Содержание
Глава 1. Коррозионностойкие сплавы для железобетона, FHWA-HRT-09-020
Глава 1. Коррозионностойкие сплавы для железобетона, FHWA-HRT-09-020
Содержание > Глава 1
Предыдущий | Содержание | Далее
1.1 ПРЕДПОСЫЛКИ
Соединенные Штаты вложили значительные средства в систему автомобильных дорог, эксплуатационные характеристики которых в сочетании с другими видами транспорта имеют решающее значение для экономической мощи и общественного благосостояния. Хотя износ конструкций со временем является нормальным и ожидаемым явлением, скорость, с которой это ухудшение происходило для автодорожных мостов с момента появления в 19 в.60-е годы политики расчистки дорог и применения в зимнее время противогололедных солей в северных районах были ненормально развиты и создавали серьезные проблемы с техническим обслуживанием. Также важным является аналогичный прогрессирующий износ железобетонных мостов в прибрежных районах, как северных, так и южных, в результате воздействия морской воды и брызг.
В любом случае (противообледенительная соль или воздействие морской среды) ухудшение является следствием агрессивного характера ионов хлора в сочетании с влагой и кислородом. (1) Более половины всех мостов в Соединенных Штатах относятся к железобетонному типу, и эти конструкции особенно пострадали. Недавнее исследование показало, что ежегодные прямые затраты на коррозию мостов составляют от 5,9 до 9,7 миллиардов долларов. (2) При включении косвенных факторов эти затраты могут быть в 10 раз выше. (3)
Поскольку эта проблема проявлялась в течение последних 40 с лишним лет, технические усилия были направлены на понимание механизма ухудшения состояния и разработку стратегий предотвращения и вмешательства. Что касается первого, то сталь и бетон во многом совместимы друг с другом, о чем свидетельствует тот факт, что в отсутствие хлоридов относительно высокий рН порового раствора бетона (рН ≈ 13,0-13,8) способствует образованию защитного оксида ( пассивная) пленка, так что скорость коррозии незначительна, и это приводит к относительно низким затратам на техническое обслуживание в течение десятилетий.
Однако в присутствии хлоридов даже при концентрациях на глубине стали всего 0,6 кг/м 3 (1,0 pcy) в пересчете на вес бетона пассивная пленка может разрушиться локально, и начнется активная коррозия. (4) Как только это происходит, твердые продукты коррозии постепенно образуются вблизи поверхности раздела сталь-бетон и в конечном итоге приводят к растрескиванию и отслаиванию бетона. На рис. 1 показана фотография, иллюстрирующая такое повреждение сваи берегового моста. Поскольку износ, вызванный коррозией, прогрессирует, необходимо регулярно проводить осмотры для оценки повреждений. Настоящие федеральные нормы требуют проведения визуального осмотра каждые 2 года. (5) Если индикаторы ухудшения состояния не будут устранены, общественная безопасность находится под угрозой. Например, сколы бетона, вызванные коррозией, образуются в виде выбоин на настиле моста и создают небезопасные условия вождения. В крайнем случае происходит разрушение конструкции и разрушение.
Рис. 1. Фото. Треснувшая и расколотая свая морского моста.
1.2 Моделирование износа железобетонной конструкции и прогноз срока службы
Ухудшение состояния железобетона, вызванное коррозией, можно смоделировать в виде трех последовательных составляющих этапов или периодов, которые включают следующее:
- Время начала коррозии ( T i ).
- Время после начала коррозии до появления трещин на внешней поверхности бетона (распространение трещины) ( T c ).
- Время, когда поверхностные трещины превращаются в сколы, которые прогрессируют до такой степени, что требуется техническое обслуживание, выходящее за рамки обычного ( Т с ).
Сумма T c + T s называется периодом распространения коррозии, T p . Срок службы без обслуживания, T mf , тогда T i + T p .
Как определено, срок службы без технического обслуживания не включает случайный мелкий или текущий ремонт, который может потребоваться для любой конструкции значительного размера до 9 лет.0034 T mf или даже T i . Рисунок 2 схематически иллюстрирует эти параметры в сочетании с графиком кумулятивного повреждения в зависимости от времени (адаптировано из Tutti). (6)
Рис. 2. График. Схематическое изображение различных этапов износа железобетона из-за коррозии, вызванной хлоридами.
Таким образом, критическая задача для T mf 9Определения 0036 предназначены для разработки данных лабораторных и испытательных полигонов, опыта обслуживания или того и другого, которые облегчают прогноз T i и T p . Конечно, Т i для реальных конструкций нельзя определить непосредственно из лабораторных экспериментов, так как Т i для лабораторных образцов обязательно короче, чем для конструкций.
Однако общепризнано, что разрушение пассивной пленки и инициирование активной коррозии арматурной стали в бетоне начинаются при достижении критической концентрации хлоридов 9.0034 C T , достигается на глубине армирования. (7) Следовательно, если C T известно из экспозиций на полигоне и то же самое значение применимо к реальным конструкциям, то T i для последних можно вычислить, используя решение второго закона Фика диффузия, предполагая, что диффузия является преобладающим механизмом переноса Cl — в обоих случаях (испытательные образцы и структура). Второй закон Фика для одномерной диффузии выглядит следующим образом:
(1)
где указывает частную производную, C ( x , T ) концентрация хлорида, [Cl — ], через время T на расстоянии x в бетон в направлении диффузии, измеренном от экспонируемой поверхности, а D e — эффективный коэффициент диффузии.
Как написано в уравнении 1, если D e предполагается независимым от х и T , то его решение будет следующим:
(2)
, где C s представляет собой [Cl — ] на бетонной поверхности, также предполагается постоянной во времени, а ERF представляет собой функцию ошибки Гаусса. Далее, при зарождении коррозии C ( x , T ) равно C T , x — защитный слой арматуры, а T = i i Таким образом,
(3)
Это решение предполагает, что C T , C s , x и D e распределены пространственно и хронологически постоянны, в то время как они, на самом деле, с диапазоном параметров 903 C T различаются более чем на порядок. (8, 9) Кроме того, C s и D e могут варьироваться в зависимости от времени воздействия и конкретного возраста.
Уравнение 3, как написано, считает, что начальный [Cl — ] в бетоне равно 0. Кроме того, в этом выражении подразумевается, что диффузионная среда (бетон) однородна и не имеет трещин. Тем не менее, анализы, основанные на уравнении 3, общеприняты в качестве жизнеспособного инженерного инструмента для прогнозирования T i .
Меньше внимания уделяется T c ; тем не менее, некоторые авторы разработали сложные модели, которые учитывают тенденцию твердых продуктов коррозии и корродирующей арматуры к развитию растягивающих кольцевых напряжений и, в конечном итоге, к растрескиванию бетона. (10) Влияющие переменные, влияющие на T c , включают скорость коррозии, удельный объем твердых продуктов коррозии и скорость их образования, микроструктуру и прочность бетона, а также отношение покрытия бетона к диаметру арматуры. В качестве альтернативы T c можно принять за конкретное время, например 5 лет, для появления поверхностных трещин в случае черной полосы (BB).
(9) Меньше внимания уделяется T s и любой последующий период, который может истечь до начала технического обслуживания.
На основе модели коррозионного износа, представленной на рис. 2, в настоящее время широко используются методы анализа стоимости жизненного цикла (LCCA) для оценки и сравнения выбора различных материалов и вариантов конструкции. Этот подход учитывает как первоначальную стоимость, так и прогнозируемый срок службы расходов на техническое обслуживание, ремонт и восстановление, которые необходимы для достижения проектного срока службы (синоним 9).0034 Т мф ). Они оцениваются с точки зрения временной стоимости денег, из которой определяется текущая стоимость. Затем можно провести сравнение между различными вариантами на основе нормализованной стоимости. Таким образом, выбор материалов определяет C T , что в сочетании с расчетными параметрами позволяет рассчитать T i .
С оценкой T c и T s , T mf можно проецировать. В зависимости от стоимости и расчетного срока службы могут потребоваться итерации. Рисунок 3 схематически иллюстрирует эту прогрессию.
Рис. 3. Диаграмма. Представление последовательных шагов, участвующих в процессе проектирования.
1.3 Армирующая сталь с эпоксидным покрытием (ECR)
В начале 1970-х годов были проведены исследования, в ходе которых арматурная сталь с эпоксидным покрытием (ECR) была квалифицирована как альтернатива ВВ для строительства железобетонных мостов. (11, 12) В течение последних 30 лет большинство государственных департаментов транспорта (DOT) определяли ECR для мостов, настилов и подконструкций, подверженных воздействию хлоридов. В то же время составы бетонных смесей были улучшены за счет указания низкого водоцементного отношения (в/ц), возможного добавления пуццоланов или ингибиторов коррозии (или того и другого) и покрытия арматуры толщиной 65 мм и более.
(13) Однако преждевременное растрескивание оснований морских мостов, вызванное коррозией, во Флориде указывает на то, что ECR малоэффективен при таком воздействии. (См. ссылки 14, 15, 16 и 17.) Несмотря на то, что на сегодняшний день характеристики ECR в настилах северного моста в целом были хорошими (30+ лет), степень коррозионной стойкости, обеспечиваемая в долгосрочной перспективе для основных конструкций с расчетным сроком службы 75 лет до 100 лет все еще неопределенно.
Предыдущий | Содержание | Далее
FHWA-HRT-09-020
FHWA Главная страница | Обратная связь
Небьющиеся стеклянные окна: какие варианты действительно работают?
Небьющиеся стеклянные окна — это тип продукта, который сбивает с толку в оконной промышленности. Существует много недоверия и заблуждений относительно небьющегося стекла и того, соответствуют ли определенные продукты таким обещаниям.
Это потому, что существует множество универсальных терминов и ярлыков, которые разбрасываются как «небьющееся стекло», хотя на самом деле большинство продуктов безопасности на рынке действительно можно взломать, приложив достаточно силы и силы воли.
Несмотря на двусмысленность, на рынке действительно есть небьющиеся стеклянные варианты. Покупатели должны понимать различные типы продуктов и то, чем они отличаются с точки зрения прочности и небьемости.
Что такое небьющееся стекло?
Небьющееся стекло можно разделить на два основных типа:
- Многослойные стеклянные окна: Специальный тип защитного окна, в котором тонкий кусок прозрачной пленки зажат между двумя листами обычного стекла, также известного как небьющееся стекло.
- Оконные панели из поликарбоната: Гибкие и высокопрочные панели, которые выглядят как обычное оконное стекло, но на самом деле они сделаны из комбинации акрила, поликарбоната и другого пластика.
Оба этих широко известных типа «небьющегося стекла» намного прочнее и легче, чем обычные стеклянные окна, но они созданы по-разному. Ниже мы более подробно расскажем о каждом из этих решений и о том, какой вариант может быть лучшим для вас.
Многослойное стекло (также известное как «Небьющееся стекло»)
В оконной промышленности небьющееся многослойное стекло часто называют «небьющимся стеклом». Это стало универсальным термином, который расплывчато определяет определенную разновидность изделий из многослойного безопасного стекла. Однако этот термин может немного ввести в заблуждение, поскольку большинство небьющихся многослойных безопасных стекол не являются на 100% небьющимися .
Наоборот, он очень ударопрочный. Когда этот тип многослойного защитного стекла все же разбивается, оно удерживает осколки стекла на месте, чтобы предотвратить опасное разбивание стекла внутрь. Таким образом, хотя это решение может помочь защитить от стихийных бедствий и ураганов, его может быть недостаточно для защиты от взрыва бомбы или решительного злоумышленника.
Многослойное защитное стекло может задержать проникновение на несколько минут до полного запрета на проникновение, в зависимости от толщины стекла и решимости и инструментов человека, пытающегося получить доступ.
Это может быть достаточным сдерживающим фактором для уязвимых мест.
Например, многослойное стекло может быть надежным решением для розничных продавцов, которые хотят лучше защитить свою витрину и товары от краж, краж со взломом, массовых беспорядков и грабежей. Его также можно установить на стеклянные окна и двери домов и жилых комплексов, чтобы отпугнуть злоумышленников и угрозы.
В качестве альтернативы многослойному стеклу защитная и защитная оконная пленка может предложить аналогичные преимущества и функции. Защитная оконная пленка часто намного дешевле в установке, а также может предложить дополнительные преимущества, такие как экономия энергии, защита от солнца и защита от ультрафиолета.
Панели из поликарбоната
Если вы заинтересованы в небьющемся стекле, которое действительно соответствует своему названию, вам нужны панели из поликарбоната. Панели из поликарбоната значительно труднее разбить, чем стандартные стеклянные окна и многослойное стекло, упомянутое выше.
По сравнению с этими последними вариантами 9Панели из поликарбоната 0298 обеспечивают превосходную защиту от попыток взлома , краж со взломом и стихийных бедствий, связанных с погодой.
Хотя эти панели выглядят и функционируют как стеклянные окна, они изготовлены из комбинации поликарбоната, акрила и других пластиковых смол. Сочетание прочности и долговечности его материала делает панели из поликарбоната поистине небьющимся и непробиваемым решением.
В то время как многослойное стекло или небьющиеся окна могут эффективно задерживать попытки проникновения, поликарбонатное окно всегда сохраняет свою целостность против самых безжалостных и агрессивных атак, включая взрывы бомб. Некоторые 9Поликарбонатные панели 0298 были разработаны для баллистической защиты , которая обеспечивает защиту от огнестрельного оружия.
Одним из лучших примеров на рынке являются защитные панели из поликарбоната DefenseLite. DefenseLite в 250 раз прочнее стекла и почти невидим после установки.
Оно было протестировано на широком спектре тупых предметов и оружия и доказало свою эффективность в качестве небьющегося стеклянного решения для самых требовательных приложений. Он также легко монтируется на существующие рамы остекления с помощью специального вентилируемого алюминиевого профиля, который создает зазор между основным окном и дверным стеклом.
DefenseLite также производит BulletShield, щиты из поликарбоната, обеспечивающие баллистическую защиту UL 752 по цене в несколько раз дешевле, чем альтернативные продукты. BulletShield, заслуженно получивший признание среди оконных бронежилетов, представляет собой пуленепробиваемый вариант, проверенный на широком спектре огнестрельного оружия. Вы можете узнать больше об этом баллистическом решении из небьющегося стекла здесь.
Компания Window Film Depot специализируется на различных типах защитных стекол. Нужны ли вам средства защиты от краж со взломом и мародерства или полнофункциональное баллистическое решение, чтобы остановить вооруженных злоумышленников, мы можем помочь вам определить оптимальное решение, соответствующее вашим потребностям.
