Summary

Anwendbarkeit Analyse der Bewertungsmethoden für morphologische Parameter der korrodierten Stabstahl

Published: November 01, 2018
doi:

Summary

Dieses Papier misst die Geometrie und die Höhe der Korrosion von Stahl bar mit verschiedenen Methoden: Masse Verlust, Bremssättel, Entwässerung Messungen, 3D-Scannen und Röntgen-Mikro-Computertomographie (XCT).

Abstract

Die unregelmäßig und uneinheitlich verbleibenden Abschnitte entlang der Länge der korrodierten Stahlstange wesentlich verändert seine mechanischen Eigenschaften und deutlich dominieren die Sicherheit und Leistungsfähigkeit eines bestehenden Betonkonstruktion. Infolgedessen ist es wichtig, die Geometrie und die Höhe der Korrosion von Stabstahl in einer Struktur richtig zu beurteilen, den Rest, die Tragfähigkeit und Lebensdauer der Struktur zu messen. Dieses Papier stellt und vergleicht fünf verschiedene Methoden zur Messung der Geometrie und der Menge der Korrosion von Stahl Bar. Eine einzige 500 mm lang und 14 mm Durchmesser Stahl-Bar ist die Probe, die in diesem Protokoll beschleunigte Korrosion ausgesetzt ist. Seine Morphologie und die Höhe der Korrosion wurden sorgfältig vor und nach der Verwendung von Masseverlust Messungen, einem Vernier-Bremssattel, Entwässerung Messungen, 3D-Scannen und Röntgen-Mikro-Computertomographie (XCT) gemessen. Die Anwendbarkeit und die Eignung dieser verschiedenen Methoden wurden dann ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Vernier-Bremssattel die beste Wahl ist für die Messung der Morphologie der Bar nicht korrodiert, während 3D-Scannen am besten geeignet für die Quantifizierung der Morphologie der korrodierten Bar ist.

Introduction

Korrosion von Stahl Bar ist einer der Hauptgründe für die Verschlechterung einer konkreten Struktur und wird verursacht durch konkrete Kohlensäure und/oder Chlorid eindringen. In konkreten Karbonatisierung tendenziell Korrosion verallgemeinert werden; Während in Chlorid eindringen, wird es mehr lokalisierten1,2. Egal, was die Ursachen sind, Korrosion Risse die Betondeckung von radialen Ausdehnung von Korrosionsprodukten, verschlechtert sich die Bindung zwischen einer Stahlstange und seine umgebenden Beton, dringt die Bar Oberflächen und verringert die Bar Querschnittsfläche deutlich3,4.

Aufgrund der Inhomogenität des Konstruktionsbetons und Variationen in der Service-Umgebung erfolgt Korrosion eine Stahlstange nach dem Zufallsprinzip über seine Oberfläche und entlang seiner Länge mit großer Unsicherheit. Im Gegensatz zu der generalisierten gleichmäßige Korrosion durch konkrete Kohlensäure verursacht die Lochfraßkorrosion verursacht durch Eindringen von Chlorid Angriff eindringen. Darüber hinaus führt es verbleibenden Abschnitt einer korrodierten Bar variieren erheblich unter der Bar Oberfläche und Länge. Infolgedessen hat die Bar Stärke und Bar Senkung der Duktilität. Umfangreiche Recherchen durchgeführt wurde, um die Untersuchung der Auswirkungen von Korrosion an mechanischen Eigenschaften des Stahls bar5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14,15. Allerdings hat weniger Aufmerksamkeit zu den Messmethoden der morphologischen Parametern und Korrosionseigenschaften von Stabstahl gegeben.

Einige Forscher haben Masseverlust verwendet, um die Menge der Korrosion von Stahl bar5,10,11,14auszuwerten. Aber diese Methode kann nur verwendet werden, um den durchschnittlichen Wert der restlichen Abschnitte bestimmen und nicht die Verteilung der Abschnitte entlang seiner Länge messen. Zhu und Franco haben diese Methode durch eine Reihe von kurzen Segmenten einer einzigen Stahlstange einschneiden und mit einem Gewicht von jedem Segment, um Abweichungen von den Bereichen der restlichen Abschnitte entlang seiner Länge13,14verbessert. Allerdings ist diese Methode verursacht zusätzlichen Verlust des Werkstoffes Stahl beim Schneiden und nicht berühren die verbleibende Mindestquerschnitt der korrodierten Bar genau, das beherrscht seine Tragfähigkeit. Einem Vernier-Bremssattel wird auch verwendet, um die geometrischen Parameter einen Stahlbarren14,15messen. Jedoch der restliche Abschnitt einer korrodierten Bar ist sehr unregelmäßig, und es gibt immer eine signifikante Abweichung zwischen den gemessenen und den tatsächlichen Schnitt Dimensionen einer korrodierten Bar. Basierend auf das archimedische Prinzip, Clark Et Al. verabschiedet die Entwässerung-Methode, um die restlichen Abschnitte einer korrodierten Bar entlang seiner Länge zu messen, aber Verschiebung der Bar wurde ohne wesentliche Genauigkeit in dieser Rechtssache11manuell gesteuert. Li Et Al. verbessert diese Entwässerung-Methode mithilfe eines Elektromotors automatisch die Verschiebung einer Stahlstange Steuern und Messen Ergebnisse genauer16. Zu guter Letzt hat in den vergangenen Jahren mit der Entwicklung von 3D Scan-Technologie, diese Methode verwendet, um die geometrischen Abmessungen der einen Stahlbarren17,18,19,20messen. Mit 3D-Scannen, Durchmesser, restliche Bereich, Schwerpunkt, Exzentrizität, Trägheitsmoment und Korrosion Eindringen von einer Stahlstange kann gerade erworben werden. Obwohl Forscher diese Methoden in verschiedenen experimentellen Einstellungen verwendet haben, war es kein Vergleich und die Bewertung der Methoden hinsichtlich ihrer Genauigkeit, Eignung und Anwendbarkeit.

Korrosion, vor allem Lochkorrosion, im Vergleich zu Korrosion, verallgemeinert nicht nur ändert sich die mechanischen Eigenschaften der korrodierten Bars, sondern auch verringert sich die Tragfähigkeit und Lebensdauer von Betonbauwerken Restwert. Genauere Messungen der morphologischen Parametern der korrodierten Stahlstäbe für die räumliche Variabilität der Korrosion entlang Stablänge sind unerlässlich für die vernünftiger Beurteilung der bar mechanischen Eigenschaften. Dies wird dazu beitragen, die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Stahlbeton (RC) Strukturen durch Korrosion beschädigt bewerten genauer21,22,23,24,25,26 ,27,28,29.

Dieses Protokoll vergleicht die fünf diskutierten Methoden zur Messung der Geometrie und der Menge der Korrosion von Stahl Bar. Ein Single, 500 mm lang und 14 mm im Durchmesser, Plain Rundstab diente als Probe und beschleunigte Korrosion im Labor unterzogen. Seine Morphologie und Korrosion wurden sorgfältig vor und nach jeder Methode, einschließlich der Masseverlust, einem Vernier-Bremssattel Entwässerung Messungen, 3D scanning und x-ray micro Computer-Tomographie (XCT) gemessen. Zu guter Letzt wurden die Anwendbarkeit und die Eignung der einzelnen bewertet.

Es sei darauf hingewiesen, dass die gerippte Stäbe in Beton eingebettet, nicht den einfachen Bars an der Luft, häufig verwendet in Betonbauwerken und Korrosion ausgesetzt. Für gerippte Bars kann der Vernier-Bremssattel nicht so leicht angewendet werden. Weil diese Bars in Beton korrodieren, ist ihre Oberfläche eindringen eher unregelmäßig im Vergleich zu Bars um11Luft ausgesetzt. Jedoch ist dieses Protokoll auf die Anwendbarkeit der Analyse verschiedener Messverfahren auf der gleichen Leiste ausgerichtet; Daher wird eine nackte schlichte Bar als Probe, um den Einfluss der Rippen und konkrete Inhomogenität auf morphologische Parameter Messungen zu beseitigen. Weitere Arbeiten auf der Messung der korrodierten gerippte Stäbe mit anderen Methoden kann in Zukunft durchgeführt werden.

Protocol

1. Prüfung der Probe und der Herstellungsprozess Erwerben eine 500 mm lang, 14 mm Durchmesser Ebene Stahlstab (Klasse Q235) für die Herstellung der Probekörper. Polieren Sie die Oberfläche des Balkens mit feinem Sandpapier entfernen die Mühle an der Oberfläche Schuppen. Schneiden Sie die Leiste 30 mm und 470 mm vom linken Ende, wie in Abbildung 1, mit einer Schneidemaschine. Messen Sie die Gewichte von drei bar-Proben, eine digit…

Representative Results

Abbildung 6 zeigt die Durchmesser 500 mm lange nicht korrodiert Bar Probe in einem Winkel von 0°, 45°, 90° und 135 ° für jeden Abschnitt entlang seiner Länge mit Vernier Bremssättel gemessen. Die Balken wurden dann in drei Teile geschnitten, wie in Abbildung 1dargestellt. Abbildung 7 zeigt die Querschnittsflächen der nicht-korrodier…

Discussion

Abbildung 6A und 6 b zeigen, dass die gemessene Durchmesser der nicht korrodiert bar Probe entlang seiner Länge nicht wesentlich unterscheiden. Die maximale Differenz zwischen der gemessenen Durchmesser entlang der Bar Länge beträgt nur etwa 0,11 mm mit einer maximalen Abweichung von 0,7 %. Dies bedeutet, dass die Geometrie einer nicht korrodiert Bar mit einem Nonius Bremssattel gut ausgewertet werden kann. Die gemessenen Durchmesser in verschiedenen Winkeln von den gleic…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren der Universität Shenzhen erkennen stark die finanzielle Unterstützung durch die National Natural Science Foundation of China (Grant Nr. 51520105012 und 51278303) und das (Schlüssel) Projekt des Department of Education der Provinz Guangdong. (No.2014KZDXM051). sie danken auch die Guangdong Provincial Schlüssel Labor der Haltbarkeit für Marine hoch-und Tiefbau, College of Civil Engineering an der Shenzhen-Universität für die Bereitstellung von Einrichtungen und Anlagen.

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

  1. 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).
  2. 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).
  3. Muthulingam, S., Rao, B. N. Non-uniform corrosion states of rebar in concrete under chloride environment. Corrosion Science. 93, 267-282 (2015).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Almusallam, A. A. Effect of degree of corrosion on the properties of reinforcing steel bars. Construction & Building Materials. 15 (8), 361-368 (2001).
  9. 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).
  10. Zhang, W., Song, X., Gu, X., Li, S. Tensile and fatigue behavior of corroded rebars. Construction & Building Materials. 34 (5), 409-417 (2012).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Imperatore, S., Rinaldi, Z., Drago, C. Degradation relationships for the mechanical properties of corroded steel rebars. Construction and Building Materials. , 219-230 (2017).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).

Play Video

Cite This Article
Li, D., Li, P., Du, Y., Wei, R. Applicability Analysis of Assessment Methods for Morphological Parameters of Corroded Steel Bars. J. Vis. Exp. (141), e57859, doi:10.3791/57859 (2018).

View Video