Prestressing çelik modern sivil mühendisliğin arka kemiğidir, beton yapıların büyük mesafelere yayılmasına ve ağır yüklere geçilmesine izin veren sıkı kuvvet sağlar. Uzun süreli köprüler ve yüksek binalardan nükleer santrallerde gemileri barındırmak için, ön yargılanan betonun güvenilirliği, çelik elemanlarının uzun vadeli bütünlüğüne bağlıdır. Ancak, bu çelik elemanların on yıllar boyunca hizmet, maruz kalma, nem, sıcaklık akışları, kimyasal ajanlar ve sürekli mekanik stresler, kontrol edilemeyen tüm yapılarına bağlıdır.

Prestressing Steel'de Önlemenin Mekanikleri

Prestressing çeliklerinin mezuniyeti nadiren tek bir nedenin sonucudur. Bunun yerine, elektrokimya, mekanik ve çevresel faktörlerle ilgili olarak ortaya çıkmaktadır.

Korozyon

Korozyon, betonun alkali ortamındaki en yaygın çeliktir. (pH tipik olarak 12.5'in üzerinde), ince pasif demir oksit tabakası, çelikleri korozyondan korur. Bu pasif film karbonatla kırılabilir - betonda bir hidrojenin reaksiyonları, 9'u azaltan demir ozul ve katletmelerin yer aldığı betonlu yüzeyler için, yüksek çözünürlükte çelikler veya klor-zenfekte sular ile ısıtılır.

Hidrojen Embrittlement

Hidrojen embrittlement (HE) özellikle yüksek çözünürlükte kullanılan yüksek çözünürlükte çelikler için oldukça zor bir şekilde veya daha yüksek çözünürlükte çelikleri kontrol altına alabilir.

Stresli Teşekkkür (SCC)

SCC, çekme stresi ve koreatif bir ortam birleştiren sinerjik bir saldırıdır. Prestressing çelik için, en yaygın SCC ajanları klorürler, nitratlar ve karbonatlar. Cracks mikroskopik yüzeylerde başlar, korozyon pitleri veya metalurjik bir dahiliyet ve propagate genellikle genel korozyon eksikliğinden daha dayanıklıdır.

Şişman ve Sıklık

Yüksek döngüsü, demiryolları, sertleştirici cihazlar veya korozyon tuzakları gibi stres kesicileri başlatabilir. Üst düzey yorgunluk, çelik ve iyonlar arasındaki temas noktalarında meydana gelir veya küçük osilatör hareketleri altında bir çiftliğe işaret eder.Bu, demiryollarında ve eğriler gibi stres artışları ile eğimli düklerde belirli bir endişedir.

Çevresel Faktörler Degradasyona Etkisi

Moisture ve Chlorides

Sahil yapıları, deniz suyunun üzerindeki köprüler ve park garajları, tuzları azaltmak için maruz kalıyorlar. klorital iyonlar betonu kapiller absorpsiyon, difüzyon ve göç, özellikle de göz ardı edilebilir betonlar, kritik bir klorür konsantrasyonu (tipik olarak% 0.4-1.0 ila% 1 ila çelikler) çelikleri boşaltmak için yeterlidir.

Sıcaklık Extremes ve Fire

Elevated sıcaklıklar çelik yumuşatıp verim gücünü azaltır. 300°C (572°F), prestressing çelik, kuvvetin% 10'unu kaybeder; 500 °C (932°F), yangın söndürme ajanlarından tasarruf eder. Düşük sıcaklıklarda, çelik daha fazla çırpılırken, çelik genellikle metalik olmayan yüzeylerde tekrarlanabilir.

Çevreden Kimyasal Saldırı

Sulfur dioksit (SO2) veya azot oksitleri (NOx) içeren endüstriyel atmosferler betona saldırabilecek ve pH'ı azaltabilecek asitli yağmurlar üretebilmektedir. Yüksek çelikten kaynaklanan çatlaklar ve nanosulfatlar da bir risk oluşturur.

Karbonasyon ve Beton Neutralizasyon

Karbonasyon, beton pH'ı 12.5-13'ten aşağıdan aşağıya indiren yavaş bir süreçtir. Karbonasyon önlüğü çelike ulaşırsa, nem ve oksijenin mevcut olup olmadığına karar verir. Karbonasyon oranı yüksek çözünürlükte daha hızlı ilerler (traffic tüneller, park yapıları) ve düşük alkali rezerve edilir.

Tasarım ve Koruma Stratejileri Uzun Yaşam için

Malzeme Seçimi

Önleyici çelikin doğru derecelerini seçmek, savunmanın ilk satırıdır. Seçenekler şunları içerir:

  • [FONT=0) Düşük Boyutlu Çelik (ASTM A416 Sınıf 270))[Düzücü ve stres rahatlamasını azaltmak için ısıya değer, uzun vadeli ön tutmayı geliştirmek.
  • [FONT:0]Galvanized or epoxy-coated filaments[[DÜT:1): klorürlere ve nemiğe karşı bir bariyer sağlamak. Ancak, kaplama bütünlüğü sağlanmalıdır - çizilebilir - çizilebilir veya tatiller yerelleştirilmiş saldırıya yol açabilir.
  • [FONT=0) Yarı çelik (örneğin, Güvenlik S32205 duplex)) yüksek korozyon direnci sunar, ancak deniz köprüleri gibi aşırı ortamlarda kullanılır.
  • [FONT:0) Yüksek güçlü çelik, alaşım ekleriyle): Kromyum ile mikrotüm, veya niobium korozyon direncini artırabilir ve hidrojen duyarlılığı azaltır.

Koruyucu Sistemler

Çelikin ötesinde, birkaç mühendisli sistem hizmet hayatını genişletiyor:

  • [FONTD:0)Grout enjeksiyonu[Dönder:)) Önyükleme (örneğin, çelikleri geçen alkali bir ortam yaratır. Modern pre-bagged, düşük hacimli, genişleyen, homojen groutlar boşlukları azaltır ve homojenliği arttırır.
  • [FONT=0]Wax veya yağ kaplamaları [Döntilmiş tendonlar için [Dönemli tendonlar için: fiziksel olarak binalarda ve park garajlarında tek zincirli sistemlerde kullanılır.
  • [FONT=0)Köprükanlık koruma (CP)): korozyon başladığında veya yakın zamanda uygulanmış durumda uygulanır. mevcut CP veya sakrifal anodlar (zinc, alüminyum) çelikleri kutuplamanın termodinamik olarak imkansız olduğu bir potansiyele kadar engelleyebilir. CP deniz ortamlarında alt yapı elemanlarına sıklıkla uygulanır.
  • [FONT:0)Concrete cover ve admixtures[DÜDÜDÜDÜSÜDÜSÜDÜSÜŞÜNÜDÜŞÜNÜDÜŞÜNÜŞÜNÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ: 25 mm'den 50 mm'ye kadar orta agresif ortamlar için) dramatik gecikmeler klorür ekinlik ve rafinerisi azaltır.

Yapısal Tasarım Detayları

İyi detaylama, tendonlara ulaşmaktan nem ve agresif ajanlar önlemek:

  • [FONT:0]Dlawage sistemleri[DFLT:1]: köprü güverteleri, köprü koltukları ve tüm yatay yüzeyler göletleri, göletleri ve göletleri, göletleri ve tüm yatay yüzeyleri havuzları önlemek için.
  • [FONT:0]Denizli ortak toplantılar[[Dönetici: 1 ): Su ingresini önlemek için demiryollarında.
  • [FONT:0) Katı yönetim[Dönetici: soğuk iklimlerde, su geçirmez membranlar ve trafik yatakları köprü güverteleri üzerinde asılıdır.
  • [FONT:0)Düzgülü beton kapak[[Dönetici: 1 ), standartlarda (AASHTO, Eurocode 2) inşaat için toleranslarla.
  • [FONT=0)Wrap sistemleri[Dönetici: Mevcut yapılar için, fiber-reinforced polimer (FRP) sarmalar bir nem bariyeri sağlayabilir ve sınırlılık ekleyebilir.

İzleme ve Muayene

Erken bozulma algılama, acil durum değiştirilmesi yerine proaktif onarım sağlar. Modern denetim teknikleri şunları içerir:

  • [FONT:0)Visual denetim[[Dönetici: 1 ), çatlak ve spalling (ama genellikle yerelleştirilmiş korozyon için çok geç).
  • [FONT:0) Akustik emisyon izleme[[Dönetici:)[Dönemli tendonlarda tel molalarını tespit eder.
  • [FONT:0)Electrokimyasal sensörler[[Dönetici:))[Döneticisel olmayan sensörlerin [Döneticileri 1 ): zaman içinde korozyon riskini takip etmek için potansiyel ve dirençli probları içeriyordu.
  • [FONT:0)Ground-penetating radar (GPR)) ve [[Dönetici:2)[Dönetici: 3 ): sönüllüleri bulmak.
  • [FONT:0)Magneto-elastic yöntemler): Boş olmayan tendonlarda stres kaybı ölçül.

Özel Uygulamaların Uzun Süreli Davranışları

Bridges

Bridges, ABD'deki en yaygın beton köprüleri olduğunu ve çeyrekte, enjeksiyon güvertelerinde, enjeksiyonun kombinasyonlarını büyük ölçüde azalttığını ve termal bisikletin bozulmadığını buldu.Twey'nin yüksek çözünürlükte 10 binden fazla önyükleme noktası var.

Binalar ve Otopark Garajlar

Binalarda, tek iplikli tendonlar yaygındır. Ekonomik ve plakaları inceltmelerine izin verirler. Ancak, 30-40 yıl sonra demiryollarında nemlendirmeye veya değiştirilmesine karşı hassastır. Park garajlarında, su geçirmez tuzlarla birlikte maruz kalma, mevcut birçok garajın yüksek agresif bir ortam oluşturması gerekir.

Su ve Atıksu Yapıları

Su ve atık su için beton tankları ve borular sürekli nezle karşı karşıya kalır, hidrojen sulfidden kimyasal saldırı (H2S) kanalizasyonlarda ve mikrobiyal etkisi.Elektrikli beton silindirlerin (PCCP) hassas bir şekilde uygulanan ve kontrollü potansiyellerle kontrol edilen bakırların incelenmesi.

Standartlar, Test ve Araştırma Yolları

İlgili Standartlar

Yoğun bir çerçeve test için mevcuttur ve prestressing çeliklerini belirtmek için vardır:

  • [FONT=0)ASTM A416 / A416M : Low-Relaxation için standart bir özellik, Prestressed Concrete için Yedi-Wire Steel Strand.
  • [FONT:0] 10138[[DÜT 1: 1 ): Metal çelikleri (Avrupa standardı).
  • [FONT:0)ACI 222.2R: Prestressing Steels'in korozyonu.
  • [FONT:0)PTI M55[[Dönetici: Post-Tensioned Structures için Doğrulama.
  • [FONT=0)NACE SP0390[[Dönetici: Prestressed Concrete Structures'ın Cathodic Protection için öneriler.

Bu standartlar, çekmenin gerilme özelliklerini, rahatlamasını, kuvvetini, stres korozyon çatlakları için test eder (örneğin, EN ISO 15660-3 başına sürekli yük testi).

Gelişen Araştırma Araştırma

Devam eden araştırmalar uzun vadeli performansın geliştirilmesine odaklanmaktadır:

  • [FONT:0) Düşük Güvenilirlik ve yüksek güç, üstün bir bariyer sağlayarak kapağı azalttır.
  • [FONT:0)Shape bellek alaşımı (SMA) güçlendirme) kendi kendini kınayan veya hasar kurtarma için, ancak ticari değil.
  • [FONT:0]Sensor-integrated tendonlar[[Dönler: fiber optik Bragg gratings gömülü şeritler gerçek zamanlı su, sıcaklık ve korozyon izleme sağlar.
  • [FONT:0) Tahmin edici modelleme): Sonlu elemanlar modelleri klorür taşımacılığı, elektrokimyasal korozyon ve mekanik davranış tasarım ömrünü optimize etmenize yardımcı olur.

Lehigh University ATLSS Engineering Research Center tarafından önemli bir çalışma (2020), kritik altyapı için paslanmaz çelik kütükleri kullanarak,% 300'den fazla yorgunluk ömrünü uzatan filamentler ile genişletilen kod güncellemeleri ile karşılaştırıldığında, bu tür bulgular kritik altyapı için daha fazla korozyona dayanıklı seçeneklere doğru yol açıyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Metalin malzeme performansının sınırlarında işletilmesi, uzun vadeli davranışları, malzeme özellikleri, çevresel maruz kalma, yapısal tasarım ve bakım arasındaki hassas bir denge tarafından yönetilmektedir.En ciddi tehditler - korozyon, hidrojen embrittlement, stres korozyon çatlakları ve yorgunluk - dikkatli bir şekilde idare edilebilir beton seçimi (düşükücük sınıflar), sağlam koruyucu sistemler (gerekli yapılar, kaplamalar, CP), muhafazakar yapısal detaylamalar ve proaktif izleme.