Betonda Teşülmede korozyona Giriş
Çelik takviye, beton yapıların bükmeye direnmesi gerektiğinin çekme kapasitesi ve elektrikli yüklere karşı gerçekleştirilir. Bu gömülü çelik olmadan, çoğu modern beton inşaatı imkansız olacaktır. Ancak, betonun dayanıklılığı, çelik-konkuzlu bağın uzun vadeli bütünlüğüne ve betonun çelik sağladığı koruyucu ortamın dayanıklılığına bağlıdır.
Yüksek betonun yüksek karbonlu ortamda çelik üzerinde doğal olarak formlar (tipik olarak pH 12.5-13.5), korozyona karşı bir bariyer olarak hareket eder. Bu katman, betonun alkaliklığını korur ve agresif iyonlardan serbest kalır.Bir kez klorlar çelik yüzeyi veya karbonasyon betonu aşağıda yaklaşık 9, bu pasif tabaka kırılır ve aktif korozyon başlar.
[FONT:0]Structural failures, korozyonu güçlendirmek için atfedilen başarısızlıklar dünya çapında belgelenmiştir[Döntgen: 1) Köprü güverteden park garaj başarısızlıkları ve deniz yapısı bozulmaları için çökmüşlerdir.
Betonda Çelik Korozyonun Elektrokimyasal Basis
Betondaki çelik korozyon bir demir iyonları gerektiren bir elektrokimyasal süreçtir, bir kedihode, bir elektrolit ve oksijen tedariki. Çelik takviye, hem de bir oksijen tedariki azalttıkları bir elektrokimyasal işlemdir.
Half-Cell Reactions ve Rust Formasyon
Anodik reaksiyon Fe → Fe2+ + 2e - serbest bırakıldı Demir iyonları sonra çeşitli demir oksit hidratları oluşturmak için oksijeni çözündü, kolektif olarak pasın varlığı ve nemser düzeylerine bağlıdır, ancak hacimsel genişleme tüm korozyon ürünlere yaygındır.
Kedik reaksiyon oksijeni tüketir: O2 + 2H2O + 4e - → 4OH - Bu, korozyon oranlarının sıklıkla beton kapak yoluyla oksijen difüzyon ile sınırlı olduğu anlamına gelir. Tam olarak doygun betonda, oksijen taşımacılığı sınırlandırılır, bu aslında yavaş korozyona neden olabilir.
[FONT:0)Chloride iyonları doğrudan elektrokimyasal tepkilere katılmaz, ancak katalizörler olarak hareket eder), pasif filmi yok eder ve elektrolit iletkenliğinin iletkenliğini artırır.Bir kez klorürler çelik yüzeyinde 0.6-1.2 kg/m3 betonda, genellikle çimento tipi ve maruz kalma koşullarına bağlı olarak gerçekleşir, yerelleştirilmiş pitting korozyon yüksek derecede alkali ortamlara bile başlar.
Çelik Dondurma Mekanizmaları Başarısızlık
KorozyonBaşlangıç: Depassivation fazı
İndük aşaması, beton kapağına nüfuz etmek ve çelik yüzeye ulaşmak için gereken süreyi kapsar. klorür-indüktör korozyon için, bu, beton pore ağı ile difüzyon, kapillary suksiyonu veya basınç odaklı akış ile klorür iyonları arasındaki taşıma anlamına gelir.
İnfak için zaman beton kalitesine, derinlik, maruz kalma koşullarına bağlıdır ve çatlakların varlığı, düşük su tasarrufu oranlarına karşı savunma hattının ilk satırıdır.[Dönemli malzemeler ve eksel çimentolu malzemeler, örneğin uç ash veya silik fume gibi dramatik bir şekilde giriş süresini uzatabilir.]
Korozyonun yayılımı: Rust'tan Yapısal Hasar
Korozyon başladığında, propagasyon aşaması başlar. Bu aşamada, betonun yüksekliğini aşıyor. Bu çatlaklar, nem, oksijen ve klorürler için hızlandırılmış bir yol sağlar, daha fazla korozyon sağlar.
Korozyon devam ettikçe, çatlaklar genişledi ve betonun bozulması ve verimsizliğin azaltılması için betonun kaybı. Çelik takviye alanının kesitsel alanı azalır, yük-karrying kapasitesini azaltır. Simultane olarak, çelik ve beton uzlaşmalar arasındaki bağın kaybı, yapısal üyenin sertlik ve gücünü azaltır.
Ağır durumlarda, yerelleştirilmiş korozyon, çelik kesiti %50 veya daha fazla azaltılabilir, dayanıklılık kaybına yol açabilir ve servis yükleri altında kırılabilen kırılım potansiyeli özellikle de serttir, çünkü başarısızlıktan önce küçük bir uyarı sağlar.
Faktörler Emisyonluluğu ve Başarısızlık
Çevre Exposure Koşulları
Deniz ortamlarındaki yapılar, hava yoluyla klorürler, doğrudan tuzlu su temasları ve intihar bisikletleri nedeniyle en yüksek korozyon riski ile karşı karşıyadır.Süresel tuzlar otoyollarda ve köprülerde kullanılan benzer agresif koşullar oluşturur.
Sıcaklık ve göreceli nem, bir kez başlatılan korozyon oranını, her 10°C sıcaklık artışı için kabaca iki katına çıkarır, nem temin edilebilir.En agresif koşullar% 70 ile% 95 arasında göreceli humidities meydana gelir, beton pore ağının hala oksijen difüzyonuna izin verirken yeterli nem içerir.
Beton Derinliği ve Kalitesi
Kapak derinliği, klor veya karbonat için gerekli süreyi çelike ulaşmak için doğrudan belirler. Bina kodları, maruz kalma sınıfına göre minimum kapak derinliğini belirtebilir, ancak inşaat toleransları tasarım değerlerinin altında gerçek kapakları azaltabilir. [...]D:0)Köpek derinlikte değişkenlik prematüre korozyona katkıda bulunuyor.).
Kalıcı ve diffusivity tarafından ölçülebilen beton kalitesi, aynı derecede önemlidir. Düşük su tasarrufu ve uygun tedavi oranları ve kozolanic materyallerin kullanımı klor ingresyonu oranını azaltır. Zavallı olarak betonu yüksek geçirgenlik ile azaltılır, kapağı derinliğine bakılmaksızın.
Çelik Metallurgy ve Yüzey Durumları
Standart karbon çelik takviye, alkali betonda oluşturulan pasif film nedeniyle doğal olarak korozyon direncine sahiptir, ancak kompozisyonu bir kez depassisyon meydana gelir. Kromium, nikel ve molybdenum gibi kaplama elemanları paslanmaz çelik takviyenin arkasındaki ilkedir.
değirmen ölçeği, petrol veya oturma korozyon ürünleri gibi yüzey kirleticileri, düzgün bir şekilde temizlenmemiş olsa da, korozyona karşı tercih edilen siteler oluşturmak için üniformalı bir pasif tabakanın oluşumuna müdahale edebilir.
Yapısal Yükler ve Cracking
Betonda Cracks, yapısal yükleme, termal etkiler veya plastik küçülme, çelik. Crack genişliğine ulaşmak için doğrudan yol yolları ve ne zaman kritik parametrelerdir. Kodlar genellikle maruz kalma koşullarına bağlı olarak çatlakları 0.1-0.3 mm'ye sınırlar, ancak saç çatlakları çatlakları çatlakları çatlakları çatlakları çatlakların çatlaklarda yerel korozyon başlatabilir.
Cyclic yükleme, zamanla gelişen yorgunluk çatlakları yaratır, potansiyel olarak korozyon ortamını kötüleştirir. Tersine, korozyonla sonuçlanan çatlaklar etkili kesit ve sertlik azaltımı azaltır, yapısal yanıtları değiştirir ve potansiyel olarak yorgunluk hasarını değiştirir.
Başarısızlık Modular ve Yapısal Implikasyonlar
Cracking, Spalling, ve Delamination
En görünür başarısızlık modu, takviye hattı boyunca kırılır, beton kapağının yoğunlaştığı zaman genellikle betonun sertliğini artırır.In plakalar ve kirişler, bu genellikle takviye uçağa paralel olarak ortaya çıkar.
Sadece yapının estetik kalitesini azaltmıyor, aynı zamanda doğrudan çevresel saldırıya destek veriyor, daha fazla korozyon hızlandırıyor. Park yapıları ve köprü güverteleri, betonun altındaki kullanıcılara güvenlik tehlikesi yaratıyor.
Bond ve Anchorage kaybı
Çelik ve beton transferleri arasındaki bağ iki malzeme arasında, kompozit eyleme izin verir. arabirimdeki korozyon ürünleri betondan fiziksel olarak ayırarak, sürtünmeli direniş ve mekanik kilitleri azaltır. Aşırı durumlarda, bağ tamamen kaybolur ve beton içinde takviye kaymaları etkisiz hale getirir.
Bağ kaybı özellikle kuzen ve demiryollarında kritiktir, bu konumdaki güç transferi tamamen bağ bütünlüğüne bağlıdır. Bu yerlerdeki başarısızlık, önceden görünür uyarı olmaksızın aniden yapısal bir çöküşe yol açabilir.
Kanalizasyon Kayıplığı ve Brittle Fracture
Korozyon çelikin kesitsel alanını azaltır, ancak kalan metalin mekanik özelliklerini de değiştirir. Pitting korozyon, çelikin verim ve deform plastik olarak verme yeteneğini azaltan stres konsantrasyonlarını yaratır. Çelik, daha da sertleşir ve başarısızlık geri kalan kesit için beklenenden daha düşük sular halinde gerçekleşir.
[FONT:0)Komser güçlendirmenin kırılması kritik bir güvenlik endişesidir[Dönetici:0) çünkü başarısızlıktan önce hiçbir kesinti uyarı sunmamaktadır. Yapılar aşırılık altında aşırılık davranışı sergilemek için tasarlanmışlardır.
Yapısal Colalt Mechanisms
Kontrolsüz korozyonun nihai sonucu yapısal bir çöküştir. Sayısal belgelenen başarısızlıklar bu ilerlemeyi göstermektedir. 1967'de Point Pleasant Köprüsü'nün çöküşü, özellikle de bir göz çubuğunun korozyonu önlemek için atfedilir, çelik bileşenlerin köprü yapılarındaki kırılganlığı vurgular. 1980'lerde ve 1990'larda parkın çökmesine daha doğrudan alakalıydı.
Bina yapıları, korozyon kaynaklı başarısızlık genellikle bağlantılarda meydana gelir, kiriş biter ve nem ve klorür birikiminin en yüksek olduğu sütun üsleri. Prodüksiyon çöktürme, bir eleştirel üye kaybının kapasitelerinin ötesinde diğer aşındırıcı üyelere yükleri dağıtabilir.
Muayene ve Durum Değerlendirme
Görsel Muayene ve Delaminasyon Anketi
Düzenli görsel inceleme en erişilebilir değerlendirme yöntemi olarak kalır.Inspectors pas lekeleme, çatlaklarlama kalıpları, spalling ve maruz kalan takviyeler için görünür. Delamination anketleri çekiç seslendirme veya zincir altta yatan çelikten ayrılmış alanları tespit eder.
Bu yöntemler gelişmiş korozyon tespit etmek için etkilidir, ancak görünür hasar meydana gelmeden önce kesin korozyon tespit edemez. görünür işaretlere sahip bir yapı hala yüzeyde henüz ortaya çıkmamış derinliklerde aktif korozyona sahip olabilir.
Elektrokimyasal Test Yöntemleri
Yarı hücreli potansiyel haritalama, takviye betondaki korozyon aktivitesini değerlendirmek için yaygın olarak kullanılan bir tekniktir. Beton yüzeyinde yerleştirilen referans elektrot ile gömülü çelik, aktif korozyon alanları tanımlanabilir. Potansiyeller daha negatif -350 mV karşılaştırıldığında bakır / kaba bir elektrot yüksek bir korozyon olasılığı gösterir.
Beton direnci ölçümleri, korozyon riski hakkında daha fazla bilgi sağlar. Low dirençlilik, daha hızlı korozyonu destekleyen, 100'ün altındaki Dirençliliği gösterir.Genel olarak yüksek korozyon riskini gösterirken, 500 ohm'un üzerindeki değerler düşük risk önerir.
Linear kutuplaşma direnci ve elektrokimyasal emsal spektroskopi korozyon oranlarını ölçebilir, ancak bu teknikler daha özel ekipman ve yorum gerektirir. onarım müdahalelerinin etkinliğini değerlendirmek ve zaman boyunca korozyon izlemek için değerlidir.
Destructive Test ve Malzeme Analizi
Detaylı değerlendirme gerekli olduğunda, temel örnekler ve takviye çubukları laboratuvarda analiz edilebilir. klorit içeriği profili takviye edilen klorür penetrasyonunun derinliğini pekiştirir. Karbonasyon derinliği, taze beton kırık yüzeylerde olphthalein göstergesi kullanılarak ölçülmektedir. Metallografik muayeneleri, kesit kaybı ve potansiyel hidrojen embrittlementi.
Bu yöntemler, hizmet yaşam modelleme ve onarım tasarımı için sayısal veriler sağlar, ancak yerelleştirilmiş ve yıkıcıdır. Hasarı minimuma indirirken elde edilen bilgileri optimize eder.
Önlemler ve Onarım Stratejileri
Malzeme bazlı Önlem
Korozyona dayanıklı takviye birincil başarısızlık modu ortadan kaldırır. paslanmaz çelik takviye, tipik olarak 304L veya 316L, klorür kaynaklı korozyona karşı üstün direnç sunar ve agresif ortamlarda kritik yapılar için belirtilmiştir.
PP-Komrut takviye, çelik ve beton ortamı arasında fiziksel bir bariyer sağlar. Ancak, kesmedeki kaplama kusurları sona erer, virajlar veya hasarları işlemek performansları tehlikeye atabilir.Tony-coated (galvanized) takviye çelik için kirli koruma sağlar, ancak klorür ile son derece alkali betondaki performansı dikkatli bir değerlendirme gerektirir.
Fiber-reinforced polimer (FRP) takviye, çelikleri metal olmayan malzemelerle değiştirmekle tamamen korozyonu ortadan kaldırırken, FRP, daha düşük elastiklik ve lineer olmayan davranışların daha düşük modları dahil olmak üzere farklı mekanik özelliklere sahiptir.
Beton Mixture Design and Placement
Düşük su tasarrufu oranları, tipik olarak şiddetli maruz kalma için 0.40'ın altında, permeability ve yavaş klorür ingress. Tamamlayıcı malzemeler, sönüm ve fukasme, pore yapısını geliştirir ve klor bağlayıcı kapasiteyi arttırır.
Proper curing, amaçlanan beton özelliklerini geliştirmek için gereklidir.Inadequate curing leave beton permeable and mitigate the protection quality of the cover, regardless of the mixing and detailed curing kombinasyonu en uygun maliyetli korozyon önleme sağlar.).
Koruyucu Sistemler ve Bakım
Yüzey destekli mühürleyiciler ve kaplamalar betona doğru nem ve klorür ingresyonunu azaltır. Penetating mühürers yüzeye yakın gözenekler doldururken, film-bilgi kaplamaları sürekli bir bariyer sağlar. Bu sistemler maruziyet ve aşınmaya dayalı periyodik yenidenplikasyon gerektirir.
Cathodic koruma, çelik potansiyelini bağışıklık bölgeye değiştirmek için dışsal bir mevcut uygulamaları aktif olarak kontrol eder. Mevcut sistemler, korozyonun sona erdiği çelik potansiyeli kullanarak dışsal bir enerji kaynağı kullanır. Sacrificial anode sistemleri daha aktif metaller kullanır, örneğin çinko gibi, bu korrode tercih eder. yaklaşımlar klorür-kontaminated betonda bile aktif korozyonu durdurabilir.
Kuantum onarımı, eklemlenme ve drenaj bakımı dahil olmak üzere düzenli bakım, korozyonu hızlandıran koşulları önler. Proaktif bir bakım programı hasar meydana geldikten sonra reaktif onarımlardan daha maliyetle etkisizdir.
Corroded Structures için onarım yöntemleri
Korozyon zaten hasara neden olduğunda, onarım, güçlendirmeyi, temizlemeyi ve tedavi etmeyi ve betonu onarım materyali ile değiştirmeyi içerir. onarım materyali yeni problem arayüzleri oluşturmak için uyumlu mekanik ve taşıma özelliklerini olmalıdır.
Gelişmiş korozyon için, etkilenen takviyenin tam değiştirilmesi gerekli olabilir. Bu, onarım sırasında ve onarımdan sonra güvenliği sağlamak için dikkatli bir yapısal analiz gerektirir ve yükleme yollarını ve bağ bütünlüğünü geri yüklemek için detaylandırmayı gerektirir.
Karbonat beton ve klorür çıkarılması için gerçek bir beton için gerçekleştirilmesi dahil olmak üzere, betonun fiziksel kaldırılması olmadan çelik etrafındaki koruyucu ortamı geri yükleyebilir. Bu yöntemler özellikle betonun çıkarılmasının engelleyici veya orijinal yapının korunmasının arzu edildiği yerlerde faydalıdır.
Vaka Çalışmaları ve Başarısızlıklardan Öğrenme
Birçok önemli korozyon kaynaklı başarısızlıklar mevcut mühendislik pratiğini şekillendirdi. İnşaat sırasında Skyline Plaza daire binasının çökmesi, gömülü çeliklerin boru hattında, sürüp küçültülme etkileri ile birlikte, 1983 yılında Mianus Nehri Köprüsü'nin başarısızlığı, pin ve aser meclislerinin korozyonunu da vurguladı.
Farsça Körfezi'ndeki deniz yapıları ve başka yerlerde yüksek sıcaklıklar nedeniyle 10-15 yıl içinde ağır korozyon yaşadı, yüksek klorür maruziyeti ve daha az dayanıklı beton uygulamaları. Bu vakalar, agresif ortamlarda kapak derinliğinin ve beton kalitesinin kritik önemini gösterdi.
1970'lerde ve 1980'lerde kuzeydoğu Amerika Birleşik Devletleri'ndeki park yapıların korozyona neden olan bozulmalar, daha sıkı tasarım kodlarının geliştirilmesine, geliştirilmiş mühür sistemleri ve köprü güverteleri için yaygın olarak kabul edilen bir güçlendirmeye yol açtı.
Future Yol in korozyon Yönetimi
Sensör teknolojisindeki ilerlemeler, yapıların içindeki korozyon koşullarını sürekli olarak izleme imkanı sağlar. klorür konsantrasyonu, pH, sıcaklık ve korozyon potansiyelini ölçtü, hasar meydana gelmeden önce bakım eylemlerine yol açan gerçek zamanlı veriler sağlar. Kablosuz sensör ağları ekonomik olarak büyük ölçekli izleme sağlar.
Özel koşullar altında belirli yapıların korozyon başlatılması ve yayılımı için zaman tahmin etme yeteneğine olanak tanır. Bu modeller yaşam döngüsü maliyet analizi ve malzeme seçimi, kapak derinliği ve bakım frekansı hakkında karar vermelerini sağlar.
Yeni malzeme teknolojileri, kendi kendini kınayan beton dahil, bakteri eylemi veya enkapsasyonel şifa ajanları aracılığıyla kırılır, korozyon başlangıç için birincil yollarından birini hafifletme potansiyeline sunar.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Kororatif koşullar altında betonda çelik güçlendirmenin başarısızlığı, korozyon ve beton hasarı arasındaki olumlu geri bildirimle başlayan karmaşık, çok aşamalı bir süreçtir.Başlangıç aşaması beton kapak kalitesine, çevresel maruziyete ve agresif ajanlara bağlıdır.
Doğru tasarım, malzeme seçimi ve inşaat uygulamaları mevcut yapıların en etkili stratejisidir, düzenli denetim, koşul değerlendirme ve zamanında müdahale önemli yapısal hasarlar meydana gelmeden önce korozyonu engelleyebilir. dayanıklı beton karışımlarının kombinasyonu, yeterli kapak, korozyona dayanıklı beton bakımı, uzun vadeli yapısal performansın en iyi güvencesi sağlar.
[FONT:0) Çelik önlemeye ve erken algılamaya yatırım yapan mühendisler, genişletilmiş hizmet yaşamı aracılığıyla önemli geri dönüşler fark edeceklerdir, onarım maliyetleri azaltılır ve kamu güvenliğini artırırlar.[DÜT:1). Her korozyona maruz kalan başarısızlık, uygulamamızı geliştirmeye devam eden dersler sunar ve bir sonraki beton yapılarımızı daha dayanıklı hale getirir.