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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Il lavoro qui descritto è stato in parte finanziato dall'Ufficio federale delle strade (progetto di ricerca AGB2012/010). Riconosciamo notevolmente il sostegno finanziario.

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Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Le fasi più critiche per il successo del protocollo sperimentale suggerito per determinare Ccrit sono quelli delle misure prese per prevenire corrosione falsa iniziazione e altri acciaio bar fine effetti. A questo proposito, una varietà di approcci sono stati testati, tra i quali il protocollo qui segnalato è stato trovato per produrre i migliori risultati28. In ulteriori prove, questo approccio ha consentito fare diminuire il tasso di falsa iniziazione alla inferiore al 10%. Da un lato, questo è dovuto al rivestimento di zona di confine della superficie di calcestruzzo esposta con resina epossidica, che aumenta la lunghezza di trasporto dei cloruri attraverso il calcestruzzo per la barra d'acciaio finisce considerevolmente. D'altra parte, sostituendo il calcestruzzo originale intorno alla barra d'acciaio alle estremità con un denso, residui cementizi altamente alcalino migliora significativamente la resistenza alla corrosione in questi settori. Tali sistemi, vale a dire, rivestimento dell'acciaio barra termina con uno strato di un materiale cementizio polimero modificato, si sono dimostrate efficaci anche in altri studi29,30.
Un altro aspetto importante è il criterio per l'inizio di corrosione. Questo criterio si basa sul comitato tecnico RILEM TC-235 che mira a consigliare un metodo di prova per la misura della Ccrit in campioni realizzati nel laboratorio31. La spiegazione razionale è che è ben noto che l'inizio di corrosione dell'acciaio non polarizzato incorporato nel cemento, potrebbe avvenire per un lungo periodo di tempo piuttosto che una ben definita istante30,32. Acciaio può iniziare che corrode alle concentrazioni relativamente basse di cloruro, ma se questi non sono in grado di sostenere il processo di corrosione, repassivation si verificherà, che diventa apparente di un potenziale aumento al livello passivo iniziale. Tali eventi depassivazione-repassivation si osservano in genere in simili studi30,33,34. La concentrazione di cloruro misurata in un momento di corrosione stabile è più rilevante per la pratica che il tempo in cui i primissimi segni di potenziali deviazioni dal livello passivo diventano evidenti. Con il criterio suggerito, Ccrit rappresenta la concentrazione di cloruro in cui corrosione inizia e si propaga anche stabilmente.
Una limitazione del metodo è che i campioni sono relativamente piccoli, che possono avere un'influenza sulla risultati35,36. Al fine di contrastare questo, si consiglia di utilizzare un numero relativamente elevato di campioni (idealmente 10). Il livello di fiducia dipende la distribuzione statistica delle Ccrit nell'area del test effettivo. Per maggiori dettagli fare riferimento a questo proposito, per fare riferimento a36. Un'ulteriore limitazione è che le condizioni di umidità dell'esposizione di laboratorio possono differire da quelli di una struttura reale. Infine, la rilevazione dell'iniziazione alla corrosione può essere difficile nei casi in cui il potenziale è in genere negativo, come in scorie cementi o altri leganti contenenti solfuro.
Al meglio della nostra conoscenza, questo è il primo metodo di determinazione dicrit Cin strutture di ingegneria in una fase prima dell'inizio di corrosione. In contrasto con l'esperienza empirica da strutture, che è per definizione ottenuta dopo l'inizio della corrosione, questo metodo può essere utilizzato per misurare Ccrit per specifiche strutture o elementi strutturali prima di degradazione di corrosione si verifica ; i risultati così possono essere utilizzati per valutare il rischio di corrosione (futuro) e prevedere il tempo rimanente alla iniziazione alla corrosione (modellazione di vita di servizio). Quindi, questo metodo ha il potenziale per essere utilizzato in materiale test, simile ai metodi stabiliti usati per prove meccaniche (resistenza alla compressione, ecc.)
Il metodo è attualmente applicato a un numero di diverse infrastrutture concrete in Svizzera. Questo amplierà la conoscenza limitata5 distribuzioni statistiche di Ccrit nelle strutture. Inoltre, si rivelano l'influenza di diversi fattori come l'età delle strutture, i materiali di costruzione utilizzati, ecc.e quindi fornire informazioni importanti per gli ingegneri civili e per i responsabili decisionali nella gestione delle infrastrutture.

Corrosione dell'acciaio nel calcestruzzo, innescato dalla penetrazione di cloruri attraverso il calcestruzzo, è la causa più frequente del degrado prematuro delle strutture in calcestruzzo armati e precompresso e presenta dunque una delle sfide più importanti in Ingegneria civile1,2,3,4. Paesi industrializzati hanno in genere un grande inventario di infrastrutture concrete, costruite nella seconda metà del secolo scorso e quindi con una storia di diversi decenni di esposizione al clima marino o sbrinante sali utilizzati sulle strade di invecchiamento. Essere in grado di valutare in modo affidabile la condizione di queste strutture, cioè, il rischio di corrosione, costituisce la base per la pianificazione di interventi di manutenzione e per la gestione dell'infrastruttura, in generale.
L'approccio stabilito in ingegneria per la gestione dei cloruri di corrosione d'acciaio nel calcestruzzo è basato su un cloruro soglia valore (anche chiamati critico cloruro contenuto, Ccrit)1,5, 6. secondo questo concetto, l'inizio di corrosione è pensato per accadere, non appena la concentrazione di cloruro nel calcestruzzo alla superficie dell'acciaio supera la soglia dicrit C. Così, valutare la condizione delle strutture esistenti e stima la vita di servizio rimanente in genere si basano sulla determinazione del tenore di cloruro a diverse profondità nel calcestruzzo, in particolare alla profondità di rinforzo in acciaio incorporata. Esiste un numero di metodi affidabili e standardizzati per misurare questa concentrazione di cloro nei campioni di calcestruzzo7,8. Confrontando i risultati di Ccrit fornisce la base per la valutazione del rischio di corrosione e la pianificazione del tipo e dell'entità delle misure di riparazione. Tuttavia, questo approccio richiede la conoscenza di Ccrit.
Diversi standard internazionali e raccomandazioni, nonché testo libri, prevedono valori per Ccrit1,3,9,10,11. Queste sono in genere circa 0,4% cloruro in peso del cemento, sulla base dell'esperienza a lungo termine o primo studi12,13. Tuttavia, è ben noto che l'effettiva resistenza contro Ccrit di una certa struttura o elemento strutturale è fortemente influenzata dai materiali utilizzati, dall'età della struttura e di storia e le condizioni di esposizione1 , 5. così, è generalmente accettato che l'esperienza da un'unica struttura deve essere applicato solo ad altre strutture con cautela.
Nonostante questo, è comune pratica per utilizzare valori tabulati dicrit C, indipendenti della struttura reale di ingegneria. Ciò può essere spiegato dalla enorme dispersione dei Ccrit nella letteratura e dalla mancanza di metodi affidabili per determinare Ccrit in loco e in laboratorio5. L'approccio di utilizzare valori di soglia tabulati nelle valutazioni di durevolezza è in contrasto con le considerazioni strutturali nella valutazione delle condizioni delle strutture in cemento armato di invecchiamento. In quest'ultimo caso, esiste un numero di metodi di prova standardizzati per determinare le proprietà meccaniche come la resistenza dei materiali nella struttura (calcestruzzo, acciaio per cemento armato), da utilizzare nei calcoli del comportamento strutturale.
In questo lavoro, è presentato un protocollo sperimentale per determinare Ccrit su campioni prelevati da strutture di ingegneria. L'approccio si basa su nuclei in cemento armato in parti di strutture in cemento armato dove non ha ancora avviato la corrosione di perforazione. Questi campioni sono trasferiti al laboratorio dove sono sottoposti a un test di corrosione accelerata al fine di studiare le condizioni per l'inizio di corrosione. Il vantaggio principale del metodo proposto è che i campioni provengono da strutture e così condizioni reali di esposizione riguardanti un numero di parametri che sono ben noti di notevolmente influenza Ccrit e che non può essere rappresentativo ha imitato nei campioni di laboratorio-prodotto. Questo include il tipo e l'età del calcestruzzo (calcestruzzo contro cemento sito-prodotto maturo giovane laboratorio), la condizione tipo e superficie del rinforzo d'acciaio utilizzata al momento della costruzione e in generale le proprietà del acciaio-calcestruzzo interfaccia14. Insieme con la precisione dei metodi di misurazione di laboratorio, questo approccio permette la determinazione affidabile della Ccrit per specifiche strutture o elementi strutturali.
Applicazione del protocollo suggerito nella pratica ingegneristica - confrontato con la pratica comune di utilizzare un valore costante per Ccrit - che permettono di migliorare l'accuratezza della valutazione delle condizioni e la potenza predittiva dei modelli per analizzare la vita di servizio rimanente. Forte incremento previsto di lavori di riparazione della nostra infrastruttura costruita sopra le decadi prossime15 pone un urgente bisogno di un tale miglioramento in ingegneria di corrodere infrastrutture.

<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

L'invecchiamento delle infrastrutture in cemento armato nei paesi sviluppati impone un urgente bisogno di metodi per valutare in modo affidabile la condizione di queste strutture. Corrosione di rinforzo in acciaio incorporata è la causa più frequente per la degradazione. Mentre è ben noto che la capacità di una struttura di resistere alla corrosione dipende fortemente da fattori quali i materiali utilizzati o l'età, è prassi comune fare affidamento su valori soglia previsti dalla normativa standard o libri di testo. Questi valori di soglia per l'inizio di corrosione (Ccrit) sono indipendenti le proprietà effettive di una certa struttura, che chiaramente limita la precisione della valutazione delle condizioni e previsioni di durata di servizio. La pratica di usare valori tabulati sono riconducibili alla mancanza di metodi affidabili per determinare Ccrit in loco e in laboratorio.
Qui, è presentato un protocollo sperimentale per determinare Ccrit per singole strutture ingegneristiche o elementi strutturali. Un numero di campioni di calcestruzzo armato è presi da strutture e test di laboratorio corrosione viene eseguita. Il vantaggio principale di questo metodo è che assicura condizioni reali relativa ai parametri che sono ben noti per influenzare notevolmente Ccrit, ad esempio l'interfaccia acciaio-calcestruzzo, che non può essere rappresentativo ha imitato in campioni di laboratorio-prodotto. Allo stesso tempo, il test di corrosione accelerata in laboratorio permette la determinazione affidabile della Ccrit prima dell'inizio di corrosione sulla struttura testata; Questo è un vantaggio importante sopra tutti i metodi comuni di valutazione condizione che solo permesso di stimare le condizioni di corrosione dopo l'inizio, vale a dire, quando la struttura è già danneggiato.
Il protocollo produce la distribuzione statistica delle Ccrit per la struttura testata. Questo serve come base per i modelli di previsione probabilistica per il tempo rimanente alla corrosione, che è necessaria per la pianificazione della manutenzione. Questo metodo potenzialmente utilizzabili in collaudo del materiale delle infrastrutture civili, simili ai metodi stabiliti usati per prove meccaniche.

Figura 7 Visualizza tipici potenziali acciaio monitorati durante l'esposizione di cloruro in laboratorio. Entrambi gli esempi mostrano che il potenziale può scendere significativamente entro un tempo molto breve, ma che il processo di corrosione non può ancora stabilmente propagare, che diventa apparente attraverso un aumento del potenziale verso livello passivo iniziale. In questo protocollo, il tempo di iniziazione alla corrosione, cioè, il momento in cui l'esposizione è stato arrestato e Ccrit è determinata, è definito da una marcata caduta potenziale seguita da 10 giorni di potenziali negativi (Vedi sezione 3.5.2 e il Discussione per maggiori dettagli).
È comune che potrebbe richiedere diversi mesi fino a quando si verifica l'inizio corrosione stabile. Questo dipende anche il contenuto di cloruro iniziale già presente nel calcestruzzo quando i campioni sono prelevati dalle strutture. In alcuni casi gli esperimenti condotti finora, ci sono voluti più di 1 anno non avviata alla corrosione.
Figura 8 Mostra un esempio di Ccrit misurata in 11 campioni prelevati da più di 40 anni vecchio tunnel stradale in Alpi svizzere. Tutti questi campioni sono stati prelevati all'interno di un'area di 1-2 m2, così presumibilmente identicamente prodotta ed esposti. In questo esempio, il contenuto di cloruro alla superficie dell'acciaio al momento del campionamento era trascurabile. Inoltre, il fronte di carbonatazione era ancora lontano dalla superficie dell'acciaio.
Figura 9 Mostra due esempi, dove l'acciaio potenziale è diminuito fortemente sopra l'esposizione alla soluzione esente da cloruri. In uno di questi casi specifici, durante il successivo esame (distruttivo) del campione emerge che il calcestruzzo alla profondità in acciaio già era gassato. All'arrivo di acqua alla superficie dell'acciaio, il processo di corrosione così immediatamente iniziato. In altro caso, iniziazione alla corrosione falsi si è verificato in uno dell'acciaio manubri.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig1.jpg"> 
Figura 1 . Disegno schematico del campione prelevato da una struttura e trattati in laboratorio: (un) nucleo di calcestruzzo con un pezzo incorporato di acciaio per cemento armato; (b) ridurre il cemento di copertura sul lato esposto e sul lato posteriore di taglio diamantato raffreddato ad acqua; acciaio (c) barra protezione fine per mezzo di qualche concreto intorno l'acciaio di rimozione e la sostituzione con una densa pasta cementizia e rivestimento epossidico successive; e (d) rivestimento a resina epossidica sulle facce laterali e sulle zone di estremità della superficie del calcestruzzo esposta. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig2.jpg"> 
Figura 2 . Disegno schematico del Setup per la prova di corrosione in laboratorio. Questo viene illustrata la posizione dei campioni nel serbatoio dell'esposizione. Distanziali vengono utilizzati per garantire un contatto alla soluzione di esposizione dalla superficie del campione di fondo. Tutti i campioni sono collegati a un data logger, misurando il potenziale di ciascun campione contro un elettrodo di riferimento posizionato nella soluzione dell'esposizione. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig3.jpg"> 
Figura 3 . Disegno schematico di possibili tempo-evoluzioni del potenziale di acciaio che illustra il criterio per l'inizio di corrosione. Al punto 1, un potenziale goccia a meno di 150 mV dalla iniziale "livello passivo" si verifica; al punto 2, un potenziale calo di almeno 150 mV si verifica, che è seguita da repassivation; al punto 3, un potenziale calo di almeno 150 mV si verifica (entro un massimo di 5 giorni) e il livello raggiunto di potenziale negativo è sostenuto oltre i 10 giorni. A tini, prelevare il campione dalla soluzione dell'esposizione. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig4.jpg"> 
Figura 4 . Disegno schematico che illustra il taglio e la suddivisione del campione di calcestruzzo dopo il rilevamento di corrosione iniziazione. In primo luogo, una "trincea" è tagliata dal lato posteriore, in parallelo con la barra d'acciaio. Con l'inserimento di uno scalpello o un attrezzo simile, la trincea può essere utilizzata per dividere il campione come indicato dalle frecce. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig5.jpg"> 
Figura 5 . Fotografie che illustrano analisi campione dopo l'inizio di corrosione. (a) le due metà del campione dopo la scissione e (b) una ruggine macchia è visibile presso l'acciaio in superficie dopo l'inizio di corrosione. Fotografie da diversi campioni. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig6.jpg"> 
Figura 6 . Disegno schematico che illustra il campionamento per l'analisi di cloruro dopo corrosione iniziazione: (un) rimozione delle parti rivestita a resina epossidica del nucleo di calcestruzzo Spalato (viola = piani di taglio); (b) rimozione del copriferro fino a 2 mm dalla superficie dell'acciaio (viola = piano di taglio); (c) rettifica sopra un intervallo di profondità di + /-2 mm dell'acciaio bar profondità di copertura (rosso = volume di campione). <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</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"/ > 
Figura 7 . Le curve di tempo di esempi di rappresentante di misurati potenziali vs . Le gocce potenziali in genere pronunciate che possono essere seguite da un aumento potenziale (repassivation) fino a quando l'inizio di corrosione stabile secondo il criterio suggerito infine avvia. (un) viene illustrato un caso in cui il potenziale si stabilizza al livello negativo, e (b) è un esempio dove il potenziale continua diminuzione durante il periodo studiato di 10 giorni. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig7large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig8.jpg"> 
Figura 8 . Esempio di Ccrit misurato in 11 campioni presi da all'interno di un Area di calcestruzzo piccola in un più di 40 anni vecchia strada Tunnel nelle Alpi svizzere. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig8large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig9.jpg"> 
Figura 9 . Esempi di potenziale contrassegnato diminuisce immediatamente sopra l'esposizione in soluzione di cloruro di. In un caso, il calcestruzzo alla profondità in acciaio già era gassato, così all'arrivo di acqua alla superficie dell'acciaio, il processo di corrosione subito iniziato, portando a una forte diminuzione nel potenziale. In altro caso, iniziazione alla corrosione falsi si è verificato in uno dell'acciaio appendici, che qui hanno portato a una diminuzione potenziale più graduale. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56229/56229fig9large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

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

Proponiamo un metodo per misurare un parametro che è altamente rilevante per corrosione valutazioni o previsioni di strutture in cemento armato, con il vantaggio principale di permettere analisi di campioni da strutture di ingegneria. Questo assicura condizioni reali all'interfaccia acciaio-calcestruzzo, che sono cruciali per evitare artefatti di campioni fatti in laboratorio.

Protocollo sperimentale per determinare il valore di soglia cloruro per corrosione in campioni prelevati da strutture in cemento armato

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 Views.  ETH Zurich. Proponiamo un metodo per misurare un parametro che è altamente rilevante per corrosione valutazioni o previsioni di strutture in cemento armato, con il vantaggio principale di permettere analisi di campioni da strutture di ingegneria. Questo assicura condizioni reali all'interfaccia acciaio-calcestruzzo, che sono cruciali per evitare artefatti di campioni fatti in laboratorio.

Video: 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.

Potenziodinamiche Corrosion Testing

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

Ricerca

Ambiente

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.

Dinamica elettrochimica Misura di cloruro di ioni

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

Chimica

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.

Corrosione del metallo e l'efficienza di inibitori di corrosione in Media meno conduttivo

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.

Determinare la composizione chimica di inibitore di corrosione Interfacce / metallo con XPS: Minimizzare post immersione Ossidazione

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.

Rilevare la distribuzione di cloruro solubile in acqua della pasta di cemento in un modo ad alta precisione

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 ...

Ingegneria

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).

Analisi di applicabilità dei metodi di valutazione per i parametri morfologici di barre di acciaio corroso

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.

Determinare il tasso di tribocorrosione e sinergia di usura-corrosione delle leghe di alluminio alla rinfusa e Thin Film

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

Prove su calcestruzzo fresco

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

Didattica

JoVE Science Education

Ingegneria civile

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

Prove di calcestruzzo indurito in trazione

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.

Corrosione dell'armatura

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