הקדמה לקורוזיה ב-Reinforced Concrete

חיזוק פלדה מספק את היכולת של מבנים קונקרטיים כי צריך לעמוד מול הכפפה, הרהר, ועומסים ציריים.ללא פלדה מוטבעת זו, הבנייה הבטונית המודרנית ביותר תהיה בלתי אפשרית. עם זאת, עמידות של בטון חזק תלויה באופן ביקורתי על השלמות ארוכת הטווח של האג"ח של ברזל-קונטט ואת הסביבה המגנה כי קונקרטי מספק את הפלדה.

שכבת תחמוצת הפסיביים שצורות טבעיות על פלדה בסביבה גבוהה של בטון (pH באופן רטי pH 12.5-13.5) פועלת כמחסום נגד קורוזיה. שכבה זו נותרה יציבה כל עוד הבטון שומר על אלקלנות שלו ונשאר חופשי ממושגים אגרסיביים. ברגע ש chlorides חודר אל פני השטח פלדה או פחמן מקטין את ה- pH המדויק מתחת ל-9 שכבות פסיביות אלה, ופוחיות פעילה, מלוכדת את נפח הפלדה, אשר מתחיל את השברת לאחור, ופונקבדרדרדרישה לאחור, ופונקבתים, ופונקמותק, ופונקב.

(FLT:0) כשלים מבניים המיוחסים לחיזוק קורוזיה תועדו ברחבי העולם ⁇ FLT:1, מאבני גשר מתקפלות לכישלונות חניה והידרדרות מבנה ימי.הבנת רצף המלא של מנגנונים, החל ממתן התגרות לכשל מוחלט, חיוני למהנדסים המעצבים, בודקים או לשקם תשתיות קונקרטיות.

⁇ אלקטרו-כימי של פלדה קורוזיה בקונפלקט

קורוזיה של פלדה בטון הוא תהליך אלקטרוכימי הדורש ode, קטודה, אלקטרוליט, ואספקת חמצן.התגבורת פלדה פועלת כמו גם aode וגם קטוודה כאשר תנאים מאפשרים. באתרי אנודי, ברזל מחומצת כדי לצטט ions מעוררי, שחרור אלקטרונים העוברים דרך פלדה לאתרים קטודיים שבו הם להפחית חמצן כדי hydroxides, כמו מעגל אלקטרוליטי, משמש את המעגל המדויק.

תגובה חצי-קל וכושר ההחלמה

התגובה האנודית מתקדמת כמו Fe 2+ + 2e -.הציות המשחררות להגיב עם hydroxide ions וממס חמצן כדי ליצור hydrates תחמוצת ברזל שונים, המכונה באופן קולקטיבי כמוחלודה.התרכובות המחודות הספציפיות תלויות בזמינות חמצן ורמות לחות, אבל ההתרחבות הנפחית היא נפוצה לכל מוצרי קורוזיה.

התגובה הקטודודית צורכת חמצן: O2 + 2H2O + 4e - 4OH - זה אומר כי שיעורי קורוזיה הם לעתים קרובות מוגבל על ידי דיפוזיה חמצן דרך כיסוי בטון רווי לחלוטין, תעבורת חמצן מוגבלת, אשר יכול למעשה להאט קורוזיה. בסביבות רטובות מחזוריות, עם זאת, חמצן הוא מוקרן מחדש במהלך תקופות יבש, וקורוזים במהירות.

(FLT:0) צ'ורידיד לא להשתתף ישירות בתגובות אלקטרוכימיות אבל לפעול כמו זרזים זרזים FLT 1 להרוס את הסרט הפסיבי ולהגדיל את מוליכות של אלקטרוליט.לאחר chloride להגיע ריכוז סף על פני השטח פלדה, בדרך כלל 0.6-1.2 ק"ג / מ"מ של בטון בהתאם לסוג מלט וחשיפה, קורטוריונים מקומיים אפילו בסביבות אלקליין.

מכניזם של הכחדת פלדה

המונחים: The Depassivation Phase

שלב ההתקדשות כולל את הזמן הנדרש עבור סוכנים אגרסיביים לחדור את הכיסוי הבטני ולעבור אל פני השטח פלדה.עבור קורוזיה המושרה כלוריד, זה אומר תחבורה של צניפים כלורייד דרך רשת הנקבוביות הבטונית על ידי דיפוזיה, כניעה, או זרימה מונעת לחץ. עבור קורוזיה המושרה פחמן, פחמן דו תחמוצת הפחמן מגיב עם סידן חד תחמוצת ברזולוציה של פתרון בטון, טרה, פרוגרסיבית בהדרגה מתחת לפני השטח.

הזמן להקדשה תלוי באיכות קונקרטית, לעומק, בתנאי החשיפה, ונוכחותם של סדקים. ביצועים גבוהים בטון עם יחסי מים נמוכים לקיום חומרים מטבוליים משלימים כגון זבוב אפר או אחליקה יכול באופן דרמטי להאריך את תקופת ההתקדשות.

תעמולה של קורוזיה: מ-Ratera ועד נזקי פרוצדורלי

ברגע קורוזיה מתחילה, שלב ההתפשטות מתחיל.במהלך שלב זה, מצטברת חלודה בממשק של פלדה-concrete.הטבע הנרחב של מוצרי קורוזיה יוצר מתחים רדיואקטיביים ב בטון שמסביב. כאשר אלה מדגישים את חוזקם של הבטון, סדק מתרחש לאורך קו הסדקים.

ככל שהקורוזיה ממשיכה, הסדקים רחבים ומפיצים אל פני השטח הבטון, המוביל לדחמוניזציה וספאם. האזור חוצה-שטח של חיזוק הפלדה מקטין, מקטין את יכולת החיפוי שלו. באופן סימנוני, אובדן הקשר בין פלדה לפשרות קונקרטיות פעולה מורכבת, צמצום הנוקשות והכוח של החבר המבני.

במקרים חמורים, קורוזיה מקומית יכולה להפחית את החלקה של פלדה ב-50% או יותר, מה שמוביל לאובדן דוקטרקטיות והפוטנציאל לשבירה תחת עומסי שירות.המעבר הזה מדוקטריון להתנהגות מתפתל מסוכן במיוחד משום שהוא מספק התראה מועטה לפני הכישלון.

גורמים המשפיעים על קורוזיה וכישלון

תנאי חשיפה סביבתיים

מבנים בסביבה ימית עומדים בפני הסיכון ההקריוזי הגבוה ביותר בשל כלורטיס, מגע מלח ישיר, ורכיבי אופניים טיטד. Deicing מלחים המשמשים על כבישים מהירים וגשרים יוצרים תנאים תוקפניים דומים באקלים קר יותר.סביבה תעשייתית עם חומצה פומס או תרכובות sulfur גם מאיצה את התדרדרות.

טמפרטורה ולחות יחסית שולטים שיעור ההשחה לאחר שיזם.שיעורי קורוזיה כפולים בערך עבור כל 10 מעלות צלזיוס עלייה בטמפרטורה, בתנאי לחות מסופקים.התנאים האגרסיביים ביותר מתרחשים בבלוטות יחסית בין 70% ל-95%, שם רשת הנקבוביות קונקרטית מכילה מספיק לחות כדי לשמש אלקטרוליטט בעוד היא עדיין מאפשרת דיפוזיה.

סיקור כיסוי עומק ואיכות

עומק כיסוי קובע ישירות את הזמן הנדרש עבור כלורידים או פחמן כדי להגיע לדפוסי פלדה.בנייה לציין מעמקי כיסוי מינימליים המבוססים על מעמד החשיפה, אבל סובלנות בנייה יכולה להפחית כיסוי בפועל מתחת לערכי עיצוב.FLT:0Variability בעומק כיסוי הוא תורם עיקרי לקורוזיון מוקדם.FLT:1 אפילו סטייה קטנה של 5-10 מ"מ יכול לל את הזמן לקורטרוסים.

איכות Concrete, נמדדת על ידי נחיתות ו diffusivity, חשוב באותה מידה. יחסי מים נמוכים לcement, ריפוי נאות, והשימוש בחומרים פוזולניים להפחית את שיעור הכלור באגרסיביות.

פלדה Metallurgy & Surface Condition

חיזוק פלדה סטנדרטי פחמן פלדה יש התנגדות קורוזיה טעונה בשל הסרט הפסיבי שנוצר בטון אלקליין, אבל ההרכב שלה מציע הגנה מוגבלת פעם ניתוק מתרחש. אלמנטים של כלולים כגון כרום, ניקל, ו molybdenum לשפר את ההתנגדות קורוזיה על ידי ייצוב הסרט הפסיבי, שהוא העיקרון מאחורי חיזוק פלדה.

מדבקי פני השטח כגון קשקשים, שמן, או מוצרי קורוזיה שאריות יכולים להפריע להיווצרות של שכבה פסיבית אחידה, יצירת אתרים מועדפים להקדשה.

טעינה סטרקטיבית וסדקים

קרקרים בטון, בין אם מפני טעינה מבנית, אפקטים תרמיים או התכווצות פלסטיק, מספקים מסלולים ישירים לכלור ולחות כדי להגיע לרוחב הקרק ולתדירות הם פרמטרים קריטיים.קודים בדרך כלל מגבילים רוחבי סדק עד 0.1-0.3 מ"מ בהתאם לתנאי החשיפה, אבל אפילו סדקים לשיער יכולים ליזום קורוזיציה מקומית בקצה הסדקים.

טעינה Cyclic יוצרת סדקים עייפות מתפתחים לאורך זמן, שעלולים להחמיר את הסביבה קורוזיה.converse, corrosion- המושרה סדק מפחית את החלקה והנוקשות האפקטיביים, שינוי התגובה המבנית וייתכן מאיץ נזק עייפות.

מצבי כישלון והשלכות של פרוצדורות

סדקים, ספלינג, ו- Delamination

מצב הכישלון הגלוי ביותר הוא סדקים לאורך קו חיזוק, ואחריו ספיגה של הכיסוי הבטוני. ספלינג מתרחשת בדרך כלל כאשר הלחץ הנגרם על ידי קורוזיה עולה על הכוח הרביר של בטון על שטח גדול מספיק.בזחלים ודבורים, זה לעתים קרובות מתבטא כמו דלמנטום במקביל למטוס חיזוק, יצירת קול חלול כאשר הוא נצמד.

ספיגה לא רק מפחיתה את האיכות האסתטית של המבנה, אלא גם חושפת את חיזוק למתקפה סביבתית ישירה, מאיצה עוד קורוזיה.במבני חניה וסיפון גשר, נופל בטון מהווה סיכון בטיחות למשתמשים מתחת.

אובדן בונד ואנקורג'

הקשר בין פלדה לבין כוחות קונקרטיים בין שני החומרים, המאפשרים מוצרים מורכבים.קורוזיים בממשק מפריד פיזית את הפלדה מן הבטון, צמצום ההתנגדות החיכוך והשילוב המכני.במקרים קיצוניים, האג"ח אבד לחלוטין, ואת החלקות חיזוק בתוך הבטון, מה שהופך אותו לבלתי יעיל.

אובדן האג"ח הוא קריטי במיוחד ב splices ועוגן, שבו העברת כוח תלויה לחלוטין על יושרה של האג"ח.כישלון במקומות אלה יכול להוביל להתמוטטות מבנית פתאומית ללא אזהרה מוקדמת.

אובדן דוקטריות וברזל

קורוזיה מפחיתה את שטח השטח של הפלדה, אבל היא גם משנה את המאפיינים המכניים של המתכת שנותרה. פיטינג קורוזיון יוצר ריכוזי מתח המפחיתים את יכולת הפלדה להיכנע ולדהום באופן מפלסטיק.הפלדה הופכת בהדרגה יותר לשברירית, וכישלון מתרחש בזנים נמוכים יותר מאשר צפוי לסעיף הצלב שנותר.

(ב) ⁇ :0) שבר של חיזוק מקולקד הוא דאגה ביטחונית קריטית ל-FLT:1 כי הוא אינו מספק התראה דוקטרית לפני כישלונות.

קולונל סטרקטייפוס מ מכניזם

התוצאה הסופית של קורוזיה בלתי מבוקרת היא התמוטטות מבנית. אינספור כישלונות ממחישים את ההתקדמות הזו.ההתמוטטות של גשר העדיך של הנקודה ב-1967, אם כי בעיקר מיוחסת לדיכוי התמוטטות של ענבר, הדגישה את הפגיעות של רכיבי פלדה במבנים הגשר.

בבנייה, כישלונות המושרה קורוזיה מתרחשים לעתים קרובות בחיבורים, דבורים מסתיימת, ובסיסי עמודה שבהם לחות וצבירת כלוריד הם הגבוהים ביותר. התמוטטות מתקדמת יכולה לעקוב אחרי אובדן של חבר קריטי אחד מפיץ עומסים לחברים אחרים מקודדים מעבר ליכולת שלהם.

הערכה והערכה של מצב

בדיקה ובדיקה חזותית של Delamination

בדיקה חזותית רגילה נותרה שיטת ההערכה הנגישה ביותר.מפקחים מחפשים מכתים חלודה, דפוסים סדקים, ספיגה וחשיפה של סקרי דלקמנציה באמצעות קידוד או שרשרת גרירת אזורי זיהוי שבהם בטון נפרד מהפלדה הבסיסית.

שיטות אלה יעילות לזיהוי קורוזיה מתקדמת אבל לא יכול לזהות קורוזיה בלתי אפשרית לפני הנזק גלוי להתרחש.מבנה ללא סימנים גלויים עדיין יש קורוזיה פעילה בעומקים עדיין לא מתגלה על פני השטח.

שיטות בדיקה אלקטרו-כימיות

מיפוי פוטנציאלי של תאי למחצה הוא טכניקה בשימוש נרחב להערכת פעילות קורוזיה ב בטון חזק.על ידי מדידה ההבדל הפוטנציאלי בין אלקטרודה הפניה ממוקם על פני השטח הבטון ואת הפלדה המוטבעת, אזורים של קורוזיה פעילה ניתן לזהות.פוטנציאלים שליליים יותר מ -350 מ"ר מול נחושת / קוטפט אלקטרודה מצביע על הסתברות גבוהה של קורוזיציה פעילה.

מדידות התנגדות קונקרטיות מספקות מידע נוסף על הסיכון לשחיתות.נגדיות נמוכה מצביעות על מוליכות אקולוגית גבוהה בפתרון הבעורה, התומכת בקורוזיה מהירה יותר. Resistivity מתחת 100 הומ בדרך כלל מצביעה על סיכון קורוזיה גבוה, בעוד ערכים מעל 500 הומ"מ מציעים סיכון נמוך.

התנגדות קינארית וספקטרוסקופיה אלקטרו-כימית יכולה לכמת את שערי קורוזיה, אם כי טכניקות אלה דורשות ציוד מיוחד ופרשנות.הם בעלי ערך להערכת יעילות של התערבויות תיקון ו ניטור קורוזיה לאורך זמן.

בדיקה הרסנית וניתוח חומרי

כאשר נדרשת הערכה מפורטת, דגימות ליבה וברים של חיזוק ניתן לנתח במעבדה.תוכן Chloride profiling קובע את עומק חדירה כלוריד ביחס לחיזוק.עומק פחמן נמדד באמצעות מחוון פנולפילטין על משטחים סטרייקטיביים טריים.מטלוגרפיה בדיקה של ברים מופקים מגלה עומק, אובדן חצוי, ואפקטי של מיחזור.

שיטות אלה מספקות נתונים כמותיים עבור חיי השירות מודלים ועיצוב תיקון, אך הן מקומיות ושחיתות.הבחירה אסטרטגית של מיקומים דגימה המבוססים על בדיקות לא הרסניות קודמות אופטימיזציה את המידע שנצבר תוך צמצום הנזק למבנה.

אמצעי מניעה ואסטרטגיות תיקון

מניעת חומרים

חיזוק עמידת קורוזיה מבטלת את מצב הכישלון העיקרי.תגבורת פלדה ללא סטטינים, בדרך כלל ציונים 304L או 316L, מציעה התנגדות גבוהה יותר לקורוזיון המושרה כלוריד והוא מוגדר עבור מבנים קריטיים בסביבות אגרסיביות.העלות הראשונית גבוהה יותר היא מתמוססת על ידי חיי שירות מורחבים דרמטית וצמצום תחזוקה.

חיזוקים מאוקסים מספק מחסום פיזי בין פלדה לסביבה קונקרטית.עם זאת, פגמים ציפוי בקצהים, בונדים או טיפול נזק יכול להתפשר על ביצועים. חיזוקים Znc-coated (הגלובוס) מציעה הגנה מקרית עבור הפלדה, אם כי הביצועים שלה בטון אלקליין מאוד עם כלור דורש הערכה זהירה.

חיזוק פולימר רב עוצמה (FRP) מבטל את קורוזיה לחלוטין על ידי החלפת פלדה עם חומרים לא-מטאליים. בעוד FRP אינו corrode, יש לו תכונות מכניות שונות, כולל שיטות נמוכות של גמישות והתנהגות לינארית-אלסטית לכישלון, המשפיעה על עיצוב מבני.

עיצוב שילוב ועיצוב ומקומות

יחסי מים נמוכים לcement, בדרך כלל מתחת 0.40 לחשיפה חמורה, להפחית את הכדאיות ואת האט chloride ingress.חומרים מטבוליים תוספתיים כגון זבוב אפר, slag, ו- silica מחדד את המבנה הנקבובי ולהגדיל את יכולת החייבת chloride. Corrosion מעכבים הוסיף לתערובת קונקרטית, כגון סידן ניטריטטקס, עיכוב כלור המושרה על ידי ייצוב הסרט פסיבי.

ריפוי נכון הוא חיוני לפתח את התכונות הבטוניות המיועדות.התחילה של העלים בטון חד-משמעית ולהפחית את איכות ההגנה של הכיסוי, ללא קשר לתכנון התערובת.FLT:0 השילוב של תערובת טובה פרופורציות יסודית וריפוי יסודי מספק את האיכות היעילה ביותר למניעת קורוזיה.

מערכות הגנה ותחזוקה

החותם והציפויים של Surface-applied Sealers ו- כלור באגרסיביות.טיראטינג חותמים ממלאים את הצלעות ליד פני השטח, בעוד ציפויי הפקת סרטים מספקים מחסום מתמשך.מערכות אלה דורשות קוצר תקופתי המבוסס על חשיפה ולבוש.

הגנה קטוודית שולטת באופן פעיל בקורוזיה על ידי יישום זרם חיצוני כדי לשנות את פוטנציאל הפלדה לתוך האזור החיסון.מערכות הנוכחיות המדכאות משתמשות במקור כוח חיצוני כדי להניע את פוטנציאל הפלדה לערכים שבהם קורוזיה מפסיק.מערכות odecrificial להשתמש מתכות פעילות יותר, כגון אבץ, כי corrode מעדיףentially. Both גישות יכול לעצור קורוזיה פעילה אפילו in chlor-conminated.

תחזוקה רגילה, כולל תיקון סדק, חסימת מפרקים ותחזוקה ניקוז, מונעת תנאים המזרזים את קורוזיה.תוכנית תחזוקה פרואקטיבית היא יעילה משמעותית יותר מאשר תיקונים תגובתיים לאחר הנזק.

שיטות תיקון למבנהים מקובעים

כאשר קורוזיה כבר גרמה נזק, התיקון כרוך בהסרת בטון מודרדר, ניקוי וטיפול חיזוק, והחלפת הבטון עם חומר תיקון.חומר התיקון חייב להיות תכונות מכניות והובלתיות תואמים כדי למנוע יצירת ממשקי בעיה חדשים.

עבור קורוזיה מתקדמת, החלפת מלאה של חיזוק מושפע עשוי להיות נחוץ.זה דורש ניתוח מבני זהיר כדי להבטיח בטיחות במהלך ואחרי התיקון, כמו גם מפרט כדי לשחזר נתיבי עומס ושלמות האג"ח.

טכניקות לתיקון אלקטרוכימי, כולל מימוש של חומר נפץ ומיצוי כלוריד עבור בטון כלוריד-מחוסם, יכול לשחזר את הסביבה המגן סביב הפלדה ללא הסרת פיזית של בטון. שיטות אלה שימושיות במיוחד כאשר הסרת בטון היא לא מעשית או היכן שמירה על המבנה המקורי הוא הרצוי.

מחקרים ולמידה מכישלון

כמה כישלונות בולטים של קורוזיה גרמו לפרקטיקה הנדסית נוכחית.ההתמוטטות של בניין הדירות של שדרת קלאב פלאזה בשנת 1973 במהלך הבנייה מיוחסת לשחיתות של פלדה משובצת ברצועה, בשילוב עם אפקטים מצמררים ומצמצמצמצמצמים.הכישלון של גשר נהר Mianus בשנת 1983, תוך שילוב של קורוזיות של פייתות וניתלות, הדגיש את פגיעות של רכיבים מתכתיים במערכות גשר.

מבנים ימיים במפרץ הפרסי ובמקומות אחרים חוו קורוזיה חמורה בתוך 10-15 שנים בשל טמפרטורות גבוהות, חשיפה עתודה גבוהה, ופרקטיקות קונקרטיות פחות עמידות.מקרים אלה הראו את החשיבות הקריטית של עומק ואיכות קונקרטית בסביבות אגרסיביות.

ההידרדרות המושרה של מבני החנייה בצפון-מזרח ארה"ב בשנות ה-70 וה-80 הובילה לפיתוח קודים עיצוביים מחמירים יותר, שיפור מערכות חותם, והאימוץ הנרחב של חיזוקים epoxy לחבילות גשר.כל כישלון תרם לגוף הידע המודיע על שיטות טובות נוכחיות.

כיוונים עתידיים בניהול קורוזיה

ההתקדמות בטכנולוגיית חיישן מאפשרת ניטור רציף של תנאי קורוזיה בתוך מבנים. חיישנים Embedded מדידת ריכוז, pH, טמפרטורה, ופוטנציאל קורוזיה לספק נתונים בזמן אמת שיכולים לגרום פעולות תחזוקה לפני הנזק.רשתות חיישן אלחוטי לבצע ניטור בקנה מידה גדול של ביצועים כלכליים.

שירות החיים מודלים באמצעות מודלים של תחבורה ion ושיטות פרוביביליסטיות מאפשר למהנדסים לחזות את הזמן להפחתת קורוזיה והפצת מבנים ספציפיים בתנאים ספציפיים.מודלים אלה תומכים בניתוח עלות מחזור חיים ולעדכן החלטות לגבי בחירת חומרים, לכסות עומק, ותדירות תחזוקה.

טכנולוגיות חומריות חדשות, כולל בטון עצמי כי חותמות סדקים באמצעות פעולה חיידקית או סוכני ריפוי מלוכדים, מציעים את הפוטנציאל להפחית את אחד המסלולים העיקריים עבור corrosion. ציפויים חכמים אשר משחררים מעכבי קורוזיה בתגובה לטריגרים סביבתיים נמצאים תחת התפתחות.

מסקנה

כשל של חיזוק פלדה ב קונקרטי תחת תנאי קורוזיה הוא תהליך מורכב ורב-שלבי שמתחיל עם התמוטטות שכבת תחמוצת פסיבית והתקדמות באמצעות סדקים, אובדן האג"ח והשפלה מבנית.שלב ההתקדשות תלוי באיכות כיסוי קונקרטית, חשיפה סביבתית, ואת נוכחותם של סוכנים אגרסיביים.שלב ההתפשטות מאיץ באמצעות משוב חיובי בין קורוזיה לבין נזק קונקרטי.

מניעת באמצעות עיצוב הולם, בחירת חומרים ושיטות בנייה נשאר האסטרטגיה היעילה ביותר. עבור מבנים קיימים, בדיקה סדירה, הערכה בתנאי, והתערבות בזמן יכול לעצור קורוזיה לפני נזק מבני משמעותי מתרחשת.שילוב של תערובת בטון עמיד, כיסוי נאות, חיזוק עמיד בפני קורוזיה עמידת, ותחזוקה מספקת את הביטחון הטוב ביותר של ביצועים מבניים לטווח ארוך.

(FLT:0Engineers ובעלי משקיעים במניעה של קורוזיה וגילוי מוקדם יבינו החזרים משמעותיים דרך חיי השירות המורחבת, עלויות התיקון מופחתות, ובטיחות ציבורית מוגברת.FLT:1 כל כישלון המושרה קורוזיה מספק שיעורים שימשיכו לחדד את ההבנה שלנו ולשפר את התרגול שלנו, מה שהופך את הדור הבא של מבנים קונקרטיים יציבים יותר מאשר האחרון.