預制裂縫的銹蝕件和測試裝置及測試方法與流程

本發明涉及一種預制裂縫的銹蝕件和測試裝置及測試方法，尤其涉及海洋環境下混凝土中鋼筋加速銹蝕試驗方法。

背景技術：

目前，用于研究混凝土中鋼筋銹蝕試驗的主要方法有人工氣候模擬法、干濕循環法、溶液浸泡法、通電加速銹蝕法等形式。

通電加速銹蝕法，是基于電解原理的一種方法，將直流電源的正極接在鋼筋上，負極接不銹鋼或銅片，利用電極反應促使陽極釋放電子，鋼筋表面被氧化成亞鐵離子，從而達到鋼筋銹蝕目的。通電加速銹蝕法主要可分為全浸泡外加電流加速銹蝕法、半浸泡外加電流加速銹蝕法、貼面外加電流加速銹蝕法和預設輔助電極外加電流加速銹蝕法。

全浸泡外加電流加速銹蝕，方法對鋼筋加速銹蝕的效果比較好，其銹蝕速度是4種方法中最快的。其主要原因是當銹蝕件浸泡在溶液中，會保持銹蝕件潮濕，使混凝土中的銹蝕鋼筋與電解質中的輔助電極之間的電阻較小，而且電流分散均勻。試驗方法的缺點在于:當鋼筋銹蝕體積膨脹時，會導致銹蝕件出現順筋開裂，預制裂縫處鐵銹會滲出，使部分銹蝕產物損失，加劇鋼筋銹蝕局部不均勻現象；對于較大或無法浸泡的銹蝕件難以采用方法進行銹蝕。因此，試驗方法適用于制取比較小的、研究極限狀態為開裂前的銹蝕件。

半浸泡外加電流加速銹蝕，方法銹蝕速度稍慢，鋼筋銹蝕后的形態與全浸泡外加電流加速銹蝕試驗大致相同。方法還可以控制銹蝕件所需的預制裂縫寬度，但要求待銹蝕鋼筋在水位線以上。同樣，方法的不足在于：由于銹蝕件只有局部浸泡在溶液中，其混凝土濕度不足、系統阻抗較大，所以其銹蝕速度較全浸泡外加電流加速銹蝕試驗稍慢，銹蝕件制取時間長，而且銹蝕情況與銹蝕件的形態、浸泡部分的比例等因素有關，控制技術要求較高。

貼面外加電流加速銹蝕，方法比全浸泡法和半浸泡法更容易實施，不需要電解池，可用陰極電極網貼在待銹蝕鋼筋的附近或對整個銹蝕件進行圍繞，而且陰極電極網可以重復利用，適合大型構件。但銹蝕速度較慢，試驗時需定期給陰極電極網的吸水材料上添加電解質溶液，以防止水分不斷蒸發和滲透到混凝土內部的消耗。

預設輔助電極外加電流加速銹蝕，在銹蝕件內預設與鋼筋籠絕緣綁扎的輔助電極，如不銹鋼筋或普通混凝土結構用鋼筋，直接進行通電銹蝕。試驗表明，由于混凝土比較干燥，電阻較大，導致銹蝕電流較小，銹蝕很慢，而且混凝土內部孔隙存余的水分不能滿足鋼筋銹蝕反應，而外環境中的水分又不能及時供應，導致銹蝕件制取速度緩慢。一般情況下，試驗方法需要較長時間才能達到銹蝕的目的。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有方法存在的問題而提供一種可控性強、操作性強、符合鋼筋銹蝕的現實情況，適用于海洋環境下混凝土中鋼筋加速銹蝕測試的試驗方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:一種預制裂縫的銹蝕件，包括混凝土柱和全埋設于混凝土柱中的鋼筋，鋼筋露頭處密封，混凝土柱上部的兩端設有銅片、中部設有凹槽，凹槽底面鋪裝有不銹鋼板，不銹鋼板浸泡于腐蝕液中，不銹鋼板與鋼筋之間設有預制裂縫，鋼筋中部為腐蝕段。

進一步地，銹蝕件的尺寸為100mm×100mm×300mm，鋼筋的直徑為10mm，鋼筋的長度為300mm，腐蝕段長度為250mm，鋼筋距凹槽底面距離為25mm，當結合實際工程進行試驗時，距離為混凝土結構鋼筋保護層厚度；銅片位置分別距混凝土柱邊緣5mm、15mm且兩側對稱分布，預制裂縫寬度為0.1mm。

進一步地，所述鋼筋露頭處用環氧樹脂進行密封。

進一步地，所述銹蝕件通過頂部模具和兩邊側板模具加工制成，頂部模具形成裝有腐蝕液的凹槽，頂部模具兩塊板拼合時，插入薄片形成預制裂縫；兩邊側板模具用于固定鋼筋位置，將端頭處的鋼筋進行密封，以防止從側面腐蝕鋼筋，影響試驗精度；頂部模具和兩邊側板模具所用材質均為pvc塑料板。

一種預制裂縫的銹蝕測試裝置，包括電源、銹蝕件、試驗箱、電化學工作站和主機，銹蝕件橫臥放置于試驗箱內并浸泡于試驗箱的自來水中，電源的負極通過電線與不銹鋼板相連，正極通過電線與鋼筋相連；電化學工作站外設有三個電極，分別是參比電極、輔助電極和工作電極，均放置于腐蝕液中，工作電極連接銹蝕件的鋼筋；電化學工作站與主機相連。

進一步地，所述參比電極為飽和甘汞電極，所述輔助電極為不銹鋼棒，飽和甘汞電極和不銹鋼棒分別位于銹蝕件的兩側且浸泡于腐蝕液中。

進一步地，電化學工作站采用princetonversastat3系列電化學工作站，使用經典的三電極法測試，即飽和甘汞電極作為參比電極，不銹鋼棒為輔助電極，銹蝕件的鋼筋為工作電極，電化學工作站測試電化學阻抗譜并擬合數據確定鋼筋銹蝕情況。

進一步地，所述鋼筋表面通電電流密度控制范圍:0-1ma/cm²，通電電壓為30v，根據試驗需求電壓調整，以加快試驗進。

進一步地，所述銹蝕件兩端的銅片之間連接有電壓表，通過電源通電記錄電壓電流值電壓表測試鋼筋上部混凝土電阻率變化情況。

一種預制裂縫的銹蝕測試裝置的測試方法，包括如下步驟：

第一步：凹槽中裝有腐蝕液，不銹鋼板浸泡在腐蝕液于其中，銹蝕件放置于試驗箱中，電源設有顯示屏觀測記錄實時電流，電源的正極與鋼筋連接，其負極與不銹鋼板連接；

第二步：混凝土柱加速銹蝕之后，通過主機、電化學工作站、不銹鋼棒、參比電極測試鋼筋的極化阻值rp，通過電源、電壓表測試鋼筋上部混凝土電阻率變化情況；

第三步：通過控制鋼筋表面的通電電流密度、電壓及時間實現在同一環境條件下鋼筋銹蝕程度控制；

第四步：每通電6h測試電化學阻抗譜，同時測試鋼筋上部混凝土阻值情況；

第五步：通過電化學測試數據模擬混凝土中鋼筋的極化阻值rp<1×10⁵ω·cm²時結束試驗。

與現有的技術相比，本發明所需試驗設備安裝方便，可控性強，完成單個試驗周期短，銹蝕件易加工制作，占用空間小，成本低，制備簡單且對于混凝土結構全壽命周期內鋼筋銹蝕速度及銹蝕量控制具有較好可操作性，可以深度預測混凝土帶預制裂縫時的工作壽命。本發明可與相關實驗室合作，開展海洋或近海環境下混凝土結構加速腐蝕試驗，建立相關混凝土結構耐久性評估及服務壽命預測實驗研究室。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為銹蝕件成型模具主視圖。

圖3為銹蝕件成型模具俯視圖。

圖4為銹蝕件成型模具右部分左視圖。

圖5為電化學工作站的連接圖。

圖6為銹蝕件電阻率變化測試裝置圖。

圖中：1、混凝土柱；2、鋼筋；3、凹槽；4、不銹鋼板；5、預制裂縫；6、銅片；7、環氧樹脂；8、電線；9、試驗箱；10、頂部模具；11、側板模具；12、電源；13、電化學工作站；14、主機；15、飽和甘汞電極；16、不銹鋼棒。

具體實施方式

為了使本發明目的、技術方案更加清楚明白，下面結合附圖，對本發明作進一步詳細說明。

實施例一：

如圖1所示，本發明所述的預制裂縫的銹蝕件，包括混凝土柱1和全埋設于混凝土柱1中的鋼筋2，鋼筋2露頭處密封，混凝土柱1上部的兩端設有銅片6、中部設有凹槽3，凹槽3底面鋪裝有不銹鋼板4，不銹鋼板4浸泡于腐蝕液中，不銹鋼板4與鋼筋2之間設有預制裂縫5，鋼筋2中部為腐蝕段。

最佳的方案選擇是：銹蝕件的尺寸為100mm×100mm×300mm，鋼筋2的直徑為10mm，鋼筋2的長度為300mm，腐蝕段長度為250mm，鋼筋2距凹槽3底面距離為25mm，當結合實際工程進行試驗時，距離為混凝土結構鋼筋2保護層厚度；銅片6位置分別距混凝土柱1邊緣5mm、15mm且兩側對稱分布，預制裂縫寬度為0.1mm。

優選地，所述鋼筋2露頭處用環氧樹脂7進行密封；腐蝕液可根據試驗需要配制，通常選為海水。

需要說明的是，不銹鋼板4為電加速陰極；鋼筋2為直徑10mm的普通圓鋼。

如圖2至圖4所示，所述銹蝕件通過頂部模具10和兩邊側板模具11加工制成，頂部模具10形成裝有腐蝕液的凹槽3，頂部模具10兩塊板拼合時，插入薄片形成預制裂縫5；兩邊側板模具11用于固定鋼筋2位置，將端頭處的鋼筋2進行密封，以防止從側面腐蝕鋼筋2，影響試驗精度；頂部模具10和兩邊側板模具11所用材質均為pvc塑料板。混凝土成型時，預制裂縫薄片0.1mm插入模具中，終凝前拔出，上方插入四片銅片6。

銹蝕件通過成型模具加工好處是，加工簡單快捷，即做即用，節省實驗時間和實驗經費。該成型模具結構簡單，易于推廣。

銅片6目的是用于給電壓表和電源12提供固定用端子。

如圖1所示，預制裂縫的銹蝕測試裝置，包括電源12、銹蝕件、試驗箱9、電化學工作站13和主機14，銹蝕件橫臥放置于試驗箱9內并浸泡于試驗箱9的自來水中，電源12的負極通過電線8與不銹鋼板4相連，正極通過電線8與鋼筋2相連；電化學工作站13外設有三個電極，分別是參比電極、輔助電極和工作電極，均放置于腐蝕液中，工作電極連接銹蝕件的鋼筋2；電化學工作站13與主機14相連。

如圖5所示，所述參比電極為飽和甘汞電極15，所述輔助電極為不銹鋼棒16，飽和甘汞電極15和不銹鋼棒16分別位于銹蝕件的兩側且浸泡于腐蝕液中。

優選地，電化學工作站13采用princetonversastat3系列電化學工作站13，使用經典的三電極法測試，即飽和甘汞電極15作為參比電極，不銹鋼棒16為輔助電極，銹蝕件的鋼筋2為工作電極，電化學工作站13測試電化學阻抗譜并擬合數據確定鋼筋2銹蝕情況。

所述鋼筋2表面通電電流密度控制范圍:0-1ma/cm²，通電電壓為30v，根據試驗需求電壓調整，以加快試驗進。

如圖6所示，所述銹蝕件兩端的銅片6之間連接有電壓表，通過電源12通電記錄電壓電流值電壓表測試鋼筋2上部混凝土電阻率變化情況。

需要說明的是：電源12采用直流穩壓電源12，電線8采用試驗通電電線8。

實施例二：

本發明所述的一種預制裂縫的銹蝕測試裝置的測試方法，包括如下步驟：

第一步：凹槽3中裝有腐蝕液，不銹鋼板4浸泡在腐蝕液于其中，銹蝕件放置于試驗箱9中，電源12設有顯示屏觀測記錄實時電流，電源12的正極與鋼筋2連接，其負極與不銹鋼板4連接；

第二步：混凝土柱1加速銹蝕之后，通過主機14、電化學工作站13、不銹鋼棒16、參比電極測試鋼筋2的極化阻值rp，通過電源12、電壓表測試鋼筋2上部混凝土電阻率變化情況；

第三步：通過控制鋼筋2表面的通電電流密度、電壓及時間實現在同一環境條件下鋼筋2銹蝕程度控制；

第四步：每通電6h測試電化學阻抗譜，同時測試鋼筋2上部混凝土阻值情況；

第五步：通過電化學測試數據模擬混凝土中鋼筋2的極化阻值rp<1×10⁵ω·cm²時結束試驗。

如圖1所示，本發明采用電源12、銹蝕件、試驗箱9、海水、試驗通電電線8、不銹鋼板4、銅片6進行，所述銹蝕件根據圖2至圖4模具成型，銹蝕件由混凝土、一根普通鋼筋2組成，直徑10mm的普通圓鋼，長度300mm，其中250mm為腐蝕區段，剩余區段用環氧樹脂7密封。鋼筋2裸露端頭用環氧樹脂7密封，以防止在自來水中浸泡時，端頭發生銹蝕，影響測試。鋼筋2外表面距離凹槽3底部25mm，當結合實際工程進行試驗時，距離為混凝土結構鋼筋2保護層厚度。混凝土成型時，預制裂縫薄片0.1mm插入模具中，終凝前拔出，上方插入四片導電銅片6。凹槽3中裝有腐蝕液，不銹鋼板4浸泡在海水中，銹蝕件放置于試驗箱9中，電源12設有顯示屏可觀測記錄實時電流，電源12的正極與鋼筋2連接，其負極與不銹鋼板4連接。混凝土加速銹蝕之后，通過主機14、電化學工作站13、不銹鋼棒16、參比電極測試鋼筋2的極化阻值rp。通過電源12、通過電源12通電記錄電壓電流值電壓表測試鋼筋2上部混凝土電阻率變化情況。

試驗時，通過控制鋼筋2表面的通電電流密度(0-1ma/mm²)、電壓(30v)及時間實現在同一環境條件下鋼筋2銹蝕程度控制。每通電6h測試電化學阻抗譜，同時測試鋼筋2上部混凝土阻值情況。通過電化學測試數據模擬混凝土中鋼筋2的極化阻值rp<1×10⁵ω·cm²時結束試驗。

試驗時，在試驗過程中按不同的時間條件進行試驗參數與測試數據記錄，以試驗銹蝕件的數據為例，鋼筋極化阻值如表1所示，鋼筋上部混凝土電阻率情況表見表2。

表1鋼筋極化阻值

表2鋼筋上部混凝土電壓、電流情況表

實驗可通過電化學工作站13無損檢測混凝土內部鋼筋2的極化阻值，與實際工程中數據進行對比，最終實現通過通電加速試驗來分析預制裂縫對混凝土中鋼筋2銹蝕情況的影響。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而己，并不以本發明為限制，凡在本發明的精神和原則之內所作的均等修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的專利涵蓋范圍內。