CN101620062B - 氯盐腐蚀混凝土中钢筋加速锈蚀控制试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氯盐腐蚀混凝土中钢筋加速锈蚀控制试验方法，该方法采用多通道直流稳压电源、混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件、氯盐溶液试验箱、氯盐溶液、试验通电电线、电化学反应阴极钢筋板进行试验；试验时，通过控制钢筋表面的通电电流密度、电压及时间实现在同一环境条件下多根钢筋锈蚀程度控制，得到钢筋不同锈蚀程度所对应的试验参数及测试结果。与现有技术相比，本发明所需试验设备安装方便，可控性强，完成单个试验周期短，试件易加工制作，占用空间小，成本低，且对于混凝土结构全寿命周期内钢筋锈蚀速度及锈蚀量控制具有较好可操作性与推广应用性。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程，尤其涉及氯盐腐蚀混凝土中钢筋加速锈蚀控制试验方法。
背景技术
建筑结构达不到设计使用寿命、过早出现开裂、损伤等现象普遍存在于民用建筑结构、桥梁、隧道及港工结构中。在设计和建设初期对结构寿命进行预测评估，不仅是工程建设实践发展的要求，也是工程设计理念从被动控制向主动控制转变的客观需要，具有重要的经济意义和实践价值。
混凝土结构中钢筋腐蚀是伴随砼结构全寿命周期内不断发展的化学反应过程，在自然环境条件下，这一过程需要几十年甚至上百年的时间；然而，对于新建或现有混凝土结构服务寿命的预测，则必须在短期内完成。因此，寻找合理的加速试验方法是目前及今后用来解决混凝土结构使用寿命预测问题的重要方法。如果加速试验能合理地设计、实施并对实验数据加以处理，就能够对混凝土性能和寿命提供一个合理的预测。
在近海或海洋环境下，氯离子侵蚀是引起混凝土结构中钢筋腐蚀，从而导致结构损伤的一个重要因素。目前，对于氯盐腐蚀环境下混凝土中钢筋锈蚀试验，主要有暴露试验法与加速锈蚀法，前者一般需要几年甚至几十年的时间才能完成，后者是在给定定量试验参数的条件下实现混凝土钢筋的锈蚀，所需时间相对较短，但从目前的试验状况来看，该方法对于混凝土结构全寿命周期内钢筋锈蚀速度及锈蚀量控制可操性较差，且试验参数、内容及步骤具有不统一性。因此，在现有试验方法的基础上，寻找一种能够控制混凝土结构全寿命周期内钢筋锈蚀速度及锈蚀量的快速试验方法，必将对混凝土结构使用寿命的科学预测提供可靠而完整的计算参数。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可控性强、操作性好的氯盐腐蚀混凝土中钢筋加速锈蚀控制试验方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
氯盐腐蚀混凝土中钢筋加速锈蚀控制试验方法，其特征在于，该方法采用多通道直流稳压电源、混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件、氯盐溶液试验箱、氯盐溶液、试验通电电线、电化学反应阴极钢筋板进行试验，所述的混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件由混凝土、多根钢筋组成，该多根钢筋部分埋设于混凝土中，所述的氯盐溶液试验箱内装有氯盐溶液，所述的混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件、电化学反应阴极钢筋板浸泡在氯盐溶液中，所述的多通道直流稳压电源的正极与钢筋电连接，其负极与电化学反应阴极钢筋板电连接；试验时，通过控制钢筋表面的通电电流密度、电压及时间实现在同一环境条件下多根钢筋锈蚀程度控制，得到钢筋不同锈蚀程度所对应的试验参数及测试结果。
该方法还采用试验台进行试验，所述的多通道直流稳压电源置于该试验台上。
该方法采用多个混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件并行试验。
所述的混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件的尺寸为150mm×150mm×300mm，所述的混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件由混凝土、四根钢筋组成，所述的四根钢筋的直径为12mm，所述的四根钢筋的长度为300mm，其中50mm为外伸段、250mm为埋入段，所述的四根钢筋外周的混凝土保护层厚度为30mm，当结合实际工程进行试验时，该距离为混凝土结构钢筋保护层厚度。
所述的钢筋表面的通电电流密度为0～0.3mA/mm2，通电电压为0～60V。
所述的锈蚀程度包括开始锈蚀、中度锈蚀、重度锈蚀。
本发明提供一种在室验室内实现混凝土中钢筋电化学加速锈蚀控制的试验方法，该方法适用于通常氯盐腐蚀环境下混凝土中钢筋锈蚀试验，通过室内加速试验实现对混凝土结构中钢筋锈蚀程度的人工控制，从而可根据试验所得钢筋锈蚀的基本参数达到控制钢筋混凝土结构损伤程度的目的。本试验方法可获得一组反映钢筋混凝土结构全寿命周期内不同时期不同腐蚀状况下结构损伤程度的试验参数，由此可结合结构服务寿命理论计算方法，进行更为准确的混凝土结构服务寿命科学预测。
本试验系统采用多通道直流稳压电源进行电化学锈蚀，钢筋表面通电电流密度可控制范围：0～0.3mA/mm2，通电电压可控范围0～60V，也可根据试验需求扩展稳压电源通道数，进行多个试件并行试验，以增加数据采集密度和加快试验进度。试验试件主要以标准化、易制作、易安装、重量轻为主要原则设计，其基本尺寸为150×150×300(mm)，试件可根据实际工程需要现场或室内制作。试验箱溶液可根据工程环境中氯盐溶液进行配制。
试验时，可通过控制通电电流强度、电压及时间实现在同一环境条件下多根钢筋锈蚀程度控制，并且可根据计算需求划分不同锈蚀程度等级，如：开始锈蚀、中度锈蚀、重度锈蚀。对于锈蚀控制等级，主要根据锈蚀试件内部钢筋锈蚀率及表观特征(锈班、裂缝等)确定。由钢筋不同锈蚀程度所对应的试验参数及测试结果，可进行混凝土结构寿命预测理论计算。
与现有技术相比，本发明所需试验设备安装方便，可控性强，完成单个试验周期短，试件易加工制作，占用空间小，成本低，且对于混凝土结构全寿命周期内钢筋锈蚀速度及锈蚀量控制具有较好可操作性，本发明可与相关实验室合作，开展海洋或近海环境下混凝土结构加速腐蚀试验，建立相关混凝土结构耐久性评估及服务寿命预测实验研究室，并开发相应试验设备及控制系统，促进该试验方法及系统的推广应用。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为本发明的混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件的结构示意图。
具体实施方式
下面对照附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1～图2所示，一种氯盐腐蚀混凝土中钢筋加速锈蚀控制试验方法，该方法采用多通道直流稳压电源1、两个混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件2、氯盐溶液试验箱3、氯盐溶液4、试验通电电线5、试验台7、电化学反应阴极钢筋板9进行试验，所述的多通道直流稳压电源1置于试验台7上，所述的混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件2的尺寸为150mm×150mm×300mm，由混凝土、四根钢筋9组成，该四根钢筋9的直径为12mm、长度为300mm，其中50mm为外伸段、250mm为埋入段，所述的四根钢筋9外周的混凝土保护层厚度为30mm(当结合实际工程进行试验时，该距离为混凝土结构钢筋保护层厚度)，所述的氯盐溶液试验箱3内装有氯盐溶液4，所述的两个混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件2、电化学反应阴极钢筋板9浸泡在氯盐溶液4中，所述的多通道直流稳压电源1设有稳压电源输出端口显示屏及调控面板6，所述的多通道直流稳压电源1的正极与钢筋8电连接，其负极与电化学反应阴极钢筋板9电连接。
试验时，通过控制钢筋表面的通电电流密度(0～0.3mA/mm2)、电压(0～60V)及时间实现在同一环境条件下多根钢筋锈蚀程度控制，并且根据计算需求划分不同锈蚀程度等级，如：开始锈蚀、中度锈蚀、重度锈蚀。对于锈蚀控制等级，主要根据锈蚀试件内部钢筋锈蚀率及表观特征(锈班、裂缝等)确定。
试验时，在试验过程中按不同的时间条件进行试验参数与测试数据记录，以其中两个试件的试验数据为例，钢筋锈蚀控制试验数据记录表如表1所示。
表1 钢筋锈蚀控制试验数据记录表
注：表1中电压单位为伏特(V)，电流单位毫安每平方毫米(mA/mm2)；在试验过程中锈蚀程度控制按照未锈蚀、开始锈蚀、中度锈蚀、重度锈蚀四种状态进行控制，并依次用A、B、C、D标识，试验结束后，再测量试件中各钢筋锈蚀率。
如上表1所示，在同一试验环境下，采用多根钢筋进行并行试验，可直接测得与钢筋锈蚀程度相对应的试验参数：通电时间、电压、电流。试验时，通过控制不同的试验参数取值，设计多组试件进行系列性试验，即可得到充分的试验数据。由此，通过数据拟合及回归分析，可计算得到加速试验条件下钢筋锈蚀与通电时间，电压大小，电流强度之间的变化规律，从而得到计算钢筋自然锈蚀与钢筋加速锈蚀之间存在的速率关系，再借助现有的试验修正结构寿命计算模型，最终实现通过加速试验预测混凝土结构寿命的目标。
本发明主要目的在于实现混凝土中钢筋加速锈蚀控制。试验时，可增设电源输出通道，采用多个(如4个、8个等)混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件并行试验，以增加数据采集密度和加快试验进度。
Claims (4)
1.氯盐腐蚀混凝土中钢筋加速锈蚀控制试验方法，其特征在于，该方法采用多通道直流稳压电源、混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件、氯盐溶液试验箱、氯盐溶液、试验通电电线、电化学反应阴极钢筋板进行试验，所述的混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件由混凝土、多根钢筋组成，该多根钢筋部分埋设于混凝土中，所述的氯盐溶液试验箱内装有氯盐溶液，所述的混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件、电化学反应阴极钢筋板浸泡在氯盐溶液中，所述的多通道直流稳压电源的正极与钢筋电连接，其负极与电化学反应阴极钢筋板电连接；试验时，通过控制钢筋表面的通电电流密度、电压及时间实现在同一环境条件下多根钢筋锈蚀程度控制，得到钢筋不同锈蚀程度所对应的试验参数及测试结果；
所述的混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件的尺寸为150mm×150mm×300mm，所述的混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件由混凝土、四根钢筋组成，所述的四根钢筋的直径为12mm，所述的四根钢筋的长度为300mm，其中50mm为外伸段、250mm为埋入段，所述的四根钢筋外周的混凝土保护层厚度为30mm，当结合实际工程进行试验时，该距离为混凝土结构钢筋保护层厚度；
所述的钢筋表面的通电电流密度为0～0.3mA/mm2，通电电压为0～60V。
2.根据权利要求1所述的氯盐腐蚀混凝土中钢筋加速锈蚀控制试验方法，其特征在于，该方法还采用试验台进行试验，所述的多通道直流稳压电源置于该试验台上。
3.根据权利要求1所述的氯盐腐蚀混凝土中钢筋加速锈蚀控制试验方法，其特征在于，该方法采用多个混凝土中钢筋加速锈蚀控制标准试件并行试验。
4.根据权利要求1所述的氯盐腐蚀混凝土中钢筋加速锈蚀控制试验方法，其特征在于，所述的锈蚀程度包括开始锈蚀、中度锈蚀、重度锈蚀。
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