Protocolo experimental para determinar o valor de limiar de cloreto para corrosão em amostras colhidas de estruturas de concreto armado

1. amostragem sobre a estrutura de engenharia selecione testar áreas na estrutura de concreto, tendo em conta a nota abaixo. Nota: Uma área de teste é a área da qual várias amostras serão tomadas. Uma área de teste deve ser localizado dentro de um membro estrutural (presumivelmente de um lote de concreto) e exibem homogênea exposição ao ambiente (por exemplo, evitar diferenças significativas na altura em colunas ou paredes de amostragem). Assim, várias áreas de teste podem ser selecionadas dentro de uma estrutura de engenharia. Como um requisito adicional, a área de teste precisa ser livre de corrosão. Isso pode ser verificado com base nos resultados dos métodos de inspeção estabelecidos, incluindo ensaios não-destrutivos como potenciais mapeamento 16 , 17 , 18. Note-se que a penetração de cloreto já pode ter ocorrido no membro estrutural sob consideração. Isto não afecta a validade do método de ensaio descrito aqui, mas podem influenciar o tempo necessário para a teste no laboratório de corrosão. Dentro de cada área de teste sobre a estrutura, escolha de locais de amostragem (locais de amostragem). Escolha de locais de amostragem que estejam livres de favos de mel, rachaduras, fragmentação ou outros sinais de qualidade da capa de concreto pobre localmente ou deterioração. Localizar o aço de reforço barras no concreto por meio de um dispositivo de scanner não-destrutivo, de mão, comumente conhecido como " detector de aço reforçando " 19. Mover o detector aço em horizontal e verticais direções sobre o concreto dentro da área de teste de superfície e marcam (usando giz) cada barra de aço temporariamente sobre a superfície do concreto (forma de grade) reforçando. Selecionar locais para perfuração de núcleo de núcleos com um diâmetro de pelo menos 150 mm; Marcar e classificá-los na superfície do concreto (usando giz). Evite cruzamentos de amostragem de varão dentro do núcleo. Selecione os locais de forma a que a barra de aço de reforço será tão centralmente localizado quanto possível dentro do núcleo. Nota: Certifique-se de selecionar aquelas barras de aço que são de interesse para a avaliação da estrutura (geralmente a camada com a menor profundidade de cobertura); é particularmente importante distinguir entre barras orientadas verticalmente e horizontalmente como este tem uma influência sobre o desempenho de corrosão 20. Para dar conta da variabilidade inerente de C crit e ser capaz de fornecer dados estatísticos, selecionar um mínimo de 5 (idealmente 10) locais para amostragem dentro de uma área de teste. Considere implicações estruturais com relação ao número e posição dos núcleos perfurados da estrutura para evitar qualquer crítica enfraquecimento da estrutura causada por amostragem a. Documentar a posição de todas as amostras dentro do membro estrutural com precisão antes da amostragem (fotografias, desenhos mostrando as distâncias para as bordas, etc.) Nota: Isto também pode incluir a documentação de parâmetros medidos no local nos locais correspondentes, tais como o potencial eletroquímico de aço 16 , 17 , 18 , cobrir de medições de profundidade 19, ou outros resultados de ensaios não-destrutivos, tais como resistividade concreto. Perfurar os núcleos de concretos (diâmetro mínimo de 150 mm) que contém o segmento de reforço de aço de acordo com de normas e procedimentos comuns 21. Para não danificar a interface aço-concreto, executar a perfuração de núcleo com cuidado (perfuração Water-cooled, sharp, perfuração, ferramentas, etc.) ajustar a profundidade de perfuração, dependendo da qualidade do concreta e na profundidade da capa da reforço de aço. Nota: como regra geral, o comprimento do núcleo deve ser pelo menos 2 – 3 vezes capa profundidade. Isso normalmente permite quebrar o núcleo da estrutura sem danificar a interface concreto-aço. Remover a água líquida da superfície do núcleo de concreto. Rotular claramente o núcleo com um marcador de giz à prova de água. Embrulhe o núcleo em uma folha de apertado de difusão para preservar as condições de umidade durante o transporte para o laboratório. 2. Preparação no laboratório da amostra Nota: aplicar estes passos para cada amostra (núcleo) extraída da estrutura a fim de prepará-los para o laboratório de testes de corrosão. Isto serve para acelerar o teste de corrosão (redução da capa de concreta), enquanto preserva as condições no núcleo e fornecendo proteção de final-efeitos indesejados (por exemplo, corrosão da fenda). Ajustar a cobertura de concreta na parte dianteira e a parte de trás do núcleo perfurado. Reduzir a cobertura de concreta na parte frontal (que é o lado exposto originalmente) pelo corte diamante refrigerado a água, a fim de obter uma espessura de cobertura de concreto final da amostra na faixa de 15-20 mm ( Figura 1 um -b). Certifique-se que a espessura da capa de concreto é uniforme ao lado para ser exposto. Medir a cobertura de concreta em ambas as extremidades da reforçar aço bar (ou seja, na face lateral do núcleo) com uma pinça. Se necessário, use o corte ou polimento ferramentas para eliminar quaisquer diferenças na espessura de cobertura superior a 1 mm. Medir a espessura do concreto por trás o reforço de aço com uma pinça ou uma régua na face lateral do núcleo e certifique-se de que é ~ 30-50 mm ( Figura 1 b). Se necessário, corte o núcleo com corte de diamante Water-cooled. Nota: Nenhum lustro é necessária neste lado. Estabelecer uma conexão de cabo e proteger o aço extremidades da barra de reforço de iniciação de falsa corrosão durante a exposição de testes pela seguinte Figura 1 procedimento c. Usar uma broca de condutores com diâmetro interno ligeiramente maior (de 2 a 4 mm) do que o diâmetro da barra de aço de reforço para remover o concreto diretamente em torno do aço em cada extremidade da barra ao longo de um comprimento de máximo 10 mm. zero os restos de cimento colar aderindo ao superfície de aço com a ajuda de ferramentas adequadas (espátula metálica, pequeno cinzel, etc.) um pequeno buraco em uma das extremidades das barras de aço e usar um metálico parafuso self-tapping para corrigir um talão do cabo (conectado a um cabo de cobre) para a barra de aço. Certifique-se de que o talão do cabo é pressionado firmemente contra o aço de reforço. Nota: O diâmetro do parafuso deve ser ligeiramente maior (por exemplo, por 0,1 – 0,2 mm) do que do buraco perfurado em aço para garantir uma conexão firme e sólido. Coloque a rosca dentro do aço de reforço e certifique-se de que ele não se projetam parte reforço de aço em qualquer lugar como isso provavelmente afetará as medições eletroquímicas e o comportamento da corrosão. Nota: Isto pode ser assegurado por meio de parafusos curtos e prestando atenção à direção de corte do furo (paralelo ao eixo do aço). É mais fácil de perfurar paralelamente ao eixo da barra de aço, se a face de corte da barra de aço é perpendicular à barra de eixo. Assim, é importante que as barras de reforço estão centralmente localizadas dentro do núcleo, caso contrário o rosto cortado de aço não é perpendicular ao aço barra eixo. Não use solda, soldadura ou técnicas semelhantes para estabelecer a conexão do cabo elétrico, porque o aquecimento pode influenciar o aço ou a interface aço-concreto na amostra. Preencher o vazio criado around ambos barra de aço termina com um cimento denso colar/argamassa/rejunte derramando cuidadosamente o chorume nos orifícios. Também revesti o parafuso e a saliência da conexão a cabo. Uso um polímero modificado produto à base de cimento para isso a fim de assegurar a boa aderência e final de proteção. Nota: Existe uma gama de produtos comerciais comercializados como argamassas ou similares (ver Tabela de materiais). É importante que o produto não contém um inibidor de corrosão ou quaisquer outras substâncias que afetam o comportamento eletroquímico do aço. Certifique-se que este colar de cimento/argamassa/rejunte é aplicado e curado corretamente, ou seja, de acordo com o fornecedor ' instruções de s. Aplicar um revestimento de epóxi, para limitar a área de superfície exposta. Antes da aplicação do revestimento, permitem que a superfície do concreto alguns dias de secagem a temperatura ambiente e clima interior. Evitar agressivos (por exemplo, no forno) ou longo (mais de um 1-2 semanas) secagem do núcleo, como isso pode alterar a microestrutura do concreto (quebrado) e assim influenciar os resultados do teste. Revestir a superfície lateral do núcleo com uma resina de epóxi. Também revestir a barra termina e a conexão do cabo (parafuso, talão do cabo, etc.) de aço de reforço ( Figura 1-c – D). Com a mesma resina epóxi, também revestir as partes finais da superfície de concreto exposta ao lado do núcleo, que foi anteriormente mais próximo à superfície de concreta estrutural ( Figura 1 d). Deixar um comprimento (sem revestimento) exposto ao longo da barra de aço deste lado de 60-80 mm. Deixar a concreta face superior não revestida (ou seja, o lado oposto do lado exposto, comparar Figura 1 d). Nota: A resina de cola epoxy usada deve ser adequada para aplicação em concreto (estável em condições alcalinas, fácil de espalhar, por exemplo, com um pincel, etc.) aplicar o revestimento, para que ela forma uma barreira de difusão apertado para a posterior exposição o cloreto que contém a solução. Certifique-se que a espessura do revestimento é pelo menos de 2 mm. Verifique que não há poros e buracos são visíveis no revestimento. Se necessário, aplicar várias camadas de resina. o protocolo pode ser pausado aqui; enrole a amostra novamente em uma folha de difusão apertado. 3. Teste de corrosão preparar a instalação para exposição à solução. Lugar todas as amostras em um tanque, com o lado da amostra exibindo 15-20 mm concreto cobrem espessura virado para baixo. Montar as amostras em pequenos espaçadores para permitir a exposição da solução para as amostras de sua parte inferior ( Figura 2). Escolher um tanque com dimensões que permitam uma distância entre as amostras de concretas e entre as amostras e as paredes do tanque de pelo menos 4 cm; a altura do tanque é idealmente na faixa de 15 a 30 cm. Preparar a instrumentação para registro de dados. Lugar um eléctrodo de referência na solução de exposição ( Figura 2). Nota: Para um eletrodo de referência, qualquer tipo de eletrodo de referência estável indicado para imersão na solução de exposição pode ser usado (por exemplo um Ag/AgCl/KCl sat eletrodo de referência). Podem ser necessárias medidas especiais para evitar a contaminação da solução de exposição pelo eletrólito do eletrodo de referência e vice-versa. Conectar todas as amostras de um logger de dados automatizado, que individualmente pode medir o potencial do reforço barras de aço vs. o eletrodo de referência comum ( Figura 2). Usar um registrador de dados com uma impedância de entrada maior do que 10 7 Ohm. Definir o intervalo de medição do data logger pelo menos 4 medições por dia para cada amostra; preferencialmente, use um intervalo de 1 h para cada amostra. Começar a exposição à solução de cloreto livre. Nota: O início da exposição a solução corresponde ao tempo t 0 = t = 0, para cada amostra. Encher o reservatório com água de torneira (pH dentro de 6,5-8,0, isento de cloreto, qualidade da água potável). Certifique-se que o nível de água é tal que todos os lados inferiores das amostras de núcleo estão em contacto com a solução, mas que eles são não totalmente imerso (ou seja, com a face superior da amostra acima do nível da água). Manter contato entre a solução de eletrodo e exposição de referência ( Figura 2). Iniciar imediatamente o registro de dados, ou seja, os potenciais de todas as amostras de vs. o eletrodo de referência de medição. Monitorar os potenciais por mais de 1-2 semanas e considerar que os potenciais deverão atingir valores estáveis, em um intervalo que indica passividade aço. Nota: Normalmente, isto é em torno de -100 a 200 mV vs Ag/AgCl/KCl sat 1. Em alguns casos, as amostras assumir potenciais claramente mais negativo que o -100; imediatamente inspecione as amostras mais detalhadamente (ver secção 5). Execute esta etapa também se o potencial varia consideravelmente durante a exposição para a solução de cloreto livre. Começar a exposição a cloretos. Após 1 – 2 semanas em solução de cloreto livre, substituir a solução de exposição com uma solução preparada de 3,5% NaCl em peso. Use água desionizada para preparar esta solução de cloreto. Use um volume de solução de cloreto de igual para a solução de cloreto livre inicial (mesma profundidade de imersão). Feche o tanque de exposição com uma tampa (recomendada) para limitar a evaporação da solução e relacionados a alterações na concentração de cloreto. Durante a exposição de cloreto, regularmente (pelo menos uma vez por 2 semanas) Verifique o nível de água em relação as amostras. Se necessário, adicione água desionizada. Limite, renovando a solução inteira de exposição ao mínimo porque este promove a lixiviação do concreto. Continuar monitorando os potenciais das amostras e regularmente (a cada duas vezes por semana) verificar o estado de corrosão de cada amostra, avaliando a evolução registrada de potenciais ao longo do tempo de cada amostra e considerando o critério para a iniciação da corrosão definido na seção 3.5. Após 60 dias, aumentar a concentração de NaCl na solução a 7% em peso. Após 120 dias, aumente a concentração de NaCl na solução a 10% em peso. Depois disso, manter a concentração de cloreto a este nível. Avaliar os potenciais monitorados ao longo do tempo, a fim de detectar a iniciação da corrosão. Nota: Durante a exposição, as amostras geralmente apresentam potenciais relativamente estáveis dentro de aproximadamente + /-30 mV dos valores iniciais de exposição a água livre de cloreto. Esta gama de potencial será referida como " nível passivo " neste documento ( Figura 3). Pode ser diferente para cada amostra individual. Ao avaliar os potenciais de aço gravados durante a exposição, use o seguinte critério para a iniciação da corrosão para verificar o estado de corrosão de cada amostra. As duas seguintes condições precisam ser preenchidas para a iniciação da corrosão ( Figura 3): verificar se o potencial diminui por mais de 150 mV de passivo nível num prazo de 5 dias ou mais curto. Durante os 10 dias seguintes, verifique se o potencial permanece estábulo no nível negativo alcançado, diminui ainda mais, ou recupera-se por um máximo de 50 mV. Nota: Para obter mais informações informações sobre este critério para a detecção de iniciação da corrosão consulte a discussão. Uma vez que este critério para a iniciação da corrosão é satisfeito, imediatamente, retirar a amostra da solução exposição e prossiga conforme descrito na seção 4. Documente a hora de início de corrosão (t. ini) neste exemplo ( Figura 3). Continuar o ensaio de exposição com as amostras restantes. Se a potencial diminuição do nível do passivo é inferior a 150 mV, observar de perto a amostra ao longo do tempo de exposição a vinda. Se o potencial diminui ainda mais e atinge um nível estável, considere isto como uma mudança no estado de corrosão. Preste atenção especial a essas amostras, verificando o estado de corrosão com medições alternativas (por exemplo, medir a resistência de polarização linear 22) ou, finalmente, analisando-os como descrito na seção 4. Se o tempo de início de corrosão claramente não pode ser atribuído, rejeitar a amostra. Se pronuncia-se a queda de potencial (superior a 150 mV dentro de alguns dias), mas seguido por um aumento potencial nos dias seguintes para o nível inicial de passivo ( Figura 3), deixe a amostra na exposição solução de monitoramento mais. Atenção especial às situações onde todas as potencialidades das amostras expostas no mesmo tanque exposição sofrem alterações simultâneas em potencial. Se isso ocorrer, imediatamente verificar o eletrodo de referência e corrigi-lo ou substituí-lo por um novo se necessário. Nota: Trocando a solução ou aumentando a concentração de cloreto geralmente leva a mudanças no potencial. Isto pode estar relacionado a estabelecer potenciais de difusão diferentes em ambas as junções do eléctrodo de referência/solução de exposição ou de amostra de solução/concreto de exposição 23. Essas alterações afetam todas as amostras expostas no mesmo tanque da mesma forma. Eles não indicam alterações no estado de corrosão. Nota: Se o eletrodo de referência é instável ou vaza para a solução, vai expor uma deriva. Como consequência, todas as potencialidades de aço monitoradas mostrará a mesma tendência ao longo do tempo. Isso não indica alterações no estado de corrosão. 4. Análise da amostra após a iniciação da corrosão dividir a amostra para remover a barra do aço. Após a retirada de uma amostra da solução exposição, dividir (como na etapa 4.1.2) o núcleo de concreto para mais análises e para o exame visual da superfície do aço e do concreto na interface concreto-aço. Cortar o núcleo de concreto do seu lado traseiro (o que não é exposto à solução) com uma lâmina de corte de diamante refrigerado a água ( Figura 4). Certifique-se que a seção é perpendicular à superfície traseira e alinhado paralelamente à barra de aço de reforço. Para evitar danificar a barra de aço certifique-se que a profundidade de corte é menor (por cerca de 10 mm) do que a espessura da capa de concreto deste lado. Inserir um formão ou uma ferramenta semelhante e dividir o núcleo de concreto em duas metades; isto irá dividir o concreto ao redor da barra de aço Gentilmente remover a barra de aço de concreto de reforço; isto deixa as duas metades da amostra do concreta com as impressões do aço da barra ( Figura 5 a). Examinar visualmente a interface concreto-aço. Imediatamente o documento (fotografias, desenhos, etc.) a aparência visual da interface aço-concreto, examinando tanto a superfície de aço e a barra de aço impressões no concreto. Preste atenção ao seguinte. Documentar a localização e a morfologia da corrosão. Nota: O site de início de corrosão pode geralmente ser facilmente identificado por produtos de corrosão precipitado ( Figura 5 a). Marca o número e a posição desses pontos. A cor dos produtos de corrosão é também de interesse. Normalmente, após a separação, eles são escuro/preto/verde. Quando exposto ao ar, tornam-se marrom/vermelho Cheque a amostra para a iniciação de falsa corrosão, ou seja, termina de corrosão iniciada em ou perto de barra de aço. Se este for o caso, rejeitar a amostra e observe que pode ser determinado sem C crit. Nota: Termina de corrosão que inicia-se durante o ensaio em ou perto de barra de aço, ou seja, dentro de 15 mm do aço barra termina, é considerado iniciação falsa corrosão. Isto pode ser devido a situações de fenda, insuficiente de aço barra medidas de proteção final (por exemplo, argamassa pobre enchimento ou revestimento de epóxi poroso), ou porque o metálico parafuso para conexão a cabo se projeta o aço bar (seções 2.2 e 2.3). Documento vazios ou poros no concreto. Tome nota de que se a localização de espaços vazios ou poros coincide com os locais de início de corrosão. Document qualquer características distintivas, tais como rachaduras, favos de mel, agregados grosseiros, corpos estranhos, amarrar os fios, espaçadores, etc., em concreto e sua posição no que diz respeito a localização de início de corrosão. Medir a profundidade de carbonatação. Documentação imediatamente após, pulverizar as superfícies de concreto split com a solução de fenolftaleína e determinar a profundidade de carbonatação 24. Nota: É fundamental observar se a profundidade de carbonatação atingido a superfície de aço e se não, qual a distância da profundidade da carbonatação para a barra de aço. Isso deve ser relatado juntamente com os resultados. Realizar análises de cloreto e determinar C crit. Em ambas as metades do núcleo concreto, remover as partes que foram revestidos de epóxi através de Water-cooled diamante de corte ( Figura 6 a). Dos prismas obtidos, retirar o concreto na zona de cobertura por meio de corte de diamante refrigerado a água até 2 mm para o aço da barra ( Figura 6 b). Secar o concreto a 105 ° C durante a noite. Posteriormente, moer o concreto e coletar o pó moagem; a espessura desta etapa de moagem é de 4 mm ( Figura 6 c). Isto rende, de cada metade do núcleo do concreto, uma amostra de concreto pó na profundidade da barra de aço + /-2 mm. Secar as amostras de pó de concreto obtidos a 105 ° C, até um peso constante. Analise a concentração de cloreto solúvel em ácido no concreto pó seco de acordo com as normas 7 , 8. Calcular a média dos dois valores. Nota: O resultado é o teor de cloreto em percentagem em peso do concreto. Se o teor de cimento do concreto na amostra específica utilizada para análise de cloreto pode ser determinado (por exemplo, por meio de métodos adequados de 25 , 26 , 27), converter o conteúdo de cloreto a percentagem em peso de cimento. o resultado da análise de cloreto, que é o teor de cloreto crítico C crit para o exemplo específico do documento. Certifique-se de indicar se o valor é expresso em termos de percentagem, em peso, de concreto ou em peso de cimento. , Documentar os resultados como um relatório de teste para cada amostra. Relatar todos os efeitos documentados da inspecção visual (seção 4.2) juntamente com os resultados de teste (gravados potenciais ao longo do tempo, tempo de início de corrosão, profundidade de carbonatação e C crit). 5. Tratamento de situações especiais se potenciais negativos antes da exposição do cloreto são observados, ou seja, se o potencial do aço torna-se claramente negativo durante a exposição inicial a solução de cloreto livre (seção 3.3), dar especial atenção ao seguinte. , Considere a possibilidade de um evento de início de corrosão falso. Verifique se termina de iniciação de falsa corrosão, removendo a barra de aço, corte em cada barra de aço termina o concreto da amostra (corte de diamante refrigerado a água). Remover até ~ 20 mm concreto em cada lado. Medida novamente o potencial do aço, colocando um eletrodo de referência com a ajuda de uma esponja umedecida na superfície exposta do concreta e eletricamente, entrando em contato com a face de corte da barra de aço Se o potencial é ainda comparativamente negativo, rejeitar a amostra. Se o potencial está na faixa dos níveis passivas das outras amostras da mesma série, considere o re-uso de a amostra para determinar C crit. Neste caso, siga para o passo 2.2 do protocolo. Ao relatar os resultados, indicam que esta amostra foi menor (menor expostos aço bar comprimento) do que os outros. Se iniciação falsa corrosão pode ser excluída, verifique se o concreto na profundidade aço já era carbonatadas e considerar a determinação da concentração de cloreto na profundidade aço. Se carbonatação ou uma concentração muito elevada de cloreto explica a iniciação da corrosão mediante umectante, documentar isso no relatório do teste e observe que nenhum C crit pode ser determinada neste caso. Nota: Isso pode ocorrer se o concreto na profundidade aço já estava com gás e/ou continha uma quantidade suficiente de cloreto para promover a corrosão em cima umectante. Este pode ser o caso quando as amostras foram tiradas de uma estrutura em um período de seco, ou seja, quando não há corrosão ativa estava ocorrendo na estrutura e, portanto, nenhuma corrosão poderia ser detectada mediante os métodos de inspeção descritos na secção 1.