ОЦЕНКА ПОТЕРИ КОРРОЗИИ СТАЛЬНОЙ АРМАТУРЫ В БЕТОНЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИЗМЕРЕНИЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЛИНЕЙНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

Д. У. Лоу и Дж. Дж. Кэрнс, Департамент гражданского и морского строительства, Heriot-Watt Университет, Эдинбург, Великобритания
С. Г. Миллард и Дж.Х. Банджи, факультет гражданского строительства, Ливерпульский университет, Ливерпуль, Великобритания

Аннотация

Приведены фактические и прогнозируемые данные о потере веса для ряда стержней из мягкой стали, содержащихся в бетоне OPC, подвергнутых трем различным режимам окружающей среды и отслеживаемых с использованием потенциостатически контролируемых измерений сопротивления линейной поляризации. Три комплекта железобетонных образцов были подвергнуты либо

• коррозия, вызванная хлоридами,
• коррозия, вызванная карбонизацией
• контрольная среда без коррозии.

Каждый набор образцов подвергался ежедневному увлажнению и сушке в контролируемой среде в течение 1700 дней. Было проведено два набора испытаний примерно через 1200 дней и 1700 дней. Перед литьем стержни из мягкой стали по отдельности очищали и взвешивали. Потерю веса каждого стержня из-за коррозии регистрировали в конце периода воздействия. На каждом стержне через равные промежутки времени в течение времени воздействия проводились мгновенные измерения коррозионной стойкости с линейной поляризацией. Затем эти измерения сопротивления были интегрированы для оценки прогнозируемой общей потери веса. Результаты показывают, что потеря веса, оцененная по экспериментальным измерениям сопротивления линейной поляризации, дает значительное завышение фактической зарегистрированной потери веса.

Введение

Проблема точной и быстрой оценки скорости коррозии стали в железобетонных конструкциях уже давно является проблемой для отрасли гражданского строительства. Был разработан ряд электрохимических методов для оценки коррозионного равновесия и скорости коррозии арматурной стали на месте. Затем эти данные можно использовать для оценки оставшегося срока службы железобетонной конструкции [1-3]. Однако, хотя мгновенная скорость коррозии может использоваться в качестве ориентира для оценки вероятной потери стали, остаются сомнения относительно точности этих методов мониторинга и надежности таких оценок.

Сопротивление линейной поляризации

стало хорошо зарекомендовавшим себя методом определения мгновенной скорости коррозии поверхности арматурного стального стержня в бетоне. Ток коррозии, I _corr , определяется [4] как:

B – постоянная Штерна-Гири
р _ct – сопротивление переносу заряда

Значение 25 мВ было принято для активных коррозионных стальных стержней и 50 мВ для пассивных условий. В данном исследовании за активную коррозию принималась такая, при которой значение R _ct для поверхности прутка было менее 10 кВт/см.

Для измерения R _ct поверхность арматурного стального стержня поляризуют от его равновесного потенциала небольшим перенапряжением, D E, обычно в диапазоне от 10 до 30 мВ. Результирующий ток затем отслеживается в конце выбранного периода времени, обычно от 30 секунд до 5 минут.

Для оценки плотности тока коррозии i _corr необходимо точно знать площадь поверхности A поляризованной стали. Затем скорость коррозии можно сопоставить с плотностью тока коррозии и средней скоростью проникновения коррозии, таблица 1

Экспериментальные исследования

Всего было изготовлено 27 лабораторных образцов, состоящих из трех комплектов по девять образцов. Каждый набор образцов подвергался воздействию одного из трех различных режимов окружающей среды. Режимов было:

• Воздействие хлоридов (питтинговая коррозия),
• Воздействие карбонизации (равномерная коррозия)
• Среда, богатая азотом (без защиты от коррозии).

Три набора образцов были помещены в три шкафа контроля микроклимата. Все образцы подвергались ежедневному циклу 22-часовой сухой/2-часовой влажной уборки. Это было изменено на 6-дневный сухой/1-дневный влажный цикл для образцов, подвергшихся воздействию карбонизации, после первоначального тестирования. Режим воздействия окружающей среды оставался прежним для образцов, содержащихся в хлоридном шкафу. Электрический вентилятор использовался во время цикла сушки для увеличения скорости сушки на начальных этапах экспозиции. Воздействие хлорида достигалось смачиванием образцов распылением с использованием 1-молярного раствора хлорида натрия. Полная карбонизация за пределами глубины стальных стержней была достигнута путем воздействия на образцы 100% CO

Девять образцов в каждом шкафу были разделены на три группы. Каждая группа содержала различные типы анкерных стержней, которые использовались в последующих испытаниях на коррозию/клейкость. Каждый из трех образцов в группе должен был быть испытан в разное время для сбора данных при разных уровнях коррозии. На сегодняшний день было проведено две серии испытаний, третья серия испытаний должна быть проведена, когда уровни коррозии достигнут более высокого уровня. Каждый образец (рис. 1) содержал два стержня из мягкой стали диаметром 6 мм, два подвесных стержня из мягкой стали диаметром 10 мм и четыре основных анкерных стержня. Стержни из мягкой стали толщиной 6 мм были электрически изолированы от всех других стержней. Низкосортный 20 Н/мм 9Везде использовалась бетонная смесь от 0265 до 2 для ускорения коррозии.

Измерения скорости коррозии LPR были проведены путем первого измерения сопротивления раствору R _s бетона при частоте переменного тока 300 Гц, которое позже было вычтено из поляризационного сопротивления R _p стержня, измеренного на поверхности. бетона для компенсации сопротивления зоны защитного бетона.

Сопротивление поляризации оценивали путем потенциостатического отклонения стали от ее равновесного потенциала на 10 мВ и измерения тока DI после задержки в 30 секунд. Для обеспечения высокой точности среднее значение LPR было взято из измерений с использованием как положительного, так и отрицательного перенапряжения. Измерения контролировались с помощью портативного ПК, что давало кривую затухания тока в зависимости от времени в реальном времени, рис. 2. Показания на каждом испытательном стержне снимались через равные промежутки времени, варьирующиеся от двух до восьми недель.

Первоначальные данные о потере веса были измерены путем вскрытия одного набора образцов после периодов от 1026 до 1168 дней. Испытание на потерю веса проводили на втором наборе образцов между 1625 и 1705 днями. Всего было испытано 28 стержней для снижения веса из четырнадцати образцов.

Для этих экспериментов размер измеряемых стержней был аналогичен размеру вспомогательного электрода, и, следовательно, предполагалось, что общая открытая площадь поверхности 6-миллиметровых стержней для потери веса была поляризована. Для армирования стали в реальных бетонных конструкциях, где стальная арматура электрически связана, точное знание площади стали, поляризованной во время измерения скорости коррозии LPR, является основным потенциальным источником ошибки. Типичные скорости коррозии показаны в таблице 1.

Ток коррозии Плотность (мА/см 2 )	Средняя скорость проникновения коррозии (мм/год)	Классификация коррозии
До 0,1–0,2	До 1-2	Очень низкий или пассивный
0,2–0,5	2–6	От низкого до умеренного
от 0,5 до 1,0	6–12	От умеренного до высокого
>1,0	>12	Высокий
Таблица 1: Классификация коррозии[5].

Для определения суммарного тока коррозии за период воздействия интегрируется площадь под графиком зависимости скорости коррозии от времени. Типичные графики для пар стержней из образцов стержней, подвергнутых воздействию хлоридов и карбонизации, приведены на рисунках 3a и 3b. После интегрирования общего тока коррозии с течением времени общий вес потерянной стали можно рассчитать по формуле:

I _corrtotal = Общий ток прошел

Если предполагается равномерная скорость коррозии по поверхности стержня, потеря площади поперечного сечения стали также может быть рассчитана по общему весу потерянной стали. Потеря поперечного сечения для точечной коррозии явно не может быть рассчитана из-за локализованного характера этого типа коррозии. Однако было подсчитано, что точечная коррозия потенциально может дать в пять раз больше, чем равномерная коррозия.

Результаты

Первоначальный вес стержня диаметром 6 мм составлял от 65 до 75 г. Измеренная потеря веса и интегральная потеря веса, оцененная по измерениям коррозии LPR для отдельных стержней, приведены в таблицах 2, 3 и 4. Также указано местоположение и режим воздействия для каждого стержня.

Артикул прутка	Позиция литья	Режим воздействия	Потеря веса (г)	Потери LPR (г)
1 ​​	Верх	Управление	0,1	0,1
2	Низ	Управление	0,1	0,3
3	Верх	Управление	0,2	0,1
4	Низ	Контроль	0,2	0,4
5	Верх	Управление	0,1	0,5
6	Низ	Управление	0,1	0,6
7	Верх	Управление	0,2	0,1
8	Низ	Управление	0,1	0,1
Таблица 2: Потеря веса стальных стержней толщиной 6 мм, контрольные образцы через 1026 дней.

Артикул прутка	Позиция литья	Режим воздействия	Потеря веса (г)	LPR-потери (г)	Отношение LPR/потеря веса
9	Верх	Хлорид	0,3	2,0	6,67
10	Низ	Хлорид	1,2	2,2	1,83
11	Топ	карбонизация	1.2	1.4	1.17
12	Низ	Карбонизация	1.1	1,5	1,36
13	Топ	карбонизация	0,8	1,1	1,38
14	Низ	Карбонизация	1,0	1,3	1,30
15	Топ	карбонизация	0,6	1,1	1,83
16	Низ	карбонизация	2. 1	2.5	1.19
Таблица 3: Потеря веса для стальных стержней диаметром 6 мм, исходный хлорид через 1168 дней и образцы карбонизации через 1085 дней.

Артикул прутка	Позиция литья	Режим воздействия	Потеря веса (г)	LPR-потеря (г)	Отношение LPR/измеренное
17	Верх	хлорид	1,3	6,8	5,23
18	Низ	Хлорид	0,6	1,6	2,67
19	Верх	хлорид	1,5	1,8	1,20
20	Низ	Хлорид	0,6	1,1	1,83
21	Верх	хлорид	1,4	4,3	3,07
22	Низ	Хлорид	1,1	2,0	1,82
23	Топ	карбонизация	1,5	2,5	1,67
24	Низ	Карбонизация	1,4	2,2	1,57
25	Топ	карбонизация	1,5	2,6	1,73
26	Низ	Карбонизация	1,2	2,2	1,83
27	Топ	карбонизация	1,5	2,6	1,73
28	Низ	Карбонизация	1,1	2,1	1,91
Таблица 4: Потеря веса стальных стержней толщиной 6 мм, вторая партия образцов хлорида через 1705 дней и образцы карбонизации через 1625 дней.

Обсуждение

Контрольные образцы, столбцы 1-8, таблица 2, показывают, что контрольная среда с азотом ингибирует почти всю коррозию. Зарегистрированные потери веса 0,1-0,2 г минимальны по сравнению с общей массой образцов, менее 0,3%.

Изменение результатов измерения скорости коррозии для стержней, подвергшихся воздействию хлоридов и карбонизации, показано на рисунках 3a и 3b. Это показывает, что коррозия быстро инициировалась для всех образцов в течение 2-4 недель, а затем стабилизировалась на среднем значении между 1-2 мА/см ² как для хлоридных, так и для карбонизированных образцов. Скорость коррозии для карбонизированных образцов оставалась в пределах этого диапазона в течение всего испытательного периода. Наблюдается некоторая цикличность скорости, что согласуется с сезонными колебаниями температуры и влажности [6]. Образцы в хлоридной среде показывают значительное увеличение скорости коррозии через 400-500 дней; скорость коррозии до 10 мА/см ² под наблюдением. Несмотря на наличие скрытых сезонных колебаний, эти результаты значительно больше разбросаны по сравнению с данными о карбонизации. Результаты показывают чувствительность измерений к условиям окружающей среды и иллюстрируют, особенно в случае коррозии, вызванной хлоридами, необходимость проведения большого количества измерений для определения среднегодовой скорости.

Анализ данных для всех корродированных стержней показывает, что для всех подвергшихся коррозии стержней прогнозируемое значение является завышенной оценкой измеренного значения, показанного на рисунке 4. Объединение всех данных о потере веса для коррозионных образцов, таблицы 3 и 4, дает среднее значение общего отношения 2,1 со стандартным отклонением 1,4. Это соответствует завышенной оценке потери веса по измерениям LPR на 110%.

Рис. 4: Предсказанные стихи измеряют потерю веса при воздействии хлоридов и карбонизации.

Однако, если данные анализировать в соответствии с режимом воздействия, Таблица 5, данные показывают значительно больший разброс для образцов хлорида по сравнению с образцами карбонизации. Объединение данных по хлоридам дает среднее отношение 3,04 и стандартное отклонение 1,92, а образцы карбонизации дают среднее отношение 1,56 и стандартное отклонение 0,26. Это соответствует завышенным оценкам для хлоридной коррозии на 204 % и карбонизации на 56 %. Данные представлены как в виде среднего соотношения отдельных образцов, так и в виде комбинированных значений общей измеренной и прогнозируемой потери веса для каждого из наборов образцов. Это связано с тем, что тестировались только два образца хлорида за 1168 дней.

Результаты показывают, что тип коррозии может влиять на надежность и, возможно, на точность метода. Воздействие карбонизации приводит к общей коррозии, а воздействие хлоридов может привести к точечной коррозии. Оба вида коррозии наблюдались при визуальном осмотре стержней.

Однако, несмотря на то, что метод LPR показывает завышенную оценку потери веса стержней, это все же представляет собой разумное приближение, а завышенная оценка скорости коррозии соответствует раннему признаку потенциального повреждения и необходимости более детального осмотра. Недооценка скорости коррозии может привести к значительным повреждениям до того, как мониторинг укажет на необходимость осмотра.

Следует также отметить, что метод LPR не показывает уровень коррозии, присутствующий в стержнях до начала контроля, и это должно быть установлено на месте путем подробного визуального осмотра.

Положение стержней, верхняя или нижняя отливка, не влияет на уровень коррозии. Верхние литые стержни имеют несколько более высокий уровень коррозии по сравнению с нижними литыми стержнями. Суммарная общая потеря веса для 10 верхних литых стержней составила 12,2 г и 11,9 г.г для 10 нижних литых стержней.

Набор	Среднее измеренное значение потери веса	LPR Прогнозируемое среднее значение потери веса	LPR Среднее/ измеренное среднее	КоВ	Отношение Среднее	С. Д
Хлорид 1168 дней	0,75	1,2			4,25	3,42
Хлорид 1705 дней	1,08	2,93	2,71	0,54	2,64 91556 1,4
Карбонизация 1085 дн.
Карбонизация 1625 дней	1,37	2,37	1,73	0,07	1,74	0,12
Таблица 5: Среднее значение и коэффициенты дисперсии для общей потери веса по измеренным значениям и по прогнозам LPR, а также соотношение среднего и стандартного отклонения для отдельных измерений.

Выводы

1. Скорость коррозии образцов, подвергшихся воздействию хлоридов и карбонизации, заметно различается. Образцы, подвергшиеся воздействию хлорида, демонстрируют значительно более высокую максимальную скорость коррозии и более высокую степень разброса результатов.
2. Измерения скорости коррозии LPR можно использовать для прогнозирования потери массы стали при возникновении коррозии, вызванной хлоридами или карбонизацией.
3. Расчетная масса потерянной стали по результатам измерений LPR дает завышенную оценку массы потерянной стали, определенной по взвешиванию реальных образцов.
4. Среднее соотношение [потеря веса LPR] : [измеренная потеря веса] для всех образцов составляет 2,1:1, что соответствует среднему завышению общей массы потерянной стали на 110 %.
5. Среднее завышение для образцов, подвергшихся воздействию хлоридов, составляет 204 %, а для образцов с карбонизацией — 56 %.
6. Результаты показывают, что внешняя среда может влиять на точность измерений LPR.
7. Воздействие окружающей среды на скорость коррозии может быть учтено путем увеличения количества проводимых измерений LPR.

Каталожные номера

1. С. Фелиу, Дж. А. Гонсалес и С. Андраде, «Электрохимические методы определения скорости коррозии арматуры на месте», Методы оценки коррозионной активности стальных железобетонных конструкций, ASTM STP 1276, 1996
2. J Mietz и B Isecke, “Мониторинг бетонных конструкций в отношении коррозии арматуры”, Construction And Building Materials, Vol.

   Добавить комментарий Отменить ответ

   Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

   Комментарий *

   Имя *

   Email *

   Сайт

   Рубрики

   • Винторезные станки
   • Вопросы и ответы
   • Карусельные станки
   • Советы мастера
   • Станок 1М63
   • Токарные станки
   • Фрезерные станки
   • Разное