IJC 国际期刊的腐蚀 1687 - 9333 1687 - 9325 Hindawi 10.1155 / 2018/5389829 5389829 研究文章 实验评估钢筋腐蚀的混凝土板使用探地雷达(GPR) http://orcid.org/0000 - 0002 - 1422 - 2793 扎基 艾哈迈德 1 Megat Johari Megat阿 2 Wan Hussin Wan Muhd Aminuddin 2 http://orcid.org/0000 - 0003 - 3970 - 7399 Jusman Yessi 3 奥若万 迈克尔我。 1 土木工程学系 意大利Abdurrab 北干巴鲁 28291年廖内省 印尼 univrab.ac.id 2 土木工程学院 工程学校 马来西亚理科大学 Nibong Tebal 14300槟城 马来西亚 usm.my 3 电气工程系 工学院 意大利穆罕默迪亚日惹Kasihan 班55183 日惹 印尼 umy.ac.id 2018年 21 11 2018年 2018年 29日 01 2018年 09年 07年 2018年 17 07年 2018年 21 11 2018年 2018年 版权©2018艾哈迈德扎基等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

钢筋腐蚀是一种结构性破坏的主要原因,需要修理或更换。早期发现钢腐蚀可以限制必要的修理或更换的程度和成本相关的康复工作。探地雷达(GPR)方法被发现是一个有用的方法来评估在现有混凝土结构钢筋腐蚀。摘要探地雷达是利用评估腐蚀钢筋混凝土板。技术加速钢筋腐蚀使用直流电(DC)供电和5%氯化钠(氯化钠)解决方案用于诱导腐蚀嵌入钢筋混凝土板(钢筋)。2 GHz探地雷达用于评估钢筋的腐蚀。GPR数据的分析结果表明,腐蚀钢筋可以有效地获得本地化和评估。

 马来西亚理科大学 意大利Abdurrab、北印尼 1。介绍

锈蚀钢筋混凝土结构是一个全球问题[ 1]。腐蚀已经被认为是一个主要的恶化现象导致混凝土结构退化由于环境行为( 2]。世界各地的许多报道强调,混凝土结构被腐蚀和损坏所需的相关成本维修和维护全世界有超过数十亿美元( 3]。成功修复混凝土结构混凝土结构需要可靠的信息条件,包括损坏原因、程度的损伤,损伤的疗效与实际结构的行为。

目视检查的整个结构评估混凝土结构的腐蚀条件对钢筋腐蚀是一种常见的定期检查方法但它高度依赖操作者的专业知识看不见的腐蚀不容易检测到( 2]。与此同时,半电池电位(HCP)技术是应用最广泛的无损检测检测和定位钢筋腐蚀。半电池电位技术是基于电化学原理提供有关的信息在混凝土结构钢筋腐蚀的概率( 2, 4]。另一方面,探地雷达(GPR),另一种无损检测(NDT)方法,已经成为一个有价值的工具,用于检查混凝土结构在过去的几年里( 5]。探地雷达能够早期检测混凝土结构中钢筋腐蚀的 6- - - - - - 11]。基于探地雷达方法探讨腐蚀的能力,本文提出了一种评估钢筋腐蚀使用探地雷达与嵌入式腐蚀钢筋混凝土板。

 2。文献综述 2.1。探地雷达(GPR)

探地雷达、电磁(EM)调查方法,主要用于反射模式,一个信号通过天线发射到结构进行调查。反射的能量由材料特性的变化引起的记录和分析 12, 13]。探地雷达的发展已经发展在过去的35年。早期研究与探地雷达专注于探地雷达的可能性和适用性。探地雷达在1904年的第一个应用程序是检测金属物体( 14]。土木工程应用程序使用探地雷达在1980年代开始( 15]。康托尔( 16)开发的基础分析和解释技术在这些领域。此外,Clemena [ 17)利用探地雷达测试混凝土结构。探地雷达是一种可能的方法,定期检查和维护的混凝土结构( 18]。一般来说,探地雷达技术可能用于定位钢筋,开裂的定位,定位和评估的空洞,本地化的蜂窝状或开裂,腐蚀检测、酒吧大小的估算,具体的混合比例,和环境条件( 10, 19- - - - - - 31日]。

通过探地雷达无损检测(NDT)的原则包括电磁波的传播结构进行调查。电磁波的传播GPR取决于相应的材料的介电性能( 32- - - - - - 34]。介电常数依次取决于电磁特性受温度影响,含水量、含盐量、孔隙结构和脉冲频率 35]。当电磁波遇到一个接口的两个媒体具有不同的介电常数,波的一部分反射到接收天线。散射的数量取决于介电性能的对比这两种媒体( 36]。介电常数的值为各种材料的范围从1到81(1 =空气、81 =水) 35]。电磁波在介质中传播和反映在界面的材料具有不同的介电性能。由接收天线反射波被记录。这些收到电波然后转换成电压波,称为跟踪( 一个扫描),如图 1。探地雷达系统生成快速继承痕迹,显示为一个所谓radargram ( b扫描)通过调查材料沿着一条线,如图 2(一个)。另一波显示时间片( c扫描)通过调查材料沿着网格模式,如图 2 (b)( 37]。

单跟踪( 一个扫描)[ 38]。

(一)Radargram ( b扫描)和(b)时间片( c扫描)[ 37]。

 2.2。加速腐蚀过程

在实践中,钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀是一个长期的过程。真正需要相当长时间腐蚀萌生和扩展。研究,不容易实现不同程度(即。水平的质量损失)的腐蚀在很短的时间内。因此,加速钢筋腐蚀的各种方法在混凝土结构已经被几位研究人员使用 39]。在很多研究中外加电流的技术已经被用于研究腐蚀混凝土结构的力学行为 40债券的行为),腐蚀钢筋( 41)、结构腐蚀结构混凝土元素的行为( 42, 43),和混凝土结构的性能 44]。使用这种技术的优点是高度的腐蚀可在短时间内获得和容易控制所需的程度的腐蚀。

阳极反应释放电子,而阴极反应消费电子。图 3显示了钢筋在混凝土的腐蚀过程示意图( 3]。

钢筋在混凝土的腐蚀过程( 3]。

阳极反应取决于电解液的pH值和阴离子的存在。钢筋腐蚀是由阳极反应 (1) F e → F e 2 + + 2 e - - - - - - 铁和钢

外加电流技术是用于加速腐蚀的钢筋混凝土应用直流电(DC)通过一个外部电源。直流电源的正极连接钢筋使其作为阳极,而负极连接到一个反电极成为阴极。柜台电极的形式可能是一个内部酒吧( 45),外网( 46),或外部板( 41, 47]。混凝土标本应部分沉浸在氯化钠(氯化钠)解决方案在一个合适的槽,氯化钠的解决方案是在直接接触的底部结构。在这里,氯化钠溶液是电解质。腐蚀与能源消耗的数量,这是一个电压(V)的函数,安培数(a),和时间间隔。通常,恒压阳极和阴极之间通过直流电源应用。的原则中描述的方法是ASTM G1-03 [ 48)和ASTM g31 - 72 ( 49]。

腐蚀通常是在减肥方面报道单位时间内单位时间或厚度损失和钢铁表面。腐蚀速率成正比测量电流密度和总质量损失相关的测量电流通过法拉第定律( 50]给出的 (2) Δ 米 = 米 我 t z F 在哪里

Δm =质量的钢铁消耗(g);

米=原子或分子重量的金属(铁56克);

我=电流(安培), t=当前或潜在的应用时间(秒);

z=离子电荷或半电池的电子转移反应为Fe (2);

F=法拉第常数(96500安培/秒)。

此外,质量损失的实际腐蚀程度或水平的腐蚀钢铁标本可以度量的差异酒吧之前和之后的质量测试通过方程( 51]: (3) 米 l = 米 我 - - - - - - 米 f 米 我 × One hundred. 在哪里

米 l=质量损失(%);

Mi =质量noncorroded标本前重腐蚀试验(g)

Mf =腐蚀标本的质量重腐蚀试验后(g)。

3所示。材料和方法 3.1。标本

普通混凝土与C30年级使用的实验。混合比例包括380公斤/米3波特兰水泥,190公斤/米3水(w / c = 0.5), 780公斤/米3段砂(细骨料)和1080公斤/米3碎花岗岩(粗骨料)和20毫米的最大总大小。平均28天,150天的抗压强度是44.43 MPa和58.88 MPa,分别。选择类型变形钢筋的钢筋直径20毫米。裸露的钢筋的长度是0.6米。

混凝土板制备尺寸的长度( l)= 1米,宽度( w)= 0.5米,高度( h)= 0.2米。图 4显示了一个示意图表示的混凝土板。潮湿养护28天之后,直流电流在三个嵌入式钢筋(即印象深刻。,钢筋b, c, d)嵌在混凝土板。个人的钢筋腐蚀加速了不同应用电流的持续时间以达到预期的程度的腐蚀。直流电源的正极端子被连接到一个钢筋作为阳极,而负极连接到阴极。在这里,一个铜板作为外部阴极完全浸泡在氯化钠溶液。板是部分浸在5%氯化钠溶液和95%蒸馏水存储在一个塑料罐。氯化钠溶液在直接接触板的底部。测试的照片设置如图 5。

与钢筋混凝土板的原理图表示不同程度的腐蚀。

的照片外加电流技术。

在完整的测试期间,共阳极电流的0.4应用于一组3钢筋加速腐蚀过程(钢筋b-c-d)。过程直到不同钢筋锈蚀到所需程度不同的曝光时间。所需的时间应用电流计算的不同程度的腐蚀。法拉第定律应用于加速技术。首先,质量损失(Δm)使用法拉第定律计算见( 2)[ 50]。其次,钢筋的腐蚀程度是基于重量的百分比区别初始和最终质量的使用( 2)[ 52]。表 1显示当前应用的持续时间为每个3钢筋。

当前申请的时间每个钢筋。

钢筋 当前的应用(天) 腐蚀度(%) 电流密度(mA /厘米2)
一个 0 0.359 0
b 20.85 4.527 3.973
c 54.53 21.263 19.034
d 84.91 35.359 31.158
3.2。探地雷达收购

探地雷达的设备生产的研究中使用的id (Ingegneria一些Sistemi公司)比萨,意大利,如图 6。特殊full-polar高频天线(2 GHz)结合专利垫调查指南(PSG)。在这部作品中,先前描述钢筋混凝土板使用探地雷达设备扫描。2 GHz探地雷达天线和两个偏振(横向和纵向)能够识别这两种类型的扫描目标(浅层和深层)只有一个扫描。

探地雷达阿拉丁SK2工具包。

板是扫描行PSG地毯。一行扫描一步PSG地毯是0.78厘米,如图 7(一)。PSG地毯举行交替上下导游为了使幻灯片完全符合和连续天线实现扫描。幻灯片也举行了一场特殊的电影在其外表面移除最小摩擦阻力中天线PSG,如图 7 (b)。最后,PSG边缘上举行一个毕业水平杆的指示数字和字母在一个进步的序列,为了给用户一个参考点的扫描。

特点:(一)PSG地毯的扫描和(b)探地雷达的幻灯片。

地质雷达扫描结果存储在一个计算机完成GPR组id。从探地雷达获取图像后,gre软件被用来获取数据图像随后使用图像处理技术处理。数据图像可以表示为 一个扫描, b扫描, c扫描,3 d图像。

 4所示。结果和讨论 4.1。腐蚀程度

4钢筋的腐蚀程度提出了嵌入到混凝土板作为定性和定量的结果。定性结果如图 9。它显示了postcorrosion板腐蚀过程完成后(钢筋=没有腐蚀,b =质量损失4.5%,c =质量损失21.2%,质量损失和d = 35.4%)计算的基础上( 3)。上面有裂缝的混凝土保护层钢筋c和钢筋d。钢筋的混凝土保护层d显示一个明确的宏观裂纹沿钢筋的长度。这种类型的裂缝可能影响混凝土板的完整性。

混凝土板加速腐蚀后图像。

在那之后,检索腐蚀钢筋混凝土板坏了。钢筋是清理根据ASTM g1 - 2003标准删除所有腐蚀产物( 48]。不同程度的清理钢筋腐蚀清洗后如图 10。最后,清除钢筋重量化质量损失是由于腐蚀根据( 3)。

腐蚀钢筋postcorrosion板。

 4.2。评估使用探地雷达钢筋腐蚀

图 11显示了 一个扫描前的第25行加速腐蚀过程。线作为参考,因为25的钢筋,也代表了钢筋的状况。钢筋a, b, c, d是钢筋条件同意表中包含的信息 1。在数据 11- - - - - - 14, 年代 d 是指直接波信号 年代 r 从rebar-concrete界面反射波信号。有在波浪峰(即没有显著差异。,d我rectw一个ve and reflected wave) in terms of amplitude and travel time for all four rebars, which indicates that the rebars are in good condition (no corrosion). The waves are very important for reinforced concrete durability as it can provide information on concrete cover, i.e., the thickness and quality (presence of defects) of the concrete cover [ 53]。信息波的峰值表所示 2。

量化的 一个扫描来自图 8。

钢筋的 钢筋b 钢筋c 钢筋d
振幅峰值 旅行时间 振幅峰值 旅行时间 振幅峰值 旅行时间 振幅峰值 旅行时间
年代 d 0.410 -0.19 0.41 -0.19 0.410 -0.19 0.410 -0.19
年代 r 0.321 1.127 0.295 1.170 0.321 1.127 0.321 1.127

探地雷达的扫描方向。

一个扫描前postcorrosion板的加速腐蚀。

一个扫描的postcorrosion板钢筋加速腐蚀后b。

一个扫描的postcorrosion板钢筋加速腐蚀后c。

一个扫描后的postcorrosion板钢筋加速腐蚀的d。

图 12显示了 一个扫描完成后的混凝土板线25的钢筋的腐蚀过程b 21天。表 3提供信息的量化 一个扫描显示在图 12。直接波和反射波的振幅峰值增加,因为频率衰减是由于加速腐蚀( 34, 53, 54]。钢筋的振幅b, c和d都高于钢筋。这些条件可能造成的高氯含量( 35]。这可能发生在混凝土保护层开裂后,允许更快的氯离子进入钢筋;然而开裂之前几乎没有存在氯离子在钢筋附近。在这种情况下,氯离子在钢筋被迫积累。离子减毒的积累和吸收反射波在时域和频域。

量化的 一个扫描来自图 9。

钢筋的 钢筋b 钢筋c 钢筋d
振幅峰值 旅行时间 振幅峰值 旅行时间 振幅峰值 旅行时间 振幅峰值 旅行时间
年代 d 0.410 0.310 0.505 0.311 0.466 0.307 0.570 0.311
年代 r 0.357 1.059 0.460 1.062 0.416 1.062 0.407 1.050

图 13显示了 一个扫描完成后的混凝土板线25的钢筋的腐蚀过程c 55天。波的频率变化降低政权由于腐蚀过程的影响。钢筋c的反射波振幅较低比钢筋a, b, d,因为它可能是,钢筋的腐蚀过程c的积累影响氯离子在钢筋的混凝土保护层区比其他的钢筋。氯离子含量越高迟钝和吸收波在时域和频域( 55, 56]。海浪的量化值如表所示 4。

量化的 一个扫描来自图 10。

钢筋的 钢筋b 钢筋c 钢筋d
振幅峰值 旅行时间 振幅峰值 旅行时间 振幅峰值 旅行时间 振幅峰值 旅行时间
年代 d 0.480 0.496 0.490 0.496 0.500 0.496 0.510 0.496
年代 r 0.330 1.620 0.350 1.620 0.220 1.860 0.320 1.620

图 14显示了 一个混凝土板的扫描行25钢筋的腐蚀过程完成后d在第85天。钢筋d的直接波的峰值高于钢筋,b和c。这种情况可能发生由于裂缝影响钢筋的混凝土保护层c。孔隙裂缝区域的存在可以增加振幅( 34]。然而,这些现象没有发生钢筋d。如表所示 5越高,水分含量和氯的腐蚀影响探地雷达反射波的振幅( 35]。水分含量和氯化物含量增加由于腐蚀。即使钢筋应该没有腐蚀,而钢筋b是诱导低水平的腐蚀,钢筋b和d显示更高的振幅(分别为0.370和0.321)的反射波比钢筋(0.289)。钢筋c的振幅较低(0.213)和更高的旅行时间(1.964 ns)。发生了这样的事很可能由于氯离子含量较高,导致衰减波的影响,具有较强的影响比其他钢筋钢筋c [ 56, 57]。

量化的 一个扫描来自图 11。

钢筋的 钢筋b 钢筋c 钢筋d
振幅峰值 旅行时间 振幅峰值 旅行时间 振幅峰值 旅行时间 振幅峰值 旅行时间
年代 d 0.528 0.502 0.528 0.502 0.528 0.502 0.590 0.502
年代 r 0.289 1.750 0.370 1.750 0.213 1.964 0.321 1.750

图 15显示了 b扫描的钢筋混凝土板在第25行。在图 (15日),没有双曲图像之间的差异和各自的深度的钢筋,因为钢筋处于良好状态(无腐蚀)。在图中 15 (b),腐蚀过程降低了波浪的频率信号的效果是减少钢筋的夸张形象。与此同时,在图 15 (c),图像模糊,因为腐蚀产物的形成和运输造成的衰减影响波和具有强烈的影响 b扫描图像( 57]。钢筋的腐蚀产物c扩散覆盖深度较浅,如图 (16日)。这可能是由于这一事实时腐蚀产物的类型由一个外加电流加速腐蚀过程是不同的,不如产品的正常自由腐蚀条件下形成的。

bpostcorrosion板的扫描:(a)加速腐蚀之前,(b)加速腐蚀后钢筋b, c (c)钢筋加速腐蚀后,和(d)加速腐蚀后钢筋d。

postcorrosion板的切割部分:(一)钢筋c和d (b)钢筋。

最后,图 15 (d)表明,钢筋c的夸张形象显著降低是由于腐蚀。这可以解释的 b的钢筋c扫描图像模糊是由于腐蚀产物的扩散距离在混凝土表面( 58),如图 (16日)。然而,不同的可以观察到的现象 b扫描图像的钢筋d。钢筋d应该有一个更高层次的腐蚀比钢筋c,但相反的条件显示的 b扫描。理论上,图像变得模糊,由于增加了腐蚀级别( 59]。然而,钢筋d显示更清晰的形象。钢筋的深度图像变得浅比参考(钢筋)。可能的解释是,波的能量不减毒由于腐蚀产物扩散到更浅的混凝土保护层( 58),如图 16 (b)。钢筋的腐蚀产物d量超过钢筋c;然而钢筋的腐蚀产物d(图 16 (b))没有明显扩散到表面混凝土保护层钢筋的腐蚀产物c,如图 (16日)。

 5。结论

在这篇文章中,它已经证明了钢筋腐蚀的存在在混凝土板已成功使用探地雷达进行评估。与混凝土板制造过程开始紧随其后实施当前的技术和数据收集的结果通过扫描一个钢筋混凝土板使用2 GHz的探地雷达。一些结果可以获得利用探地雷达技术评估钢筋混凝土板腐蚀。提供的结果 一个扫描和 b扫描。结果表明,钢筋腐蚀可以在早期阶段发现和识别视觉损害或其他腐蚀的迹象出现。的结果 一个扫描,即。,lower amplitude and larger travel times of the waves for corroded rebars, are probably due to increased chloride contents and presence of corrosion products. For the b钢筋的扫描,模糊的形式和调光图像特征显示了不同的钢筋腐蚀的迹象由于氯含量和腐蚀产品,影响了图像的阈值水平。一般来说,一个a的结果可以代表钢筋腐蚀破坏的条件。外加电流导致均匀腐蚀攻击而在实践中(实际结构)chloride-induced腐蚀通常会被强烈的局部腐蚀特征攻击。总之探地雷达的结果表明,探地雷达也可以有效地用于评估局部腐蚀损伤的混凝土板的氯产品内容和腐蚀。

 数据可用性

作者认为本研究中使用的所有数据都包括在手稿。

 的利益冲突

没有利益冲突有关的出版。

 确认

作者要感谢马来西亚理科大学提供的金融支持提供RU-PGRS格兰特计划名为“具体健康监测使用无损检测(NDT)方法”和金融支持提供的意大利Abdurrab,北印尼。

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