Коррозия муфт изменила характер разрушения сборных мостовых стыков при цикличной нагрузке

Экспериментальное исследование в журнале Case Studies in Construction Materials показало: хлоридная коррозия стенки муфты меняет характер разрушения сборных мостовых стыков под повторной растягивающей нагрузкой, а пороги, при которых соединения перестают соответствовать нормам проектирования, определены точнее. Работу провела команда под руководством Wenting Yuan (Yiwei Zuo, Long Ma, Xiangtong Wu, Anxin Guo).

Зачем изучали цикличное нагружение

Муфтовые соединения с цементным раствором - стальные муфты, залитые высокопрочным цементным раствором, на концах арматурных стержней - позволяют отливать опоры моста на заводе и собирать их на площадке за дни. Поведение корродированных муфт ранее изучали при монотонном растяжении, а при цикличной нагрузке от землетрясений и транспорта данных почти не было. Сейсмостойкость сборной опоры зависит от циклической связи «напряжение - деформация» её муфт, поэтому оценка старых мостов в прибрежной и морской среде оставалась без надёжного инструмента.

Прогноз глубины коррозии

Авторы построили модель на втором законе Фика (проникание хлоридов через защитный слой до критической концентрации у поверхности муфты) и соотношениях Фарадея (глубина коррозии стенки во времени). Результаты расчёта:

• при увеличении защитного слоя бетона с 30 до 70 мм начало коррозии откладывается с 3,3 до 47,4 года;
• за 100 лет службы глубина коррозии муфты составляет от 1,8 до 3,4 мм.

Муфта - полое сечение, поэтому такие потери близки к сквозному проникновению стенки.

Программа испытаний

Испытали 24 серийные муфты длиной 310 мм, наружным диаметром 41,4 мм и стенкой 3,2 мм, соединяющие арматуру диаметром 16 мм с длиной анкеровки около 150 мм. Предел текучести муфт - 381 МПа, предельная прочность - 669 МПа, прочность раствора на сжатие - 70,8 МПа.

Заданы шесть уровней коррозии от 0 до 50 % по четыре образца на каждый. Стержни изолировали, образцы погружали в 3,5 % раствор хлорида натрия при ускоренной плотности тока 800 мкА/см², время выдержки считали по закону электролиза Фарадея.

3D-сканирование показало резко неравномерную коррозию по окружности и длине муфты. Наиболее сильные повреждения оказались на торцах: авторы связывают их с остаточными сварочными напряжениями и с короткими путями доступа хлорид-ионов и растворённого кислорода у вентиляционных отверстий. Максимальная локальная глубина коррозии достигла примерно 4 мм.

Источник — Bioengineer.org