Wij stellen een methode voor het meten van een parameter die is zeer relevant voor corrosie evaluaties of voorspellingen van gewapend beton-structuren, met het belangrijkste voordeel van het toestaan van testen van monsters van kunstwerken. Dit zorgt voor reële omstandigheden op de staal-beton-interface, die cruciaal zijn om te voorkomen dat artefacten van laboratorium-en-klare monsters.
De veroudering van gewapend beton infrastructuur in ontwikkelde landen legt een dringend behoefte aan methoden om de toestand van deze structuren op een betrouwbare manier te beoordelen. Corrosie van het ingesloten versterkende staal is de meest voorkomende oorzaak voor afbraak. Terwijl het is algemeen bekend dat het vermogen van een structuur om te weerstaan corrosie hangt sterk af van factoren zoals de gebruikte materialen of de leeftijd, het is gebruikelijk om te vertrouwen op drempelwaarden vastgelegd in normen of handboeken. Deze drempelwaarden voor corrosie initiatie (Ccrit) zijn onafhankelijk van de werkelijke eigenschappen van een bepaalde structuur, waardoor de nauwkeurigheid van conditiebeoordelingen en dienst leven voorspellingen duidelijk wordt beperkt. De praktijk van het gebruik van getabelleerde waarden kan worden herleid tot het ontbreken van betrouwbare methoden voor het bepalen van Ccrit ter plaatse als in het laboratorium.
Hier, wordt een experimenteel protocol om Ccrit voor individuele kunstwerken of structurele leden gepresenteerd. Een aantal monsters van gewapend beton zijn ontleend aan structuren en corrosie bij laboratoriumtests wordt uitgevoerd. Het belangrijkste voordeel van deze methode is dat het zorgt voor een echte voorwaarden met betrekking tot de parameters die bekend zijn bij het grote invloed hebben op Ccrit, zoals de staal-beton-interface, die kan niet representatief worden geïmiteerd in laboratorium-geproduceerde monsters. Op hetzelfde moment toelaat de versnelde corrosie test in het laboratorium de betrouwbare bepaling van Ccrit voorafgaand aan corrosie inleiding op de geteste structuur; Dit is een groot voordeel ten opzichte van alle gemeenschappelijke voorwaarde bepalingsmethoden waarmee alleen schatten van de voorwaarden voor corrosie na inleiding, dat wil zeggen, wanneer de structuur al is beschadigd.
Het protocol geeft de statistische verdeling van Ccrit voor de geteste structuur. Dit dient als basis voor probabilistische voorspellingsmodellen voor de resterende tijd tegen corrosie, die nodig is voor de planning van onderhoud. Deze methode kan potentieel worden gebruikt bij het testen van materiaal van de civiele infrastructuur, vergelijkbaar met gevestigde methoden gebruikt voor het testen van de mechanische.
Corrosie van het staal in beton, veroorzaakt door de penetratie van chloriden via het beton, is de meest voorkomende oorzaak van de voortijdige degradatie van gewapend en voorgespannen betonconstructies en dus presenteert een van de belangrijkste uitdagingen in civiele techniek1,2,3,4. Geïndustrialiseerde landen hebben meestal een grote voorraad van veroudering concrete infrastructuren, gebouwd in de tweede helft van de vorige eeuw, en dus met een geschiedenis van enkele tientallen jaren van blootstelling aan mariene klimaat of bereikbaarheid zouten gebruikt op wegen. Zijnde kundig voor betrouwbaar beoordelen de conditie van deze structuren, dat wil zeggen, het risico voor corrosie, vormt de basis voor de planning van onderhoud en beheer van de infrastructuur, in het algemeen.
De gevestigde benadering in techniek voor het beheren van chloride-geïnduceerde stalen corrosie in beton is gebaseerd op een chloride drempel waarde (ook wel kritische chloride inhoud, Ccritgenoemd)1,5, 6. volgens dit concept, corrosie initiatie optreden zodra de concentratie chloride in het beton bij het staaloppervlak Ccrit overschrijdt wordt gedacht. Dus, beoordeling van de toestand van bestaande structuren en het schatten van de resterende levensduur meestal rekenen op de vaststelling van de inhoud van de chloride op verschillende diepten in het beton, met name op de diepte van de ingesloten versterkende staal. Er bestaan een aantal betrouwbare en gestandaardiseerde methoden voor het meten van deze concentratie chloride in monsters van concrete7,8. Vergelijking van de resultaten naar Ccrit vormt de basis voor de beoordeling van het risico op corrosie, en planning van de aard en de omvang van de maatregelen van de reparatie. Deze aanpak vereist echter kennis van Ccrit.
Verschillende internationale standaarden en aanbevelingen, evenals tekst boeken, bepaald waarden voor Ccrit1,3,9,10,11. Dit zijn meestal ongeveer 0,4% chloride van het gewicht van cement, op basis van jarenlange ervaring of vroege studies12,,13. Het is echter bekend dat het werkelijke verzet tegen Ccrit van een bepaalde structuur of structurele lid is sterk beïnvloed door de gebruikte materialen, door de leeftijd van de structuur en geschiedenis en omstandigheden van de blootstelling1 , 5. zo is het algemeen aanvaard dat ervaring van één structuur alleen moet worden toegepast op andere structuren met de nodige voorzichtigheid.
Ondanks dit is het gebruikelijk techniek praktijk als getabelleerde Ccrit waarden, onafhankelijk van de werkelijke structuur wilt gebruiken. Dit kan worden verklaard door de grote spreiding van Ccrit in de literatuur en door het ontbreken van betrouwbare methoden voor het bepalen van Ccrit on-site en in het laboratorium-5. De aanpak van het gebruik van getabelleerde drempelwaarden in duurzaamheid evaluaties is in tegenstelling tot structurele overwegingen in conditiebeoordelingen van veroudering van betonconstructies. In het laatste geval bestaan er een aantal gestandaardiseerde testmethoden ter bepaling van de mechanische eigenschappen, zoals de sterkte van de materialen in de structuur (beton, staal versterking), te worden gebruikt in de berekeningen van het structurele gedrag.
In dit werk, wordt een experimenteel protocol om Ccrit met monsters van kunstwerken gepresenteerd. De aanpak is gebaseerd op het boren van de kernen van gewapend beton in delen van betonconstructies waar nog geen corrosie heeft ingeleid. Deze monsters worden overgebracht naar het laboratorium waar zij zijn onderworpen aan een versnelde corrosie test om de voorwaarden voor het initiëren van corrosie te bestuderen. Het belangrijkste voordeel van de voorgestelde methode is dat de monsters vloeien voort uit de structuren en dus tentoonstelling reële omstandigheden ten aanzien van een aantal parameters die zijn bekend bij sterk invloed Ccrit en die niet representatief bootste in laboratorium-geproduceerde monsters. Dit omvat het type en de leeftijd van het beton (jonge laboratorium concrete versus volwassen site-geproduceerde beton), het type en oppervlak voorwaarde voor de versterking van de stalen gebruikt op het tijdstip van de bouw, en in het algemeen de eigenschappen van het staal-beton interface14. Samen met de nauwkeurigheid van de meetmethoden laboratorium toelaat deze aanpak de betrouwbare bepaling van Ccrit voor specifieke structuren of structurele leden.
Toepassing van het voorgestelde protocol in technische praktijkgewoonten zal – in vergelijking met de gangbare praktijk van het gebruik van een constante waarde voor Ccrit – verbeteren de nauwkeurigheid van conditiebeoordelingen en de voorspellende kracht van modellen voor het analyseren van de resterende levensduur. De verwachte sterke toename reparatie werken van onze gebouwde infrastructuur over de komende decennia15 vormt een dringend behoefte aan dergelijke verbetering in de techniek van tast infrastructuren.
De belangrijkste stappen voor het welslagen van het voorgestelde experimentele protocol bij het bepalen van Ccrit zijn die met inbegrip van de maatregelen genomen ter voorkoming van valse corrosie initiatie en ander staal bar einde effecten. In dit verband een aantal verschillende benaderingen zijn getest, waaronder het hier gemeld protocol aan opbrengst de beste resultaten-28werd gevonden. In verdere tests toegestaan deze aanpak minderen van het aantal valse initiatie in minder dan 10%. Aan de ene kant, is dit ten gevolge van coating van het grensgebied van de blootgestelde betonnen oppervlak met epoxyhars, die de lengte van het transport van chloriden via het beton aan de stalen balk aanzienlijk eindigt toeneemt. Aan de andere kant, verbetert ter vervanging van de originele beton rond de stalen balk aan de uiteinden met een dichte, sterk alkalische cementgebonden drijfmest aanzienlijk de corrosieweerstand in deze gebieden. Dergelijke systemen, dat wil zeggen, het staal coating bar eindigt met een laag van een gemodificeerde polymeer cementgebonden materiaal, hebben bewezen succesvol ook in andere studies29,30.
Een ander belangrijk aspect is het criterium voor het initiëren van corrosie. Dit criterium is gebaseerd op RILEM technische commissie TC-235 die gericht aan te bevelen een testmethode voor de meting van Ccrit in monsters in het laboratorium31vervaardigd. De reden is dat het is algemeen bekend dat begin van corrosie van ongepolariseerde staal ingebed in beton kan plaatsvinden over een lange periode van tijd in plaats van een welomschreven instant30,–32. Staal kan beginnen tast bij relatief lage chloride concentraties, maar als deze niet in staat zijn om te houden van het corrosieproces, repassivation zal optreden, die duidelijk wordt door een verhoging van de potentiële terug naar het eerste passieve niveau. Dergelijke depassivering-repassivation-gebeurtenissen worden doorgaans waargenomen bij soortgelijke studies30,–33,34. De chloride-concentratie gemeten op een moment van stabiele corrosie is meer relevant voor de praktijk dan het tijdstip waartegen de allereerste tekenen van mogelijke afwijkingen van het passieve niveau duidelijk geworden. Met de voorgestelde criterium vertegenwoordigt Ccrit de concentratie chloride waartegen corrosie initieert en ook stabiel wordt doorgegeven.
Een beperking van de methode is dat de monsters relatief klein zijn, die mogelijk een invloed hebben op de resultaten35,36. Om dit tegen te gaan, wordt voorgesteld om een relatief hoog aantal monsters (idealiter 10) gebruiken. Het niveau van vertrouwen, is afhankelijk van de statistische verdeling van Ccrit op het testgebied van de werkelijke. Voor meer details verwijzen in dit verband verwijzen naar36. Een extra beperking is dat de voorwaarden van vocht in het blootstelling laboratorium van een werkelijke structuur afwijken kunnen. Ten slotte kan de detectie van corrosie inleiding worden in gevallen waar het potentieel in het algemeen negatief, zoals slakken cement of andere sulfide met bindmiddelen is moeilijk.
Tot de beste van onze kennis is dit de eerste methode van Ccrit bepaling in kunstwerken in een stadium vóór de inleiding van de corrosie. In tegenstelling tot de empirische ervaring van structuren, die per definitie verkregen na corrosie inleiding, kan deze methode worden gebruikt voor het meten van Ccrit voor specifieke structuren of structurele leden voordat de aantasting van de corrosie optreedt ; de resultaten kunnen dus worden gebruikt om te beoordelen van het risico van (toekomstige) corrosie en te voorspellen van de resterende tijd tot corrosie initiatie (dienst leven modeling). Dus, deze methode heeft het potentieel om te worden gebruikt in materiaal testen, vergelijkbaar met gevestigde methoden gebruikt voor mechanische testen (druksterkte, enz.)
De methode wordt momenteel toegepast op een aantal verschillende concrete infrastructuren in Zwitserland. Dit zal het verbreden van de ernstig beperkt5 kennis over statistische distributies van Ccrit in structuren. Bovendien zal onthullen de invloed van verschillende factoren zoals de leeftijd van de structuren, de bouwmaterialen gebruikt, enz., en aldus belangrijke informatie verschaffen voor burgerlijk ingenieurs en voor besluitvormers in beheer van de infrastructuur.
The authors have nothing to disclose.
Het werk hier beschreven werd gedeeltelijk gefinancierd door de Zwitserse federale wegen Office (onderzoeksproject AGB2012/010). Wij erkennen sterk de financiële steun.
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) |