CN104132847B - 持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置及测试方法，装置包括持续荷载加载装置、氯盐快速腐蚀装置以及测控装置。通过加载框架和驱动装置施加持续荷载，向密封固定于试验梁中上部的框体中充置氯盐溶液，采用空气泵向氯盐溶液持续注入空气，对试验梁钢筋通以直流电流实施快速腐蚀。主控制箱集成相关数据采集仪、电化学测试仪及输出设备，通过单片机统一控制，实时量测持续荷载并定期校正至目标水平，定期测试受腐蚀构件的腐蚀行为，实时采集、显示、存储并打印输出数据。本发明能够有效模拟在役钢筋混凝土结构构件在氯盐环境与荷载耦合作用下的实际腐蚀工况，为海洋、盐湖等氯盐环境下工程结构的耐久性评估提供科学依据。

Description

持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置及方法，属于验测钢筋混凝土腐蚀程度技术领域。

背景技术

我国海岸线漫长，盐渍土地区分布广泛，大量的钢筋混凝土（RC）结构经受着较为严重的氯盐环境侵蚀，从而导致结构内部钢筋锈蚀、耐久性下降。在正常使用阶段，海洋、盐湖等氯盐环境下钢筋混凝土构件总是经受着荷载与氯盐侵蚀的耦合作用，构件内部钢筋锈蚀导致钢筋截面损失与构件刚度下降。同时，荷载的耦合作用使钢筋承受拉应力，并可能导致混凝土开裂，这些因素均会加剧钢筋锈蚀并劣化钢筋与混凝土间的界面粘结性能。因此，为了有效评估钢筋混凝土构件的耐久性能，开展氯盐侵蚀与荷载耦合作用下的钢筋混凝土构件的劣化机制研究是非常必要的一个环节。

需要指出，在实际环境中，氯盐侵蚀导致钢筋混凝土构件中钢筋发生锈蚀需要很长时间。因此，为了探究氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的劣化机理，在实验室研究中一般采用外接直流电源加速氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的试验方法。外加直流电的氯盐腐蚀速率主要由腐蚀电流密度控制，专利 CN 101620062 B发明了一种控制标准混凝土棱柱体试件中钢筋锈蚀速度的试验方法，通过控制钢筋表面的通电电流密度、电压及时间，实现同一环境条件下多根钢筋锈蚀程度控制，同时采用统计方法得到钢筋锈蚀程度随电压、电流强度的变化规律，进而计算得到钢筋自然锈蚀与钢筋加速锈蚀之间存在的速率关系。

对于耦合荷载与氯盐腐蚀耦合作用的试验研究，耦合荷载一般通过配重方式予以施加。然而，配重方式所施加的荷载水平有限，对于一些承载能力较高的构件，采用此方法较难达到其在役结构构件的正常荷载水平。因此，有必要研发耦合荷载作用下氯盐腐钢筋混凝土构件的试验装置，以施加较高持续荷载水平，研究不同耦合荷载水平对氯盐腐蚀过程的影响，为海洋、盐湖等氯盐环境下钢筋混凝土结构构件的劣化机制与耐久性评估提供科学依据。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置及方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置，包括：持续荷载加载装置、氯盐快速腐蚀装置、测控装置；

所述持续荷载加载装置包括：加载框架、加载驱动装置；所述加载框架包括：下横梁、上横梁、试验梁支撑架、反力梁、加载框架螺杆、螺帽、边支座，上横梁、试验梁支撑架、下横梁两端由四根加载框架螺杆依次穿孔连接组成井字型框架结构；反力梁两端固定于两根下横梁上方；边支座固定于上横梁下方；所述加载驱动装置包括：千斤顶、荷载传感器、分配梁；所述千斤顶固定于反力梁中部，千斤顶顶部设置有荷载传感器，荷载传感器顶部设置有球铰支座，球铰支座顶部设置分配梁，分配梁顶部两端对称设置有滚轴加载板。

所述氯盐快速腐蚀装置包括：直流电源、氯盐溶液盛放框、腐蚀阴极及空气泵；所述氯盐溶液盛放框密封固定于试验梁中上部；所述直流电源负极连接有腐蚀阴极；所述空气泵连接有输气软管。

所述测控装置包括：电化学测试仪、荷载测试装置、挠度测量装置、主控制箱；所述荷载测试装置包括：荷载传感器、荷载采集仪；所述挠度测量装置包括：位移计、位移采集仪；所述位移计通过位移计定位块固定于角钢中部，所述角钢通过螺杆与试验梁侧面相连接；所述主控制箱内设置有电化学测试仪、直流电源、荷载采集仪、位移采集仪、空气泵、单片机，电化学测试仪正输入端口与主控制箱A端口相连接，电化学测试仪负输入端口控制箱B端口相连接；直流电源正极与主控制箱A端口相连接，直流电源负极与主控制箱B端口相连接; 空气泵出气口与主控制箱C端口相连接；位移采集仪输入端口与主控制箱D端口相连接; 荷载采集仪输入端口与主控制箱E端口相连接；所述主控制箱A端口通过导线与试验梁的纵筋相连接，主控制箱B端口通过导线与腐蚀阴极相连接，主控制箱C端口与输气软管相连接，主控制箱D端口通过数据线与位移计相连接，主控制箱E端口通过数据线与荷载传感器相连接；电化学测试仪、直流电源、荷载采集仪、位移采集仪、空气泵的控制端均与单片机相连接；所述单片机与输出设备相连接，可实时采集、显示、存储并打印输出测量数据。

所述下横梁、上横梁、反力梁的截面设置为箱型结构。

所述加载框架螺杆采用高强低松弛钢棒材质，直径设置为30-80 mm。

所述氯盐溶液盛放框采用有机玻璃材质，氯盐溶液盛放框上边缘高于试验梁顶面30-80 mm，侧面底边缘低于试验梁中纵向钢筋20-80 mm，氯盐溶液盛放框底边缘与试验梁通过粘结剂密封；氯盐溶液盛放框底面两端均设置有直径为8-15mm的溶液排出孔。

所述试验梁的纵筋的端部设置有通孔，连接导线通过螺钉与通孔相连接；试验梁的纵筋两端均裹覆环氧树脂浸渍的纱布。

所述主控制箱C端口与多条输气软管相连接，输气软管通至氯盐溶液盛放框底部，相邻输气软管排气端口的间距设置为200-500 mm。

所述主控制箱A端口、B端口均设置为3档调节旋钮，分别为直流通电档位、断电空挡位和电化学测试档位。基于持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置的测试方法，包括以下步骤：

步骤一：调整试验梁支架位置，使其距上横梁下部边支座距离大于试验梁高度，然后调节支架定位螺帽使试验梁与边支座凸弧面相接触，并将试验梁中心线对正边支座中心线；

步骤二：依次安装千斤顶、荷载传感器及球铰支座，并将分配梁置于球铰支座上方，对应于试验梁纯弯区加载点，在分配梁上对称布置滚轴加载板，并使滚轴加载板与试验梁之间略微保持间距；

步骤三：将固定位移计的角钢对称布置于试验梁两侧，并将位移计定位于试验梁跨中相应位置；

步骤四：将氯盐溶液盛放框固定于试验梁中上部，并在氯盐溶液盛放框内充置氯盐溶液至目标液面高度，连接空气泵输气软管至溶液底部，检查氯盐溶液盛放框的密封状况；

步骤五：在试验梁顶面设置腐蚀阴极，并通过导线将腐蚀阴极、试验梁的钢筋分别与直流电源的负极和正极相连接。

步骤六：缓慢顶升千斤顶使滚轴加载板与试验梁接触，检查荷载作用位置偏差情况、加载框架各部件运行状况正常下，继续稳步施加荷载至设计持续荷载水平，同时通过置于控制箱内的电化学测试仪、荷载测试装置、挠度测量装置实时采集、存储加载阶段的荷载与变形，并通过输出设备实时监测其荷载-挠度变形曲线；

步骤七：在进入持载阶段后，接通直流电源并调节至目标电压或电流，开始持续荷载作用下的氯盐腐蚀过程；在此期间，通过空气泵持续对溶液输送空气，保证溶液中有足够的氧气以供试验梁中钢筋发生腐蚀电化学反应；同时，根据实测荷载每隔12-48小时校正所施加的持续荷载至目标水平，保证持续荷载稳定一致；

步骤八：在腐蚀期间，将盛有同等浓度氯盐溶液的蒸发皿放置于上横梁顶面，定期采用精度为0.01 g的天平称重，测定氯盐溶液的蒸发率，并根据实测蒸发率往腐蚀试验的氯盐溶液中添加相应量的水，保持氯盐溶液浓度在腐蚀阶段基本恒定，保证试验数据的可靠性；

步骤九：在腐蚀期间，定期观测试验梁底面及侧面的锈斑状况以及锈胀裂缝的开展形态；

步骤十：进行电化学腐蚀参数测试时，需要将主控制箱中的电化学测试仪与直流电源共用的接线柱旋钮调节至电化学测试档位，调节时要先将旋钮调节至断电空档位，然后再调至电化学测试档位；测试结束后，再重新旋至直流通电档位，继续氯盐腐蚀试验；

步骤十一：定期通过电化学测试系统测量并存储不同持续荷载水平及腐蚀水平下的腐蚀电位、极化电阻以及交流阻抗谱，以表征腐蚀电化学行为；其次，选择合理的等效电路进行钢筋混凝土构件的阻抗谱解析，得到混凝土保护层电阻、电荷转移电阻和钢筋表面双电层电容等参数，分析其变化规律以及耦合荷载水平对这些参数的影响；

步骤十二：腐蚀周期t可根据法拉第定律式初步计算，

式中，Δm为钢筋质量损失；M为铁的摩尔质量；I为腐蚀电流密度；z为离子电荷数（z=2）；F为法拉第常数;

步骤十三：待腐蚀试验结束后，截取腐蚀区域内锈蚀钢筋，采用失重法计算钢筋锈蚀率，并统计回归试验数据得到持续荷载作用下钢筋锈蚀率的计算公式。

有益效果：本发明提供的持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置及方法，一、解决了钢筋混凝土构件在较高持续荷载与氯盐腐蚀耦合作用下的试验装置问题，能够模拟正常使用状态下在役钢筋混凝土构件的实际受力状态，使得氯盐腐蚀试验研究更加符合实际工况，为海洋、盐湖等氯盐环境下工程结构耐久性评估提供科学依据。二、采用千斤顶作为加载驱动装置，并根据荷载传感器实测荷载值定期校正持续荷载，从而保证在整个腐蚀期间荷载基本一致，解决了单一采用弹簧或受拉螺杆在长期受力过程中由于松弛而导致持续荷载水平逐渐减小的难点。三、本装置结构简单，操作方便，采用常用构件、仪器即可完成整个加载框架和数据测量，可测量腐蚀电化学行为、实时监测荷载-挠度曲线，能够更加深刻理解持续荷载作用下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的特征与机理。

附图说明

图1为本发明测试装置的正视图；

图2为本发明测试装置的剖面图；

图3为本发明测试装置的俯视图；

图4为本发明测试装置中试验梁、上横梁与边支座的构造详图；

图5为本发明测试装置主控制箱内置的相关仪器。

图中：1：螺帽；2：垫板；3：下横梁；4：连接螺栓；5：反力梁；6：加载框架螺杆；7：试验梁支撑架；8试验梁；9：螺杆；10：环氧树脂浸渍的纱布；11：边支座；12：上横梁；13：氯盐溶液盛放框；14：腐蚀阴极；15：输气软管；16：主控制箱；17：试验梁的纵筋；18：角钢；19：位移计；20：分配梁；21：滚轴加载板；22：加劲肋板；23：球铰支座；24：荷载传感器；25：千斤顶；26：导线；27：位移计定位块；28：铝片顶板；29：溶液排出孔；30：螺栓开孔；31：电化学测试仪；32：直流电源；33：荷载采集仪；34：位移采集仪；35：空气泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1-图5所示，一种持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置，包括加载框架、加载驱动装置，所述加载框架包括下横梁3、上横梁12、试验梁支撑架7、反力梁5、加载框架螺杆6、螺帽1和边支座11，上横梁12、试验梁支撑架7与下横梁3由加载框架螺杆6依次穿孔连接，在上、下横梁各孔口处以螺帽1将上下横梁固定于加载框架螺杆6，在试验梁支架7下端孔口处设置定位螺帽1，所有螺帽1与横梁和支架之间均设置垫板2内衬，反力梁5以下横梁3为支座搁置于其上方，并通过螺栓4予以连接，边支座11通过螺栓4固定于上横梁12下方。所述加载驱动装置包括千斤顶25、荷载传感器24以及分配梁20，千斤顶25固定于反力梁5上方跨中部位，千斤顶25上部通过螺栓转换接头连接荷载传感器24，然后连接球铰支座23，分配梁20置于球铰支座23上方，在试验梁纯弯区两端对应位置设置对称滚轴加载板21，试验梁8置于边支座11与滚轴加载板21之间，通过千斤顶25顶升实现持续荷载的施加。

所述加载框架的上横梁12、下横梁3及反力梁5的截面形式均为箱型截面。

所述加载框架螺杆6采用高强低松弛钢棒制作，其直径根据所施加的持续荷载级别确定，一般可取30-80 mm；且相应于该螺杆的上、下横梁开孔位置要上下对正，且开孔直径比螺杆直径大约2-4 mm。

所述边支座11采用局部圆弧形凸面形式，其中心线位置与上横梁12中心线相对应，长度超出试验梁宽度100-200 mm，并在两侧边设置螺栓开孔30。

所述加载驱动装置中的千斤顶25可采用手动机械式千斤顶、手动液压式千斤顶、电动液压千斤顶多种类型，其量程根据拟施加持续荷载级别选定。

所述分配梁20截面形式可为工字形或箱形截面，对于工字形截面，需在集中荷载作用点设置加劲肋板22。

所述氯盐快速腐蚀装置，包括直流电源32、氯盐溶液盛放框13、腐蚀阴极14及空气泵35，将盛有氯盐溶液的框体13密封固定于试验梁8中上部，将直流电源32的正极、负极分别与试验梁的纵筋17和腐蚀阴极14相连接，并通过空气泵35为氯盐溶液持续注入空气。

所述直流电源32可以选用直流横流源、直流稳压源或直流横流恒压源多种类型。

所述氯盐溶液盛放框13采用有机玻璃制作，其上边缘高出试验梁表面30-80 mm，侧边底边缘低于试验梁中纵向钢筋20-80 mm，长度可根据拟腐蚀的区域设定，氯盐溶液盛放框13底边缘与试验梁8通过粘结剂密封、粘结可靠，并在试验梁两侧氯盐溶液盛放框底面端部各设置一个直径为8-15 mm的溶液排出孔29。

所述腐蚀阴极14可采用筋材、板材，材质可选用钛、铜、不锈钢等耐蚀材料。

所述试验梁的纵筋17的一端要钻小圆孔，并用螺钉拧入圆孔固定连接导线26，然后在钢筋两端裹覆环氧树脂浸渍的纱布10密封严实。

所述空气泵35同时连接多条输气软管15，通至氯盐溶液盛放框13底部，相邻输气软管排气端口的间距设置为200-500 mm。

所述测控装置包括电化学测试仪、荷载测试装置、挠度测量装置和主控制箱16，电化学腐蚀参数测试仪、荷载与挠度测量装置均与主控制箱16连接，通过单片机统一控制，采集相应数据并打印输出。

所述电化学测试仪31，可以外接电化学工作站，或采用集成腐蚀电位、线性极化以及交流阻抗谱测试等功能于一体的电化学测试仪。

所述荷载测试装置包括荷载传感器24和荷载采集仪33，通过导线26将荷载传感器24与主控制箱16内置荷载采集仪33相应的接线柱连接，直接数显所加荷载，同时每隔12-48小时校正持续荷载至目标值。

所述挠度测量装置包括位移计19以及位移采集仪34，通过数据线将位移计19与主控制箱内置的位移采集仪34相应的接线柱连接，直接数显挠度响应值。

所述位移计19可采用大量程百分表、千分表或电测的位移传感器，通过位移计定位块27将其固定于延试验梁纵向布置的角钢18中部，其末端顶于试验梁8底面跨中部位的铝片顶板28下方。

所述角钢18通过锚固于试验梁支座截面中和轴高度处的螺杆9，铰接固定于试验梁8侧截面半高位置。

所述主控制箱16集成电化学测试仪31、直流电源32、荷载采集仪33、位移采集仪34、空气泵35，所有内置仪器均由单片机统一控制并设置相应参数，各模块通过相应的接线柱与外部装置相连接，实时采集、显示、存储并打印输出测量数据。

所述主控制箱16集成的电化学测试仪31与直流电源32，两者共用两个接线柱，其中一个接线柱与两仪器的正极相连接，另一个接线柱与两仪器的负极连接，此两个接线柱均设置3档调节旋钮，分别为直流通电档位、断电空挡位和电化学测试档位，通过切换档位，实现直流通电腐蚀和电化学参数的测量。

所述持续荷载作用下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的试验装置的测试方法，包括以下步骤：

（1）调整试验梁支撑架7位置，使其距上横梁3下部边支座11的距离大于试验梁8截面高度，便于试验梁8的安装，然后调节支架定位螺帽使试验梁8与边支座11凸弧面相接触，同时将试验梁8中心线对正边支座11中心线。

（2）依次安装千斤顶25、荷载传感器24及球铰支座23，并将分配梁20置于球铰支座23上方，对应于试验梁8纯弯区加载点，在分配梁20上对称布置滚轴加载板21，并使滚轴加载板21与试验梁8之间略微保持间距。

（3）将固定位移计19的角钢18对称布置于试验梁8两侧，并将位移计19定位于试验梁8跨中相应位置。

（4）将氯盐溶液盛放框13固定于试验梁8中上部，并在其中充置设计浓度的氯盐溶液至目标液面高度，连接空气泵输气软管15至溶液底部，并检查氯盐溶液盛放框13的密封状况。

（5）在梁顶面布置腐蚀阴极14，并通过导线26将腐蚀阴极14、试验梁的纵筋17分别与直流电源32的负极和正极相连接。

（6）首先缓慢顶升千斤顶25使边支座11、滚轴加载板21与试验梁8接触，检查荷载作用位置偏差情况、加载框架各部件运行状况正常时，继续稳步施加荷载至设计持续荷载水平，同时通过置于控制箱16内的采集系统实时采集、存储加载阶段的荷载与变形，同时通过显示面板实时监测其荷载-挠度变形曲线。

（7）在进入持载阶段后，接通直流电源32并调节至目标电压或电流，开始持续荷载作用下的氯盐腐蚀过程。在此期间，通过空气泵35持续对溶液输送空气，保证溶液中有足够的氧气以供试验梁中钢筋发生腐蚀电化学反应；同时，根据实测荷载每隔12-48小时校正所施加的持续荷载至目标水平，保证持续荷载稳定一致。

（8）在腐蚀期间，将盛有同等浓度氯盐溶液的蒸发皿放置于上横梁12顶面，定期采用精度为0.01 g的天平称重，测定氯盐溶液的蒸发率，并根据实测蒸发率往腐蚀试验的氯盐溶液中添加相应量的水，保持氯盐溶液浓度在腐蚀阶段基本恒定，保证试验数据的可靠性。

（9）在腐蚀期间，定期观测试验梁8底面及侧面的锈斑状况以及锈胀裂缝的开展形态。

（10）进行电化学腐蚀参数测试时，需要将主控制箱16中电化学测试仪31与直流电源32共用的接线柱旋钮调节至电化学测试档位，调节时要先将旋钮调节至断电空档位，然后再调至电化学测试档位。测试结束后，再重新旋至直流通电档位，继续氯盐腐蚀试验。

（11）定期通过电化学测试系统测量并存储不同持续荷载水平及腐蚀水平下的腐蚀电位、极化电阻以及交流阻抗谱，以表征腐蚀电化学行为。其次，选择合理的等效电路进行钢筋混凝土构件的阻抗谱解析，得到混凝土保护层电阻、电荷转移电阻和钢筋表面双电层电容等参数，分析其变化规律以及耦合荷载水平对这些参数的影响。

（12）腐蚀周期t可根据法拉第定律式（1）初步计算，

（1）

式中，Δm为钢筋质量损失；M为铁的摩尔质量；I为腐蚀电流密度；z为离子电荷数（z=2）；F为法拉第常数。

（13）待腐蚀试验结束后，截取腐蚀区域内锈蚀钢筋，采用失重法计算钢筋锈蚀率，并统计回归试验数据得到持续荷载作用下钢筋锈蚀率的计算公式。

具体实施例如下：试验梁8为矩形截面形式，截面高度与宽度分别为180 mm和120mm，试验梁的长度为1700 mm，保护层厚度为30 mm，配置2根直径为12 mm的HRB400级变形钢筋。为了模拟海洋环境腐蚀情况，采用浓度为3.5% 的氯盐溶液进行腐蚀，同时，通过持续荷载加载装置施加不同等级的持续荷载，最大持载水平为正常使用极限荷载水平，约为极限荷载水平的60%（即0.6Pu）。其次，为了实现实验室快速腐蚀试验，采用直流恒流电源对试验梁中待腐蚀钢筋施加0.3 mA/mm²的腐蚀电流密度。

根据拟施加的腐蚀电流密度，根据法拉第定律式（1）初步计算腐蚀周期，

（1）

式中，Δm为钢筋质量损失；M为铁的摩尔质量；I为腐蚀电流密度；z为离子电荷数（z=2）；F为法拉第常数。

本实施例所采用的持续荷载加载装置、氯盐快速腐蚀装置、测量装置的连接以及布置方式均如具体实施方式所述。根据所腐蚀钢筋混凝土构件及现有技术条件，对本发明中试验装置中的具体部件进行优化配置：

加载框架的上横梁12、下横梁3为截面高度和宽度均为150 mm的箱型截面，反力梁5采用截面高度和宽度分别为250 mm和200 mm的箱型截面梁。

加载框架螺杆6选取直径为40 mm的圆钢螺杆，两端各400 mm范围内设有丝扣，同时上、下横梁螺杆开孔直径为43 mm。

所述边支座11采用局部圆弧形凸面形式，圆弧半径为80 mm，圆弧面高度30 mm，支座长度超出试验梁两侧各75 mm，侧边螺栓开孔直径与长度分别为15 mm和35 mm。

所述溶液盛放框13采用有机玻璃制作，其上边缘高出试验梁8顶面80 mm，侧边底缘低于试验梁8中纵向钢筋位置60 mm，长度为1100 mm，延试验梁8的跨度居中布置。

根据试验梁8的承载能力及设计持续荷载水平，采用量程为100 kN的手动机械式千斤顶，并配置量程为100 kN的应变式荷载传感器。

分配梁20采用工字形截面，其截面高度和宽度为150 mm和120 mm，并在集中荷载作用点部位设置加劲肋板22。

腐蚀阴极14采用直径为16 mm的不锈钢筋，其长度覆盖整个氯盐溶液浸泡区。

所述空气泵35通过主控制箱C端口与3条输气软管15相连接，输气软管15均通至氯盐溶液盛放框13底面，相邻输气软管15的排气端口间距为300 mm。

位移计19采用量程为20 mm的数显千分表，通过铝质位移计定位块27固定于纵向角钢18跨中部位测量跨中净挠度。

主控制箱16外接电化学工作站，集成直流电源32、荷载采集仪33与位移采集仪34以及空气泵35，所有内置仪器均由单片机统一控制并设置相应参数，各模块通过置于主控制箱的相应接线柱与外部装置相连接，实时采集、显示、存储并打印输出测量数据。

根据具体实施方式所述的测试方法，能够稳步实施持续荷载作用下氯盐腐蚀试验梁的试验，加载装置、快速腐蚀装置以及测试装置稳定可靠。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置，包括：持续荷载加载装置、氯盐快速腐蚀装置、测控装置，其特征在于：

所述持续荷载加载装置包括：加载框架、加载驱动装置；所述加载框架包括：下横梁、上横梁、试验梁支撑架、反力梁、加载框架螺杆、螺帽、边支座，上横梁、试验梁支撑架、下横梁两端由四根加载框架螺杆依次穿孔连接组成井字型框架结构；反力梁两端固定于两根下横梁上方；边支座固定于上横梁下方；所述加载驱动装置包括：千斤顶、荷载传感器、分配梁；所述千斤顶固定于反力梁中部，千斤顶顶部设置有荷载传感器，荷载传感器顶部设置有球铰支座，球铰支座顶部设置分配梁，分配梁顶部两端对称设置有滚轴加载板；

所述氯盐快速腐蚀装置包括：直流电源、氯盐溶液盛放框、腐蚀阴极及空气泵；所述氯盐溶液盛放框密封固定于试验梁中上部；所述直流电源负极连接有腐蚀阴极；所述空气泵连接有输气软管；所述氯盐溶液盛放框采用有机玻璃材质，氯盐溶液盛放框上边缘高于试验梁顶面30-80mm，侧面底边缘低于试验梁中纵向钢筋20-80mm，氯盐溶液盛放框底边缘与试验梁通过粘结剂密封；氯盐溶液盛放框底面两端均设置有直径为8-15mm的溶液排出孔；

所述测控装置包括：电化学测试仪、荷载测试装置、挠度测量装置、主控制箱；所述荷载测试装置包括：荷载传感器、荷载采集仪；所述挠度测量装置包括：位移计、位移采集仪；所述位移计通过位移计定位块固定于角钢中部，所述角钢通过螺杆与试验梁侧面相连接；所述主控制箱内设置有电化学测试仪、直流电源、荷载采集仪、位移采集仪、空气泵、单片机，电化学测试仪正输入端口与主控制箱A端口相连接，电化学测试仪负输入端口控制箱B端口相连接；直流电源正极与主控制箱A端口相连接，直流电源负极与主控制箱B端口相连接；空气泵出气口与主控制箱C端口相连接；所述主控制箱C端口与多条输气软管相连接，输气软管通至氯盐溶液盛放框底部，相邻输气软管排气端口的间距设置为200-500mm；位移采集仪输入端口与主控制箱D端口相连接；荷载采集仪输入端口与主控制箱E端口相连接；所述主控制箱A端口通过导线与试验梁的纵筋相连接，主控制箱B端口通过导线与腐蚀阴极相连接，主控制箱C端口与输气软管相连接，主控制箱D端口通过数据线与位移计相连接，主控制箱E端口通过数据线与荷载传感器相连接；电化学测试仪、直流电源、荷载采集仪、位移采集仪、空气泵的控制端均与单片机相连接；所述单片机与输出设备相连接，可实时采集、显示、存储并打印输出测量数据。

2.根据权利要求1所述的持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置，其特征在于：所述下横梁、上横梁、反力梁的截面设置为箱型结构。

3.根据权利要求1所述的持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置，其特征在于：所述加载框架螺杆采用高强低松弛钢棒材质，直径设置为30-80mm。

4.根据权利要求1所述的持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置，其特征在于：所述试验梁的纵筋的端部设置有通孔，连接导线通过螺钉与通孔相连接；试验梁的纵筋两端均裹覆环氧树脂浸渍的纱布。

5.根据权利要求1所述的持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置，其特征在于：所述主控制箱A端口、B端口均设置为3档调节旋钮。

6.根据权利要求1所述的测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：调整试验梁支架位置，使其距上横梁下部边支座距离大于试验梁高度，然后调节支架定位螺帽使试验梁与边支座凸弧面相接触，并将试验梁中心线对正边支座中心线；

步骤二：依次安装千斤顶、荷载传感器及球铰支座，并将分配梁置于球铰支座上方，对应于试验梁纯弯区加载点，在分配梁上对称布置滚轴加载板，并使滚轴加载板与试验梁之间略微保持间距；

步骤三：将固定位移计的角钢对称布置于试验梁两侧，并将位移计定位于试验梁跨中相应位置；

步骤四：将氯盐溶液盛放框固定于试验梁中上部，并在氯盐溶液盛放框内充置氯盐溶液至目标液面高度，连接空气泵输气软管至溶液底部，检查氯盐溶液盛放框的密封状况；

步骤五：在试验梁顶面设置腐蚀阴极，并通过导线将腐蚀阴极、试验梁的钢筋分别与直流电源的负极和正极相连接；

步骤六：缓慢顶升千斤顶使滚轴加载板与试验梁接触，检查荷载作用位置偏差情况，加载框架各部件运行状况正常下，继续稳步施加荷载至设计持续荷载水平，同时通过置于控制箱内的电化学测试仪、荷载测试装置、挠度测量装置实时采集、存储加载阶段的荷载与变形，并通过输出设备实时监测其荷载-挠度变形曲线；

步骤七：在进入持载阶段后，接通直流电源并调节至目标电压或电流，开始持续荷载作用下的氯盐腐蚀过程；在此期间，通过空气泵持续对溶液输送空气，保证溶液中有足够的氧气以供试验梁中钢筋发生腐蚀电化学反应；同时，根据实测荷载每隔12-48小时校正所施加的持续荷载至目标水平，保证持续荷载稳定一致；

步骤八：在腐蚀期间，将盛有同等浓度氯盐溶液的蒸发皿放置于上横梁顶面，定期采用精度为0.01g的天平称重，测定氯盐溶液的蒸发率，并根据实测蒸发率往腐蚀试验的氯盐溶液中添加相应量的水，保持氯盐溶液浓度在腐蚀阶段基本恒定，保证试验数据的可靠性；

步骤九：在腐蚀期间，定期观测试验梁底面及侧面的锈斑状况以及锈胀裂缝的开展形态；

步骤十：进行电化学腐蚀参数测试时，需要将主控制箱中的电化学测试仪与直流电源共用的接线柱旋钮调节至电化学测试档位，调节时要先将旋钮调节至断电空档位，然后再调至电化学测试档位；测试结束后，再重新旋至直流通电档位，继续氯盐腐蚀试验；

步骤十一：定期通过电化学测试系统测量并存储不同持续荷载水平及腐蚀水平下的腐蚀电位、极化电阻以及交流阻抗谱，以表征腐蚀电化学行为；其次，选择合理的等效电路进行钢筋混凝土构件的阻抗谱解析，得到混凝土保护层电阻、电荷转移电阻和钢筋表面双电层电容参数，分析其变化规律以及耦合荷载水平对这些参数的影响；

步骤十二：腐蚀周期t可根据法拉第定律式初步计算，

$t=\frac{zF\mathrm{\Δ}m}{MI}$

式中，Δm为钢筋质量损失；M为铁的摩尔质量；I为腐蚀电流密度；z为离子电荷数，z＝2；F为法拉第常数；

步骤十三：待腐蚀试验结束后，截取腐蚀区域内锈蚀钢筋，采用失重法计算钢筋锈蚀率，并统计回归试验数据得到持续荷载作用下钢筋锈蚀率的计算公式。