Коррозионно-индуцированные крекинг: экспериментальные данные и прогнозных моделей
Настоящее исследование описывает ускоренной коррозии программы испытаний в составе восьми железобетонных (RC) образцы для имитации коррозии арматуры участка типичных палубе мост RC. Постоянная скорость коррозии около 100 мкА / см ^ 2 ^ SUP был применен к ускорению процесса коррозии в хлоридных загрязненных бетона. Экспериментальные результаты по сравнению с существующими инициирования трещины и ее распространение моделей. Новая эмпирическая модель для прогнозирования времени трескаться структур RC подвержены коррозии предлагается трещин до 1 мм в ширину, рассматривая конкретные качества и охватывают как влияние переменных. Модель также способна к ответственности за временных колебаний скорости коррозии и воздействия высокой скорости загрузки часто ассоциируется с экстраполяцией ускоренной коррозии результатов испытаний к реальной структуры RC. Было отмечено, что точность модели интеллектуального трещин не окажет существенного влияния на время трескаться. Время трескаться наиболее повлияли на поправочный коэффициент на скорость загрузки ..
Ключевые слова: бетон, коррозии; трещин.
(ProQuest информации и обучения: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
Обрушение железобетонных (RC) структур из-за коррозии редко, однако, наблюдения трещин, ржавчины окраски и отслаивание конкретных покров обычно появляется задолго до того, структура RC близка к краху. Это не удивительно, потому что есть основания полагать, что во время трескаться коррозионно-индуцированной потери арматурной стали не более 0,5 мм и сокращения связи является относительно небольшим, что привело к снижению структурного потенциала не более от 10 до 20% .1,2 Полевые исследования также показывают, что растрескивание и отслаивание имеют наибольшую озабоченность в доверительное owners.3 Если не ремонтируются, коррозии в конечном итоге привести к структурным бедствия с течением времени. Кроме того, необходимо признать, что многие элементы RC являются бесструктурных (например, фасадов зданий и заполнения панелей), в котором потери прочности редко вызывает озабоченность. Именно по этим причинам, что серьезные трещины и отслоения все чаще рассматривается в качестве влиятельного виды разрушения для оценки стоимости жизненного цикла и оптимизация ремонта и технического обслуживания стратегии структур RC в хлоридных environments.1, 4.
Андраде, Алонсо, и Molina5 предположить, что ширина щели между предел от 0,3 до 0,4 мм, подходит для государственных предел прочности. С другой стороны, Сакаи, Симомура и Sugiyama6 заявил, что ширина трещины предел 0,8 мм рекомендуется для удобства обслуживания (эстетические) требования. Это в целом согласуется с общим замечанием, что срок службы структура значительно сокращается, только если ширина трещины превышает 0,3 до 0,5 мм не repaired.5 определение того, как чрезмерное трещины это зависит от конкретных условий и политики активов владельца. В контексте данной статьи, однако, модель способна предсказывать трещины шириной до ширины предела трещина 1,0 мм, желательно.
Различных этапах роста трещины может быть представлена на рис. 1, где время трескаться может быть описана в два этапа: 1) т ^ трещин к югу 1 ^-время первого крекинга (волос трещины 0,05 мм) и 2) т трещины ^ ^ к югу сер времени для трещины развивать с первого крекинга до ширины трещины предела.
Там было значительное число экспериментальных исследований изучение конкретных растрескивания из-за укрепления corrosion.5, 7,8 В большинстве исследований, однако, использовать конкретные призмы и цилиндра образцов, которые не могут в полной мере представляет границе условия, связанные с реальной структуры. Бетонная плита образцы лучшей на обеспечение более реалистическое представление о том, как трещины и начать размножаться. Хотя Есть некоторые экспериментальные испытания с бетонную плиту образцов, они, как правило, долгосрочные полевые испытания с несколькими образцами фактически трещин или записи небольшой трещины widths.7, 9 Таким образом, настоящее исследование описывает ускоренной коррозии программы тестирования из восьми 700 мм конкретных образцов для имитации коррозии арматуры участка типичных палубе мост RC. Испытаний было исследовано влияние бетона и водоцементное отношение (в / с), коррозионно-индуцированного растрескивания. Постоянная скорость коррозии примерно я ^ ^ корр югу = 100 мкА / см ^ 2 ^ SUP был применен к ускорению процесса коррозии.
Этот высокий допустимый ток в течение короткого периода тестирования (от 2 до 9 месяцев). Экспериментальные результаты по сравнению с существующими инициирования трещины и ее распространение моделей. Новых эмпирических Предложена модель для прогнозирования коррозионно-индуцированных трещин до 1 мм в ширину, рассматривая / ц и охватывают как влияние переменных. Поправочный коэффициент для учета изменений растрескивания явлений, связанных с высоким уровнем загрузки разработана для обеспечения более точной экстраполяции результатов ускоренных на практике. Воздействие стационарных и временных колебаний скорости коррозии, также включены. Эти модели будут предоставлять необходимую информацию при прогнозировании нестационарных структурной эффективности и надежности структуры RC подвергаются хлоридно-коррозии, вызываемой, например, как использование случайных местах (стохастический) анализ, чтобы предсказать вероятность и степень cracking10, 11 и выбрав обслуживание ремонт и стратегии, основанные на оптимизации жизненного цикла costs.12.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Точный прогноз раз на содержание и ремонт сооружений RC необходима информация о том, когда сильной коррозии вызванной растрескивания. В дополнение к надежной коррозионной инициирования и распространения модели, существует такая необходимость улучшения коррозионно-индуцированного инициирования трещины и ее распространение моделей. В настоящей работе исследуются это путем проведения ускоренных коррозионных испытаний плит RC и предоставляет новые данные о инициирования трещины и ее распространения. Сравнение производится с доступные модели, и новые эмпирические модели трещины предлагается. Экстраполируя ускоренной коррозии результаты испытаний на реальных структур может привести к существенной ошибки, и так в первый раз, работа развивает поправочный коэффициент, коэффициент нагрузки.
Эксперимента при ускоренной коррозии испытания
RC плиты образцов
Все образцы были RC 700 Верхний матовый пластинки содержала четыре арматуры, который 1000 мм видимая длина в бетонной матрице (см. рис. 2). Один арматурного проката с более короткой длиной экспозиции был сделан в середине каждого образца для изучения механизма растрескивания слоя бетона по меньшей длины. Средний бар была покрыта гальваническим ленты дают выставлены (голую сталь) длина 100 мм.
Цель ускоренной коррозии тестирования является исследование относительного влияния бетона и ж / с на время зарождения трещины и трещины. Таким образом, переменные проценты были выбраны следующим образом:
* Бетона (25 и 50 мм)
* В / к (0,45, 0,5 и 0,58)
Две серии из четырех образцов RC не были готовы. См. Таблицу 1 для описания переменных для испытаний всех образцов. В первой серии (серия I), надзор при изготовлении в результате различных смесей время в результате различных конкретных свойств материала за тот же ш / с Образцы были влажными вылечить за 28 дней до начала испытания. Стандартный тест цилиндры прошли испытания на 28 дней, чтобы определить бетона на сжатие и растяжение (расщепление) сильных (табл. 1).
Цемента, используемого для всех образцов обычного портландцемента. Крупных и мелких агрегатов (20 и 10 мм соответственно) содержались одинаковы для всех смесей. Арматуры для этого исследования были круглые мягкие стальных стержней. Три процента хлористого кальция (CaCl 2 ^ ^ к югу) от веса цемента был добавлен в бетонной смеси, чтобы вызвать коррозию по видимая длина арматуры. Это добавки оказали незначительное воздействие на конкретные прочностные характеристики.
Ускоренные испытания на коррозийную
Для формирования трещин шириной до 1,6 мм в течение разумного периода времени, ускоренной коррозии размере 100 мкА / см ^ 2 ^ SUP была использована в данном исследовании. Ускоренной коррозии оборудования показано на рис. 3. Софите образец был погружен в 5% раствора хлорида натрия. Ускоренного коррозионного процесса была достигнута путем применения постоянного электрического тока полос питание через регулятор тока. Регулятор тока сохранил текущий постоянной во времени. Стальной прут выступает в качестве анода, из нержавеющей стали погружен в раствор NaCl выступает в качестве катода, и поровой жидкости в бетоне электролита. Ускоренной коррозии тест считается конец, когда трещины распространяются на трещины шириной от 1,0 до 1,5 мм.
Измерение инициирования трещины и трещины
Первое появление трещин (трещин) на бетонные поверхности была проверена частые ежедневные визуальные наблюдения с использованием лупы с точностью до 0,05 мм. Сразу же после зарождения трещины 10 мм линейных преобразователей перемещения потенциометра (POTS) были приклеены по обе стороны от трещины следить трещины. Каждая сторона POT был помещен непосредственно над трещиной для определения точной перпендикулярной раскрытия трещины. Данные POTS были записаны данные журнала каждые 30 мин.
В I серии тестов, только один POT в баре был использован для измерения развития трещин. Количество горшков было увеличено до трех для каждого крэк для второй серии опытов, чтобы получить более точные измерения трещины. Для всех образцов "модельная" POT была использована для устранения ошибок измерений POT, связанные с изменениями температуры и долгосрочного дрейфа в электрической цепи под воздействием температуры и электрических отклонения шума.
РЕЗУЛЬТАТЫ ускоренной коррозии испытания
Наблюдения по поводу трещин и распространения
Было отмечено, что "первый видимых трещин", которые можно увидеть только через увеличительное стекло, было волос трещина шириной около 0,05 мм. Эти трещины появились случайно на поверхности бетона выше, и параллельно арматуры длиной колеблется от 30 до 200 мм.
После зарождения трещины, трещины затем распространяются с их ширина и длина увеличивается в неоднородных образом, который затем расширить и объединить усилия для создания непрерывных продольных трещин, когда трещина шириной примерно от 0,25 до 0,4 мм. В дополнение к основной трещины, которые распространяются по вертикали от арматуры, были два других радиальные трещины, имеющие длину от 80 до 150 мм. Эти трещины были склонны либо 45 или 90 градусов по отношению к магистральной трещины (см. рис. 4). Как и ожидалось, трещины выше средней полосы (всего 100 мм во время беременности) развивался медленнее, чем соседний полностью разоблачена арматуры. Например, к тому времени, продольные трещины шириной составляет примерно от 0,6 до 1,0 мм, трещины на середину бара была менее 0,2 мм.
Измеренные скорости коррозии
По завершении испытаний, арматурный прокат были удалены, моют, и потеря веса баров измерялась по весовым методом потери веса в соответствии со стандартом G 1-90.13 номера коррозии получить гравиметрические измерения потери веса приведены в таблице 2 . Он отметил, что измерять скорость коррозии, как правило, выше, чем прикладное значение (100 мкА / см ^ 2 ^ SUP), за исключением образцов SI_3 и SII_1. Выше измеряется скорость коррозии, как ожидается, поскольку: а) подкисление разработан прогрессирующей коррозии вызывает одновременное дополнительных коррозии, и б) Есть части металла, что осколок из металлической поверхности, когда окружающее вещество окисляется, и поэтому эти части не растворяются electrochemically.8 нижней измерять скорости коррозии для SI_3 и SII_1 может быть из-за неисправности электрических соединений в течение длительного периода испытаний (около 9 месяцев).
Общие и точечная коррозия
Признаки точечная коррозия (язвенной коррозии) наблюдались на поверхности панели, хотя испытательного стенда была разработана для имитации общей коррозии. Глубины ямы колебалась от 1,4 до 5 мм. Появление точечная коррозия может быть связано с разрывом свойства бетона, а также стали арматурного проката, в результате чего разрыв оксидной пленки на поверхности панели и формирование ямы.
Появление локализованных (неравномерного) коррозии по длине арматуры не помешало зарождения трещины возникновение почти одновременно по длине и параллельные арматуры. Это говорит о том, что локализованные (точечная коррозия) коррозии или общая коррозия, как в течение более разумной длины арматурной стали бар, производит аналогичные модели продольных трещин. Таким образом, коррозионно-индуцированного растрескивания моделей, основанных на тестовой системе общего коррозия может быть применен и к реальной структуры подвергались хлорида сред, в которых локализованы коррозии ожидается.
Исправление экспериментальных данных на постоянной скорости коррозии 100 мкА / см ^ 2 ^ SUP
Результаты экспериментов показали, что измеренная скорость коррозии на основе данных, потеря веса не были такими же, как номинальная скорость коррозии (см. Таблицу 2). Поэтому, чтобы дать значимые сравнения между образцом результаты, раз зарождения трещины и трещины были скорректированы с учетом номинальной скорости коррозии 100 мкА / см ^ 2 ^ SUP путем умножения экспериментальных раз к образованию трещин на отношение я ^ югу корр (ехр ) ^ / 100, где я ^ югу корр (ехр) ^ приведены в таблице 2. Коррекция применяется как для раз трещин и трещин (табл. 2 и рис. 5). Таким образом, при анализе для подражания, все данные для времени зарождения трещины и трещины в настоящее время эквивалентно номинальной скорости коррозии 100 мкА / см ^ 2 ^ SUP.
Виды продуктов коррозии
Уильямсон и Clark14 отмечено, что морфология продуктов коррозии, казалось, изменения за очень высокой скорости коррозии (около 2000 мкА / см ^ 2 ^ SUP). Таким образом, после проведения испытаний были заключены, бетон был снят, и ржавчина была собрана для изучения вида и типа продуктов коррозии с помощью рентгеновской дифракции анализа (РСА). Сюда входили анализа Ритвельда образца продуктов коррозии, которые были взяты из ржавых бар сразу после конкретные был удален. Соотношение между молекулярной массы стали и молекулярной массой от ржавчины затем оценивается в 0,335, а коэффициент объемного расширения ржавчины оценивается в 2,94. По оценкам объемный коэффициент расширения ржавчины разумно, когда по сравнению со значениями часто упоминается в других исследованиях, в основном в диапазоне от 2 до 3.15-17 Кроме того, расширение объема ржавчины близка к диапазоне от 3,0 до 3,2, которые получены на основе по РСА продуктов коррозии из собранных образцов в контакте с морской среды, в течение пяти years.18 аналогичные морфологии ржавчины продуктов является еще одним доказательством, что ускоренные испытания на коррозию сделать реалистично имитировать процесс коррозии.
Моделирование на основе ускоренной коррозии РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
Некоторые экспериментальные исследования показали отсутствие корреляции между прочности бетона и повышения давления коррозии, необходимые для трещины initiation.19 В этом случае критерий механики разрушения, таких как прочность может быть более подходящим, чем текучести таких как прочность . Критерий разрушения энергии был использован наряду с методом граничных элементов для прогнозирования трещины growth.20, 21 Такой подход, однако, нуждается возможные пути развития трещины, которые будут определены.
Crack моделирования могут быть легко решены конечные методы элементного анализа. Многие модели конечных элементов, однако, составляют многие тысячи узлов, в результате чрезмерного вычислительных раз. Потому что инициирования трещины и распространения моделей, которые будут разработаны здесь должны быть использованы в случайном поле (стохастический) анализ прогнозировать вероятность и степень cracking10, 11 и стоимости жизненного цикла, то 12 вычислительных усилий при расчете инициирования трещины и ее распространения должно быть минимальным. Это означает, что аналитическое решение является предпочтительным.
Есть ряд существующих аналитических моделей, касающихся растрескивание бетона за счет corrosion.4 ,5,7,17,22-25 К сожалению, некоторые модели не в состоянии определить трещины, что модель предсказывает, что делает прямое сравнение между моделями сложно. Многие из этих моделей, разработанных для максимальной ширины трещины лишь 0,3 мм, что во многих случаях не могут считаться наносящими серьезный трещин. Полный обзор этих моделей, описанных elsewhere.10
Crack инициирования
Как и ожидалось, Таблица 3 показывает, что время, чтобы трещин больше, для образцов с более высоким бетона. Время зарождения трещины, однако, не показывает какой-либо последовательной тенденции с ш / с
Vu10 к выводу, что Лю и Weyers7 модель представляется наиболее реалистичной, поскольку оно включает: а) сумма коррозии, необходимые для заполнения пористой зоны между сталь / бетон интерфейс (бесплатно расширения) и б) сокращения времени скорости ржавчины производства при определении критических растягивающих напряжений, необходимых для покрытия причиной растрескивания. Лю и Уэйерс модели дали хорошие прогнозы их результатов эксперимента из десяти образцов с высоким содержанием хлорида подвержены внешней среде в течение 5 лет.
Полная информация о модели приведены Лю и Уэйерс, 7, которые используют следующие в качестве входных параметров: плотность продуктов коррозии, плотность стали, толщина слоя продуктов коррозии, необходимые для создания растягивающие напряжения, толщина полосы вдоль пор стали / бетона интерфейс, диаметр арматуры, соотношение между молекулярной массы стали и молекулярная масса продуктов коррозии, коэффициент Пуассона, конкретные модуль упругости, коэффициент ползучести, бетонные покрытия, расщепление прочности бетона, скорость коррозии производства, и скорость коррозии.
Это, однако, отметить, что в Лю и Уэйерс модели, влияние конкретных прочность на разрыв сокращается, если конкретный модуль упругости и конкретные расщепления прочности оба пропорционально конкретные прочность на сжатие. Например, рекомендуется в ACI 318-0226 и австралийских стандартов, которые к югу E ^ с = 4600 [радикальных] [функция с] и [функции] ^ югу т = 0,53 [радикальных] [функция] ' ^ с ^ к югу. Таким образом, в таких случаях, Лю и Weyers7 модели не учитывают влияние прочности бетона при прогнозировании времени зарождения трещины.
Таблица 4 показывает сравнение времени трещин наблюдается ускоренных коррозионных испытаний и прогнозируемых значений на основе нескольких доступных моделей для каждого образца. Все значения параметров получаются из ускоренных коррозионных испытаний. Андраде, Алонсо, и Molina5 модели не зависит от покрытия или без / с Он отметил, что никакого модели предсказывают раз трещин похож на экспериментальных данных. Хотя Лю и Weyers7 модель выглядит ближе к экспериментальным результатам, эта близость может отличаться на 71%. Можно было бы ожидать, что толщина полосы вдоль пор стали / бетона интерфейс D ^ ^ 0 югу должна зависеть от ж / с, однако, анализ оптимальных г ^ ^ к югу 0 значения (варьируется г ^ ^ 0 к югу от От 10 до 20 мкм, пока предсказать результат ближе к экспериментальным данным) не показывают какой-либо тенденции к увеличению D ^ 0 ^ к югу, как ж / сх возрастает. Тем не менее, время зарождения трещины является достаточно коротким по сравнению со временем до трескаться (см. рис. 5) Таким образом, точность прогнозной модели для зарождения трещины не окажет существенного влияния на время трескаться.
Распространение трещины
Как и следовало ожидать, рис. 5 показывает, что оно заняло больше времени, на предмет трещин распространяться на такой же уровень ширины трещин для образцов, имеющих высшее бетона. Влияние покрытия, однако, не наблюдалось группа особей с В / Ц = 0,58. Образцы с более высокой / ц, как правило, имеют более высокие показатели распространения трещины, хотя и противоположная тенденция наблюдается и для образцов, имеющих 25 мм, покрытие и высокую ш / с Тем не менее, можно сделать вывод о том, что бетонное перекрытие и без влияния с трещины. К сожалению, экспериментальные результаты, представленные здесь удалось показать, устойчивых тенденций для отдельных эффектов покрова и без / с Общие тенденции наблюдаются, однако, является то, что нижняя крышка и выше / ц представляется причиной более высоких темпов распространения трещин. Для более подробного анализа экспериментальных наблюдений относятся к Стюарт, Vu, и Mullard.27
Если соотношение между крышкой и / ц (C / туалет) определяется как "конкретное качество", то рис. 6 показывает, что трещины уменьшается конкретные повышает качество (то есть покрытия увеличения или в / ц уменьшается), при ширине трещины ограничения W ^ ^ Нт к югу от 0,3, 0,5 и 1,0 мм. Crack для распространения образцов SII_1 предусматривает направление противоположное тому, что можно было ожидать, так что это посторонний не указан в регрессионного анализа для подражания.
Поэтому можно сделать вывод из рис. 6, что является нелинейной линии наилучшего соответствия между временем достичь предела ширины трещины и C / туалет, и это уравнение, как эмпирически
т ^ к югу сер = (C / туалет) ^ SUP B ^ (1)
, где т ^ ^ к югу сер время для трещин объекта к ширине трещины предела, потому что трещин (в часах), А и В являются константами. Значения констант А и В и коэффициент корреляции R приведены в таблице 5 и линия наилучшего соответствия показано на рис. 6. Модель действует в течение 16 мм в диаметре арматуры. / Ц может быть связано с конкретными прочность на сжатие е '^ ^ к югу с использованием формулы Bolomey в. Точность выражения. (1) уменьшается по мере увеличения трещины, а именно, что хуже абсолютной точностью 13, 21 и 25% для ограничения трещины шириной 0,3, 0,5 и 1,0 мм, respectively.27
Поправочный коэффициент для скорости нагружения
Применение большого тока для ускорения распространения коррозии в лабораторных условиях позволяет за более короткий период тестирования, хотя некоторые ускоренной коррозии испытания, проведенные здесь взял на 9 месяцев. Можно было бы ожидать, что инициирования трещины и ее распространения, прямо пропорциональны (линейная функция) с продуктов коррозии (то есть, как измеряется скорость коррозии). Высокая скорость коррозии, однако, может повлиять на коррозионно-индуцированного растрескивания явлений двумя способами: 1) более высокий уровень загрузки вызывает более высокий уровень конкретного штамма и это может вызвать деформации нижней. Например, результаты экспериментов с Алонсо и др. al.8 показывают, что трещины увеличивается более быстрыми темпами, с меньшим применяется скорость коррозии. Иными словами, трещины могут распространяться медленнее, увеличивается скорость коррозии. Максимальная скорость коррозии используется Алонсо и др. al.8 было 115 мкА / см ^ 2 ^ SUP. Saifullah и Clark28 также отметил, что трещины распространяются медленнее, коррозии возрастает скорость коррозии со скоростью до 150 до 200 мкА / см ^ 2 ^ SUP и 2) более высокий уровень загрузки может стимулировать рост деформаций.
Например, экспериментальные исследования Эль Maaddawy и Soudki29 показали, что при скорости коррозии от 200 до 500 мкА / см ^ 2 ^ SUP есть меньше времени для продуктов коррозии, чтобы рассеять в пористой структуры бетона, тем самым увеличивая радиального давления на сталь / бетон интерфейс. Это приведет к более быстрому трещины как коррозия повышения ставок. Mangat и Elgarf30 сделали аналогичные наблюдения, так же как и Saifullah Clark28 коррозии ставок в диапазоне от 150 до 4000 мкА / см ^ 2 ^ SUP ..
Очевидно, что эти два наблюдаемых явлений, связанных с прикладной скорость коррозии, с порога для различных феноменов скорость коррозии около 200 мкА / см ^ 2 ^ SUP. Эти явления также показывают, что прямая экстраполяция результатов ускоренных испытаний к реальным (области) условия, следует относиться с осторожностью.
Чтобы свести к минимуму ошибки в прогнозировании времени до растрескивания при экстраполяции ускоренной коррозии результаты тестов на поведение реальных структур RC (с низкой скорости коррозии), скорость загрузки поправочный коэффициент предлагается. Таким образом, время зарождения трещины и трещины на реальные структуры RC T ^ сг югу (реальный) ^ при любых значениях скорости коррозии я ^ югу корр (реальный) а
... (2)
где к ^ к югу R ^ является скорость загрузки поправочный коэффициент; я ^ югу корр (ехр) ^ является ускоренное скорости коррозии и T ^ сг югу (ехр) ^ является наблюдающееся времени до растрескивания получить от ускоренной коррозии испытаний. Если скорость загрузки не влияет на инициирования трещины и ее распространение, то к югу R ^ ^ = 1 (то есть линейная функция от продуктов коррозии).
Имеющиеся данные используются для расчета к югу ^ R ^ е в зависимости от соотношения экспериментальных скорости коррозии и реальная скорость коррозии (R ^ югу icorr = я ^ югу корр (EXP) ^ / я ^ югу корр (реальный ) ^) (см. рис. 7). Данные на рис. 7 делится на две категории: а) я ^ корр югу (реальный) ^ ^ и я к югу корр (ехр) ^, и меньше или равна 200 мкА / см ^ 2 ^ SUP, и б) я ^ корр югу ( реальная) ^ Бывший охватывает ситуацию, изучал здесь, где я ^ югу корр (ехр) ^ приблизительно 100 мкА / см ^ SUP 2 ^ ^, и я к югу корр (реальный) ^ будет намного ниже, как правило, меньше 5 мкА / см ^ 2 SUP ^. Последнем случае считает, что ситуация, когда трещины модели могут быть разработаны с ускоренной коррозии свыше 200 мкА / см ^ 2 ^ SUP. Эти данные получены из различных конфигураций образец и измерить ширину трещины, которые могут оказать некоторое влияние на К ^ к югу R ^.
Это наблюдается на рис. 7, которые, как ожидается, к югу ^ R ^
С другой стороны, на рис. 7 показывает, что к югу ^ R ^> 1, если я ^ югу корр (EXP) ^> 200 мкА / см ^ 2 ^ SUP, потому что для нижней скорости коррозии, есть больше времени для продуктов коррозии, чтобы рассеять в пористой структуры бетона, снижение радиальных напряжений и увеличение времени для достижения предела трещина шириной по сравнению с шириной раскрытия трещин предсказал от ускоренной коррозии свыше 200 мкА / см ^ 2 ^ SUP. Ползучести бетона может также помочь рассеять радиальных напряжений.
Если R ^ ^ к югу icorr, близка к единице, то тенденции не столь очевидны, но во всех случаях к югу ^ R ^ близка к единице. Таким образом, нет необходимости дальнейшего исправления экспериментальных инициирования трещины и распространения данных, приведенных в таблице 2 и на рис. 5, поскольку R ^ ^ к югу icorr колеблется от 0,87 до всего 1,40.
Если Алонсо и др. al.8 данные репрезентативны для ускоренных коррозионных испытаний, описанных здесь, то скорость загрузки поправочный коэффициент может быть определен эмпирически из рис. 7 а
... (3)
Предложенная модель также показано на рис. 7. Эти данные используются для разработки этой эмпирической модели базируется прежде всего на один source8, где R ^ югу icorr ^> 4 с верхним пределом в 34 лет. На практике, я ^ югу корр (реальный) ^ может быть как низка как 0,1 мкА / см ^ 2 ^ SUP, которая означает, что для крекинга модель, разработанная с экспериментальной программы я ^ югу корр (EXP) = 100 мкА / см ^ SUP 2 ^, то R ^ ^ к югу icorr вполне может превышать 1000. Экстраполируя уравнения. (3) за пределы диапазона данных на рис. 7 к таким высоким R ^ ^ к югу icorr значения является сомнительным. Конечно, многое еще предстоит сделать, чтобы лучше характеризуют скорость загрузки поправочный коэффициент для более широкого спектра R ^ югу icorr ^ ценностей. Продолжается работа в университете Ньюкасла.
Интересно отметить, что на рис. 6 показывает, что изменения в качество бетона может повлиять на трещины от 20 до 30%, тогда как на рис. 7 показывает, что R ^ ^ к югу icorr может повлиять K ^ R ^ к югу на 80% и более. На основании этих наблюдаемых чувствительность, точность прогнозной модели для распространения трещины, полученных от ускоренной коррозии тестовых данных могут регулироваться большей скорости загрузки поправочный коэффициент, чем качества бетона.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВРЕМЯ трескаться реалистичных RC СТРУКТУРЫ
Время-инвариантной скорости коррозии
Предыдущие модели были разработаны исходя из стационарной скорости коррозии, а именно, что скорость коррозии остаются неизменными с течением времени. Чтобы разработать общую модель интеллектуального время для трескаться, необходимо связать трещины к функции я ^ югу корр (реальный) ^ учитывая, что уравнения. (1) предназначен для стационарной скорости коррозии я ^ югу корр (EXP) = 100 мкА / см ^ 2 ^ SUP. Таким образом, время для распространения трещины на ширину ограничения трещины в реальных структурах RC (в годах) может быть предсказана
т к югу ^ зр ^ [асимптотически =] T ^ ^ 1 к югу к югу ^ R ^ ^
Скорость погрузки поправочный коэффициент не применяется к t1st потому Лю и Уэйерс модель не была разработана с ускоренной коррозии тестовых данных.
Время-варианта скорости коррозии
В целом, скорость коррозии может быть выражена в зависимости от времени переменных, такие, что
я ^ к югу корр ^ (т ^ к югу р) = я ^ ^ к югу корр (1)
, где т ^ ^ р к югу является время, прошедшее с начала коррозии, а Если скорость коррозии стационарна, то С другой стороны, если скорость коррозии, как ожидается, увеличение или уменьшение с течением времени, то это временных колебаний скорости коррозии. Например, Ву и Stewart31 предположить, что образование ржавчины продукции на стальной поверхности снизит диффузии ионов железа от стальной поверхности приводит к снижению скорости коррозии с течением времени и предложили, чтобы
Время трескаться могут быть оценены на основе разумного предположения, что количество ржавчины для производства того же ширина трещины одинакова для обоих временных колебаний и стационарной скорости коррозии. Таким образом, время трескаться можно рассматривать в качестве
... (6)
, где т ^ ^ зр югу самое время трескаться для стационарной скорости коррозии (в годах), а
Прогноз инициирования трещины и ее распространения
Моделей, предлагаемых в настоящем документе, используются для прогнозирования инициирования трещины и ее распространение на 25 и 50 мм, крышки с В / Ц = 0,50. Рисунок 8 показывает эти времена для трещин инициировать и распространяются по времени вариант и стационарной скорости коррозии 1 мкА / см ^ 2 ^ SUP считая временных колебаний скорости коррозии parameters31 К ^ к югу R = 1. Ясно, что если скорость коррозии времени вариант, времени для достижения предела ширина трещины увеличивается. Кроме того, на рис. 8 показывает, что время зарождения трещины относительно короткий по сравнению со временем достичь трещины шириной более 0,3 мм. Если скорость загрузки поправочный коэффициент будет сочтено целесообразным, то уравнение. (3) предполагает, что для я ^ югу корр (реальная) = 1 мкА / см ^ 2 ^ SUP, и я ^ югу корр (EXP) = 100 мкА / см ^ 2 ^ SUP, то к югу ^ R ^ [приближенных] 0,25. Такой низкий коэффициент поправки позволит сократить время достижения 1 мм Предельные шириной от 21,3 лет до 6,3 лет для 25 мм, покрытие и стационарная скорость коррозии. Очевидно, что количество экспериментальных и теоретических работ необходимо перед ускоренной коррозии результаты тестирования могут быть интерпретированы и скорректировать с помощью какой-либо степенью уверенности ..
Время начала коррозии для реальных структур RC часто по крайней мере от 30 до 50 years.10 Таким образом, по крайней мере для стационарной скорости коррозии, время трескаться будет определяться главным образом точности прогнозных моделей коррозии начала, а не Точность инициирования трещины и ее распространение моделей.
Моделей, предлагаемых здесь являются предварительным. Продолжается работа по развиваться физически основе прогнозных моделей (в отличие от эмпирических или наиболее подходит модель, показанную здесь), пригодных для прогнозирования трещины до любого размера трещины (не только до 1,0 мм) для любого арматурного проката диаметром. Определение того, что ширина трещины ограничения в рамках службы прогнозирования жизни также требуется. Более подробная информация о анализа экспериментальных данных и разработки прогнозных моделей даются Стюарт, Vu, и Mullard.27
ВЫВОДЫ
Ускоренные испытания на коррозию на восемь плит RC были использованы для определения коррозионно-индуцированного инициирования трещины и ее распространения за трещины шириной до 1,0 мм. Экспериментальные данные показали, что бетонное перекрытие и / ц являются важными в представлении потенциала хлорида загрязненных конкретные сопротивляться растрескиванию. Существующая модель трещин были использованы. Эмпирическая модель была разработана, что установил связь между трещин и качества бетона определяется как соотношение между крышкой и ш / с при 16 мм в диаметре арматуры. Как правило, скорость распространения трещины уменьшается по мере увеличения конкретные качества. Было отмечено, что время зарождения трещины является достаточно коротким по сравнению со временем до трескаться, и поэтому точность прогнозной модели для зарождения трещины не окажет существенного влияния на время трескаться. Скорость погрузки поправочный коэффициент был разработан с учетом изменений в крекинга явлений для ускорения скорости коррозии, с тем чтобы более точные экстраполяции результатов ускоренных на практике.
Ссылки
1. Стюарт М. Г., Валь, DV, "Несколько государств Предельные и ожидаемые Отсутствие затрат на ухудшение RC Мосты" Журнал мостов, ASCE, V. 8, № 6, 2003, с. 405-415.
2. выдумка ", Бонд подкрепления в бетоне: современное состояние Доклад" Целевая группа по Бонд модели, Лозанна, 2000.
3. Хартт, WL; Ли, SK и Коста Е., "Оценка состояния и износа для Хлорид загрязненных Железобетонные конструкции", Труды Международного семинара по ремонту и реконструкции RC структуры: современное состояние, ASCE, 1998 , с. 82-104.
4. Стерритт, G.; Chryssanthopoulos, М. К и Шетти, Н. К., "Надежность-Based Inspection Планирование RC Мосты шоссе", Труды международной конференции по вопросам безопасности, риска и надежности, IABSE, 2001, с. 1001-1007 .
5. Андраде, C.; Алонсо, C. и Молина, FJ, "Обложка крекинг в зависимости от коррозии арматуры: Часть 1-экспериментальной проверке", материалы и конструкции, V. 26, 1993, с. 453-464.
6. Сакаи, K.; Shimomura, T.; и Сугияма, T., "Дизайн железобетонных конструкций в 21-м веке," Бетон, долговечности и ремонт техники, РК Dhir и М. Маккарти, ред. Томас Телфорд, Великобритания, 1999, с. 28-44.
7. Лю, Ю. и Уэйерс, RE, "Моделирование Время-коррозионного растрескивания в хлорид загрязненных Железобетонные конструкции", ACI журнал Материалы, В. 95, № 6, ноябрь-декабрь 1998, с. 675-680.
8. Алонсо, C.; Андраде, C.; Родригес, J.; и Diez, JM, "факторы, контролирующие растрескивание бетона, пострадавших от коррозии арматуры", материалов и конструкций, V. 31, 1998, с. 435-441.
9. Шаян А., Сюй, A., "Прогресс коррозии и времени до растрескивания в хлоридно-загрязненных Бетон," Известия коррозии и предупреждению 02, Австралийская ассоциация коррозии, Аделаида, Австралия, ноябрь 2002. (CD-ROM)
10. Vu, KAT, "Защита от коррозии индуцированных крекинг и территориального зависящих от времени анализа надежности железобетонных конструкций", кандидатская диссертация, Университет Ньюкасл, Ньюкасл, Австралия, 2003.
11. Стюарт М. Г., Vu, KAT, "Прогнозирование Доля конкретной теме поверхности к коррозии индуцированных трещин и повреждений," Вторая международная конференция по мосту обслуживания, безопасности и управления, Balkema, Роттердам, 2004. (CD-ROM)
12. Стюарт, М., "Пространственная изменчивость коррозионно-индуцированные повреждения и жизненным циклом Стоимость Анализ RC Палубы мост," Вторая международная конференция по мосту обслуживания, безопасности и управления, Balkema, Роттердам, 2004. (CD-ROM)
13. ASTM G1-90, "Стандарт практики для подготовки, очистки и оценка испытаний образцов коррозии", ASTM International, Запад Коншохокен, Пенсильвания, 1990, стр. 8.
14. Уильямсон, SJ, и Кларк, Л., "Эффект от коррозии и нагрузки на усиление прочности," Структурные Engineering International, V. 12, № 2, 2002, с. 117-122.
15. Молина, FJ; Алонсо, C., и Андраде, C., "Обложка крекинг в зависимости от коррозии арматуры: Часть 2-численные модели", материалов и конструкций, V. 26, 1993, с. 532-548.
16. Ovstaas Г. Моргана, DR, "Исследование бетонных пристаней на Эскимолт CFB и прогноз будущей жизни", долговечности строительных материалов и компонентов, а 8: срок службы и управления активами, М. Лакасс и DJ Ванье, ред., В. 1, 1999, с. 46-55.
17. Родригес, Дж. Ортега, LM; Casal, J.; и Diez, JM, "Защита от коррозии арматуры и срок службы бетонных конструкций", Труды 7-й Международной конференции по долговечности строительных материалов и компонентов, C. Сджостром, изд ., E
18. Сада, K.; Misra, S.; и Мотохаси, К., "Защита от коррозии Продукция Арматура уложенные в бетон," Защита от коррозии науки, V. 35, № 5 по 8, 1993, с. 1543-1549.
19. Уильямсон, SJ, и Кларк, Л. А. давления, необходимого для Причина Обложка растрескивание бетона Из-за коррозии арматуры, "Журнал конкретных исследований, В. 52, № 6, 2000, с. 455-467.
20. Оцу, М., Yosimura, S., "Анализ трещин и трещин из-за коррозии арматуры," Строительство и строительные материалы, V. 11, № 7 и 8, 1997, с. 437-442.
21. Хансен, EJ, и САУМА, В. Е., "Численное моделирование железобетонных Ухудшение: Часть IIC сталь от коррозии и растрескивание бетона", ACI материалы Journal, V. 96, № 3, май-июнь 1999, с. 331-338.
22. Маруяма, K.; Такаока, Ю. и Shimizu, К., "Крекинг поведения бетона в результате коррозии арматуры," Труды Института Японии бетона, V. 11, 1989, с. 163-170.
23. Rasheeduzzafar "Аль-Саадун, SS; и" Аль-Gahtani, AS ", коррозионного растрескивания в связи с Бар Диаметр, обложка, и конкретные качества", журнал материалов в строительстве, ASCE, Т. 4, № 4, 1992, с. 327-342.
24. Бажант, ZP, "Физическая модель коррозии стали в море структуры теории," Журнал структурной отдела ASCE, V. 105, № ST6, 1979, с. 1137-1153.
25. Бажант, ZP, "Физическая модель коррозии стали в море структур-приложения" Журнал структурного подразделения, ASCE, V. 105, № ST6, 1979, с. 1155-1166.
26. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318M-02) и Комментарии (318RM-02)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 2002, 443 с.
27. Стюарт, М.; Vu, KAT и Маллард, J., "Защита от коррозии индуцированных инициирования трещины и ее распространения для железобетонных конструкций: экспериментальные данные и прогнозных моделей," Доклад исследований Нету 247.06.2004, Центр производительности и надежности инфраструктуры, школа технических наук, Университет Ньюкасла, Ньюкасл, Австралия, 2004.
28. Saifullah М., Кларк, Л. Г. Влияние скорости коррозии на прочность в Коррозия арматуры, "Коррозия и защита от коррозии стали в бетоне, Труды международной конференции, состоявшейся в Университете Шеффилда, Р. Свами, под ред. Шеффилд Academic Press, 1994, с. 591-602.
29. Эль Maaddawy Т.А., Soudki, К., "Эффективность впечатлением Текущий Техника для имитации коррозии стальной арматуры в бетоне," Журнал материалы в области строительства, V. 15, № 1, 2003, с. 41-47.
30. Mangat П., Elgarf, М., "Прочность на изгиб бетонных пучков с разъедает усиление", ACI Структурные Journal, V. 96, № 1, январь-февраль 1999, с. 149-158.
31. Vu, KAT, и Стюарт, М., "Структурная надежность железобетонных мостов включая улучшение хлоридно-коррозии, вызываемой модели," Структурные безопасности, Т. 22, № 4, 2000, с. 313-333.
32. Aligizaki, KK, "Моделирование растрескивание бетона из-за коррозии вложенных усиление", кандидатская диссертация, Университет штата Пенсильвания, University Park, Пенсильвания, 1999.
Ким Ву является лектором в структурное подразделение строительный отдел архитектурно-строительный университет Ханоя, Ханой, Вьетнам. Она получила BE от Ханоя архитектурно-строительный университет, ME от Ханоя строительный университет, степень доктора в Университете Ньюкасла, Ньюкасл, Австралия, в 2004 году. Ее исследовательские интересы включают работоспособности и зависящие от времени пространственного анализа вариабельности железобетонных конструкций в агрессивных средах.
М. Г. Стюарт доцент Центр инфраструктурных производительность и надежность, техническая школа, университет Ньюкасла. Он получил докторскую степень в 1988 в университете Ньюкасла. Его исследовательские интересы включают моделирование стохастических ухудшения, структурных и работоспособности надежность, вероятностные оценки рисков и жизненного цикла, затрат и принятия решений.
Джон Маллард является аспирант Центр инфраструктурных производительность и надежность, техническая школа, университет Ньюкасла. Он получил BEng из Университета Ньюкасла в 2004 году. Его исследовательские интересы включают коррозионного растрескивания вызванных бетонных сооружений, пространственных зависящих от времени анализа надежности и жизненного цикла, оптимизации затрат на содержание, и ремонт железобетонных конструкций.