O trabalho descrito aqui foi financiado em parte pelo Instituto suíço de estradas federais (projeto de pesquisa AGB2012/010). Muito reconhecemos o apoio financeiro.

<ol>
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Taking, examining and testing in compression.</a> European Committee for Standardization. , (2009).</li><li>Andrade, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Test+methods+for+on-site+corrosion+rate+measurement+of+steel+reinforcement+in+concrete+by+means+of+the+polarization+resistance+method.">Test methods for on-site corrosion rate measurement of steel reinforcement in concrete by means of the polarization resistance method.</a> Mater Struct. 37 (273), 623-643 (2004).</li><li>Angst, U., Vennesland, &. #. 2. 1. 6. ;., Myrdal, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+potentials+as+source+of+error+in+electrochemical+measurements+in+concrete.">Diffusion potentials as source of error in electrochemical measurements in concrete.</a> Mater Struct. 42 (3), 365-375 (2009).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=European+Standard+EN+14630:+Products+and+systems+for+the+protection+and+repair+of+concrete+structures+-+Test+methods+-+Determination+of+carbonation+depth+in+hardened+concrete+by+the+phenolphthalein+method.">European Standard EN 14630: Products and systems for the protection and repair of concrete structures - Test methods - Determination of carbonation depth in hardened concrete by the phenolphthalein method.</a> European Committee for Standardization. , (2006).</li><li>Gulikers, J., Andrade, C., Kropp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Testing+and+Modelling+the+Chloride+Ingress+into+Concrete.">Testing and Modelling the Chloride Ingress into Concrete.</a> RILEM Proceedings PRO 19. , (2000).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ASTM+C1084+Standard+Test+Method+for+Portland-Cement+Content+of+Hardened+Hydraulic-Cement+Concrete.">ASTM C1084 Standard Test Method for Portland-Cement Content of Hardened Hydraulic-Cement Concrete.</a> ASTM International. , (2013).</li><li>Boschmann K&#228;thler, C., Angst, U. 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K., Vennesland, &. #. 2. 1. 6. ;. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chloride+induced+reinforcement+corrosion:+Rate+limiting+step+of+early+pitting+corrosion.">Chloride induced reinforcement corrosion: Rate limiting step of early pitting corrosion.</a> Electrochim Acta. 56 (17), 5877-5889 (2011).</li><li>Boubitsas, D., Tang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+reinforcement+steel+surface+condition+on+initiation+of+chloride+induced+corrosion.">The influence of reinforcement steel surface condition on initiation of chloride induced corrosion.</a> Mater Struct. 48 (8), 2641-2658 (2015).</li><li>Pacheco, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corrosion+of+steel+in+cracked+concrete+-+chloride+microanalysis+and+service+life+predictions.">Corrosion of steel in cracked concrete - chloride microanalysis and service life predictions.</a> TU Delft. , (2015).</li><li>Li, L., Sag&#252;&#233;s, A. 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Os autores não têm nada para divulgar.

Os passos mais críticos para o sucesso do protocolo experimental sugerido para determinar Ccrit são aqueles incluindo as medidas tomadas para evitar a corrosão falsa iniciação e outro aço barra efeitos final. A este respeito, uma variedade de abordagens foram testados, entre os quais o protocolo aqui relatado foi encontrado para produzir os melhores resultados de28. Em novos testes, esta abordagem permitido diminuir a taxa de falso início para abaixo dos 10%. Por um lado, isto é devido ao revestimento zona fronteiriça de superfície de concreto exposta, com resina epóxi, que aumenta o comprimento do transporte de cloretos no concreto para a barra de aço termina consideravelmente. Por outro lado, substituindo o original concreto ao redor da barra de aço em suas extremidades com uma densa, altamente alcalina cimentícia chorume aumenta significativamente a resistência à corrosão nessas áreas. Tais sistemas, ou seja, revestimento do aço bar termina com uma camada de um material cimento Polímero modificado, têm sido bem sucedidos também em outros estudos29,30.
Outro aspecto importante é o critério para a iniciação da corrosão. Este critério é baseado no comitê técnico da RILEM TC-235 que pretendia recomendar um método de ensaio para a medição de Ccrit em amostras fabricadas na laboratório31. A lógica é que é bem conhecido esse início da corrosão do aço unpolarized betão armado pode ter lugar durante um longo período de tempo, em vez de um instantâneo bem-definidos30,32. Aço pode começar a corroer-se em concentrações relativamente baixas de cloreto... mas se estes não são capazes de sustentar o processo de corrosão, repassivation irá ocorrer, o que torna-se aparente por um aumento potencial de volta para o nível inicial do passivo. Tais eventos depassivation-repassivation são normalmente observados em estudos similares30,33,34. A concentração de cloreto, medida em um momento de corrosão estável é mais relevante para a prática do que o tempo em que os primeiros sinais de desvios potenciais do passivo nível tornam-se aparentes. Com o critério sugerido, Ccrit representa a concentração de cloreto no qual corrosão inicia e estàvel também se propaga.
Uma limitação do método é que as amostras são relativamente pequenas, que podem ter uma influência sobre os resultados de35,36. Para obviar a isso, é aconselhável para usar um número relativamente elevado de amostras (idealmente 10). O nível de confiança depende da distribuição estatística do Ccrit na área de teste real. Para mais detalhes a este respeito, consulte a referência36. Uma limitação adicional é que as condições de umidade na exposição laboratorial podem diferir de uma estrutura real. Finalmente, a detecção de iniciação da corrosão pode ser difícil nos casos em que o potencial é geralmente negativo, como em cimentos de escória ou outros ligantes contendo sulfeto.
O melhor de nosso conhecimento, este é o primeiro método de determinação decrit Cem estruturas de engenharia em um estágio antes da iniciação da corrosão. Em contraste com a experiência empírica de estruturas, que é, por definição, obtida após o início da corrosão, esse método pode ser usado para medir Ccrit para estruturas específicas ou membros estruturais antes de degradação de corrosão ocorre ; os resultados, portanto, podem ser usados para avaliar o risco de corrosão (futuro) e para predizer o tempo restante para a iniciação da corrosão (modelagem de vida de serviço). Assim, este método tem o potencial para ser utilizado em material de teste, similar ao estabelecidos métodos usados para teste mecânico (resistência à compressão, etc.)
Atualmente, o método é aplicado a um número de diferentes infra-estruturas de concretos na Suíça. Isso ampliará o conhecimento severamente limitada5 sobre distribuições Estatísticas de Ccrit em estruturas. Além disso, vai revelar a influência de diferentes fatores como a idade das estruturas, materiais de construção usados, etc.e assim, fornecer informações importantes para engenheiros civis e para os tomadores de decisão na gestão de infra-estrutura.

Corrosão do aço no concreto, desencadeada pela penetração de cloretos no concreto, é a causa mais frequente de degradação prematura de estruturas de betão armadas e pré-esforçado e, portanto, apresenta um dos mais importantes desafios em engenharia civil1,2,3,4. Os países industrializados têm tipicamente um grande estoque de envelhecimento infra-estruturas de concretas, construídas na segunda metade do século passado e, portanto, com uma história de várias décadas de exposição ao clima Marinha ou sais de degelo usados nas estradas. Ser capaz de avaliar confiantemente a condição dessas estruturas, ou seja, o risco de corrosão, constitui a base para o planejamento de trabalhos de manutenção e gestão de infraestrutura, em geral.
A abordagem estabelecida em engenharia para o gerenciamento de corrosão de aço induzida por cloreto no concreto é baseada em um cloreto limiar valor (também denominado crítico cloreto de conteúdo, Ccrit)1,5, 6. de acordo com este conceito, iniciação da corrosão é pensada para ocorrer quando a concentração de cloreto no concreto na superfície de aço excede o limite decrit de C. Assim, avaliar a condição das estruturas existentes e estimar a vida útil restante normalmente confiam na determinação do teor de cloreto em diferentes profundidades no concreto, particularmente na profundidade do aço de reforço incorporado. Existem vários métodos padronizados e confiáveis para medir esta concentração de cloreto em amostras de concreto7,8. Comparando os resultados de Ccrit fornece a base para a avaliação do risco de corrosão e planejando o tipo e a extensão das medidas de reparação. No entanto, essa abordagem requer conhecimento de Ccrit.
Diferentes normas internacionais e recomendações, bem como texto de livros, estipulamos valores para Ccrit1,3,9,10,11. Estes são tipicamente cerca de 0,4% cloreto por peso de cimento, com base na experiência a longo prazo ou primeiros estudos12,13. No entanto, é sabido que a resistência real contra Ccrit de uma determinada estrutura ou membro estrutural é fortemente influenciada pelos materiais usados, com a idade da estrutura e pela exposição de história e condições1 , 5. assim, é geralmente aceite que a experiência de uma estrutura só deve ser aplicada para outras estruturas com cautela.
Apesar disso, é comum a prática para usar Ccrit valores tabelados, independentes da estrutura real de engenharia. Isto pode ser explicado pela enorme dispersão de Ccrit na literatura e pela falta de métodos confiáveis para determinar Ccrit no local e no laboratório5. A abordagem de usando valores tabelados limiar nas avaliações de durabilidade é em contraste com considerações estruturais nas avaliações da condição de envelhecimento de estruturas de concreto. Neste último caso, existe um número de métodos de teste padronizado para determinar as propriedades mecânicas, tais como a resistência dos materiais na estrutura (concreto, aço de reforço), a ser utilizado nos cálculos do comportamento estrutural.
Neste trabalho, é apresentado um protocolo experimental para determinar Ccrit em amostras colhidas de engenharia de estruturas. A abordagem baseia-se na perfuração de núcleos de betão armado em partes de estruturas de concreto, onde a corrosão não tiver ainda iniciado. Estas amostras são transferidas para o laboratório onde são submetidos a um ensaio de corrosão acelerada para estudar as condições para a iniciação da corrosão. A principal vantagem do método proposto é que as amostras provêm de estruturas e, portanto, condições reais de exposição relativa a um número de parâmetros que são bem conhecidos de muito influência Ccrit e que não pode ser representativa imitada em amostras de laboratório-produzido. Isso inclui o tipo e a idade do concreto (jovem laboratório concreto contra concreto maduro site produzido), o tipo e a superfície condição a reforçar de aço usado na época da construção e em geral as propriedades do aço-concreto 14da interface. Juntamente com a precisão dos métodos de medição de laboratório, esta abordagem permite a determinação confiável de Ccrit para estruturas específicas ou membros estruturais.
Aplicação do protocolo sugerido na prática da engenharia será - comparado com a prática comum de usar um valor constante para Ccrit - melhorar a precisão das avaliações da condição e o poder preditivo de modelos para analisar o vida útil restante. O forte incremento esperado nas obras de reparação de nossa infra-estrutura construída ao longo das próximas décadas15 representa uma necessidade urgente de uma melhora em engenharia de infraestruturas de corrosão.

<table width="651">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="width:216px;height:42px;">Stranded wire</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:245px;">cross section at least 0.50 mm&#178;; ideally copper wire, tin plated</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="width:216px;height:63px;">Self-tapping metal screw</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:245px;">any suitable self-tapping screw, typically of length 4-5 mm and diameter around 2.5 mm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="width:216px;height:42px;">Ring cable lug</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:245px;">suitable to connect screw and cable</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="width:216px;height:63px;">SikaTop Seal-107</td>
			<td style="width:71px;">Sika</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:245px;">two-part polymer modified cementitious waterproof mortar slurry</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:216px;height:21px;">Epoflex 816 L</td>
			<td style="width:71px;">Adisa</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:245px;">epoxy coating</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="width:216px;height:63px;">Exposure tank</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:245px;">any suitable tank (e.g. rako box) with a lid;&#160; sufficiently large for exposing the samples</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="width:216px;height:63px;">Reference electrode</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:245px;">Any stable reference electrode suitable for continuous immersion in sodium chloride solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:216px;height:21px;">Tap water</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:245px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:216px;height:21px;">Sodium chloride</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:245px;"></td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="width:216px;height:105px;">Data logger</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:245px;">any device able to monitor the potentials of all samples vs. the reference electrode at the specified interval (input impedance &#62;10E7 Ohm)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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

O envelhecimento da infra-estrutura de betão armado em países desenvolvidos impõe uma necessidade urgente de métodos confiavelmente avaliar a condição destas estruturas. Corrosão do aço reforçando incorporado é a causa mais frequente de degradação. Enquanto é sabido que a capacidade de uma estrutura para resistir à corrosão depende fortemente fatores como os materiais usados ou a idade, é prática comum recorrer ao limiar valores estipulados em normas ou livros didáticos. Esses valores de limiar para início de corrosão (Ccrit) são independentes as propriedades reais de uma determinada estrutura, que claramente limita a precisão da condição avaliações e previsões de vida do serviço. A prática de utilizar valores tabelados pode ser rastreada para a ausência de métodos confiáveis para determinar Ccrit no local e no laboratório.
Aqui, apresenta-se um protocolo experimental para determinar Ccrit para engenharia de estruturas individuais ou membros estruturais. Um número de amostras de concreto armado é tomado a partir de estruturas e ensaios de corrosão de laboratório é executada. A principal vantagem deste método é que ele garante condições reais de parâmetros que são conhecidos para influenciar grandemente Ccrit, tais como a interface aço-concreto, que não pode ser imitada representativa em amostras de laboratório-produzido. Ao mesmo tempo, o teste de corrosão acelerada em laboratório permite a determinação confiável de Ccrit antes da iniciação da corrosão na estrutura testada; Esta é uma grande vantagem sobre todos os métodos de avaliação condição comum que só permitem estimar as condições de corrosão após a iniciação, ou seja, quando a estrutura já está danificada.
O protocolo produz a distribuição estatística de Ccrit para a estrutura testada. Isto serve como uma base para os modelos de previsão probabilística para o tempo restante à corrosão, o que é necessário para o planejamento de manutenção. Potencialmente, este método pode ser usado em testes de material das infra-estruturas civis, semelhantes ao estabelecido métodos utilizados para testes mecânicos.

A Figura 7 exibe potenciais de aço típicos monitorados durante a exposição de cloreto no laboratório. Ambos os exemplos mostram que o potencial pode cair significativamente dentro de um tempo muito curto, mas que o processo de corrosão pode não ainda estàvel propagar, que se torna evidente através do aumento do potencial para seu nível inicial passiva. Neste protocolo, o tempo de início de corrosão, ou seja, o momento em que a exposição é interrompida e Co hematócrito é determinado, é definida por uma queda de potencial marcada, seguida por 10 dias de potenciais negativos (ver seção 3.5.2 e o Discussão para mais detalhes).
É comum que pode demorar vários meses até que ocorra a iniciação da corrosão estável. Isso também depende do conteúdo de cloreto inicial já presente no concreto quando as amostras são tomadas a partir das estruturas. Em alguns casos dos experimentos realizados até agora, demorou mais de 1 ano até corrosão iniciada.
A Figura 8 mostra um exemplo de Ccrit medido em 11 amostras extraídas mais de túnel rodoviário de 40 anos de idade nos Alpes suíços. Todas estas amostras foram tiradas de dentro de uma área de 1-2 m2, assim, presumivelmente identicamente produzidas e expostas. Neste exemplo, o teor de cloreto na superfície de aço no momento da amostragem foi insignificante. Além disso, a frente de carbonatação foi ainda distante da superfície de aço.
A Figura 9 mostra dois exemplos onde o potencial do aço diminuiu fortemente após a exposição à solução de cloreto livre. Em um desses casos específicos, durante o exame (destrutivo) subsequente da amostra verificou que o concreto na profundidade aço já era carbonatado. Após a chegada de água na superfície de aço, o processo de corrosão, assim, imediatamente começou. No outro caso, iniciação de falsa corrosão ocorreu em um do aço bar termina.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig1.jpg"> 
Figura 1 . Desenho esquemático de colhida a amostra de uma estrutura e tratadas em laboratório: (um) núcleo de concreto com uma parte incorporada de aço de reforço; (b) reduzir a capa de concreta no lado exposto e na parte posterior pelo corte diamante refrigerado a água; (c) aço barra proteção final por meio de remover alguns concreto ao redor do aço e substituí-lo com um colar/argamassa de cimento denso e revestimento de epóxi subsequentes; e (d)-revestimento de epóxi nas faces laterais e na extremidade zonas da superfície exposta do concreta. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig2.jpg"> 
Figura 2 . Desenho esquemático da configuração para o teste de corrosão em laboratório. Isto mostra o posicionamento das amostras no tanque de exposição. Os espaçadores são utilizados para assegurar o contato para solução de exposição da superfície da amostra de fundo. Todas as amostras são conectadas a um registrador de dados, medir o potencial de cada amostra vs um eletrodo de referência colocada na solução de exposição. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig3.jpg"> 
Figura 3 . Desenho esquemático de tempo-evoluções possíveis de potencial do aço que ilustra o critério para a iniciação da corrosão. No ponto 1, um potencial cair por menos de 150 mV da inicial "nível passivo" ocorre; no ponto 2, um potencial passar pelo menos 150 mV ocorre, que é seguido por repassivation; no ponto 3, um potencial de queda pelo menos 150 mV ocorre (dentro de um máximo de 5 dias) e o nível potencial negativo alcançado é sustentado durante 10 dias. Em tini, retire a amostra da solução exposição. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig4.jpg"> 
Figura 4 . Desenho esquemático ilustrando o corte e divisão da amostra de concreto depois da detecção de início de corrosão. Primeiro, uma "trincheira" é cortada da parte traseira, em paralelo com a barra de aço. Inserindo um formão ou uma ferramenta semelhante, a trincheira pode ser usada para dividir a amostra conforme indicado pelas setas. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig5.jpg"> 
Figura 5 . Fotografias ilustrando a análise da amostra após a iniciação da corrosão. (a) as duas metades da amostra após a divisão e (b) uma ferrugem mancha é visível para o aço de superfície após o início da corrosão. Fotografias de amostras diferentes. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig5large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig6.jpg"> 
Figura 6 . Esquemático desenho ilustrando a amostragem para a análise cloreto após iniciação corrosão: (uma) remoção de peças revestido com epóxi, do núcleo de concreto do split (roxo = planos de corte); (b) remoção da tampa de concreto até 2 mm da superfície do aço (roxo = plano de corte); (c) ranger de dentes durante um intervalo de profundidade de + /-2 mm do aço barra profundidade tampa (vermelho = volume de amostra). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig6large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta 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 . Exemplos de representante de medida potencial vs tempo curvas. As gotas potenciais tipicamente pronunciadas que podem ser seguidas por um aumento potencial (repassivation), até que finalmente inicia a iniciação da corrosão estável de acordo com o critério sugerido. (um) mostra um caso onde o potencial estabiliza o nível negativo, e (b) é um exemplo onde o potencial continua a diminuir ao longo do período estudado de 10 dias. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig7large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig8.jpg"> 
Figura 8 . Exemplo de Ccrit medido em 11 amostras tirada de dentro de um concreto área pequena em mais de 40 anos de um antiga estrada do túnel nos Alpes suíços. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig8large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56229/56229fig9.jpg"> 
Figura 9 . Exemplos de marcado potencial diminui imediatamente após a exposição em solução de cloreto livre. Em um caso, o concreto em profundidade o aço era já carbonatado, assim, à chegada de água na superfície de aço, o processo de corrosão imediatamente iniciado, levando a uma diminuição acentuada em potencial. No outro caso, iniciação de falsa corrosão ocorreu em um do aço barra termina, que aqui levou a uma diminuição mais gradual e potencial. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56229/56229fig9large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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

Propomos um método para medir um parâmetro que é altamente relevante para avaliação de corrosão ou previsões de estruturas de concreto armado, com a principal vantagem de permitir testes das amostras de engenharia de estruturas. Isso garante condições reais na interface aço-concreto, que são cruciais para evitar artefatos de amostras de laboratório.

Protocolo experimental para determinar o valor de limiar de cloreto para corrosão em amostras colhidas de estruturas de concreto armado

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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Engineering

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Permeability of Concrete

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15.2K visualizações.  ETH Zurich. Propomos um método para medir um parâmetro que é altamente relevante para avaliação de corrosão ou previsões de estruturas de concreto armado, com a principal vantagem de permitir testes das amostras de engenharia de estruturas. Isso garante condições reais na interface aço-concreto, que são cruciais para evitar artefatos de amostras de laboratório.

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

Laboratory Drop Towers for the Experimental Simulation of Dust-aggregate Collisions in the Early Solar System

For the purpose of investigating the evolution of dust aggregates in the early Solar System, we developed two vacuum drop towers in which fragile dust aggregates with sizes up to ~10 cm and porosities up to 70% can be collided. One of the drop towers is primarily used for very low impact speeds down to below 0.01 m/sec and makes use of a double release mechanism. Collisions are recorded in stereo-view by two high-speed cameras, which fall along the glass vacuum tube in the center-of-mass frame of the two dust aggregates. The other free-fall tower makes use of an electromagnetic accelerator that is capable of gently accelerating dust aggregates to up to 5 m/sec. In combination with the release of another dust aggregate to free fall, collision speeds up to ~10 m/sec can be achieved. Here, two fixed high-speed cameras record the collision events. In both drop towers, the dust aggregates are in free fall during the collision so that they are weightless and match the conditions in the early Solar System.

We present a technique to achieve low-velocity to intermediate-velocity collisions between fragile dust aggregates in the laboratory. For this purpose, two vacuum drop-tower setups have been developed that allow collision velocities between &#60;0.01 and ~10 m/sec. The collision events are recorded by high-speed imaging.

Laboratório Gota Torres para a Simulação Experimental de Colisões Dust-agregados no sistema solar precoce

For the purpose of investigating the evolution of dust aggregates in the early Solar System, we developed two vacuum drop towers in which fragile dust ...

Engenharia

Experimental Protocol to Investigate Particle Aerosolization of a Product Under Abrasion and Under Environmental Weathering

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering, which is a fundamental element to the approach of nanosafety-by-design of nanostructured products for their durable development. This approach is basically a preemptive one in which the focus is put on minimizing the emission of engineered nanomaterials' aerosols during the usage phase of the product's life cycle. This can be attained by altering its material properties during its design phase without compromising with any of its added benefits. In this article, an experimental protocol is presented to investigate the nanosafety-by-design of three commercial nanostructured products with respect to their mechanical solicitation and environmental weathering. The means chosen for applying the mechanical solicitation is an abrasion process and for the environmental weathering, it is an accelerated UV exposure in the presence of humidity and heat. The eventual emission of engineered nanomaterials is studied in terms of their number concentration, size distribution, morphology and chemical composition. The purpose of the protocol is to study the emission for test samples and experimental conditions which are corresponding to real life situations. It was found that the application of the mechanical stresses alone emits the engineered nanomaterials' aerosols in which the engineered nanomaterial is always embedded inside the product matrix, thus, a representative product element. In such a case, the emitted aerosols comprise of both nanoparticles as well as microparticles. But if the mechanical stresses are coupled with the environmental weathering, the experimental protocol reveals then the eventual deterioration of the product, after a certain weathering duration, may lead to the emission of the free engineered nanomaterial aerosols too.

In this article, an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering is presented. Results on the emission of engineered nanomaterials, in the form of aerosols are presented. The specific experimental set-up is described in detail.

Protocolo Experimental para investigar Particle aerossolização de um produto Segundo abrasão e Sub Weathering Ambiental

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental ...

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.

Detectando a distribuição de cloreto solúvel em água da pasta de cimento em uma maneira de alta precisão

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 ...

Installation Method to Enhance Quality Control for Fiber Reinforced Polymer Spike Anchors

Fiber reinforced polymer (FRP) anchors are a promising way to enhance the performance of externally-bonded FRPs applied to existing structures, as they can delay or even prevent debonding failure. However, a major concern faced by designers is the premature failure of the anchors due to stress concentration. Poor installation quality and preparation of the clearance holes can result in stress concentration that provokes this premature failure. This paper deals with an installation method that aims to reduce the impact of the stress concentration and to provide a proper quality control of the preparation of the drill hole. The method involves three parts: the drilling and cleaning of the holes, the smoothing of the hole edges with a customized drill bit, and the installation of the anchor itself, including the impregnation of the anchor dowel and its insertion. Anchor fans (the free length of the spikes) are then bonded to the external FRP reinforcement. For the end anchorage, and in the case of reinforcements with multiple plies, it is recommended that the anchor fan be inserted between two plies to assist the stress-transfer mechanism. 
The proposed procedure is complemented with a design approach for spike anchors, based on an extensive database. It is proposed that the design follow a number of steps, namely: selection of the anchor diameter and subsequent tensile strength of the connector (that is to say, the anchor before fanning out the free end), evaluation of the reduction in the tensile strength due to bending, provision of enough embedment to prevent slippage failure, and consideration of the number and spacing of anchors for a given reinforcement. In this sense, it should be noted that further research is needed in order to obtain a general expression for the contribution of spike anchors to overall bond strength of FRP reinforcements.

This manuscript presents a method for controlling the quality of installation for spike anchors designed to delay delamination of externally bonded fiber reinforced polymers. The protocol includes the preparation of the drill hole and the insertion process. The most influential parameters on the efficiency of the anchors are discussed.

Método de instalação para aprimorar o controle de qualidade para a fibra reforçado polímero Spike âncoras

Fiber reinforced polymer (FRP) anchors are a promising way to enhance the performance of externally-bonded FRPs applied to existing structures, as they ...

Production of Single Tracks of Ti-6Al-4V by Directed Energy Deposition to Determine the Layer Thickness for Multilayer Deposition

Directed Energy Deposition (DED), which is an additive manufacturing technique, involves the creation of a molten pool with a laser beam where metal powder is injected as particles. In general, this technique is employed to either fabricate or repair different components. In this technique, the final characteristics are affected by many factors. Indeed, one of the main tasks in building components by DED is the optimization of process parameters (such as laser power, laser speed, focus, etc.) which is usually carried out through an extensive experimental investigation. However, this sort of experiment is extremely lengthy and costly. Thus, in order to accelerate the optimization process, an investigation was conducted to develop a method based on the melt pool characterizations. In fact, in these experiments, single tracks of Ti-6Al-4V were deposited by a DED process with multiple combinations of laser power and laser speed. Surface morphology and dimensions of single tracks were analyzed, and geometrical characteristics of melt pools were evaluated after polishing and etching the cross-sections. Helpful information regarding the selection of optimal process parameters can be achieved by examining the melt pool features. These experiments are being extended to characterize the larger blocks with multiple layers. Indeed, this manuscript describes how it would be possible to quickly determine the layer thickness for the massive deposition, and avoid over or under-deposition according to the calculated energy density of the optimum parameters. Apart from the over or under-deposition, time and materials saving are the other great advantages of this approach in which the deposition of multilayer components can be started without any parameter optimization in terms of layer thickness.

In this research, a rapid method based on melt pool characterization is developed to estimate the layer thickness of Ti-6Al-4V components produced by directed energy deposition.

Produção de Single Tracks de Ti-6Al-4V pela deposição de energia dirigida para determinar a espessura de camada para deposição de várias camada

Directed Energy Deposition (DED), which is an additive manufacturing technique, involves the creation of a molten pool with a laser beam where metal ...

Optimized Sealing Process and Real-Time Monitoring of Glass-to-Metal Seal Structures

Residual stress is an essential factor to keeping the hermeticity and robustness of a glass-to-metal seal structure. The purpose of this report is to demonstrate a novel protocol to characterize and measure residual stress in a glass-to-metal seal structure without destroying the insulation and hermeticity of sealing materials. In this research, a femto-laser inscribed fiber Bragg grating sensor is used. The glass-to-metal seal structure that is measured consists of a metal shell, sealing glass, and Kovar conductor. To make the measurements worthwhile, the specific heat treatment of metal-to-glass seal (MTGS) structure is explored to obtain the model with best hermeticity. Then, the FBG sensor is embedded into the path of sealing glass and becomes well-fused with the glass as the temperature cools to RT. The Bragg wavelength of FBG shifts with the residual stress generated in sealing the glass. To calculate the residual stress, the relationship between Bragg wavelength shift and strain is applied, and the finite element method is also used to make the results reliable. The online monitoring experiments of residual stress in sealing glass are carried out at different loads, such as high temperature and high pressure, to broaden functions of this protocol in harsh environments.

Key procedures to optimize the sealing process and achieve real-time monitoring of the metal-to-glass seal (MTGS) structure are described in detail. The embedded fiber Bragg grating (FBG) sensor is designed to achieve online monitoring of temperature and high-level residual stress in the MTGS with simultaneous environmental pressure monitoring.

Processo de vedação otimizado e monitoramento em tempo real de estruturas de vedação de vidro a metal

Residual stress is an essential factor to keeping the hermeticity and robustness of a glass-to-metal seal structure. The purpose of this report is to ...

Artificial Thermal Ageing of Polyester Reinforced and Polyvinyl Chloride Coated Technical Fabric

Architectural fabric AF9032 has been subjected to artificial thermal ageing to determine changes of the material parameters of the fabric. The proposed method is based on the accelerated ageing approach proposed by Arrhenius. 300 mm x 50 mm samples were cut in the warp and fill directions and placed in a thermal chamber at 80 &#176;C for up to 12 weeks or at 90 &#176;C for up to 6 weeks. Then after one week of conditioning at ambient temperature, the samples were uniaxially tensioned at a constant strain rate. Experimentally, the parameters were determined for the non-linear elastic (linear piecewise) and viscoplastic (Bodner&#8211;Partom) models. Changes in these parameters were studied with respect to the ageing temperature and ageing period. In both cases, the linear approximation function was successfully applied using the simplified methodology of Arrhenius. A correlation was obtained for the fill direction between experimental results and the results from the Arrhenius approach. For the warp direction, the extrapolation results exhibited some differences. Increasing and decreasing tendencies have been observed at both temperatures. The Arrhenius law was confirmed by the experimental results only for the fill direction. The proposed method makes it possible to predict real fabric behavior during long term exploitation, which is a critical issue in the design process.

Here, we simulate accelerated thermal ageing of technical fabric and see how this ageing process influences the mechanical properties of the fabric.

Envelhecimento Térmico Artificial do Poliéster Reforçado e Tecido Técnico Revestido de Cloreto de Polivinil

Architectural fabric AF9032 has been subjected to artificial thermal ageing to determine changes of the material parameters of the fabric. The proposed ...

Advanced Self-Healing Asphalt Reinforced by Graphene Structures: An Atomistic Insight

Graphene can improve the self-healing properties of asphalt with high durability. However, the self-healing behaviors of graphene-modified asphalt nanocomposite and the role of incorporated graphene are still unclear at this stage. In this study, the self-healing properties of pure asphalt and graphene-modified asphalt are investigated through molecular dynamics simulations. Asphalt bulks with two crack widths and locations for graphene are introduced, and the molecular interactions among asphalt components and the graphene sheet are analyzed. The results show that the location of graphene significantly affects the self-healing behaviors of asphalt. Graphene near the crack surface can greatly accelerate the self-healing process by interacting with the aromatic molecules through &#960;-&#960; stacking, while graphene at the top area of the crack tip has a minor impact on the process. The self-healing process of asphalt goes through the reorientation of asphaltene, polar aromatic, and naphthene aromatic molecules, and the bridging of saturate molecules between crack surfaces. This in-depth understanding of the self-healing mechanism contributes to the knowledge of the enhancement for self-healing properties, which will help to develop durable asphalt pavements.

Graphene-modified asphalt nanocomposite has shown an advanced self-healing ability compared to pure asphalt. In this protocol, molecular dynamics simulations have been applied in order to understand the role of graphene in the self-healing process and to explore the self-healing mechanism of asphalt components from the atomistic level.

Asfalto avançado de auto-cura reforçado por estruturas de grafeno: uma visão atomística

Graphene can improve the self-healing properties of asphalt with high durability. However, the self-healing behaviors of graphene-modified asphalt ...

Modeling and Experimental Analysis of the Single-Shaft Coaxial Motor-Pump Assembly in Electrohydrostatic Actuators

An electrohydrostatic actuator (EHA) can be the most promising alternative compared with the traditional hydraulic servo actuators for its high power density, ease of maintenance, and reliability. As the core power unit that determines the performance and service life of the EHA, the motor-pump assembly should simultaneously possess a wide speed/pressure range and a high dynamic response.
This paper presents a method to test the performance of the motor-pump assembly through simulation and experimentation. The flow output characteristics were defined through simulation and analysis of the assembly at the beginning of the experiment, leading to the conclusion of whether the pump could meet the requirements of the EHA. A series of performance tests were conducted on the motor-pump assembly via a pump test bench in the speed range of 1,450-9,000 rpm and the pressure range of 1-30 MPa.
We tested the overall efficiency of the motor-pump assembly under various working conditions after confirming the consistency between the test results of the flow output characteristics with the simulation results. The results showed that the assembly has higher overall efficiency when working at 4,500-7,000 rpm under the pressure of 10-25 MPa and at 2,000-2,500 rpm under 5-15 MPa. Overall, this method can be utilized for determining in advance whether the motor-pump assembly meets the requirements of EHA. Moreover, this paper proposes a rapid test method of the motor-pump assembly in various working conditions, which could assist in predicting EHA performance.

We built a simulation model to evaluate pump flow characteristics and performance of the single-shaft coaxial motor-pump assembly in electrohydrostatic actuators and investigate the overall efficiency in a wide set of working conditions of the motor-pump assembly experimentally.

Modelagem e Análise Experimental do Conjunto Motor-Bomba Coaxial de Eixo Único em Atuadores Eletro-Hidrostáticos

An electrohydrostatic actuator (EHA) can be the most promising alternative compared with the traditional hydraulic servo actuators for its high power ...

Co-localizing Kelvin Probe Force Microscopy with Other Microscopies and Spectroscopies: Selected Applications in Corrosion Characterization of Alloys

Kelvin probe force microscopy (KPFM), sometimes referred to as surface potential microscopy, is the nanoscale version of the venerable scanning Kelvin probe, both of which measure the Volta potential difference (VPD) between an oscillating probe tip and a sample surface by applying a nulling voltage equal in magnitude but opposite in sign to the tip-sample potential difference. By scanning a conductive KPFM probe over a sample surface, nanoscale variations in surface topography and potential can be mapped, identifying likely anodic and cathodic regions, as well as quantifying the inherent material driving force for galvanic corrosion.
Subsequent co-localization of KPFM Volta potential maps with advanced scanning electron microscopy (SEM) techniques, including back scattered electron (BSE) images, energy dispersive spectroscopy (EDS) elemental composition maps, and electron backscattered diffraction (EBSD) inverse pole figures can provide further insight into structure-property-performance relationships. Here, the results of several studies co-localizing KPFM with SEM on a wide variety of alloys of technological interest are presented, demonstrating the utility of combining these techniques at the nanoscale to elucidate corrosion initiation and propagation.
Important points to consider and potential pitfalls to avoid in such investigations are also highlighted: in particular, probe calibration and the potential confounding effects on the measured VPDs of the testing environment and sample surface, including ambient humidity (i.e., adsorbed water), surface reactions/oxidation, and polishing debris or other contaminants. Additionally, an example is provided of co-localizing a third technique, scanning confocal Raman microscopy, to demonstrate the general applicability and utility of the co-localization method to provide further structural insight beyond that afforded by electron microscopy-based techniques.

Kelvin probe force microscopy (KPFM) measures surface topography and differences in surface potential, while scanning electron microscopy (SEM) and associated spectroscopies can elucidate surface morphology, composition, crystallinity, and crystallographic orientation. Accordingly, the co-localization of SEM with KPFM can provide insight into the effects of nanoscale composition and surface structure on corrosion.

Co-localização Kelvin Sonbe Force Microscopy com outras microscopias e espectroscopias: aplicações selecionadas na caracterização de corrosão de ligas

Kelvin probe force microscopy (KPFM), sometimes referred to as surface potential microscopy, is the nanoscale version of the venerable scanning Kelvin ...