consigliare un metodo di prova per la misura della Ccrit in campioni realizzati nel laboratorio31. La spiegazione razionale è che è ben noto che l’inizio di corrosione dell’acciaio non polarizzato incorporato nel cemento, potrebbe avvenire per un lungo periodo di tempo piuttosto che una ben definita istante30,32. Acciaio può iniziare che corrode alle concentrazioni relativamente basse di cloruro, ma se questi non sono in grado di sostenere il processo di corrosione, repassivation si verificherà, che diventa apparente di un potenziale aumento al livello passivo iniziale. Tali eventi depassivazione-repassivation si osservano in genere in simili studi30,33,34. La concentrazione di cloruro misurata in un momento di corrosione stabile è più rilevante per la pratica che il tempo in cui i primissimi segni di potenziali deviazioni dal livello passivo diventano evidenti. Con il criterio suggerito, Ccrit rappresenta la concentrazione di cloruro in cui corrosione inizia e si propaga anche stabilmente.
Una limitazione del metodo è che i campioni sono relativamente piccoli, che possono avere un’influenza sulla risultati35,36. Al fine di contrastare questo, si consiglia di utilizzare un numero relativamente elevato di campioni (idealmente 10). Il livello di fiducia dipende la distribuzione statistica delle Ccrit nell’area del test effettivo. Per maggiori dettagli fare riferimento a questo proposito, per fare riferimento a36. Un’ulteriore limitazione è che le condizioni di umidità dell’esposizione di laboratorio possono differire da quelli di una struttura reale. Infine, la rilevazione dell’iniziazione alla corrosione può essere difficile nei casi in cui il potenziale è in genere negativo, come in scorie cementi o altri leganti contenenti solfuro.
Al meglio della nostra conoscenza, questo è il primo metodo di determinazione dicrit Cin strutture di ingegneria in una fase prima dell’inizio di corrosione. In contrasto con l’esperienza empirica da strutture, che è per definizione ottenuta dopo l’inizio della corrosione, questo metodo può essere utilizzato per misurare Ccrit per specifiche strutture o elementi strutturali prima di degradazione di corrosione si verifica ; i risultati così possono essere utilizzati per valutare il rischio di corrosione (futuro) e prevedere il tempo rimanente alla iniziazione alla corrosione (modellazione di vita di servizio). Quindi, questo metodo ha il potenziale per essere utilizzato in materiale test, simile ai metodi stabiliti usati per prove meccaniche (resistenza alla compressione, ecc.)
Il metodo è attualmente applicato a un numero di diverse infrastrutture concrete in Svizzera. Questo amplierà la conoscenza limitata5 distribuzioni statistiche di Ccrit nelle strutture. Inoltre, si rivelano l’influenza di diversi fattori come l’età delle strutture, i materiali di costruzione utilizzati, ecc.e quindi fornire informazioni importanti per gli ingegneri civili e per i responsabili decisionali nella gestione delle infrastrutture.
The authors have nothing to disclose.
Il lavoro qui descritto è stato in parte finanziato dall’Ufficio federale delle strade (progetto di ricerca AGB2012/010). Riconosciamo notevolmente il sostegno finanziario.
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) |