عنوان مقاله:
ارزیابی قابلیت بازدارندگی خوردگی پوشش های اپوکسی اصلاح شده با گرافن در میلگردهای مسلح در بتن
Evaluation of corrosion inhibition capability of graphene modified epoxy coatings on reinforcing bars in concrete
سال انتشار: 2022
رشته: مهندسی عمران
گرایش: سازه
دانلود رایگان این مقاله:
دانلود مقاله میلگردهای مسلح در بتن
مشاهده سایر مقالات جدید:
3. Results and discussions
3.1. Coating thickness analysis For each type of coating (Coating 1-Coating 5, Table 1), thickness of a total of 10 samples for each coating type was measured using a digital Vernier caliper (Zhart Make, least count of 10 µm). For each of the samples, thickness of the coating was measured at three different locations 25 mm from top, 25 mm from bottom and at middle of the rebar. The average thickness of each of the five coatings is plotted in Fig. 6. Since the rebars were the plain mild steel rebars without ribs, rebar thickness was almost constant throughout the section, with little deviation (maximum of 50 µm in some rebars). Based on the 10 measurements at 3 different spots, it was concluded that the average thickness of the PE is about 250 µm with standard deviation of 40 µm. On the other hand, the rGO and GO coatings had average thickness of 270 µm with standard deviation of 40 µm. The FrGO coating was about 70 µm thick with deviation of 10 µm, and the thickness of FrGO + GO coatings was measured to be 310 µm with standard deviation of 50 µm.
3.2. Visual observations 3.2.1. Coated rebars All the coated rebars were subjected to accelerated impressed current corrosion and their performance was assessed by visual observations and through variation in corrosion current and ultrasonic guided wave measurements. Samples were periodically removed from the power supply and observed visually to examine the effect of accelerated corrosion. Accelerated corrosion was stopped when the guided wave signal vanished completely. In control rebars with no coating, corrosion initiated within the first hour of the exposure and the bar experienced uniform corrosion throughout the length. After 7 days of accelerated corrosion exposure, the rebars suffered pitting at different locations and within 8–9 days of exposure, ultrasonic guided wave signals completely vanished and accelerated corrosion testing was stopped (Fig. 7). For the PE coated rebars, within 5–10 days of accelerated corrosion, delamination of the epoxy coatings from rebars was observed by bubble formation at different spots beneath the epoxy coatings (Fig. 8). It indicates penetration of aggressive chloride ions into the epoxy matrix by breakdown of passive layer indicating initiation of corrosion. After 15 days, it was observed that at one typical location of a PE bar, epoxy layer cracked leading to further ingress of aggressive ions and deterioration. After 25 days, this crack broadened and accumulation of corrosion product was noticed near it, indicating localized pitting of the rebar at this spot. With increasing corrosion exposure, widespread cracking was observed accompanied by widespread pitting, which led to drop in ultrasonic guided wave signal, with the signal vanishing completely in 44 days as against 8–9 days in the uncoated rebar. Similar observations were made in other similar PE coated rebar samples.
The rGO/CNT coated rebars held off corrosion for significant duration as compared to the PE coatings; no delamination or bubble formation was observed for 30 days (Fig. 9), possibly due to the hydrophobicity and tortuous path provided by the rGO nano particles in the epoxy matrix. The existence of CNTs toughens the graphene structure and improves the mechanical strength of epoxy nanocomposite [68,76,77]. After 30 days, initiation of corrosion was observed by breakdown of the passive layer, and within 40 days corrosion spots or bubbles were clearly visible, indicating accumulation of the rust product. The corrosion spots lead to formation of corrosion crack in about 60 days. In 100 days, the localized corrosion pit widened due to continuous pitting at that location. Spot widened but it is important to note that pitting was not widespread at many locations as in the control or PE coated bars, but once it initiated at a point, it could not be arrested. This was confirmed by a continuous drop in the ultrasonic guided wave voltage amplitude, which vanished in 125 days (average for all samples). Compared to 8–9 days for the control bar and 44 days for the pure epoxy coated bar, rGO/CNT coated bars perform significantly better in preventing corrosion. Impressive as this result was, our data indicated that GO/CNT coated rebars perform even better than the rGO/CNT coated rebars. There was no delamination or failure noticed in the form of local pits or cracks in the coating. After 60 days of accelerated corrosion, the rebar looked as healthy as on day 1 (Fig. 10). Even after 125 days of accelerated corrosion, the GO/CNT coated rebar showed no visible sign of deterioration in the form of pits or failure of coating or cracking at any point. This observation was consistent in two samples out of three. Only 1 sample showed some reddish brown stain at a localized point but no other visible increase in corrosion current or drop in guided wave signals was observed in this rebar. Till 150 days of accelerated corrosion of GO/ CNT coated rebars, no change in non-destructive testing parameters of corrosion current as well as ultrasonic guided wave signals was observed in all the three samples.
(دقت کنید که این بخش از متن، با استفاده از گوگل ترنسلیت ترجمه شده و توسط مترجمین سایت ای ترجمه، ترجمه نشده است و صرفا جهت آشنایی شما با متن میباشد.)
3. نتایج و بحث ها
3.1. تجزیه و تحلیل ضخامت پوشش برای هر نوع پوشش (Coating 1-Coating 5، جدول 1)، ضخامت مجموعا 10 نمونه برای هر نوع پوشش با استفاده از کولیس دیجیتال ورنیه (Zhart Make، حداقل شمارش 10 میکرومتر) اندازه گیری شد. برای هر یک از نمونه ها، ضخامت پوشش در سه محل مختلف 25 میلی متر از بالا، 25 میلی متر از پایین و وسط میلگرد اندازه گیری شد. ضخامت متوسط هر یک از پنج پوشش در شکل 6 نشان داده شده است. از آنجایی که میلگردها میلگردهای فولادی ملایم بدون دنده بودند، ضخامت میلگرد تقریباً در سرتاسر مقطع ثابت بود، با انحراف کمی (حداکثر 50 میکرومتر در برخی میلگردها). بر اساس 10 اندازه گیری در 3 نقطه مختلف، به این نتیجه رسیدیم که میانگین ضخامت پلی اتیلن حدود 250 میکرومتر با انحراف استاندارد 40 میکرومتر است. از سوی دیگر، پوشش‌های rGO و GO دارای ضخامت متوسط 270 میکرومتر با انحراف معیار 40 میکرومتر بودند. ضخامت پوشش FrGO حدود 70 میکرومتر با انحراف 10 میکرومتر بود و ضخامت پوشش‌های FrGO + GO 310 میکرومتر با انحراف استاندارد 50 میکرومتر اندازه‌گیری شد.
3.2. مشاهدات بصری 3.2.1. میلگردهای پوشش داده شده همه میلگردهای پوشش داده شده در معرض خوردگی جریان تحت تأثیر شتابان قرار گرفتند و عملکرد آنها با مشاهدات بصری و از طریق تغییر در جریان خوردگی و اندازه‌گیری امواج هدایت شده اولتراسونیک ارزیابی شد. نمونه‌ها به‌طور دوره‌ای از منبع تغذیه خارج می‌شوند و برای بررسی اثر خوردگی تسریع‌شده به‌صورت بصری مشاهده می‌شوند. هنگامی که سیگنال موج هدایت شده به طور کامل ناپدید شد، خوردگی تسریع شده متوقف شد. در میلگردهای کنترل بدون پوشش، خوردگی در یک ساعت اول قرار گرفتن در معرض شروع شد و میلگرد خوردگی یکنواخت را در طول طول تجربه کرد. پس از 7 روز قرار گرفتن در معرض خوردگی تسریع شده، میلگردها در مکان های مختلف دچار حفره شدند و طی 8 تا 9 روز پس از قرار گرفتن در معرض، سیگنال های امواج هدایت شونده اولتراسونیک به طور کامل ناپدید شدند و تست خوردگی تسریع شده متوقف شد (شکل 7). برای میلگردهای با پوشش پلی اتیلن، طی 5 تا 10 روز پس از خوردگی تسریع شده، لایه لایه شدن پوشش های اپوکسی از میلگردها با تشکیل حباب در نقاط مختلف زیر پوشش های اپوکسی مشاهده شد (شکل 8). این نشان‌دهنده نفوذ یون‌های کلرید تهاجمی به درون ماتریس اپوکسی با شکستن لایه غیرفعال است که نشان‌دهنده شروع خوردگی است. پس از 15 روز، مشاهده شد که در یک مکان معمولی از یک نوار پلی‌اتیلن، لایه اپوکسی ترک خورد که منجر به نفوذ بیشتر یون‌های تهاجمی و تخریب شد. پس از 25 روز، این ترک بزرگ شد و تجمع محصول خوردگی در نزدیکی آن مشاهده شد که نشان دهنده سوراخ شدن موضعی میلگرد در این نقطه است. با افزایش قرار گرفتن در معرض خوردگی، ترک‌خوردگی گسترده همراه با حفره‌های گسترده مشاهده شد که منجر به افت سیگنال موج هدایت‌شونده اولتراسونیک شد، در حالی که سیگنال در 44 روز به طور کامل ناپدید شد در مقابل 8-9 روز در میلگرد بدون پوشش. مشاهدات مشابهی در سایر نمونه های مشابه میلگرد با پوشش پلی اتیلن انجام شد.
میلگردهای با پوشش rGO/CNT در مقایسه با پوشش های پلی اتیلن، خوردگی را برای مدت زمان قابل توجهی حفظ می کنند. هیچ لایه لایه شدن یا تشکیل حباب به مدت 30 روز مشاهده نشد (شکل 9)، احتمالاً به دلیل آبگریزی و مسیر پرپیچ و خم ارائه شده توسط نانوذرات rGO در ماتریس اپوکسی. وجود CNT ها ساختار گرافن را محکم می کند و استحکام مکانیکی نانوکامپوزیت اپوکسی را بهبود می بخشد [68،76،77]. پس از 30 روز، شروع خوردگی با شکسته شدن لایه غیرفعال مشاهده شد و در عرض 40 روز لکه های خوردگی یا حباب ها به وضوح قابل مشاهده بودند که نشان دهنده تجمع محصول زنگ می باشد. لکه های خوردگی در حدود 60 روز منجر به ایجاد ترک خوردگی می شود. در 100 روز، گودال خوردگی موضعی به دلیل ایجاد حفره های مداوم در آن مکان، گسترده شد. نقطه عریض شد، اما توجه به این نکته مهم است که حفره در بسیاری از مکان‌ها مانند میله‌های کنترل یا پوشش‌دار پلی‌اتیلن گسترده نبود، اما هنگامی که در یک نقطه شروع شد، نمی‌توان آن را دستگیر کرد. این با افت مداوم دامنه ولتاژ موج هدایت شده اولتراسونیک تأیید شد که در 125 روز ناپدید شد (میانگین برای همه نمونه ها). در مقایسه با 8 تا 9 روز برای میله کنترل و 44 روز برای میله با روکش اپوکسی خالص، میله‌های روکش شده rGO/CNT در جلوگیری از خوردگی عملکرد بهتری دارند. با این که این نتیجه قابل توجه بود، داده های ما نشان داد که میلگردهای با پوشش GO/CNT حتی بهتر از میلگردهای با پوشش rGO/CNT عمل می کنند. هیچ لایه لایه شدن یا شکستی به شکل حفره های موضعی یا ترک در پوشش مشاهده نشد. پس از 60 روز خوردگی سریع، میلگرد مانند روز 1 سالم به نظر می رسید (شکل 10). حتی پس از گذشت 125 روز از خوردگی تسریع شده، میلگرد پوشش داده شده GO/CNT هیچ نشانه قابل مشاهده ای از خراب شدن به صورت گودال یا شکست روکش یا ترک خوردگی در هیچ نقطه ای را نشان نداد. این مشاهده در دو نمونه از سه نمونه سازگار بود. فقط 1 نمونه مقداری لکه قهوه ای مایل به قرمز را در یک نقطه موضعی نشان داد اما هیچ افزایش قابل مشاهده دیگری در جریان خوردگی یا افت سیگنال های موج هدایت شونده در این میلگرد مشاهده نشد. تا 150 روز خوردگی تسریع شده ربا با پوشش GO/CNT rs، هیچ تغییری در پارامترهای تست غیر مخرب جریان خوردگی و همچنین سیگنال‌های امواج هدایت‌شونده اولتراسونیک در هر سه نمونه مشاهده نشد.
