快速模擬測試混凝土中鋼筋腐蝕性能的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料耐腐蝕性能測試領域，涉及測試鋼筋耐腐蝕性能的方法，特別涉及一種快速模擬測試混凝土中鋼筋腐蝕性能的方法。
【背景技術】
[0002]鋼筋腐蝕引起混凝土結構耐久性降低一直是混凝土工程領域最受關注的課題之一，許多科研人員對此進行了大量實驗研宄。
[0003]研宄表明，混凝土中鋼筋發生腐蝕破壞的原因是鋼筋表面不同區域形成了電位差，即在鋼筋表面不同電位區段形成陽極和陰極，并且陽極部位的鋼筋表面處于活化狀態，可以自由地釋放電子，鋼筋陽極處于活化狀態的前提條件是鋼筋鈍化膜的破壞，即通常所說的“去鈍化”。混凝土碳化和腐蝕離子(主要是氯離子)侵蝕是引起鋼筋表面去鈍化的主要原因。
[0004]腐蝕離子的侵蝕有兩種主要途徑，一是混凝土拌和用水中溶有含腐蝕離子的鹽，這些離子在混凝土拌和澆筑之后便停留其中，并緩慢迀移到鋼筋表面；另一種途徑是含有這些離子的鹽附著于混凝土表面，從外界滲入到混凝土中并迀移到鋼筋表面引發腐蝕反應。當前，國內外學者普遍用混凝土包覆鋼筋，然后置于含腐蝕離子的鹽溶液中并定時測量鋼筋電位的方法測量鋼筋的腐蝕電位。
[0005]然而，由于氯離子在混凝土中的擴散速率很慢，現代混凝土又越來越密實，導致這種測試方法往往需要持續數月甚至數年的時間。另外，由于鋼筋完全包覆在固態混凝土中，所測得的實驗結果往往不穩定，難以準確反映鋼筋電位的本質變化過程。
【發明內容】
[0006]有鑒于上述國內外研宄現狀與背景，本發明目的在于提供一種測試周期更短，測試結果更準確的模擬測試混凝土中鋼筋腐蝕性能的方法。
[0007]本發明提供的快速模擬測試混凝土中鋼筋腐蝕性能的方法，包括以下步驟:
[0008]I)、取待測鋼筋并利用環氧樹脂包覆其側柱面；
[0009]2)、配制含有腐蝕離子的腐蝕鹽溶液；
[0010]3)、清洗打磨待測鋼筋的上下端面并將待測鋼筋下端面置于腐蝕液中；
[0011]4)、將腐蝕鹽溶液置于測試裝置的不同位置，使其置于恒溫環境下并向腐蝕鹽溶液中放入銅電極和待測鋼筋；
[0012]5)、利用電化學工作站記錄鋼筋腐蝕電位隨時間的變化過程。
[0013]結束測試后還包括觀察溶液顏色變化及測量鋼筋下端面腐蝕面積大小等步驟，利用專用裝置測試混凝土中鋼筋腐蝕規律。該專用測試裝置包括通過螺栓連接固定的上下鋁合金板，所述上下鋁合金板之間、下鋁合金板上以陣列方式設有多個試劑瓶，所述上鋁合金板與各試劑瓶對應位置分別設有銅電極插孔、參比電極插孔和鋼筋插孔。
[0014]進一步，所述試劑瓶容積為80-120ml，測試時間為280_350min，鋼筋下端面沒入腐蝕液深度為10mm。
[0015]本發明的有益效果在于:本發明對鋼筋進行預處理后直接置于腐蝕鹽溶液中以模擬混凝土孔隙液對鋼筋的腐蝕性能進行研宄，可以大幅縮短測試時間，并避免了包覆混凝土層及混凝土保護層和內部結構的不均勻性對測試過程的影響，所得測試結果更加準確。
【附圖說明】
[0016]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明:
[0017]圖1為本發明快速模擬測試混凝土中鋼筋腐蝕性能的方法所用裝置的結構示意圖；
[0018]圖2為測試裝置在試驗測試時的實際圖；
[0019]圖3為測試裝置中的每個試劑瓶編號圖；
[0020]圖4為測量鋼筋腐蝕電位的電化學工作站；
[0021]圖5為實施例1中不同濃度NaCl溶液中鋼筋腐蝕電位隨時間變化曲線；
[0022]圖6為采用常規方法所得不同濃度NaCl溶液配制的混凝土試塊中鋼筋腐蝕電位隨時間變化曲線；
[0023]圖7為實施例1中不同濃度NaCl溶液鋼筋腐蝕終電位及其與傳統混凝土包覆法測得的腐蝕終電位的對比；
[0024]圖8為實施例2中不同濃度NH4Cl溶液中鋼筋腐蝕電位隨時間變化曲線；
[0025]圖9為不同濃度的NH4Cl溶液配制的混凝土試塊中鋼筋腐蝕電位隨時間的變化曲線；
[0026]圖10為實施例3中不同濃度Na2SO4S液中鋼筋腐蝕電位隨時間變化曲線；
[0027]圖11為不同濃度的Na2SO4溶液配制的混凝土試塊中鋼筋腐蝕電位隨時間的變化曲線；
[0028]圖12為實施例3中鋼筋在不同濃度Na2SO4溶液中的銹蝕面積；
[0029]圖13為實施例1中鋼筋在不同濃度NaCl溶液中的銹蝕面積；
[0030]圖14為實施例4中不同濃度(NH4)2SO4S液中鋼筋腐蝕電位隨時間變化曲線；
[0031]圖15為不同濃度的(NH4)2SO4溶液配制的混凝土試塊中鋼筋腐蝕電位隨時間的變化曲線。
【具體實施方式】
[0032]下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0033]實施例1:
[0034]本實施例為快速模擬測試混凝土中腐蝕離子對鋼筋腐蝕性能的方法，將按照如下步驟進行:
[0035]I)、取待測鋼筋并利用環氧樹脂包覆其側柱面；
[0036]2)、配制含有腐蝕離子的腐蝕液，本實施例中，腐蝕鹽溶液為NaCl溶液；
[0037]3)、清洗打磨待測鋼筋的上下端面并將待測鋼筋下端面置于腐蝕鹽溶液中；
[0038]4)、將配制的7種不同濃度的NaCl溶液置于恒溫環境下，蓋上上面板并將銅電極和待測鋼筋插入并固定在上面板對應插孔中，使其下端面均浸入腐蝕鹽溶液液面之下大約1mm ；
[0039]5)、利用電化學工作站記錄鋼筋發生腐蝕電化學反應時的電位值隨時間的變化過程;
[0040]6)、結束測試，繪制鋼筋在不同濃度NaCl溶液中腐蝕電位值隨時間的變化曲線并觀察溶液顏色變化及鋼筋下端面的腐蝕面積大小。
[0041]測試裝置在試驗測試時的實際圖如圖2所示，測量鋼筋腐蝕電位的電化學工作站如圖4所示。
[0042]本實施例中:利用如圖1所示專用裝置測試鋼筋在不同濃度NaCl溶液中的腐蝕規律，該專用測試裝置包括通過螺栓連接固定的上下鋁合金板，所述上下鋁合金板之間、下鋁合金板上以陣列方式設有多個試劑瓶，所述上鋁合金板與各試劑瓶對應位置分別設有銅電極插孔、參比電極插孔和鋼筋插孔；
[0043]本實施例中:專用裝置設有15個腐蝕液試劑瓶，每7個為一組，各組分別裝有不同濃度的含單一腐蝕離子的鹽溶液，剩下一個試劑瓶裝蒸餾水作為空白對照；
[0044]使用時，向如圖3所示裝置編號為1-7的試劑瓶中分別注入10ml的不同濃度的氯化鈉溶液(包括編號15的蒸餾水對照組)，然后蓋上上面板并插入待測鋼筋和銅電極，使其上端面分別連接電化學工作站的工作電極(W)和對電極(C)，記錄不同濃度NaCl溶液下鋼筋腐蝕電位值隨時間變化結果，如圖5所示。
[0045]由圖5可以看出，隨著試驗的進行，7種不同濃度的NaCl溶液中鋼筋的腐蝕電位值均隨時間的增加而逐漸降低(負電位值升高)，但降幅逐漸降低，并在大約300-350分鐘之間趨于平穩，達到一個穩定值。
[0046]由圖5可以看出，隨著NaCl溶液濃度的上升，鋼筋的穩定腐蝕電位Est也逐漸降低。
[0047]圖6為采用普通方法即用上述不同濃度的NaCl溶液配制的混凝土試塊中測得的鋼筋腐蝕電位值隨時間的變化曲線，從圖6中也可以看出，同濃度NaCl溶液中隨著時間的增加，鋼筋的腐蝕電位也隨之降低，但是降幅逐漸減小，并最終趨于穩定；不同濃度NaCl溶液之間，隨其濃度的增加，腐蝕電位也隨之降低。
[0048]對比圖5、6可以看出，圖5與圖6中鋼筋發生腐蝕電化學反應時的電位值隨時間變化趨勢完全相同，同時，從圖7可以看出，采用本發明方法所測得鋼筋腐蝕電位最終穩定值Est的變化趨勢與傳統的混凝土包覆法測得的鋼筋腐蝕電位最終穩定值的變化趨勢也基本相同。由此可見，采用本發明方法所測得鋼筋腐蝕性能與混凝土中鋼筋腐蝕情況具有較高的吻合度，完全能夠反映混凝土中鋼筋的腐蝕性能。但本發明測試裝置的測試時間明顯低于傳統的混凝土包覆法的測試時間，因而具有測試周期短，測試方法簡單的優點；從圖5、6、7對比分析本發明方法和傳統的混凝土包覆法的實驗結果可以看出，本發明方法在研宄不同濃度NaCl溶液對鋼筋腐蝕能力及腐蝕速率的影響上比傳統混凝土包覆法更加靈敏和簡便。因而，本發明方法不僅更快，而且更準，推廣應用價值明顯。
[0049]實施例2
[0050]本實施例為快速模擬測試混凝土中腐蝕離子對鋼筋腐蝕性能的方法，將按照如下步驟進行:
[0051]I)、取待測鋼筋并利用環氧樹脂包覆其側柱面；
[0052]2)、配制含有腐蝕離子的腐蝕鹽溶液，本實施例中，腐蝕鹽溶液為NH4Cl溶液；
[0053]3)、清洗打磨待測鋼筋的上下端面并將待測鋼筋下端面置于腐蝕鹽溶液中；
[0054]4)、將配制的7種不同濃度的NH4Cl溶液置于恒溫環境下，蓋上上面板并將銅電極和待測鋼筋插入并固定在上面板對應插孔中，使其下端面均浸入腐蝕鹽溶液液面之下大約1mm ；
[0055]5)、利用電化學工作站記錄鋼筋發生腐蝕電化學反應時的電位值隨時間的變化過程;
[0056]6)、結束測試，繪制鋼筋在不同濃度NH4Cl溶液中腐蝕電位值隨時間的變化曲線并觀察溶液顏色變化及鋼筋下端面的腐蝕面積大小。
[0057]本實施例中:同樣利用如圖1所示專用裝置測試鋼筋在不同濃度NH4Cl溶液中的腐蝕規律。
[0058]本實施例中:專用裝置設有15個腐蝕鹽溶液試劑瓶，7個為一組，分別裝入不同濃度單一腐蝕離子的鹽溶液，剩下一個試劑瓶裝蒸餾水作為空白對照。
[0059]使用時，向如圖3所示裝置編號為8-14的試劑瓶中分別注入10ml的不同濃度的NH4Cl溶液(編號15的蒸餾水作對照組)，然后蓋上上面板并插入待測鋼筋和銅電極，使其上端面分別連接電化學工作站的工作電極(W)和對電極(C)，記錄不同濃度NH4Cl溶液下鋼筋腐蝕電位值隨時間變化結果，如圖8所示。
[0060]由圖8可以看出，隨著試驗的進行，7種不同濃度的NH4Cl溶液中鋼筋的腐蝕電位值均隨時間的增加而逐漸降低(負電位值升高)，但降幅逐漸降低，并在大約300-350分鐘之間趨于平穩，達到一個穩定值。但與同濃度的NaCl溶液中鋼筋腐蝕電位對比發現，在同一時刻NH4Cl溶液中鋼筋的腐蝕電位值要略低于在NaCl溶液中，這是由于NH4+離子的水解作用使得溶液中H+變多從而使鹽溶液酸化，pH值降低導致鋼筋表面鈍化膜加速破裂所致。
[0061]另外由圖8也可