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艾哈迈德·a·Abouhussien Assem哈桑, ”实验和经验时间在不同养护条件下钢筋混凝土结构的腐蚀”,土木工程的发展, 卷。2014年, 文章的ID595743年, 9 页面, 2014年。 https://doi.org/10.1155/2014/595743
实验和经验时间在不同养护条件下钢筋混凝土结构的腐蚀
文摘
钢筋混凝土结构,特别是在海洋环境中,通常受到氯化物浓度高,最终导致嵌入钢筋的腐蚀。这种结构的总时间腐蚀可以分成三个阶段:腐蚀起始,开裂和破坏时间。本文评估,根据经验和实验,预计时间钢筋混凝土结构的腐蚀。测试钢筋混凝土样本受到十替代固化技术,包括热,冷,和正常的温度,在测试之前。腐蚀起始、开裂和破坏时期在这个调查是由一个加速腐蚀试验实验监控进行钢筋混凝土样本。另外,对应样品的腐蚀起始时间经验预测使用扩散菲克第二定律进行比较。试验得到的结果表明,腐蚀起始时间与这些经验获得的。腐蚀起始被发现发生在当前的第一跳加速腐蚀试验中测量匹配的半电池电位阅读−350 mV。
1。介绍
钢筋混凝土在严重的环境中,如受到高百分比的氯化物,恶化的速度很快,需要特殊设计考虑延长其使用寿命。这种恶化的最关键的因素是嵌入钢筋的腐蚀(1]。腐蚀要求除冰盐的氯化物,地下水、海水渗透混凝土保护层,达到钢筋。一旦比例的氯离子在钢筋腐蚀起始所需超过阈值,腐蚀开始,随后是通过钢筋传播,最终导致混凝土保护层的质量损失和破坏。
混凝土的氯离子渗透性是一个重要的属性代表其抗氯入口。这个属性直接影响氯化物的时间到达钢筋,因此,腐蚀起始时间。大多数的腐蚀预测模型(2,3)占混凝土的抗氯化物。混凝土密度与低渗透和微观结构被证明发生腐蚀扩展所需的时间(4]。事实上,总时间为钢筋混凝土结构腐蚀可以增加使用高性能或不透水混凝土(5,6]。起et al。5)测试了6个养护制度对氯离子扩散系数的影响的三个不同的砂浆混合物。他们研究这些固化技术的影响在不同混凝土的腐蚀时间覆盖使用预测模型。他们的调查结果表明,混合成分和养护制度对氯离子扩散系数有显著影响,因此在预测时间腐蚀(5]。混凝土氯离子渗透性的评估可以使用执行以下标准测试:快速氯离子渗透试验(7)和/或氯散装扩散试验(8]。两次测试之间的差异在确定氯离子渗透性是无关紧要的9]。最近,不同的模型被开发10为预测钢筋混凝土结构的腐蚀时间基于混凝土的氯离子渗透性。大部分的这些模型,比如提出的《et al。2),计算起始时期通过混凝土氯离子扩散的函数使用一个简化的Fickian扩散的方法。传播时期在这些模型中,然而,与氯离子渗透性和通常是作为一个常数时间开始后的起始时间。
Ehlen et al。3)也出现了另一个模型预测时间钢筋混凝土结构的腐蚀。他们的模型被用于开发一个商业软件预测结构的腐蚀起始时间使用一些初始的输入参数。这种模型类似于更复杂的模型提出的《et al。2]。启蒙时期在这个模型也依赖于混凝土的氯离子渗透性。然而,它占时间和温度计算混凝土的扩散系数。
另一方面,厄尔Maaddawy和Soudki11)建立了一个数学模型能够预测从腐蚀起始腐蚀开裂的时间。他们的模型使用法拉第定律与钢铁质量损失的内部径向压力的扩张引起的腐蚀产物。然而,他们的模型没有占任何改变混凝土混合料性能(氯离子渗透性)或固化条件。
其他研究人员专注于测量氯阈值和氯运输率根据实验测试和/或字段的结果。Trejo和皮拉伊12)提出了一个模型来预测氯运输率钢筋混凝土结构基于试验研究的结果。在他们的实验中,氯化物对钢筋的扩散加速了应用在两个电极电位梯度。表面阳极是嵌入在酒吧,而阴极被放置在一个氯离子溶液浓度3.5%。腐蚀起始检测通过评估钢筋的极化电阻的统计分析过程。
加速腐蚀试验已广泛应用在研究人员诱导腐蚀钢嵌在混凝土在相对较短的时期。这个测试采用电流随着氯溶液加速腐蚀的过程启动(13]。尽管腐蚀起始时间从这样的加速试验获得真实的情况可能不同于结构,它可以用于比较研究来评估不同混凝土混合物或养护条件下的腐蚀性能(14]。加速腐蚀试验已广泛应用于研究评估腐蚀钢筋的结构特性对于剪切,债券,覆盖开裂,抗弯强度(15- - - - - -18]。此外,一些研究人员使用的加速腐蚀试验预测时间腐蚀基于累积损伤理论(19]。
当前可用的时间腐蚀预测模型是相对较新,需要进一步调查。此外,有有限的实验测试方法在文献中研究钢筋混凝土的腐蚀时间。本调查的主要目的是通过实验调查时间腐蚀混凝土的样品来说明不同腐蚀阶段在整个的生活结构。调查包括一个对比试验得到的腐蚀起始时间和扩散的菲克第二定律所预测的。混凝土保护层的影响,混凝土质量和养护条件对混凝土的氯离子渗透和腐蚀时间也在这个调查研究和探讨。
2。研究目标和意义
现在还不确定是否当前可用的腐蚀预测模型可以预测实际的混凝土结构腐蚀阶段。现在还不确定,如果氯离子渗透性测量实验使用ASTM C1556 [8)可用于预测模型来计算实际的腐蚀阶段在任何时间。本文的目的是通过实验测量不同时间腐蚀(腐蚀萌生、裂纹和损伤期)混凝土样品使用加速腐蚀技术和比较结果计算使用扩散菲克第二定律,基于混凝土的氯离子渗透性。特殊利益的纸是设计师关心的钢筋混凝土结构的腐蚀,演示和讨论了不同腐蚀阶段经历了在整个使用寿命。
3所示。实验程序
本调查中使用self-consolidating混凝土混合物。混合物是治愈总段28天在十岁以下不同的养护技术产生十个不同的混凝土品质。实验程序分为两个部分。在第一部分,50混凝土圆柱体。这些混凝土圆柱体被用于测试混凝土的抗压强度和氯离子渗透性。氯离子渗透性研究使用快速氯离子渗透试验(RCPT)和氯散装扩散试验根据ASTM C1202 [7]和ASTM C1556 [8),分别。基于氯散装扩散试验的结果(ASTM C1556),明显的氯离子扩散系数()和扩散衰减指数(在28天计算)十个样品代表了十个不同的养护技术。的值和然后利用预测的时间腐蚀混凝土样本运用菲克第二定律的扩散。
在第二部分中,一个加速腐蚀试验实施80包含一个嵌入钢筋混凝土棱柱样本在每个棱镜的中间。棱镜的样本相同的混合物和治愈在同样的十个不同的养护技术为了测量腐蚀起始,开裂和破坏时间对所有样本进行测试。加速腐蚀试验是利用比较预测结果的第一部分(扩散的菲克第二定律)与实验获得的。加速腐蚀样品的腐蚀过程监控记录当前通过时间和每天半电池测量。
3.1。材料和混合设计
在这项研究中,类型顾加拿大波特兰水泥,类似于ASTM I型,比重为3.15,是用于混合物。天然砂和10毫米最大大小石头包括罚款和粗骨料,分别。的粗和细骨料的比重2.70和吸水率为1%。高范围减水剂掺合料(HRWRA),类似于ASTM F型(20.),用于实现所需的衰退流直径的混合物。钢筋的直径(20 mm)被用于80棱镜样本。表1介绍了混合比例和HRWRA添加到实现滑坡流650毫米,按照ASTM C1611标准(21]。
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3.2。铸造、养护、和测试样本
搅拌混凝土和获得所需的衰退后流,50(100毫米×200毫米)气缸和80棱镜样品20米(200毫米)直径钢筋的中心每个棱镜准备。80年样本分成四组代表四个变量具体包括:20 mm(20棱镜),30毫米(20棱镜),40毫米(20棱镜),60毫米(20棱镜)。样品保持平等各方明确混凝土覆盖(20、30、40和60毫米)通过具体间距器每个有同样的长度(250毫米)。样本的尺寸60毫米×60毫米×20毫米覆盖250毫米;80毫米×80毫米×250毫米30 mm覆盖;100毫米×100毫米×250毫米的40毫米覆盖;和140毫米×140毫米×250毫米为60毫米。
样品(棱镜和圆柱体)然后治愈下十个不同的养护技术,如表所示2。养护技术分为四大类,包括空气固化在23°C,水养护在23°C,热水固化在50°C,和冷空气养护3 - 5°C。在28天,所有样本中不同的固化点和测试前晾干。每个养护体制的圆柱体测试测量的抗压强度和氯离子渗透每个固化系统。与此同时,80棱镜用于加速腐蚀试验。
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3.3。加速腐蚀试验设置
加速腐蚀的设置如图1。样本连接到直流电源作为阳极(+),在一个钢网定位样品作为阴极(−)。样本连接并行连接的电路板保持恒定电压12伏在整个实验。80年的样本完全淹没在5%氯化钠溶液,见图1(22]。80棱镜样本测试在两个独立的阶段,包括一个腐蚀者阶段(40棱镜样本)和严重腐蚀阶段(40棱镜样本)。腐蚀者阶段检测的样品是用1,而在严重腐蚀阶段样品的编号为2。在腐蚀者阶段,样本从坦克一旦第一个裂纹检测。另一方面,严重腐蚀阶段样本的坦克,直到足够的损伤(裂纹4毫米或更多)观察到的样本。40个样本在每个阶段十分成四组基于四棱镜混凝土覆盖(20、30、40和60毫米)和十养护技术(1 - 10)。样本指定基于腐蚀阶段,覆盖厚度,养护技术。例如,样例测试阶段1(腐蚀者阶段),40毫米混凝土保护层和治愈28天用水(养护技术2)被指定为1-40-2。
80棱镜的腐蚀活动每天监测样本基础上通过的电流的值在每个样本。腐蚀的概率或者监控使用半电池电位测试(23)通过测量之间的电位差嵌入钢筋和参比电极(硫酸铜电极)。阅读是停止到达第一个裂纹腐蚀者阶段,在4毫米厚的出现裂缝严重腐蚀阶段。
4所示。腐蚀起始时间预测使用菲克扩散定律
另外,起始时期计算十所选样本(60毫米只覆盖)通过扩散的菲克第二定律。测量后明显的氯离子扩散系数()和扩散衰减指数(为每个样本),以下假设进行了预测时间每个样本在不同养护系统的腐蚀起始。(我)的结构有一个清晰的混凝土保护层60毫米。(2)氯阈值是0.05%的混凝土重量(%)从文献[3,12]。(3)氯离子扩散是主要机制和扩散是由菲克第二定律在以下微分方程(24]: 在哪里=氯含量,=表观扩散系数,=暴露表面的深度=时间。(iv)氯离子扩散系数(28天)减少定期作为时间的函数,因为水泥水化过程。因此,氯离子扩散应计算在不同时期使用(25] 在哪里=一次扩散系数,=扩散系数(28天)=扩散衰减指数。(v)扩散衰减指数(十所选样本的)保持不变= 0.33。这个值是计算使用(2)用扩散系数的测量值时180天的一个具体的示例使用养护技术2 (米2/秒),参照米2/秒(表2)。表面氯离子浓度()模拟结构已经达到一个最大值的氯离子扩散的开始时间。这个最大表面氯离子浓度被认为是= 0.8%重量的混凝土模拟结构位于海洋浪溅区(25]。此外,这个假定值非常接近平均水平十所选样本中获取的值在氯化按ASTM C1556散装扩散试验(8]。估算腐蚀起始时间的解决方案是使用有限差分程序实现(1)。氯离子扩散系数的值是不同的在不同的时间步骤使用(2附近的值),直到氯浓度到达钢筋表面氯阈值(0.05%重量的混凝土)。在这个阶段,据报道,表明每个样品的腐蚀起始。
5。结果和讨论
5.1。不同的固化技术对氯离子渗透性的影响
表中给出的结果2显示不同的养护技术RCPT结果有显著的影响。这些结果介于2072和3700之间,被归类为温和的穿透性,按照ASTM C1202。养护技术与最低氯离子渗透技术2号,涉及的样品在水中养护28天23°C。另一方面,与技术相关的最大渗透率是10号,涉及在热水固化样品50°C的7天。低温固化样品(技术5、6和7)2716年平均渗透率低于用空气处理的样品(方法1)。
表2还显示,所有水处理技术(2、3、4)有着密切的RCPT渗透的结果。然而,增加水养护期间在23°C略降低氯离子渗透性(2130年至2072年库仑)。关于冷空气固化的影响,技术7中的氯离子渗透性(28天治愈在冷空气)高于技术1(正常空气中治愈28天)。此外,当技术5和6的样品随后被治愈在寒冷的空气水养护期后,渗透率增加了大约15%。很明显,heat-cured样本(技术8、9和10)氯化最大平均渗透率展出。同样清楚的是,随着配有周期的增加,增加总电荷传递,这代表较高的渗透率。最低RCPT heat-cured样本之间从技术中获得8,其次是技术9,最后技术10。然而,技术的区别8,9,10不显著。
另外,氯离子扩散试验的结果也表明一个重要的固化技术对氯离子渗透性的影响。很明显从表2,最低7.52×10的氯离子扩散系数−12米2/秒的样本与最低RCPT库仑(方法2)。此外,最大的价值米2从技术中获得10个/秒,表示最大的氯离子渗透性。事实上,使用不同的养护技术的影响对氯离子扩散系数产生了一个完全相同的效果,在RCPT渗透率。
5.2。腐蚀萌生、裂纹和损伤
两个电流读数和半电池电位测量被用来检测棱镜测试样品的腐蚀起始。图2演示了关系的总趋势为每个当前和半电池读数与时间(样本编号1-60-2为例)。腐蚀的时间起始点的检测跳(突然增加)在当前的阅读。很明显从图2腐蚀起始发生之后达成传递电流的最小值21.2 mA,其次是突然增加在当前(顶部的图2)。这一点也被证实的半电池电位阅读(352−图2)当一个90%的概率实现腐蚀(潜力值约350−mV,按照ASTM C876)。应该注意的是,半电池电位阅读的临界值(−350 mV)不能完全用于检测腐蚀起始,因为它可以通过在最初几天的测试,从图2。因此,电流和半电池电位阅读测量同时检查检测腐蚀起始点。
检查电流和半电池读数,“腐蚀起始”被确认为每个测试样本(表3)。另一方面,破解时间被记录为每个测试样本一旦第一视觉观察裂纹。所有样品开裂时间的结果如表所示3。此外,损失时间测试样本中发现的严重腐蚀阶段观察当最小裂缝宽度的4毫米(表3)。
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5.3。混凝土保护层厚度的影响腐蚀起始,开裂和破坏时间
结果显示最小起始段1天与样本1-20-1,1-20-7,和1-20-10,最低随着氯化高渗透性混凝土保护层。另一方面,53天的最大时期获得了从样本1-60-2 60毫米封面,如预期。这个样本有一个优越的性能由于最小最大氯离子渗透性随着混凝土保护层,增加其耐腐蚀。混凝土保护层显著影响了腐蚀起始时间,正如预期的那样,因为它提供了耐腐蚀(10]。例如,20毫米封面平均起始段1.5天,平均启动时间为30,40和60毫米包括5,14岁和37天(表3和图3)。
很明显从图3从20到60毫米增加混凝土保护层开裂时间增加。最小平均时间约3天得到20毫米的样品;其次是30 mm样品,花了9天时间裂缝;然后40毫米的样品,它平均需要18天。最大平均时间从60毫米获得43天,封面样本,如预期。这些结果与其他研究结果,证明了影响的混凝土保护层混凝土开裂的时间(10]。
图3还显示,60毫米封面样本表现出裂缝长时间达到4毫米(损害)相比,40岁,30岁和20毫米覆盖样本。时间之间的差异的开裂和破坏的时间显示是大约持续20,30和40毫米覆盖样本。平均差异8、9和11天的20岁,30岁和40毫米覆盖样本,分别(表3)。然而,60毫米样本相对更高的开裂的时间之间的差异和损失的时候,这十个样本的平均差别是26天。这些结果归因于这样一个事实:破坏阶段的混凝土电阻率的影响(氯化氯离子渗透或扩散)不是一个因素由于裂缝已经打开了氯化物到达钢筋。然而,相对较高的区别,发生在60毫米样本可能归因于长时间4毫米裂缝带向一个更高的覆盖厚度。
5.4。不同的固化技术对腐蚀的影响开始,开裂和破坏时间
图3显示不同的起始时间的养护技术与混凝土保护层。很明显从图最小起始时间从养护技术获得10(热固化在50°C)。最大的起始时期出现在样品治愈使用技术2(水养护23°C)。同样清楚的是,正常的水熟样本(技术2、3、4)的最大次数腐蚀,高于两个冷用空气处理(5、6和7)和加热水熟(8、9和10)技术。此外,正常体温用空气处理样品在23°C(方法1)比所有加热水熟样品起始时间较长。然而,正常水熟之间的差异,冷用空气处理、加热水熟样本并不重要。例如,在这些差异范围从50到60毫米封面样本53天,42 - 46天,和正常水熟,18到21天冷用空气处理,分别和加热水熟样本(表3)。结果还表明,增加水养护期3到28天(23°C)腐蚀起始时间增加了大约6%。相反,增加冷用空气处理时间(3 - 5°C)从21到28天产生了腐蚀起始时间减少了9%。此外,扩展配有时期(50°C)从1到7天被发现最小化腐蚀起始时间近15%。
另一方面,不同的养护技术显示不同开裂时间之间的10个样品相同的混凝土保护层(20、30、40和60毫米)。第一个破解样本治愈的空气和热量,其次是cold-cured样本,最后水熟样本。例如,在60毫米封面样本,heat-cured样本裂缝平均24天,紧随其后的是用空气处理样品(23°C),然后存在样本(在3 - 5°C),而有裂缝的平均25 - 49天,分别。最后一个样本水熟样品23°C;这些样本显示平均开裂时间为62天。这些结果归因于样品治愈混凝土电阻率低的热量(10)技术和高混凝土电阻率的样品在常温固化水(方法2)。这个电阻率也观察到的RCPT和氯离子扩散试验的结果。
它还可以看到在图3不同裂解时间获得每个基于养护期固化技术应用于技术。例如,在60毫米封面样本,增加水养护期3到28天导致裂纹的扩展时间约10%(表3)。延长冷用空气处理期(3 - 5°C)从21到28天在同一封面样本被发现减少开裂*近6%。此外,再配有时期(50°C) 60毫米样本产生减少开裂约15%的时间。应该注意的是,这一趋势从60毫米封面样本获得几乎相同的其他混凝土覆盖(20、30和40毫米)。
损坏的养护期次的效果被发现相对无关紧要的开裂时间相比,同样的效果。例如,当水养护期(在23°C)在60毫米从3增加到28天盖,作为一个例子,当时只伤害增加了近3%(表3)。另一方面,增加冷空气治疗(3 - 5°C)从21到28天,或热固化(50°C)从1到7天,导致损失时间的减少了近3%。这些结果也可能归因于裂缝宽度的增加在这个阶段,减少混凝土电阻率的贡献。
5.5。比较的腐蚀起始时间从菲克定律和加速腐蚀实验
表3礼物的结果腐蚀起始时间从加速腐蚀试验,获得预期的时期获得菲克扩散定律。只有60毫米封面样本包含在这个评估。简化比较,加速腐蚀试验的结果和预测的值从菲克定律是规范化的比例最大时期获得样本1-60-2。加速腐蚀试验的结果被描述为一个百分比的天对样本1-60-2,而菲克定律的结果显示的比例多年来对样本1-60-2(图4)。很明显从图4两种方法之间的区别(加速腐蚀和菲克定律)几乎是无意义的。应该注意的是,这个调查的加速腐蚀试验不能用于预测钢筋混凝土结构的实际腐蚀时间。然而,它被用于这个调查比较研究只有检查的有效性基于菲克第二定律的预测模型,并说明了不同腐蚀阶段在整个混凝土结构的使用寿命。
6。结论
从这个调查得出了以下的结论。(我)水养护一段28天(23°C)被证明是最好的养护系统(空气相比,冷和热固化)的抗压强度、氯离子渗透性和耐蚀性。28天水熟样本(养护技术2)最长的时期表现出腐蚀起始,开裂,和伤害在所有测试样本,在养护条件下的测试。(2)在所有测试样品,第一个样本显示腐蚀起始,开裂和破坏这些治愈热水为7天50°C。(3)增加水养护期3到28天(23°C)在技术2、3和4,不管混凝土保护层厚度、氯离子渗透性降低,增加了28天抗压强度,并增加了腐蚀起始,开裂,和伤害*约6%,10%,和3%,分别。(iv)冷用空气处理时间的增加(3 - 5°C)从21到28天技术5、6和7的所有测试混凝土覆盖最大化氯渗透率,降低了28天抗压强度,取得了减少腐蚀起始,开裂,和损害乘以9%,6%,和3%,分别。(v)扩展配有时期(50°C)从1到7天技术8,9,10为所有混凝土保护层样本被发现减少腐蚀起始,开裂,和伤害*近14%,15%,和3%,分别。(vi)腐蚀的结果的趋势起始时间从加速腐蚀试验是获得类似于从菲克第二定律获得对应样品的扩散,在同样的本研究的假设。(七)电流读数一致的结果与半电池电位测量在所有测试样本。腐蚀起始被发现发生在当前的第一跳在半电池电位测量和阅读价值约350−mV,标明90%概率的腐蚀,按ASTM C876。
利益冲突
作者没有任何利益冲突方面的内容。
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