CN103454207A - 一种模拟钢筋在工业大气环境中腐蚀的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟钢筋在工业大气环境中腐蚀的测试方法，该测试方法包括以下步骤：在周浸腐蚀试验机的箱体内加入NaHSO₃溶液作为浸渍溶液，并采用绝缘材料将预先加工好的钢筋试样悬挂于周浸腐蚀试验机的试样架上；通过控制所述周浸腐蚀试验机的箱体内的湿度、浸渍溶液的温度、循环周期和测试周期，对所述钢筋试样按浸渍、湿润、干燥的顺序进行多次循环测试，以使钢筋试样经受腐蚀；对被腐蚀后的钢筋试样进行除锈处理，进行腐蚀失重分析。通过本发明提供的模拟钢筋在工业大气环境中腐蚀的测试方法，模拟钢筋在实际工业大气环境中的腐蚀过程，具有模拟性、加速性和重现性，可用于各种耐蚀钢筋的工业大气腐蚀性能检测和评价。

Description

一种模拟钢筋在工业大气环境中腐蚀的测试方法

技术领域

本发明涉及一种模拟钢筋在大气环境中腐蚀的测试方法，尤其涉及一种模拟钢筋在工业大气环境中腐蚀的测试方法。

背景技术

钢筋是工程建设中的主要基本材料，但是如果长期处于自然环境会对钢筋产生腐蚀破坏，造成钢筋使用寿命缩短，影响建筑质量安全。随着工业化的进程，燃烧大量矿石燃料，造成自然环境中大气污染物如SO₂、H₂S等含量升高，加速了建筑材料中钢筋的腐蚀。自然环境下的暴露测试是研究大气腐蚀最通常的测试方法，它能够反映现场实际情况，得到的数据直观、可靠，可以用来估算在该环境下的腐蚀寿命，为工程合理选材和防腐设计提供可靠的设计依据。但由于户外暴露测试的周期较长，至少需要3～5年，无法满足工艺、生产的迫切需要，因此需要加速腐蚀测试与之相互对应。

影响大气腐蚀的主要因素是大气温度、湿度以及SO₂和氯离子等污染物的溶度，工业大气则主要是含有SO₂、H₂S和氮氧化物等。目前，现有技术对钢筋在工业大气环境下的腐蚀研究报道不多，而模拟钢筋在工业大气环境中的腐蚀测试也无相关专利公开。因此，需要建立一种简单、可靠的测试方法来模拟工业大气环境下钢筋的腐蚀过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟钢筋在工业大气环境中腐蚀的测试方法，该方法具有模拟性、加速性和重现性。

根据本发明，提供一种模拟钢筋在工业大气环境中腐蚀的测试方法，所述测试方法包括以下步骤：（i）在周浸腐蚀试验机的箱体内加入NaHSO₃溶液作为浸渍溶液，并采用绝缘材料将预先加工好的钢筋试样悬挂于周浸腐蚀试验机的试样架上；（ii）通过控制所述周浸腐蚀试验机的箱体内的湿度、浸渍溶液的温度、循环周期和测试周期，对所述钢筋试样按浸渍、湿润、干燥的顺序进行多次循环测试，以使钢筋试样经受腐蚀；（iii）对被腐蚀后的钢筋试样进行除锈处理，进行腐蚀失重分析。其中，所述循环周期为由浸渍、湿润和干燥构成的一个循环的时间，所述测试周期为步骤（ii）的多次循环的总测试时间。

其中，在所述步骤（i）中，对所述钢筋试样进行预先加工包括：对钢筋试样的表面进行清理的步骤。

其中，在所述步骤（i）中，所述NaHSO₃溶液的浓度为（1.00±0.05）×10^-2mol·L^-1，pH值为4.4～4.8，溶剂为去离子水或蒸馏水，所述去离子水或蒸馏水电导率为20μS/cm以下。

其中，所述步骤（i）中，所述绝缘材料为非编织绝缘材料。

其中，所述步骤（i）中，当所述钢筋试样的数量为多个时，保持各钢筋试样在试样架上的高度一致。

其中，所述步骤（ii）中，控制所述箱体内的湿度为60%RH～80%RH，所述浸渍溶液的温度为43℃～47℃，所述循环周期为55min～65min，其中，浸渍时间为10min～14min。

其中，所述测试周期为72小时。

其中，所述步骤（ii）还包括使用浓度为2.0×10^-2mol·L^-1的NaHSO₃溶液每隔24小时对所述浸渍溶液进行补给，以使浸渍溶液维持初始液面的位置。

其中，所述钢筋试样为圆柱形。

其中，所述步骤（iii）中，利用下式来计算钢筋试样的平均腐蚀速率：

其中，W₀表示钢筋试样的原始质量，单位为克；W_t表示钢筋试样的后质量，单位为克；l表示钢筋试样的长度，单位为毫米；d表示钢筋试样的直径，单位为毫米；t表示测试周期，单位为小时。

通过本发明提供的模拟钢筋在工业大气环境中腐蚀的测试方法，模拟钢筋在实际工业大气环境中的腐蚀过程，具有模拟性、加速性和重现性，可用于各种耐蚀钢筋的工业大气腐蚀性能检测和评价。

附图说明

通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其他目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是本发明的模拟钢筋在工业大气环境中腐蚀的测试方法中使用的周浸腐蚀试验机的结构示意图；

图2是本发明的钢筋腐蚀测试中钢筋试样的标准试样图；

图3是户外暴露下1#钢筋试样的腐蚀产物的X-射线衍射谱；

图4是户外暴露下与室内条件下两种钢筋试样的平均腐蚀速率对比图；

图5是户外暴露下与室内条件下两种钢筋试样的平均腐蚀深度对比图。

具体实施方式

根据本发明的一个实施例，提供一种模拟钢筋在工业大气环境中腐蚀的测试方法，所述测试方法包括以下步骤：（i）在周浸腐蚀试验机的箱体内加入NaHSO₃溶液作为浸渍溶液，并采用绝缘材料将预先加工好的钢筋试样悬挂于周浸腐蚀试验机的试样架上；（ii）通过控制所述周浸腐蚀试验机的箱体内的湿度、浸渍溶液的温度、循环周期和测试周期，对所述钢筋试样按浸渍、湿润、干燥的顺序进行多次循环测试，以使钢筋试样经受腐蚀；（iii）对被腐蚀后的钢筋试样进行除锈处理，进行腐蚀失重分析。其中，所述循环周期为由浸渍、湿润和干燥构成的一个循环的时间，所述测试周期为步骤（ii）的多次循环的总测试时间。

通过本发明提供的模拟钢筋在工业大气环境中腐蚀的测试方法，模拟钢筋在工业大气环境下的腐蚀过程，满足了室内模拟加速测试的模拟性、加速性和重现性三个基本条件，其中最关键的问题是在满足加速性和重现性这两个条件基础上满足模拟性。

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

如图1所示，根据本发明的方法使用的周浸腐蚀试验机包括箱体1、转盘2、液槽3、冷却管4、加热器5、压缩机6、湿度计7、空气循环装置8、烘烤灯9、电机10和加湿器11。由于周浸腐蚀试验机的结构是本领域技术人员所公知的，因此为了简洁起见，在此省略了对其构造的详细描述。

在本发明的测试方法中，将预先加工好的钢筋试样采用绝缘材料悬挂于位于如图1所示的周浸腐蚀试验机的箱体1中的转盘和试样架2上，以使钢筋试样处于一定的高度。根据本发明的实施例，采用非编织绝缘材料悬挂试样，以避免来自绝缘材料的物质进入到浸渍溶液中而影响测试结果，当悬挂的钢筋试样的数量为多个时，要保持各钢筋试样的悬挂高度一致（即：试样与其在试样架上的相应的悬挂点之间的相对高度一致）。这是因为：如果挂样高度不一致，会造成位置挂的低的试样先浸入，但却是后浸出，在浸渍溶液中停留的时间相应长些，而位置高的试样则与此相反。因此各试样的悬挂高度必须一致。当使用塑料绝缘导线悬挂试样时，应注意不要使绝缘导线的金属线芯接触浸渍溶液或试样，以避免影响测试结果。

此外，在本发明的测试方法中，为了更好地模拟实际环境，可以将钢筋试样加工成圆柱形。

图2是本发明的钢筋腐蚀测试中钢筋试样的标准试样图，其中，（a）为钢筋试样的主视图，（b）为钢筋试样的侧视图，（c）为钢筋试样的俯视图。如图2所示，钢筋试样上部设有一个通孔A，便于悬挂试样。

参照图2，钢筋试样按要求被加工成具有预定长度（或高度）l和预定直径d的圆柱形状，在距钢筋试样上端面一定距离s处开有小孔A。根据本发明的一个实施例，圆柱形钢筋试样的长度l可以为40mm～60mm，优选为50mm；试样上的通孔A的直径可以为2.0mm～3.0mm，优选为2.5mm；通孔A距钢筋试样顶表面的距离s可以为4mm～6mm，优选为5mm；控制试样的表面粗糙度R_a在0.8μm左右，优选地为0.8μm。这里，钢筋试样的直径d根据钢筋的实际尺寸加工，在此不再进行进一步的限制。

根据本发明的测试方法，在将钢筋试样放于周浸腐蚀实验机之前，应当对钢筋试样进行表面清理，除去毛刺及孔（A）内杂物，再进行清洗。清洗时先使用汽油或石油醚，再用无水乙醇，最后用丙酮。清洗后用热风吹干。测量并记录试样的原始质量（精确到1mg）和试样尺寸（精确到0.1mm），其中，试样尺寸包括试样的长度和直径。

根据本发明的测试方法，使用NaHSO₃溶液作为浸渍溶液，优选浓度为（1.00±0.05）×10^-2mol·L^-1，pH值为4.4～4.8，溶剂为20μS/cm以下的去离子水或蒸馏水。具体来说，采用符合HG3-1291中要求的化学纯或化学纯以上的NaHSO₃试剂。在室温下将10.4gNaHSO₃溶于电导率不超过20μS·cm^-1的去离子水或蒸馏水中配制成10.0L NaHSO₃溶液，测定其pH值应当为4.4～4.8。采用上述溶液体系作为浸渍溶液的原因在于能够很好模拟工业大气腐蚀过程，试验后生成锈层结构和工业大气暴晒试样锈层结构类似。

根据本发明的测试方法，最初加入周浸腐蚀试验机的箱体内的NaHSO₃浸渍溶液的量优选为10.0L±0.5L。可以每24小时最多不应超过两次向液槽中注入新配制的浓度为2.0×10^-2mol·L^-1的NaHSO₃溶液对浸渍溶液进行补给，使浸渍溶液达到规定刻度。在此，补充溶液的浓度高于原始溶液浓度的原因在于，测试过程中溶液中的NaHSO₃不断分解为二氧化硫而挥发损耗，因此，需要在浸渍溶液中补充更多的NaHSO₃。在测试期间应尽量减少打开箱门次数，每次打开时间不应超过2分钟，开门时应关闭空气循环装置。每隔24小时添加补给液时，每槽先放出1.5L原浸渍溶液，而后加入2.0L补给液。整个添加补给液过程的耗时应尽可能短。为了优化测试效果，补给溶液应当现用现配且用于一次连续测试，不重复使用，并且不应在测试中途插入新的钢筋试样。

下面将结合具体的实施例来进一步解释根据本发明的快速评价钢筋在氯离子环境中的腐蚀的测试方法。这些实施例仅用于解释测试目的，实现测试目标，而不用来限制本发明的范围。

测试准备

采用两种钢筋作为试样，其化学成分如表1所示。将钢筋试样切割为尺寸50mm（长）×Ф10mm（直径）的圆柱形表面粗糙度R_a为0.8μm，距离上端面5mm处，开有一Ф2.5mm的小孔，便于悬挂试样。测试前对钢筋试样表面进行清理，除去毛刺及孔内杂物，再进行清洗。清洗时先使用汽油或石油醚，再用无水乙醇，最后用丙酮。清洗后用热风吹干。测量并记录试样的原始质量(精确到1mg)，试样尺寸(精确到0.1mm)。

表1钢筋试样的化学成分（wt%）

下面通过具体参照例及实施例对发明做进一步描述，这些示例仅用于解释测试目的，验证测试目标。本申请从腐蚀失重、腐蚀深度、腐蚀速率和腐蚀产物形貌及XRD等方面对测试结果进行分析。

参照例

通过上述测试准备，将准备好的上述两种钢筋试样，参照标准GB11112-89进行现场大气暴露测试，测试地点为青岛，测试时间为2010年11月～2011年11月，测试周期结束后取样，按GB/T16545-1996的要求对试样进行处理去处腐蚀产物，计算出腐蚀失重和腐蚀深度，同时进行腐蚀产物分析。

得到两种钢筋试样平均腐蚀速率、平均腐蚀深度和年平均腐蚀深度，测试结果如表2所示。另外，1#钢筋腐蚀产物的X-射线衍射谱如图3所示。

表2户外暴露下两种钢筋试样的腐蚀结果

其中，平均腐蚀速率利用下式来计算：

其中，W₀表示钢筋试样的原始质量，单位为克；W_t表示钢筋试样的后质量，单位为克；l表示钢筋试样的长度，单位为毫米；d表示钢筋试样的直径，单位为毫米；t表示测试周期，单位为小时。

实施例

采用符合HG3-1291中要求的化学纯或化学纯以上的NaHSO₃试剂，在室温下称量10.4gNaHSO₃溶于电导率不超过20μS·cm^-1的去离子水或蒸馏水中配制成10.0L NaHSO₃溶液作为浸渍溶液，放入周浸腐蚀试验机的箱体内的液槽3中，将通过上述测试准备好的上述两种钢筋试样采用非编织绝缘材料悬挂钢筋试样于周浸腐蚀试验机箱内一致高度，箱内浸渍溶液温度为45℃±2℃，湿度为70%RH±10%RH，按照“浸渍→湿润→干燥”顺序进行多次循环测试，其中由浸渍、湿润和干燥构成的一个循环的循环周期为60min±5min，当中浸渍时间为12min±2min，测试时间为72h。具体地说，在测试过程中，随着周浸腐蚀试验机的转盘的旋转，悬挂在转盘上的试样被浸渍到NaHSO₃溶液中，此时为浸渍阶段；然后，当试样离开溶液时，试样表面由于附着有溶液，从而保持湿润状态，此时为湿润阶段；然后，由于烘烤灯的烘烤，试样表面的水分被蒸干，此时为干燥阶段。在测试过程中，每隔24小时使用浓度为2.0×10^-2mol·L^-1的NaHSO₃的溶液对浸渍溶液进行补给，以使浸渍溶液维持初始液面的位置，其中用于补给NaHSO₃的溶液的配制方法可以与上述初始浸渍溶液的配制方法相同。

测试达到规定周期72小时后，停机，取下钢筋试样，用清水洗净表面残留盐颗粒，热风吹干。测试后的钢筋试样根据GB/T16545-1996的要求进行除锈处理。另外，如不立即进行除锈处理，钢筋试样应置于干燥器内保存。对放入干燥器中24小时后的钢筋试样进行称量(精确到1mg)。

得到结果如表3所示。

表3室内加速下两种钢筋试样的腐蚀结果

其中，平均腐蚀速率利用下式来计算：

其中，W₀表示钢筋试样的原始质量，单位为克；W_t表示钢筋试样的后质量，单位为克；l表示钢筋试样的长度，单位为毫米；d表示钢筋试样的直径，单位为毫米；t表示测试周期，单位为小时。

将上述参照例的测试作为户外暴露测试，将上述比较例的测试作为室内加速测试，综合比对测试数据如表4所示。另外，图4是户外暴露下与室内条件下两种钢筋试样的平均腐蚀速率对比图；图5是户外暴露下与室内条件下两种钢筋试样的平均腐蚀深度对比图。

表4综合比对数据

并且，实施例的钢筋腐蚀锈层的与参照例的锈层结构类似，都主要由α-羟基氧化铁（α-FeOOH）、γ-羟基氧化铁（γ-FeOOH）和Fe₂O₃构成。

通过本发明的模拟钢筋在工业大气环境中腐蚀的测试方法，具有以下优点：

（1）采用本发明的测试方法可以模拟在工业大气环境中的腐蚀过程，研究测试钢筋的大气腐蚀规律或快速评价钢筋的耐大气腐蚀性能。本方法在保证模拟性的同时具有显著的加速腐蚀性达到几十倍至几百倍，加速倍率随时间而变化，实现了模拟性、加速性和重现性。

（2）本发明测试后生成的锈层结构和工业大气暴晒试样锈层结构类似，都主要由α-羟基氧化铁（α-FeOOH）、γ-羟基氧化铁（γ-FeOOH）和Fe₂O₃。特别是利用本发明的测试方法，腐蚀锈层中不含有β-羟基氧化铁（β-FeOOH）。

因此，本发明具有模拟性、加速性和重现性，以此来模拟工业大气环境，可用于确定各种耐蚀钢筋在类似工业大气环境的腐蚀行为，还可用于钢筋在工业环境中耐蚀性快速检测和评价，为合理选材和选用合适的防护方法提供依据。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求和它们的等同物所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此做出形式和细节上的各种改变。应当仅仅在描述性的意义上而不是出于限制的目的来考虑实施例。因此，本发明的范围不是由本发明的具体实施方式来限定，而是由权利要求书来限定，该范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。

Claims (10)

1.一种模拟钢筋在工业大气环境中腐蚀的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：

（i）在周浸腐蚀试验机的箱体内加入NaHSO₃溶液作为浸渍溶液，并采用绝缘材料将预先加工好的钢筋试样悬挂于周浸腐蚀试验机的试样架上；

（ii）通过控制所述周浸腐蚀试验机的箱体内的湿度、浸渍溶液的温度、循环周期和测试周期，对所述钢筋试样按浸渍、湿润、干燥的顺序进行多次循环测试，以使钢筋试样经受腐蚀；

（iii）对被腐蚀后的钢筋试样进行除锈处理，进行腐蚀失重分析；

其中，所述循环周期为由浸渍、湿润和干燥构成的一个循环的时间，所述测试周期为步骤（ii）的多次循环的总测试时间。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在所述步骤（i）中，对所述钢筋试样进行预先加工包括：对钢筋试样的表面进行清理的步骤。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在所述步骤（i）中，所述NaHSO₃溶液的浓度为（1.00±0.05）×10^-2mol·L^-1，pH值为4.4～4.8，溶剂为去离子水或蒸馏水，所述去离子水或蒸馏水电导率为20μS/cm以下。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤（i）中，所述绝缘材料为非编织绝缘材料。

5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤（i）中，当所述钢筋试样的数量为多个时，保持各钢筋试样在试样架上的高度一致。

6.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤（ii）中，控制所述箱体内的湿度为60%RH～80%RH，所述浸渍溶液的温度为43℃～47℃，所述循环周期为55min～65min，其中，浸渍时间为10min～14min。

7.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述测试周期为72小时。

8.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤（ii）还包括使用浓度为2.0×10^-2mol·L^-1的NaHSO₃溶液每隔24小时对所述浸渍溶液进行补给，以使浸渍溶液维持初始液面的位置。

9.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述钢筋试样为圆柱形。

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述步骤（iii）中，利用下式来计算钢筋试样的平均腐蚀速率：

其中，W₀表示钢筋试样的原始质量，单位为克；W_t表示钢筋试样的后质量，单位为克；l表示钢筋试样的长度，单位为毫米；d表示钢筋试样的直径，单位为毫米；t表示测试周期，单位为小时。

Images