Name: experimental protocol to determine the chloride threshold value for corrosion in samples taken from reinforced concrete structures
Uploaded: 2017-08-31T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min
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Die hier beschriebene Arbeiten wurde teilweise durch das Schweizer Bundesamt für Strassen (Forschungsprojekt AGB2012/010) finanziert. Wir erkennen deutlich die finanzielle Unterstützung.

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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die wichtigsten Schritte für den Erfolg des vorgeschlagenen experimentellen Protokolls CCrit zu bestimmen sind einschließlich der Maßnahmen, falsche Korrosion Einleitung und andere Stahlbarren Ende Effekte zu verhindern. In diesem Zusammenhang wurden eine Vielzahl von Ansätzen getestet, darunter fand die hier gemeldeten Protokoll liefern die besten Ergebnisse28. In weiteren Tests erlaubt dieser Ansatz Verringerung der Rate der falsche Initiation auf unter 10 %. Auf der einen Seite ist dies aufgrund Beschichtung das Grenzgebiet der exponierten Betonoberfläche mit Epoxidharz, die erhöht erheblich die Länge des Transports von Chloriden durch den Beton, die Stahlstange endet. Auf der anderen Seite verbessert ersetzt den ursprünglichen Beton um den Stahl Stab an den Enden mit einem dichten, stark alkalischen zementgebundene Gülle erheblich die Korrosionsbeständigkeit in diesen Bereichen. Solche Systeme, d. h.den Stahl Beschichtung Lenkerhörnchen mit einer Schicht aus einem Polymer-modifizierten zementgebundene Material bewährt haben auch in anderen Studien29,30.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist das Kriterium für Korrosion Einleitung. Dieses Kriterium basiert auf RILEM technischen Komitees TC-235, die zielte darauf ab, ein Prüfverfahren für die Messung von CCrit in Proben im Labor31hergestellt zu empfehlen. Die Begründung ist, dass es allgemein bekannt ist, dass einsetzende Korrosion unpolarisierten Stahl in Beton eingebettet möglicherweise über einen langen Zeitraum der Zeit eher als eine wohldefinierte instant30,32statt. Stahl kann bei relativ niedrigem Chlorid-Konzentrationen korrodieren beginnen, aber wenn diese nicht in der Lage, den Korrosionsprozess aufrecht zu erhalten sind, wird Repassivierung auftreten, das wird deutlich durch einen potenziellen Anstieg wieder auf das Ausgangsniveau passive. Solche Ereignisse Depassivierung Repassivierung werden in der Regel in ähnlichen Studien30,33,34beobachtet. Die Chloridkonzentration, gemessen in einer Zeit der stabilen Korrosion ist für die Praxis relevanter als die Zeit, an der die ersten Anzeichen für mögliche Abweichungen von der passiven Ebene bemerkbar. Mit dem vorgeschlagenen Kriterium stellt CCrit die Chloridkonzentration bei der Korrosion initiiert und auch stabil ausbreitet.
Eine Einschränkung der Methode ist, dass die Proben relativ klein, die möglicherweise eines Einfluss auf die Ergebnisse35,36. Um dem entgegenzuwirken, wird vorgeschlagen, um eine relativ hohe Anzahl von Proben (idealerweise 10) zu verwenden. Das Maß an Vertrauen hängt von der statistischen Verteilung der CCrit im eigentlichen Testbereich. Näheres entnehmen Sie bitte in diesem Zusammenhang aufum 36zu verweisen. Eine weitere Einschränkung ist, dass die Feuchtigkeit-Zustände in der Labor-Ausstellung von denen der eine tatsächliche Struktur abweichen können. Zu guter Letzt die Erkennung der Korrosion Initiation in Fällen möglicherweise schwer wo das Potenzial in der Regel negativ, wie z. B. in Schlacke Zemente oder anderen Sulfid mit Bindemitteln ist.
Nach bestem Wissen und gewissen ist dies die erste Methode CCrit Bestimmung in Ingenieurbauwerken in einem Stadium vor Korrosion Einleitung. Im Gegensatz zur empirischen Erfahrungen aus Strukturen, die definitionsgemäß nach Korrosion Initiation erhalten ist, kann diese Methode zur Ckritische Trefferwertung für bestimmte Strukturen oder Tragwerke zu messen, bevor Korrosion Abbau tritt ; die Ergebnisse können somit zur Bewertung des Risikos der (zukünftigen) Korrosion und Vorhersagen, die verbleibende Zeit zur Korrosion Initiation (Service-Leben-Modellierung) verwendet werden. Also, diese Methode hat das Potenzial, in Material testing, ähnlich wie bei etablierten Methoden für die mechanische Prüfung (Druckfestigkeit, etc.) verwendet werden
Die Methode wird derzeit eine Reihe von verschiedenen konkreten Infrastrukturen in der Schweiz. Dies wird das stark eingeschränkt5 wissen über statistische Verteilungen von CCrit in Strukturen erweitern. Darüber hinaus wird es zeigen den Einfluss verschiedener Faktoren wie dem Alter der Strukturen, der verwendeten Baumaterialien, etc., und somit für wichtige Informationen für Bauingenieure und für Entscheidungsträger im Infrastrukturmanagement.

Korrosion von Stahl in Beton, ausgelöst durch das Eindringen von Chloriden durch den Beton, ist die häufigste Ursache für den vorzeitigen Abbau von Stahl-und vorgespannten und stellt somit eine der wichtigsten Herausforderungen in hoch-und Tiefbau1,2,3,4. Industrieländer haben in der Regel einen großen Bestand an Altern konkrete Infrastrukturen, erbaut in der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts und somit mit einer Geschichte von mehreren Jahrzehnten der Exposition gegenüber Meeresklima oder Enteisung Salze auf Straßen verwendet. Die Möglichkeit, den Zustand dieser Strukturen, d. h., das Risiko für Korrosion zuverlässig zu beurteilen, bildet der Grundlage für die Planung von Wartungsarbeiten und Infrastruktur-Management, im Allgemeinen.
Die etablierten Ansatz im Maschinenbau für die Verwaltung von chloridinduzierten Stahlkorrosion in Beton basiert auf einem Chlorid Schwellenwert Wert (auch benannt kritischer Chloridgehalt, CCrit)1,5, 6. nach diesem Konzept Korrosion Einleitung wird gedacht, um auftreten, sobald die Chloridkonzentration im Beton an der Stahloberfläche den C-Crit -Schwellenwert überschreitet. So verlassen Beurteilung des Zustandes der bestehenden Strukturen und Abschätzung der Restlebensdauer in der Regel auf die Bestimmung des Chloridgehaltes in verschiedenen Tiefen im Beton, besonders in der Tiefe des eingebetteten Betonstahls. Es gibt eine Reihe von zuverlässigen und standardisierte Methoden zur Messung dieser Chloridkonzentration in Proben von konkreten7,8. Vergleicht man die Ergebnisse zu CCrit bildet die Grundlage für die Beurteilung der Korrosionsgefahr und Planung, die Art und das Ausmaß der Reparaturmaßnahmen. Dieser Ansatz erfordert jedoch Kenntnis von CKrit.
Unterschiedliche internationale Standards und Empfehlungen sowie Text Bücher, festgelegt Werte für CCrit1,3,9,10,11. Diese sind in der Regel rund 0,4 % Chlorid nach Gewicht des Zements, basierend auf langjähriger Erfahrung oder frühen Studien12,13. Es ist jedoch bekannt, dass die tatsächlichen Widerstand gegen CCrit einer bestimmten Struktur oder Tragwerk von den verwendeten Materialien geprägt, durch das Alter der Struktur und durch Exposition Geschichte und Bedingungen1 , 5. so, es ist allgemein anerkannt, dass die Erfahrung von einer Struktur nur auf andere Strukturen mit Vorsicht angewendet werden sollte.
Trotzdem ist es üblich engineering Praxis um tabellarisierte Ckritische Werte, unabhängig von der tatsächlichen Struktur zu verwenden. Dies kann durch die große Streuung der CCrit in der Literatur und durch den Mangel an zuverlässigen Methoden zur Bestimmung von CCrit vor Ort und im Labor5erklärt werden. Der Ansatz der Verwendung von tabellarischen Grenzwerte in Haltbarkeit Bewertungen steht im Gegensatz zu Strukturüberlegungen in Zustand Einschätzungen des Alterns Betonstrukturen. Im letzteren Fall gibt es eine Reihe von standardisierten Testverfahren, mechanische Eigenschaften wie die Stärke des Materials in der Struktur (Beton, Betonstahl), bestimmen bei der Berechnung des strukturellen Verhaltens verwendet werden.
In dieser Arbeit wird ein experimentelles Protokoll festzustellen, CCrit auf Proben von Ingenieurbauwerken vorgestellt. Der Ansatz basiert auf Bohren Kerne aus Stahlbeton in Teilen von Betonbauwerken wo Korrosion noch nicht eingeleitet hat. Diese Proben werden im Labor übertragen wo sie um eine beschleunigte Korrosionstest ausgesetzt sind, um die Voraussetzungen für die Einleitung der Korrosion zu studieren. Der Hauptvorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist, dass die Proben von Strukturen und damit Ausstellung reale Bedingungen in Bezug auf eine Reihe von Parametern stammen, die stark Einfluss CCrit wohlbekannt sind und die nicht repräsentativ ahmte im Labor hergestellten Proben. Dazu gehören die Art und das Alter des Betons (junge Laboratory im Vergleich zu reifen Website produziert Beton Beton), Art und Oberfläche Zustand des verstärken Stahl verwendet zum Zeitpunkt der Konstruktion und im Allgemeinen die Eigenschaften von Stahl-Beton 14-Schnittstelle. Zusammen mit der Genauigkeit der Messung Labormethoden ermöglicht dieser Ansatz die zuverlässige Bestimmung des C-Crit für bestimmte Strukturen und Tragwerke.
Anwendung des vorgeschlagenen Protokolls in der technischen Praxis werden - verglichen mit der weit verbreiteten Praxis mit einem konstanten Wert für CCrit - verbessern Sie die Genauigkeit der Bedingung Bewertungen und die Vorhersagekraft der Modelle zu analysieren die Restlebensdauer. Die erwartete starke Zunahme Reparaturarbeiten unserer gebauten Infrastruktur in den kommenden Jahrzehnten15 stellt eine dringende Notwendigkeit für solch eine Verbesserung in den Ingenieurwissenschaften korrodieren Infrastrukturen.

<table><tbody><tr><td>Stranded wire</td><td></td><td></td><td>cross section at least 0.50 mm&amp;sup2;; ideally copper wire, tin plated</td></tr><tr><td>Self-tapping metal screw</td><td></td><td></td><td>any suitable self-tapping screw, typically of length 4 - 5 mm and diameter around 2.5 mm</td></tr><tr><td>Ring cable lug</td><td></td><td></td><td>suitable to connect screw and cable</td></tr><tr><td>SikaTop Seal-107</td><td>Sika</td><td></td><td>two-part polymer modified cementitious waterproof mortar slurry</td></tr><tr><td>Epoflex 816 L</td><td>Adisa</td><td></td><td>epoxy coating</td></tr><tr><td>Exposure tank</td><td></td><td></td><td>any suitable tank (&lt;em&gt;e.g.&lt;/em&gt; rako box) with a lid;&amp;nbsp; sufficiently large for exposing the samples</td></tr><tr><td>Reference electrode</td><td></td><td></td><td>Any stable reference electrode suitable for continuous immersion in sodium chloride solution</td></tr><tr><td>Tap water</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sodium chloride</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Data logger</td><td></td><td></td><td>any device able to monitor the potentials of all samples vs. the reference electrode at the specified interval (input impedance &gt;10E7 Ohm)</td></tr></tbody></table>

experimental protocol to determine the chloride threshold value for corrosion in samples taken from reinforced concrete structures

Die Alterung der Stahlbeton-Infrastruktur in den Industrieländern stellt einen dringenden Bedarf an Methoden, um den Zustand dieser Strukturen zuverlässig zu beurteilen. Korrosion der eingebetteten Betonstahl ist die häufigste Ursache für den Abbau. Zwar ist es allgemein bekannt, dass die Möglichkeit einer Struktur gegen Korrosion hängt stark von Faktoren wie die verwendeten Materialien oder das Alter, ist es üblich sich auf Werte Schwelle gemäß Normen oder Lehrbücher. Diese Schwellenwerte für Korrosion Einleitung (CCrit) sind unabhängig von den tatsächlichen Eigenschaften des eine gewisse Struktur, die die Genauigkeit der Bedingung Bewertungen und Service Leben Vorhersagen deutlich einschränkt. Die Praxis der Verwendung tabellierte Werte kann auf den Mangel an zuverlässigen Methoden zur Bestimmung von CCrit vor Ort und im Labor zurückführen.
Hier ist ein experimentelles Protokoll festzustellen, Ckritische Trefferwertung für individuelle Kunstbauten oder Tragwerke präsentiert. Eine Reihe von Stahlbeton Proben stammen aus Strukturen und Korrosion Labortests durchgeführt wird. Der wesentliche Vorteil dieser Methode ist, dass es garantiert reale Bedingungen über Parameter, die sind bekannt, stark CCrit, wie beispielsweise die Stahl-Beton-Schnittstelle zu beeinflussen, die repräsentativ in nachgeahmt werden kann nicht Labor hergestellten Proben. Zur gleichen Zeit ermöglicht beschleunigte Korrosionstest im Labor die zuverlässige Bestimmung des C-Crit vor Korrosion Einleitung auf die bewährte Struktur; Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber alle gemeinsamen Zustand-Bewertungsmethoden, die nur erlauben Schätzung der Bedingungen für Korrosion nach der Initiation, d. h., wenn die Struktur bereits beschädigt ist.
Das Protokoll liefert die statistische Verteilung der Ckritische Trefferwertung für die bewährte Struktur. Dies dient als Grundlage für probabilistische Vorhersagemodelle für die verbleibende Zeit zur Korrosion, die für die Planung der Instandhaltung benötigt wird. Diese Methode kann potenziell in Werkstoffprüfung von zivilen Infrastrukturen, ähnlich wie bei etablierten Methoden für die mechanische Prüfung verwendet werden.

Abbildung 7 zeigt typische Stahl Potentiale während Chlorid Exposition im Labor überwacht. Beide Beispiele zeigen, dass das Potential innerhalb sehr kurzer Zeit deutlich sinken kann, sondern der Korrosionsprozess nicht noch stabil ausbreiten kann die zeichnet sich durch eine Erhöhung des Potentials in Richtung seiner passiven Ausgangsniveau. In diesem Protokoll wird die Zeit der Korrosion Initiation, d. h., die Zeit bei der Belichtung wird gestoppt und CCrit wird bestimmt, definiert durch einen deutlichen Spannungsabfall gefolgt von 10 Tagen negative Potentiale (siehe Abschnitt 3.5.2 und die Diskussion für weitere Details).
Es ist üblich, dass es mehrere Monate dauern kann bis Einleitung stabiler Korrosion auftritt. Dies hängt auch von der anfänglichen Chloridgehalt im Beton bereits vorhanden, bei der Probenahme von den Strukturen. In einigen Fällen der bislang durchgeführten Experimente dauerte es mehr als 1 Jahr bis Korrosion eingeleitet.
Abbildung 8 zeigt ein Beispiel für CCrit gemessen in 11 Proben aus mehr als 40 Jahre alt-Straßentunnel in den Schweizer Alpen. Diese Proben wurden auf einer Fläche von ca. 1-2 m2entnommen, so vermutlich identisch produziert und ausgesetzt. In diesem Beispiel wurde der Chloridgehalt an der Stahloberfläche zum Zeitpunkt der Probenahme vernachlässigbar. Darüber hinaus wurde die Kohlensäure-Front noch weit von der Stahloberfläche.
Abbildung 9 zeigt zwei Beispiele, wo potenzielle Stahl stark nach Exposition gegenüber Chlorid-freie Lösung verringert. In einem der in diesen besonderen Fällen während die anschließende (zerstörerischen) Untersuchung der Probe ergab, dass der Beton an der Stahl Tiefe bereits Kohlensäure war. Bei der Ankunft des Wassers an der Stahloberfläche der Korrosionsprozess so sofort gestartet. Im anderen Fall falsche Korrosion Einleitung ereignete sich um eines der Stahl bar enden.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig1.jpg"> 
Abbildung 1 . Schematische Zeichnung der die Probe entnommen aus einer Struktur und behandelt im Labor: (ein) Betonkern mit einem eingebetteten Stück Betonstahl; (b) Reduzierung der Betondeckung auf der exponierten Seite und auf der Rückseite durch wassergekühlte Diamant Schneiden; (c) Stahl bar End-Schutz durch einige konkrete um den Stahl zu entfernen und ersetzen es mit einem dichten einfügen/Zementmörtel und anschließende Epoxy-Beschichtung; und (d) Epoxy-Beschichtung auf Seitenflächen und End Zonen der exponierten Betonoberfläche. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig2.jpg"> 
Abbildung 2 . Schematische Zeichnung des Setups für den Korrosionsschutz-Test im Labor. Zeigt die Platzierung der Proben in der Exposition-Tank. Abstandhalter werden verwendet, um Kontakt zu Exposition Lösung von der Bodenfläche Probe zu gewährleisten. Alle Proben sind mit einen Datenlogger, messen das Potenzial jeder Probe gegen eine Referenzelektrode platziert in der Exposition-Lösung verbunden. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig3.jpg"> 
Abbildung 3 . Schematische Zeichnung möglich Zeit-Entwicklungen Stahl Potenziale, die das Kriterium für Korrosion Einleitung veranschaulicht. Bei Punkt 1, drop ein Potenzial von weniger als 150 mV vom ersten "passive Ebene" tritt; zu Punkt 2, drop ein Potential von mindestens 150 mV auftritt, folgt die Repassivierung; bei Punkt 3, drop ein Potential von mindestens 150 mV erfolgt (innerhalb von max. 5 Tage) und das erreichte negative mögliche Niveau wird über 10 Tage getragen. T-Iniabheben der Probenmaterials aus der Exposition-Lösung. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig4.jpg"> 
Abbildung 4 . Schematische Zeichnung illustriert das Schneiden und Teilen des konkreten Beispiels nach dem Nachweis von Korrosion Einleitung. Zunächst wird ein "Graben" von der hinteren Seite, parallel zu den Stahlstab geschnitten. Durch das Einfügen eines Meißels oder ein ähnliches Tool, kann der Graben verwendet werden, um die Probe aufgeteilt, wie durch die Pfeile angedeutet. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig5.jpg"> 
Abbildung 5 . Fotos zur Veranschaulichung Probenanalyse nach Korrosion Einleitung. (ein) die beiden Hälften der Probe nach aufteilen, und (b) ein Rost vor Ort ist sichtbar an der Stahl-Oberfläche nach Korrosion Einleitung. Fotos von verschiedenen Proben. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig6.jpg"> 
Abbildung 6 . Schematische Zeichnung illustriert die Probenahme für die Chlorid-Analyse nach Korrosion Einleitung: (ein) Entfernung von Epoxy-beschichteten Teile der Betonkern Split (lila = Schnittebenen); (b) Entfernung von der Betondeckung bis 2 mm von der Stahloberfläche (lila = Schnittebene); (c) Schleifen über eine tiefe Intervall von +/-2 mm Stahl bar Deckel Tiefe (rot = Stichprobe Volumen). <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 7" class="xf alt="Figure 7" class=""></img alt="Figure 7" class="xf>Igimg"src="/files/ftp_upload/56229/56229fig7.jpg"/ > 
Abbildung 7 . Vertreter Beispiele der gemessenen potenzielle vs. Zeit Kurven. Die in der Regel ausgeprägten potentiellen Tropfen, die durch eine mögliche Erhöhung (Repassivierung) befolgt werden können, bis endlich stabile Korrosion Einleitung nach dem vorgeschlagenen Kriterium initiiert. (ein) zeigt einen Fall, wo das Potenzial auf dem negativen Niveau stabilisiert, und (b) ist ein Beispiel, wo das Potenzial weiter rückläufig im untersuchten Zeitraum von 10 Tagen. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig8.jpg"> 
Abbildung 8 . Beispiel CCrit gemessen in 11 Proben besessenen aus in ein kleines Betonfläche in mehr als 40 Jahre alte Straße Tunnel in den Schweizer Alpen. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig8large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig9.jpg"> 
Abbildung 9 . Beispiele für deutliche Potential sinkt sofort nach Exposition in Chlorid-freie Lösung. In einem Fall, der Beton in den Stahl Tiefe war bereits Kohlensäure, damit bei der Ankunft des Wassers an der Stahloberfläche den Korrosionsprozess begann sofort, was zu einem drastischen Rückgang der Potenzial. Im anderen Fall falsche Korrosion Einleitung ereignete sich um eins der stählernen Lenkerhörnchen, die hier führte zu einer schrittweisen mögliche Abnahme. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig9large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

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Experimental Protocol to Determine the Chloride Threshold Value for Corrosion in Samples Taken from Reinforced Concrete Structures

Wir schlagen eine Methode um einen Parameter zu messen, der für Korrosion Bewertungen oder Vorhersagen von Stahlbetonkonstruktionen, mit der wesentliche Vorteil der Genehmigung, Prüfung von Proben von Ingenieurbauwerken von hoher Relevanz ist. Dies sorgt für realen Bedingungen an der Stahl-Beton-Schnittstelle, die entscheidend für Artefakte Labor hergestellten Proben zu vermeiden sind.

Experimentelles Protokoll den Chlorid-Schwellenwert für Korrosion in Proben aus Stahlbeton Strukturen bestimmen

The aging of reinforced concrete infrastructure in developed countries imposes an urgent need for methods to reliably assess the condition of these ...

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15.3K Aufrufe.  ETH Zurich. Wir schlagen eine Methode um einen Parameter zu messen, der für Korrosion Bewertungen oder Vorhersagen von Stahlbetonkonstruktionen, mit der wesentliche Vorteil der Genehmigung, Prüfung von Proben von Ingenieurbauwerken von hoher Relevanz ist. Dies sorgt für realen Bedingungen an der Stahl-Beton-Schnittstelle, die entscheidend für Artefakte Labor hergestellten Proben zu vermeiden sind.

Serie: Experimental Protocol to Determine the Chloride Threshold Value for Corrosion in Samples Taken from Reinforced Concrete Structures

Potentiodynamic Corrosion Testing

Different metallic materials have different polarization characteristics as dictated by the open circuit potential, breakdown potential, and passivation potential of the material. The detection of these electrochemical parameters identifies the corrosion factors of a material. A reliable and well-functioning corrosion system is required to achieve this.
Corrosion of the samples was achieved via a potentiodynamic polarization technique employing a three-electrode configuration, consisting of reference, counter, and working electrodes. Prior to commencement a baseline potential is obtained. Following the stabilization of the corrosion potential (Ecorr), the applied potential is ramped at a slow rate in the positive direction relative to the reference electrode. The working electrode was a stainless steel screw. The reference electrode was a standard Ag/AgCl. The counter electrode used was a platinum mesh. Having a reliable and well-functioning in vitro corrosion system to test biomaterials provides an in-expensive technique that allows for the systematic characterization of the material by determining the breakdown potential, to further understand the material's response to corrosion. The goal of the protocol is to set up and run an in vitro potentiodynamic corrosion system to analyze pitting corrosion for small metallic medical devices.

Here, we present a protocol to set up and run an in vitro potentiodynamic corrosion system to analyze pitting corrosion for small metallic medical devices.

Potentiodynamische Korrosionsprüfung

Different metallic materials have different polarization characteristics as dictated by the open circuit potential, breakdown potential, and passivation ...

Forschung

Umwelt

Dynamic Electrochemical Measurement of Chloride Ions

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver chloride electrode is used extensively for potentiometric measurement of chloride ions concentration in electrolyte. In this measurement, long-term and continuous monitoring is limited due to the inherent drift and the requirement of a stable reference electrode. We utilized the chronopotentiometric approach to minimize drift and avoid the use of a conventional reference electrode. A galvanostatic pulse is applied to an Ag/AgCl electrode which initiates a faradic reaction depleting the Cl&#713; ions near the electrode surface. The transition time, which is the time to completely deplete the ions near the electrode surface, is a function of the ion concentration, given by the Nernst equation. The square root of the transition time is in linear relation to the chloride ion concentration. Drift of the response over two weeks is negligible (59 &#181;M/day) when measuring 1 mM [Cl&#713;]using a current pulse of 10 Am-2. This is a dynamic measurement where the moment of transition time determines the response and thus is independent of the absolute potential. Any metal wire can be used as a pseudo-reference electrode, making this approach feasible for long-term measurement inside concrete structures.

Dynamic measurement of chloride ions is presented. Transition time of an Ag/AgCl electrode, during a chronopotentiometric technique, can give the concentration of chloride ions in electrolyte. This method does not require a stable conventional reference electrode.

Dynamische elektrochemischen Messung von Chlorid-Ionen

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver ...

Chemie

Metal Corrosion and the Efficiency of Corrosion Inhibitors in Less Conductive Media

Material corrosion can be a limiting factor for different materials in many applications. Thus, it is necessary to better understand corrosion processes, prevent them and minimize the damages associated with them. One of the most important characteristics of corrosion processes is the corrosion rate. The measurement of corrosion rates is often very difficult or even impossible especially in less conductive, non-aqueous environments such as biofuels. Here, we present five different methods for the determination of corrosion rates and the efficiency of anti-corrosion protection in biofuels: (i) a static test, (ii) a dynamic test, (iii) a static test with a reflux cooler and electrochemical measurements (iv) in a two-electrode arrangement and (v) in a three-electrode arrangement. The static test is advantageous due to its low demands on material and instrumental equipment. The dynamic test allows for the testing of corrosion rates of metallic materials at more severe conditions. The static test with a reflux cooler allows for the testing in environments with higher viscosity (e.g., engine oils) at higher temperatures in the presence of oxidation or an inert atmosphere. The electrochemical measurements provide a more comprehensive view on corrosion processes. The presented cell geometries and arrangements (the two-electrode and three-electrode systems) make it possible to perform measurements in biofuel environments without base electrolytes that could have a negative impact on the results and load them with measurement errors. The presented methods make it possible to study the corrosion aggressiveness of an environment, the corrosion resistance of metallic materials, and the efficiency of corrosion inhibitors with representative and reproducible results. The results obtained using these methods can help to understand corrosion processes in more detail to minimize the damages caused by corrosion.

The testing of processes associated with material corrosion can often be difficult especially in non-aqueous environments. Here, we present different methods for short-term and long-term testing of corrosion behavior of non-aqueous environments such as biofuels, especially those containing bioethanol.

Metallkorrosion und die Effizienz von Korrosionsinhibitoren in weniger leitfähigen Medien

Material corrosion can be a limiting factor for different materials in many applications. Thus, it is necessary to better understand corrosion processes, ...

Determining the Chemical Composition of Corrosion Inhibitor/Metal Interfaces with XPS: Minimizing Post Immersion Oxidation

An approach for acquiring more reliable X-ray photoelectron spectroscopy data from corrosion inhibitor/metal interfaces is described. More specifically, the focus is on metallic substrates immersed in acidic solutions containing organic corrosion inhibitors, as these systems can be particularly sensitive to oxidation following removal from solution. To minimize the likelihood of such degradation, samples are removed from solution within a glove box purged with inert gas, either N2 or Ar. The glove box is directly attached to the load-lock of the ultra-high vacuum X-ray photoelectron spectroscopy instrument, avoiding any exposure to the ambient laboratory atmosphere, and thus reducing the possibility of post immersion substrate oxidation. On this basis, one can be more certain that the X-ray photoelectron spectroscopy features observed are likely to be representative of the in situ submerged scenario, e.g. the oxidation state of the metal is not modified.

A protocol to avoid the oxidation of metallic substrates during sample transfer from an inhibited acidic solution to an X-ray photoelectron spectrometer is presented.

Die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Corrosion Inhibitor / Metal-Schnittstellen mit XPS: Minimierung Beitrag Tauch Oxidation

An approach for acquiring more reliable X-ray photoelectron spectroscopy data from corrosion inhibitor/metal interfaces is described. More specifically, ...

Detecting the Water-soluble Chloride Distribution of Cement Paste in a High-precision Way

To improve the accuracy of the chloride distribution along the depth of cement paste under cyclic wet-dry conditions, a new method is proposed to obtain a high-precision chloride profile. Firstly, paste specimens are molded, cured, and exposed to cyclic wet-dry conditions. Then, powder samples at different specimen depths are grinded when the exposure age is reached. Finally, the water-soluble chloride content is detected using a silver nitrate titration method, and chloride profiles are plotted. The key to improving the accuracy of the chloride distribution along the depth is to exclude the error in the powderization, which is the most critical step for testing the distribution of chloride. Based on the above concept, the grinding method in this protocol can be used to grind powder samples automatically layer by layer from the surface inward, and it should be noted that a very thin grinding thickness (less than 0.5 mm) with a minimum error less than 0.04 mm can be obtained. The chloride profile obtained by this method better reflects the chloride distribution in specimens, which helps researchers to capture the distribution features that are often overlooked. Furthermore, this method can be applied to studies in the field of cement-based materials, which require high chloride distribution accuracy.

A protocol for obtaining a water-soluble chloride profile by using a high precision milling method is presented.

Die wasserlöslichen Chlorid Verteilung der Zementleim erkennen auf präzise Weise

To improve the accuracy of the chloride distribution along the depth of cement paste under cyclic wet-dry conditions, a new method is proposed to obtain a ...

Ingenieurwesen

Applicability Analysis of Assessment Methods for Morphological Parameters of Corroded Steel Bars

The irregular and uneven residual sections along the length of a corroded steel bar substantially change its mechanical properties and significantly dominate the safety and performance of an existing concrete structure. As a result, it is important to measure the geometry and amount of corrosion of a steel bar in a structure properly to assess the residual bearing capacity and service life of the structure. This paper introduces and compares five different methods for measuring the geometry and amount of corrosion of a steel bar. A single 500 mm long and 14 mm diameter steel bar is the specimen that is subjected to accelerated corrosion in this protocol. Its morphology and the amount of corrosion were carefully measured before and after using mass loss measurements, a Vernier caliper, drainage measurements, 3D scanning, and X-ray micro-computed tomography (XCT). The applicability and suitability of these different methods were then evaluated. The results show that the Vernier caliper is the best choice for measuring the morphology of a non-corroded bar, while 3D scanning is the most suitable for quantifying the morphology of a corroded bar.

This paper measures the geometry and the amount of corrosion of a steel bar using different methods: mass loss, calipers, drainage measurements, 3D scanning, and X-ray micro-computed tomography (XCT).

Anwendbarkeit Analyse der Bewertungsmethoden für morphologische Parameter der korrodierten Stabstahl

The irregular and uneven residual sections along the length of a corroded steel bar substantially change its mechanical properties and significantly ...

Determining Tribocorrosion Rate and Wear-Corrosion Synergy of Bulk and Thin Film Aluminum Alloys

The increasing complexity and severity of service conditions in areas, such as aerospace and marine industries, nuclear systems, microelectronics, batteries, and biomedical devices, etc., impose great challenges on the reliable performance of alloys exposed to extreme conditions where mechanical and electrochemical attack co-exist. Finding ways for alloys to mitigate the combined attack of wear and corrosion (i.e., tribocorrosion) under such extreme conditions is thus highly critical for improving their reliability and service lifetime when used in such conditions. The challenge lies in the fact that wear and corrosion are not independent of each other, but rather work synergistically to accelerate the total material loss. Thus, a reliable method to evaluate the tribocorrosion resistance of metals and alloys is needed. Here, a protocol for measuring the tribocorrosion rate and wear-corrosion synergy of Al-based bulk and thin film samples in a corrosive environment under room temperature is presented.

Here, we present a protocol to measure the tribocorrosion rate and wear-corrosion synergy of thin film and bulk Al alloys in simulated sea water at room temperature.

Bestimmung von Tribokorrosion Rate und Verschleiß-Korrosion Synergie von Massen- und dünnen Film-Aluminium-Legierungen

The increasing complexity and severity of service conditions in areas, such as aerospace and marine industries, nuclear systems, microelectronics, ...

Tests on Fresh Concrete

Source:&#160;Roberto Leon, Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA
Concrete consists of two phases, a cement paste phase comprised of cement, water, and air, and an aggregate phase comprised of coarse and fine aggregates. There are two key considerations when designing a concrete mix. First, the concrete must be workable and easy to cast in the forms in its fresh condition, even when the forms are packed with steel reinforcement. In this condition, it is the rheology of concrete that is important. Second, the mix must produce a hardened concrete of specified strength at 28 days (or similar specified time) that is durable and provides good serviceability.
In this laboratory exercise, a method of concrete mixture proportioning, named the trial batch method, will be explored. The concrete produced will be used in conducting typical tests to determine the principal characteristics of fresh concrete, including slump, flowability, air content, and density. The trial batch method is a simple, empirical approach to mixture design.
The objectives of this experiment are fourfold: (1) to use the trial batch mix method to determine optimum proportions of aggregates, cement, and water for concrete to meet specified slump requirements, (2) to learn concrete mixing practice in a laboratory environment, (3) to observe the characteristic properties of fresh concrete, and (4) to prepare 4&#34;x8&#34; concrete cylinders for subsequent evaluation.

Testing Fresh Concrete by the Trial Batch Method

Prüfung von Frischbeton

Source:&#160;Roberto Leon, Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA
Concrete consists of two phases, a cement ...

Lehre

JoVE Science Education

Konstruktiver Ingenieurbau

Tests of Hardened Concrete in Tension

Source:&#160;Roberto Leon, Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA
In a previous laboratory focused on concrete in compression, we observed that concrete can withstand very large stresses under uniaxial compressive forces. However, the failures observed were not compressive failures but failures along shear planes where maximum tensile forces occur. Thus, it is important to understand the behavior of concrete in tension and particularly its maximum strength as that will govern both its ultimate and service behavior. From the ultimate standpoint, combinations of tension and shear stresses will lead to cracking and immediate and catastrophic failure. For that reason, concrete is seldom if ever used in an unreinforced condition in structural applications; most concrete members will be reinforced with steel so that these cracks can be stopped and the crack widths limited. The latter is important from the serviceability standpoint because controlling crack widths and distribution is the key to durability, as this will impede deicing salts and similar chemicals from penetrating and corroding the reinforcing steel.
The objectives of this experiment are threefold: (1) to conduct tensile split cylinder tests to determine concrete tensile strength, (2) to conduct beam tests to determine concrete tensile strength, and (3) to demonstrate the influence of steel reinforcement on behavior by comparing the behavior of lightly reinforced beam with an unreinforced one.

Split Tension Test and Beam Tension Test for Hardened Concrete

Prüfung von Festbeton unter Spannung

Source:&#160;Roberto Leon, Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA
In a previous laboratory focused on concrete ...

Corrosion of Reinforcement

The corrosion of steel reinforcement within concrete is a process influenced by the material&#39;s inherent properties and external factors. The high pH level of around 13, provided by calcium hydroxide present in concrete, initially protects the steel reinforcement by promoting the formation of a passive iron oxide layer on its surface.
However, over time and under certain conditions like carbonation, chloride ingress, and cracking this protective state can be compromised. Steel has areas with different electrochemical potentials, known as anodic and cathodic regions. The hydrated cement paste, containing salts, acts as an electrolyte that connects these regions. At the anodic regions, iron from the steel dissolves as positively charged ions into the electrolyte, while at the cathodic regions, electrons are consumed in reactions that involve water and oxygen from the surrounding concrete to produce hydroxyl ions.
These hydroxyl ions combine with the dissolved iron to create ferric hydroxide, which further oxidizes to become rust. The presence of chloride ions exacerbates this process, leading to localized pitting corrosion by forming hydrochloric acid that attacks the protective iron oxide layer. This corrosion can expand the steel, causing the concrete to crack and spall.
Preventative measures against the corrosion of steel reinforcement include using protective coatings such as epoxy or zinc on the steel itself or improving the concrete&#39;s quality to reduce its permeability, thereby hindering the ingress of corrosive agents.

Korrosion der Bewehrung

Inside a concrete mass, high alkalinity of calcium hydroxide with a pH of around 13 shields steel reinforcement from corrosion by creating a protective ...