Долгосрочный мониторинг из углеродного волокна, усиленного Полимер-обернутая железобетонных колонн в условиях острого окружающей среды
Коррозия арматуры в железобетонных конструкций является одной из основных проблемой, затрагивающей североамериканских инфраструктуры. Волоконно-армированных полимеров (FRPS) имеют выдающиеся свойства, такие как высокая прочность, долговечность и устойчивость к электрохимической коррозии. Использование FRP обертывания и их эффективность в восстановлении целостности ржавых железобетонных конструкций, а также их влияние на коррозионную активность, по-прежнему идет речь.
Данная статья посвящена вызывая коррозию в столбцы, используя агрессивную среду, которая имитирует природный коррозии и использования углеродных FRP (углепластика) обертывания по ремонту поврежденных коррозией железобетонных колонн. В эксперимент включено 12 крупномасштабных круговой колонн 300 Десять колонн было подано 3% NaCl (по весу цемента) смешивают с водой затворения в наружном 75 мм (3 дюйма) в толщину кольца. Остальные две колонны были чистыми и используются в качестве контрольных образцов (один завернуты и развернул один). Хлоридно-десять груженых колонны коррозии использования агрессивной среде. Эксперимент включены электрохимического извлечения хлорида (ЕЭК), лечение на четыре колонны следуют углепластика перенос восемь колонн. Исследования был сделан вывод, что углепластика обертывания наносится на поврежденных коррозией железобетонных колонн снизит скорость коррозии арматуры и восстановления структурной целостности столбца. ЕЭК и упаковки сочетание обеспечивает наилучшую защиту от коррозии будущем.
Применение обертывания будут более эффективными при применении на ранних стадиях появления коррозии. Сила завернутый колонны была очень близка к завернутый колонке управления ..
Ключевые слова: коррозия; волокон, полимеров, стали.
ВВЕДЕНИЕ
Коррозии стали в железобетонных конструкций во всем мире несколько миллиардов долларов задачи. Хотя коррозии стали редко отвечает за основные структурные проблемы, работоспособность структура будет оказывать значительное влияние коррозии арматуры с течением времени. Проблема коррозии стали очень видное место в гаражи и шоссейных мостов, где снег загрязненных противообледенительной солью часто плеснул в зимние и весенние месяцы.
Условия окружающей среды играют важную роль в формировании клеток коррозии железобетонных элементов. Влаги, кислорода и агрессивных видов (например, хлориды), должны быть найдены в бетоне на уровне стали приступить к коррозии. Лишь некоторая смесь из этих элементов будет обеспечить продолжение коррозионной активностью. Погружные или очень сухой бетон не будет ржаветь из-за кислородного голодания и влаги, соответственно. Кроме того, отсутствие хлоридов позволит образованием защитной пленки оксида вокруг стальной прут, предотвращения дальнейшей коррозии.
Приемом для модернизации ухудшилось столбцов поверхности исправления, что не мешает будущем коррозии происходит. Таким образом, долгосрочное лечение для предотвращения проникновения хлоридов бетона. Кроме того, уплотнения бетона от влаги и попадание воздуха будет успешно уменьшить коррозионную активность по задушить катодной реакции.
Упаковка железобетонных колонн с армированной волокном полимера (FRP) листов был оценен многими исследователями в течение последних нескольких лет. Упаковка в основном используется в качестве сейсмических переоборудования и модернизации technique.1, 2 FRPS как ожидается, окажут значительное воздействие на конкретные отрасли в основном для их высокой прочности / соотношение веса и неметаллических характер. По сравнению с другими методами модернизации, таких как сталь или бетон оболочки, применяя FRP обертывания на бетонных колонн, быстрая и простая процедура, при меньших затратах труда и времени. В дороге колонны моста, то это означает, что трафик перерыв, как правило, короче.
FRPS имеют линейную, nonyielding напряженно-деформированное поведение с очень высокой прочностью на растяжение. FRPS будет инкапсулировать ржавые колонны и предотвратить ранние признаки ухудшения от показа на бетонную поверхность. Поверхностные трещины и пятна ржавчины не будет развиваться до самого последнего этапа коррозии и даже не видно, потому что они будут скрыты под FRP обертываний. Таким образом, продолжение коррозионной активности в завернутый колонны и влияние FRP обертывания на скорость коррозии необходимо тщательно изучить и оценить, прежде чем использовать такой ремонт техники на больших масштабах.
Немного научно-исследовательских проектов были осуществлены на сегодняшний день для решения этой проблемы ,3-10 и создание коррозии образцов, испытанных в основном с использованием текущих впечатление technique3-5, в отличие от природных corrosion.6-9 впечатление текущего техника широко используется, поскольку она управляема и быстро. Это приводит к неестественной продуктов коррозии и повреждений, однако, что может дать заблуждение conclusions.3, 11 Более того, любая попытка контроля коррозионной активности в период после упаковки не будет соответствовать prewrapping состояние, потому что коррозии искусственных до упаковки . Последние демонстрационные проекты показывают перспективы для применения FRP обертывания для коррозии protection.12-14
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Настоящее исследование является первой в мире принять использования природных средств для создания коррозии колонны испытания до и после реабилитации. Агрессивных сред с высокой температурой и морских была использована при повышенной ставки коррозии железобетонных образцов. Тех же условиях была использована и в период после упаковки для изучения эффективности углепластика обертывания в прекращении или уменьшении коррозионной активностью. Последовательности в окружающей среде и ее элементы, которые позволяют экспериментировать аналогичные полевых условиях. Картина деградации и составляющих продуктов коррозии точно создан в лаборатории. Самое главное, после ремонта коррозионной активности электрически не вынужден, в отличие от предыдущих исследований, и в соответствии с фактическими ремонтных работ.
МАТЕРИАЛЫ
Бетон
Все колонны были отлиты с использованием тех же бетонной смеси с 28-дневным расчетной прочности 35 МПа (5,08 KSI). Кастинг колонны с различными бетонной смеси в ядро, чем в наружном кольце стало возможным с помощью металлической трубки, которая была снята медленно, по мере прогрессирования процесса конкретного места размещения. Сила измерялась после 4 лет, с использованием стандартного размера цилиндров, которые хранились с момента изготовления. Средняя численность измерялась 44,1 МПа (6,4 KSI). Эта сила не должна отличаться от 28-дневного силы, потому что цилиндры хранились в сухом помещении в laboratory.15 детали бетонной смеси приведены в таблице 1.
Арматурная сталь
Свойства стали не были оценены в момент изготовления, но три образцов стали получены из той же партии использовали для изготовления клетки были позже проверены и дали среднем пределом текучести 438 МПа (63,5 KSI) на штамм 0,0023, Средний предел прочности 644 МПа (93,4 KSI), а модуль упругости 200,4 МПа (29
Углепластика обертывания
Упаковки в рамках программы было сделано с использованием углеродных FRP (углепластика) листах. Решение об использовании углеродных, а не стекло основе листов в основном из-за превосходные механические и прочностные характеристики углеродных FRP. Свойства листов подробно изложены в таблице 2, как это предусмотрено заводом-изготовителем. Листы были применены вручную с помощью двух частей эпоксидной смолы, указанный для углеродного листа.
Экспериментальная программа
Исследовательской программы включали в себя две параллельные эксперименты по использованию углепластика обертывания по ремонту поврежденных коррозией железобетонных колонн. Основной эксперимент включено 12 крупномасштабных круговой столбцов. Десять колонн было подано 3% хлоридов в наружный 75 мм (3 дюйма) в толщину кольца, как показано на рис. 1. Остальные две колонны были чистыми и используются в качестве контрольных образцов. Хлоридно-десять груженых колонны коррозии использования агрессивной среды создан в университетской лаборатории. В эксперимент включено электрохимического извлечения хлорида (ЕЭК), лечение на четыре колонны следуют углепластика перенос десять столбцов. Общая продолжительность эксперимента было 44 месяцев, с апреля 1998 по декабрь 2001 года.
Во втором эксперименте участвуют 52 мелких усиленный цилиндров. Цилиндры коррозии с использованием как агрессивной среды и впечатление современных методов для целей сравнения. Внедрение углепластика обтекает цилиндров был сделан на несколько этапов, в том числе precorrosion упаковки для расследования эффективности углепластика обертывания при нанесении на колонках с различными уровней коррозии-точка, не изучали в основном эксперименты из-за ограниченного числа столбцы доступны. Подробная информация о втором эксперименте были опубликованы в других изданиях; 8,9 работе представлены результаты из колонок контроля и упаковки.
График всего эксперимента была разделена на следующие этапы:
1. Начало коррозии в колонках в определенной степени удовлетворительным использованием квази-природными агрессивной среды;
2. Применение ЕЭК техники на четыре колонны (5, 8, 9 и 10);
3. Применение FRP обтекает ее по восемь колонн (все, кроме 1 и 6), в том числе четыре колонны лечение в 2 этапа;
4. Причинение всей группы столбцов с тем же агрессивной среды в период после ремонта мониторинга коррозионной активностью;
5. Тестирование восемь колонн (1, 2, 5 на 7 и 10 до 12) на провал при осевом сжатии, в результате чего четыре колонны завернутый в течение длительного воздействия, а также
6. Изучение состояния арматуры использованием судебной экспертизы.
Таблица 3 очертания сроки и распределение колонны во время основные этапы эксперимента. Колонны CU и CW являются контрольными образцами, которые были использованы только в испытание на сжатие в конце фазы мониторинга коррозии, они контроля развернул и завернутые столбцов соответственно.
План был разработан в этой конфигурации для достижения двух основных целей исследования: создание коррозии естественным образом использовании суровых условиях, и исследование коррозионной активности после применения FRP обертывания, как ремонт техники.
Коррозия начала программы
Инициирования и ускорения коррозионной активности в колонках испытания в этом исследовании было сделано с использованием природных условий, аналогичных тем, которые найдены на местах, но возведен в строгости. Это направление было принято, в отличие от коррозии гальваностатических системы, которые использовались в предыдущих исследованиях. Основными компонентами системы, используемой в данной работе морских, которые моделировали нападения противообледенительной солью моста колонны и высокие температуры, что ускоренный темп коррозии.
Некоторые изменения были внесены по установке в ходе коррозионно-начало периода для достижения оптимального коррозионных условиях. Различных конфигураций могут быть описаны в порядке их применения:
1. Колонн сидели 300 мм (12 дюймов) в глубине морской (3% NaCl по массе) при комнатной температуре в течение первых 12 месяцев, а в столбцах были забрызганы эту воду на несколько минут каждый день, чтобы обеспечить влаги. Частые тестирования скорости коррозии в течение этого периода указывает на низкой коррозионной уровнях;
2. Для увеличения скорости коррозии, решение было принято после 12 месяцев до внедрения высоких температур на колонны. Обзора литературы сделан вывод, что скорость коррозии увеличится в десять раз быстрее при температуре 50 ° C (122 ° F), чем на 10 до 20 ° C (от 50 до 68 ° F), 16 было принято решение, то сделано, чтобы повысить температуру от среднего температуру в помещении от 20 ° C (68 ° F) с высокой стоимостью 50 ° C (122 ° F). Этот уровень температуры очень часто в различных частях мира, таких, как Персидский залив, где экстремальные природные условия вызывают железобетонных конструкций страдает сильной коррозии после всего лишь 12 месяцев после casting.17 Этот выбор был достигнута за счет создания хорошо изолированные камеры , который содержал десять столбцов, а затем отопления морских решения с использованием погружных водонагреватель. Температура контролировалась с использованием тепловой датчик подключен к электрической розетке. Рис 2 показана схема камеры сверху зрения;
3. Скорость коррозии в условиях высоких температур увеличился, как ожидалось. Тем не менее, было установлено, что очень высокая влажность (более 95%) были созданы в камере из-за нагрева воды до 50 ° C (122 ° F). Было признано, что в то время как выше скорости коррозии были достигнуты, кислородное голодание может иметь место во времена очень высокой влажности воздуха и будет остановить коррозию в эти периоды. Другая модификация была сделана установка на День 830 с самого начала, удалив нагреватели воды, снижение уровня воды лишь 150 мм (6 дюймов), а также размещение обогревателя непосредственно над ватерлинией. Подход с подогревом комнату требуется 50 ° C (122 ° F), а он держал уровень влажности примерно от 70 до 80%. Эта конфигурация оказалась эффективной, как показано в скорости коррозии измеряется в течение этого периода, и
4. Наконец, температура в помещении была снижена до 40 ° C (104 ° F), чтобы избежать создания усушка проблемы в день 1078, особенно при вертикальных трещин вдоль стальной арматуры от коррозии, добились успехов в длину и различные сегменты были трещины соединения вместе. После того как вертикальные трещины были созданы на протяжении большей части высота колонны, риск расширения трещины из-за усадки бетона, стали больше.
Конфигурации описано в шаге 4 году сохранилось до удаления столбцов в ноябре 2001 года (1314 дней). В разделе "Обсуждение этого документа, основной первые три этапа были отмечены пунктирными линиями и пронумерованы на каждую цифру сопоставить каждой конфигурации, чтобы его влияние на пункт обсуждался этот показатель. Линейной поляризации сопротивления (LPR) метод был использован для измерения скорости коррозии в течение всего периода эксперимента раз в неделю. Измерения были чувствительны к типам и расположению электрод используется. Лучше графики, и, следовательно, лучшие результаты могут быть получены при использовании более инертный электрод, таких как титан сетки, которая охватывает большинство площадь поверхности испытанного образца. Использование внешних электрод было доказано, что точная и универсальная альтернатива.
Хлорид добычи лечения
Техника ЕЭК старых, метод удаления ионов хлора из загрязненных конкретные путем передачи постоянного тока между внутренней арматуры и внешнего электрода. Этот ток носит этих отрицательных ионов хлорида за пределами конкретного органа. Лечение проводилось на столбцы 5, 8, 9 и 10. Для оценки эффективности лечения ЕЭК, содержание хлоридов конкретных измеряли до и после процесса. Бетонные образцы были взяты из трех местах на каждой колонке для анализа. Каждый образец 150 до 180 мм (от 6 до 7 дюймов), пробуренных в основной столбец, перпендикулярной поверхности к центру колонны, как показано на рис. 3 (а) и (б). Все сердечники были 25 мм (1 дюйм) в диаметре и было пробурено три высоты в 300, 600 и 900 мм (12, 24 и 36 дюйма) от основания колонны. Все три ядра пробурена до лечения ЕЭК были приняты по той же вертикали на каждой колонке. После лечения, еще три ядра были пробурены на той же высоте, и по одной вертикальной линии, а на противоположной стороне от предыдущих ядер.
Это было сделано для сравнимы образцов. Сразу же после бурения каждого набора ядер, отверстия остались были наполнены nonshrinkage цементным раствором для предотвращения любых отставание от происходящих ..
Когда ядра были пробурены, было отмечено, что для всех образцов были сломаны или разлучены, примерно в 75 мм (3 дюйма) глубоко от поверхности колонки. Это свидетельствует о том, что связь между основной колонны и внешней бетонное кольцо, является несовершенным, вероятно, связано с использованием металлической трубки бросить высокого хлорида и низким хлорида бетонов. Несовершенной связи могло бы предотвратить хлорида движение внутрь или наружу колонны сердечника. В нескольких ядер, бурение было близко к спиральной петли и извлечения ядер тяжелых осуществляется пятна ржавчины, которые подтвердили коррозионная активность измерялась с помощью электрохимических методов.
Каждое ядро был разрезан на три части: внешний 30 мм (1,2 дюйма) сегмент, который представляет собой конкретные за стальную клетку (покрытие бетон), средний 45 мм (1,8 дюйма) сегмент, который представлен конкретный за стальной клетке до внутреннего ядра колонны, а внутренний 75 мм (3 дюйма) сегмент, который представлен в конкретных внутреннее ядро колонке. Каждый сегмент растирали в тонкий порошок и проанализированы на общее содержание хлорида по массе бетона.
На рисунке 4 показан профиль общего содержания хлоридов соотношение по массе бетона в колонке 8 в качестве примера. Хлористый профиль был разработан путем построения содержания хлорида, полученные на середину каждого основного сегмента. При сравнении различных профилей хлорид, можно сделать вывод о том, что ЕЭК успешной в уменьшении содержания хлоридов из критических уровней выше 0,4%, что является коррозия порог, ниже 0,2% в большинстве случаев. Эффективность лечения, однако, была выше на обложке бетона, которая согласилась с данными literature.18 Этот эффект объясняется тем, что применяется электрический ток текла между клетки стали и внешней борьбы с электродом, и, таким образом, главным образом повлияло на покрытие бетона.
Снижение содержания хлоридов ниже коррозионного порога в четыре колонны было очень важно для следующего этапа эксперимента, в котором рассматриваются четыре колонны вместе с другим четыре необработанных колонны были завернуты в листы углепластика и вернулся к воздействию окружающей среды. Скорость коррозии на этапе после-ЕЭК-упаковка будет оценивать, если лечение ЕЭК необходимо до упаковки, так как необработанные завернутый колонны содержали высокий уровень хлоридов, которые были выше порога коррозии.
FRP упаковки
Восемь из ржавые колонны были завернуты в этом исследовании: четыре колонны были завернуты после того, как лечение от хлоридов, а четыре других были завернуты в то же время без хлорида лечения. Все колонны были высохнуть в помещении в течение 2 недель до упаковки. Поверхностные трещины, ржавчины месте, и скорость коррозии были зарегистрированы для всех столбцов, незадолго до упаковки.
Эпоксидные был использован для применения листов над колонной. Эпоксидной смешивали в соотношении 3:1 по массе, зашевелилась, и позволило создать в течение 5 минут перед применением. Эпоксидной был замешан в 400 г (0,88 фунта) партий. Эта сумма была достаточно применить один полный слой за весь столбец или между слоями листа.
Каждая колонна была завернута в два непрерывных слоев углепластика с перекрытием 25% от окружности. Два слоя обеспечивают почти такое же действие, как удерживающего бетона на основе теоретического анализа, проведенного авторами, которые будут опубликованы в другом месте. В вертикальном направлении, высота колонны (1200 мм [47,25 дюйма]) была покрыта четыре кольца листов на симметричной основе. Два кольца 500 мм (20 дюймов) ширина каждой из них и другие два кольца были 175 мм (7 дюймов) в каждую, это было сделано, чтобы в течение примерно 50 мм (2 дюйма) перекрытия в вертикальном направлении. Эта конфигурация показана на рис. 5. Обертывания применяются, нет специальной подготовки необходимо завершить начатую работу. Каждая колонна была полностью завернутые в примерно 1 час. Большинство колонн были завернуты в помещении под тягой в то время как ношение защитных масок и перчаток пара.
Потому что колонны будут возвращены в агрессивной окружающей среды после упаковки в период после ремонта коррозионного мониторинга, необходимо было ликвидировать любое проникновение хлоридов, воды и воздуха от развернул части колонны. Было принято решение о закрытии базы вся закутанная колонны и оставить верхнюю необработанных близким к реальным условиям. Столбец базы была покрыта в два слоя каждого из эпоксидной краской, а затем эпоксидной насыщающий.
Сжатие тестовую программу
В конце коррозии и ремонт начало фазы, только восемь из этих колонн были протестированы на провал при осевом сжатии. Остальные четыре колонны остались в экологических камеры в течение длительного воздействия и коррозии контроля за дополнительные 2 года предоставить больше данных о долгосрочной эффективности углепластика обтекает ее по коррозионной активностью. Восемь колонн испытания включены два управления столбцы, которые не подвергались какой-либо коррозионного воздействия.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты мониторинга коррозии
Этот эксперимент участие несколько методов, чтобы следить за ходом коррозионной активности в колонках. Коррозия текущему курсу, который является наиболее точным показателем коррозионной активностью, 19 измерялась нередко используя метод линейной поляризации сопротивления (LPR) .11,20 Half-потенциал клетки измерений были также performed.21 трещин со временем также мониторинг для оценки продолжение коррозионной активностью и состоянием как вертикального, так и спиральных стали. Появление ржавчины в различных местах поверхности бетона был изображен как определенная свидетельствует о высоком коррозии; текстуру и цвет этих пятен было проверить, чтобы убедиться, что продукты коррозии были аналогичны тем, которые содержатся в реальности. В следующих разделах рассматриваются применения этих методов.
Измерения Half-потенциал клетки
Измерения Half-потенциал клетки были проведены с использованием внешнего стандарта каломельного электрода (SCE), которая является наиболее стабильной типа. Потенциальных значений в первые 12 месяцев, были крайне негативно под влиянием погружения электрода в воде. Когда все колонны были помещены в камеру без изоляции во время чтения, потенциальные ценности, были очень похожи на все столбцы, с указанием нежелательный эффект электрического контакта в воде бассейна. Ясно, однако, что все потенциальные ценности, во время этих ранних этапах воздействия были в 90% вероятности от коррозионного диапазон (более отрицательным, чем -425 мВ) 21 различных сред используется для создания коррозии в столбцы должны быть приняты во внимание при анализе измеренных полуэлементом потенциал. Следующие этапы и соответствующие наблюдения:
* Все колонны показал очень высокий отрицательный потенциалы до дня 832, когда они были удалены из экологических камеры для обработки и упаковки. Следует отметить, что каломельного электрода на этом этапе была поставлена на ватерлинии 300 мм (12 дюймов) над базой и прилегающих к колонке для проведения измерений. Потенциал всех столбцов показали очень похожие модели, которые могут свидетельствовать о том, что эти ценности в большей степени затронуты окружающей среды, чем коррозионная активность в столбце. Растущий потенциал в отрицательном направлении, в относительной образом, однако, указанных выше коррозионная активность со временем.
* В период после ЕЭК-обертку, полуэлементом потенциалов измеряется путем размещения электродов на верхней грани колонны были существенно различны для обработанных и необработанных колонны, и ценности были гораздо менее негативно, чем те, измеренных до лечения / упаковки фазе. ЕЭК обработанных столбцов показали менее отрицательным потенциалом (менее отрицательным, чем -450 мВ в среднем), что указывает на более пассивное состояние коррозии. Между тем, необработанных завернутый колонны показали выше отрицательных потенциалов (более отрицательным, чем -400 мВ), что несколько уменьшилась с течением времени. Этот факт контрастирует слегка измерений от коррозии нынешних темпах использования LPR техники, где вся закутанная колонны дали низкой скорости коррозии.
Распространение трещины и пятна ржавчины
Ржавчина пятна были отслежены и учтены в это исследование, чтобы подтвердить эффективность коррозии методика начала использоваться. Пятна начали показывать на бетонной поверхности примерно 12 до 16 месяцев после начала. Они были сосредоточены в середине 1 / 3 из столбцов с тремя-шесть пятен в каждом столбце. Площадь каждого места составляет от 0,5 до 5 см ^ SUP 2 ^ (0,077 до 0,77 в работе SUP 2 ^). Пятен темно-коричневого цвета, сухая текстура, очень похожие на те нашли в полевых структур. В другом наблюдения, ржавчины продукции были замечены заполнения части трещины по высоте колонны, которые подтвердили, что эти трещины коррозии связаны между собой. Рисунок 6 показывает фотографии пятен ржавчины и коррозии заполненных трещин, взяты из колонн перед нанесением ЕЭК процесса и FRP упаковки.
Поверхностные трещины были намечены для расширения на сетке, которые представляют развитые высота колонны, как показано на рис. 7 (который был похож на других столбцов). Отображение было принято на 4 до 6 интервалом в месяц. Только невооруженным глазом с помощью фонарика был использован для поиска трещин. Ширина трещин оценивали с использованием трещины масштабе.
За длительность воздействия, трещины появились первые основном на верхней половине колонны. Горизонтальные трещины раньше, чем вертикальные трещины, но были случайно распределенных, вероятно, из-за небольшого расстояния между спиралями. Вертикальные трещины были очень соответствует расположение вертикальных стальных стержней, они появились на коротких участках в течение нескольких баров в те же сроки, что свидетельствует о коррозии равномерно распределены в течение большей части стальной клетке. Трещины были видны невооруженным глазом после 6 месяцев коррозии инициации.
Вертикальных трещин, значительно увеличился в длину и ширину с течением времени, особенно во время последней фазы начала коррозии, где мелкой соленой воды и горячего воздуха, были использованы. Отдельные участки этих трещин начал подключение к образуют почти прямой линии на каждой вертикальной полосы стали. Ширины трещин значительно увеличилось за тот же этап и достигла 3,0 мм (1 / 8 дюйма) в верхней 1 / 3 колонны. Горизонтальные трещины не развивались такими же темпами, как вертикальные трещины, они несколько возросли число и продолжительность. Тем не менее, они были в основном распределены по верхней 1 / 3 от колонны и не увеличиваются по ширине. Это указывает на один из двух возможных сценариев: либо коррозии тяжелее на вертикальные полосы, а не спиральной стали, или, что крышка / диаметра вертикальной полосы (1,9) регулируется появление трещин, поскольку это же соотношение для спиральных сталь выше (2,2). Первый сценарий, как полагают, причиной трещин особенно потому, что большая площадь спираль стали бы причиной коррозии деятельности, которая будет распространяться на большую площадь и, следовательно, дали меньше концентрации ржавчины ..
Скорость коррозии в различных окружающей среды
Скорость коррозии изменено в соответствии с разных условиях следующим образом:
1. Под температуры в помещении, скорость коррозии была умеренно низких с коррозией плотности тока I ^ ^ к югу корр ниже 0,25 мкА / см ^ 2 ^ SUP .20 изменения в я ^ ^ к югу корр является минимальным за этот период;
2. Когда морских нагревался до 50 ° C (122 ° F), плотность тока коррозии получили значительное увеличение в течение короткого времени до значений от 0,5 до 1,0 мкА / см ^ 2 ^ SUP падения в высокой коррозионной диапазона. Это увеличение колебалось постоянно со временем, возможно, связано с лишением кислорода в результате повышенной влажности, созданные внутри закрытой камеры. Несмотря на колебания в коррозионного тока получить максимальные значения были не такими высокими, как целевые, Таким образом, гораздо дольше, чем могли быть предоставлены для создания коррозионных повреждений не требуется. Другая модификация для установки необходимо, и
3. Сделанный ранее вывод о кислородном голодании было доказано, что правильно, если водонагреватель был удален, и воздух в камере нагревается до того же уровня, используя нагреватель воздуха. На этом этапе, измеренные я ^ ^ к югу корр взлетели до очень больших значений, более 6,0 мкА / см ^ 2 ^ SUP, и оставался высоким на протяжении этого этапа до окончания срока создания коррозии.
Непрерывного мониторинга коррозии плотности тока в течение 30 месяцев до обращения ЕЭК и упаковки к выводу, что предоставление воздуха (кислорода), необходимого для коррозионной активностью может легко повлиять на скорость коррозии. Наиболее эффективным методом ржаветь крупномасштабных железобетонных образцов в натуральной форме, вероятно, их распыление морской в нагретой воздушной среде. Частота распыления зависит от размеров и формы образцов.
Коррозия в пост-упаковка фазы
Рисунок 8 (а) (г) предоставлять исходные данные о влиянии FRP обертывания на коррозию распространения. Как указано в таблице 3 в колонках 1 и 6, не обрабатывались на хлориды, ни завернуты в FRP в ходе эксперимента. Скорость коррозии измеряется за 240 дней на всю группу колонки после обработки / упаковка показали резкий спад в коррозионной активности в восемь колонн завернуты по сравнению с двумя развернул столбцов. Коррозия плотности тока упало ниже 0,2 мкА / см ^ 2 ^ SUP для завернутый колонны в то время как они по-прежнему высока для развернул столбцы со значениями значительно выше 1,0 мкА / см ^ 2 ^ SUP в среднем. Влияние хлорида обработки на коррозионную активность возникает вторичный эффект упаковки, средняя плотность тока коррозии в четыре колонны лечение хлорида составлял примерно 0,12 мкА / см ^ 2 ^ SUP, которая была несколько ниже, чем у необработанных колоннами, среднее значение 0,18 мкА / см ^ 2 ^ SUP. Этот факт может свидетельствовать о применении углепластика обертывания имеют сильное влияние на кислород / попадания влаги и, следовательно, коррозионная активность, независимо от присутствия хлорид-ионов в конкретных тела.
Продолжение высокой коррозионной активностью в развернул колонны подтверждает этот вывод. Такой же вывод был также из результатов мелких цилиндров, как в предыдущих publications.8, 9.
Стали массовые потери
Стали потеря массы был рассчитан на гравиметрические и теоретических выражений. Оценка была проведена для каждого этапа эксперимента, чтобы сравнить эффективность каждого из окружающей среды использоваться и эффект ЕЭК лечения и упаковка FRP.
Теоретическая масса потерь была преобразована из измеренной коррозии плотности тока через показывает Фарадея equation.19 Таблица 4 общая потеря массы выражается в г / см ^ 2 ^ SUP от поверхности стали для различных столбцов. Потеря массы была также выражена в одном подразделении сутки воздействия сравнить влияние различных средах используются. Десять колонн были разделены на три группы в зависимости от хлорида лечение и ремонт применяются. Как показано в таблице, действие последней среды используется (нагретого воздуха) был значительно выше, чем в предыдущей конфигурации. Среднесуточная потеря массы на этом этапе, были в четыре раза больше, Фаза II и четыре-восемь раз, что фазы I. Если сравнивать потери массы в пред-и пост-ремонтных периодов для различных столбцов, можно сделать следующие выводы быть произведена:
1. Коррозионное воздействие окружающей среды, используемые в Фаза III продолжал выпускать высокой коррозионной активностью за последние 214 дней. Среднесуточная потеря массы в этот период примерно в три раза больше, Фаза III в период до ремонта;
2. Упаковка FRP оказало глубокое влияние на коррозионную активность во всех завернутый столбцов. Среднесуточная потеря массы в свернутом столбцов в период после ремонта составляет от 0,05 и 0,10 того, что в развернутом столбцов и
3. Применение хлорида лечение поврежденных коррозией колонн перед нанесением FRP обертывания были относительно менее значительное влияние на коррозионную активность по сравнению с эффектом обертываний. В то время как средние ежедневные потери массы в ЕЭК лечение / завернутый колонны составляет приблизительно 1 / 2, что при отсутствии лечения / завернутый колонны, разница была очень мала по сравнению с разницей между завернуты и развернул столбцов.
Визуальный осмотр стали
В конце фазы коррозионного мониторинга, восемь колонн были протестированы на провал при осевом сжатии. После завершения сжатия испытания стальной клетке каждого столбца был произвести визуальный осмотр, чтобы оценить состояние арматуры и степени коррозии.
Стальной клетки в двух колонках контрольных ржавчины, свободной, как ожидалось. На другом конце, стальной клетки столбцов 1 и 6 (развернул в ходе эксперимента) были сильно проржавели. Спиральной стальной был толстым слоем ржавчины, в основном на внешней стороне панели; внутренней стороне спираль было меньше коррозии, но до сих пор считается, что высокая коррозионная. Эта модель была однородной по верхней 800 мм до 1000 мм (от 32 до 40 дюймов) колонны, как показано на рис. 9, тем меньше 200 до 400 мм (от 8 до 16 дюймов) из колонны менее прочным, ржавчины и более растворимых продуктов. Это согласовывалось с подводной состояния в нижней части колонны. Коррозии стали спираль была достаточно высокой, в некоторых районах, чтобы полностью удалить ребра бар и проникнуть 1 до 2 мм (0,039 до 0,078 дюйма) в основной части панели. Аналогичный вывод был сделан на вертикальных стальных, но с менее равномерное распределение. Толстый слой ржавчины на спираль стали была нанесена на покрытие бетона как показано на рисунке.
Столбцы 5 и 10, которые были лечить с использованием ЕЭК техники, прежде чем завернуты в листы углепластика, существенно разных условиях ржавчины. В графе 5, спираль стальной был легкий слой коррозии на отдельных пятен, и вертикальных стальных был свет коррозии на внешней стороне баров и почти нет ржавчины на внутренней стороне. Это также согласился с коррозионной измерений тока и подразумевает, что пятен ржавчины должны были prewrapping коррозии этап посвящения.
Общий эффект обертывания углепластика
Углепластика обертывания оказали значительное влияние как на скорость коррозии в период после упаковки и механического поведения этих колонн при проведении испытаний на осевое сжатие. Коррозия колонны завернуты только с двумя слоями листы углепластика развитыми навыками в непосредственной близости от неповрежденных завернутый колонки управления и выше, чем ржавые колонке завернутый перед испытание на сжатие. Эти данные подтвердили вывод из электрохимических измерений на скорость коррозии, изложены ранее. Подробная информация о пакете механические характеристики колонн при осевом сжатии будут представлены в других странах.
ВЫВОДЫ
Работ, выполненных в течение 44 месяцев на коррозию крупных армированные колонны конкретных позволили сделать следующие выводы, касающиеся окружающей среды использовали, влияние хлорида лечения, а также эффективности углепластика обертывания:
1. Создание коррозии в крупных железобетонных образцов, таких как те, которые используются в данном исследовании, может быть достигнуто путем предоставления нагретого воздуха в сочетании с низким уровнем пруд морских или опрыскивания. Коррозионной активностью более чувствителен к воздуха (кислорода), а не наличие влажности. В зависимости от размера и типа образцов, испытанных, использование частые опрыскивания морских условиях высоких температур воздуха будет наиболее эффективным методом для создания, коррозии. Распыление только необходимо в течение нескольких минут каждый день, чтобы доставить влаги необходимости;
2. Использование полуэлементом потенциальных отображение предсказать местоположение высокой коррозионной активностью в образцах размеры, используемые в лаборатории, не может быть точной техники. Непосредственной близости от арматуры препятствует обнаружению высокоактивных коррозии местах. Полуэлементом потенциал может быть оценен для всего образца судить о состоянии образца в целом, а только для сравнения;
3. Электрической изоляции образцов сгруппированы (то есть, отключения электрической цепи электролита, связывающей всех экземпляров) имеет очень важное значение с точностью до электрохимических измерений. Half-потенциал клетки измерений и испытаний LPR чувствительны к электрического контакта с другими образцами;
4. Коррозии арматуры клетке зависит от покрытия / бар диаметру. В этом эксперименте коррозии вертикальных стальных был тяжелее, чем в спиральных стали. Это нашло свое отражение на вертикальных трещин совпадает с арматурного проката, эти трещины значительно увеличились в ширину с течением времени в отличие от ограниченных горизонтальными трещинами;
5. Применение углепластика обертывания на поврежденных коррозией армированные колонны конкретных значительно замедляет скорость коррозии. Средняя скорость коррозии в свернутом образцов была меньше 10%, что в развернутом образцов. Это была получена в соответствии с условиями, используемых в этом эксперименте и не должны непосредственно применяться к проектам на местах без дальнейшего расследования этого вопроса, и
6. Для поврежденных коррозией колонн, завернутые в полный рост с листы углепластика, извлечение ионов хлора не может требоваться до упаковки. Обертывания оказывают глубокое влияние на проникновение кислорода и влаги в бетон тело, и поэтому переиграть влияние хлоридов. Кроме того, хлористый лечения, доказавших свою эффективность в устранении хлоридов только в непосредственной близости от стальную клетку, а не весь конкретного органа.
Ссылки
1. Хокинс, GF; Стекел, GL, и Бауэр, JL, "Квалификация композиты сейсмической Модернизация мост Столбцы", Труды 1-й Международной конференции по прочности армированного волокном полимера (FRP) Композиционные материалы для строительства, Benmokrane и Рахман, ред. , Шербрук, Канада, 1998, с. 25-36.
2. Чай, YH; Пристли, MJN и Seible, F., "Сейсмическая Модернизация циркуляр колонны моста для повышения производительности при изгибе", ACI Структурные Journal, В. 88, № 5, сентябрь-октябрь 1991, с. 572-584.
3. Боначи, J.; Томас, M.; Maalej, М., Ли, C.; Херн, N.; Pantazopoulou, S.; и Шейхе, S., "Лаборатория моделирования от коррозии железобетонных и ремонт с углепластика обертывания, "Материалы, СБСЕ Ежегодная конференция, Галифакс, Новая Шотландия, Канада, июнь 1998, с. 653-662.
4. Ли, C.; Боначи, J.; Томас, M.; Maalej, M.; Khajenpour, S.; и Херн, N., "ускоренной коррозии и ремонт железобетонных колонн Использование углепластика бюллетени," Canadian Journal строительства , V. 27, № 5, октябрь 2001, с. 949-959.
5. Pantazopoulou, S.; Боначи, J.; Томас, M.; Шейх, S.; и Херн, N., 2001, "Ремонт поврежденных коррозией Колонны с FRP Обертывания" Журнал композиты для строительства, ASCE, В. 5, № 1, февраль 2001, с. 3-11.
6. Мильман, L., "углепластика Обертывания для коррозии Ремонт RC Столбцы", Мэн тезис, Департамент строительства, Университет Торонто, Онтарио, Канада, 2001, 120 с.
7. Berver, EW; Фаулер, DW; Jirsa, JO, а также пшеница, HG, "Защита от коррозии в FRP пленку бетона Участники", 9-я Международная конференция и выставка: Структурные Ремонт Неисправности 2001, Лондон, июль 2001. (CD-ROM)
8. Debaiky, A.; Грин, М. Ф., и надежды, BB, "углепластика Обертывания для коррозии контроль и реабилитация железобетонных колонн," ACI журнал Материалы, В. 99, № 2, март-апрель 2002, с. 129-137.
9. Debaiky, A.; Грин, М. Ф., и надежды, BB, "Коррозия FRP пленку RC-Баллоны долгосрочных исследований в условиях острого Воздействие на окружающую среду", неметаллических (FRP) Арматура железобетонных конструкций, Труды 5-й Международный симпозиум (FRPRCS-5), Кембридж, июль 2001, т. 2, с. 1073-1082.
10. Вуттон И., Спайнхор, L.; и Яздани, N., "Защита от коррозии стальной арматуры в углепластика упакованные цилиндры," Журнал композиты для строительства, V. 7, № 4, 2003, с. 339-347.
11. Надежды, BB; Page, JA и Ip, AKC, 1986, "Скорость коррозии стали в бетоне", цемента и бетона исследований, V. 16, № 5, с. 771-781.
12. Сен Р., "Успехи в применении FRP для ремонта коррозионных повреждений," Прогресс В строительной техники и материалов, V. 5, № 2, 2003, с. 99-113.
13. Маллинс, G.; Сена, R.; Suh, К. и Уинтерс, D., "Демонстрация подводный ремонт FRP," Бетон International, V. 28, № 1, январь 2006, с. 1-4 .
14. Маллинс, G.; Сена, R.; Suh, К. и Уинтерс, D., "Подводный Ремонт FRP предварительно напряженных свай-Бридж-Крик Аллен," Журнал композиты для строительства, ASCE, т. 9, № 2 , 2005, с. 136-146.
15. Вуд, SL, "Оценка долгосрочных свойств бетона," ACI журнал Материалы, В. 88, № 6, ноябрь-декабрь 1991, с. 630-643.
16. Фукс П., "Бетон в теплой и сухой окружающей среде соленой," Бетон, V. 29, № 1, 1995, с. 34-39.
17. Тредауэй, KWJ, "Влияние качества бетона на карбонизации в условиях Ближнего Востока-Предварительные исследования," Коррозия арматуры в бетонной конструкции, А. П. кран, под ред. Общества химической промышленности, Лондон, 1983, с. 101-118.
18. Ihekwaba Н.М., Надежды, BB и Ханссон, CM, 1996, "Структурные Влияние формы по реабилитации вертикальных железобетонных конструкций ЕЭК Техника", цемента и бетона исследований, V. 26, No 1, с. 165-175.
19. Брумфилд, ДП, Коррозия стали в бетоне: Понимание, расследования и ремонт, E
20. ASTM G 59-97, "Стандартный метод испытаний для проведения измерений сопротивления Потенциодинамические поляризации", ASTM International, Запад Коншохокен, Пенсильвания, 1997, стр. 4.
21. ASTM C 876-87, "Стандартный метод испытаний для Half-Сотовый Потенциалы Немелованная арматурная сталь Бетон," ASTM International, Запад Коншохокен, Пенсильвания, 1987, стр. 4.
Ахмед С. Debaiky является доцент Benha высшего технологического института, Benha, Kalyobia, Египет. Он получил степень бакалавра из Университета Айн-Шамс в Каире, Египет, в 1993 году, степень магистра из Университета Конкордия, Монреаль, Квебек, Канада, в 1997, и его кандидат от Королевского университета в Кингстоне, Онтарио, Канада, в 2002 году. Его исследовательские интересы включают моделирование долговременного поведения предварительно напряженных железобетонных мостов, восстановление железобетонных конструкций, а также использование армированных волокном полимера мостов и сооружений.
Входящие в состав МСА F. Марк Грин является адъюнкт-профессором на факультете гражданского строительства университета королевы. Он является членом комитета ACI 440, армированных полимерных усиление. Его исследовательские интересы включают динамики мостов и применения современных композитных материалов на мосты.
Brian B. Надежды, ВВСКИ, является бывший председатель комитета МСА 222, коррозии металлов в бетоне, а также является членом комитета ACI 201, прочность бетона.