CN105115886A - 钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验装置及方法，该装置包括锈蚀池，用于容纳电解液并浸透混凝土翼板；钢-混凝土组合梁，作为电解的阳极，主要由钢梁、抗剪连接件和混凝土组成，所述抗剪连接件焊接于钢梁上，所述混凝土浇筑于抗剪连接件外部；电解电路，包括与阳极连接的电流表、直流电源和阴极。该方法是将钢-混凝土组合梁反扣在锈蚀池中，使电解液刚好浸透混凝土翼板，接通电源并记录电流。本发明的适用范围更广，同时适用于栓钉连接件和PBL连接件等各种抗剪连接件，且与实际情况更加吻合，能够模拟钢-混凝土组合梁中抗剪连接件真实的锈蚀情况。

Description

钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测试材料的耐腐蚀性质的装置和方法，具体涉及一种钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验装置及方法。

背景技术

钢-混凝土组合桥梁的力学性能受到环境侵蚀作用的影响。随着我国经济建设的快速发展，能源消耗和工业污染也日趋严重，酸雨区已达国土面积的30%以上。另外，北方地区沙尘天气携带的大量沙漠、盐渍土地区的有害离子、沿海地区盐雾中的大量氯离子，均影响并威胁着组合结构的耐久性。在钢-混凝土组合桥梁建造过程中，与空气接触的钢材一般进行防腐处理，而钢梁与混凝土板的交界面、抗剪连接件一般却不进行特殊处理。对于保证钢梁与混凝土板协同作用的抗剪连接件而言，在桥梁实际运营过程中，一旦混凝土翼板产生裂缝，将导致抗剪连接件发生锈蚀，进而引起钢梁与混凝土板组合作用不断弱化，直至完全丧失。

因此，对抗剪连接件进行合理的加速锈蚀试验方法是目前及今后用来解决钢-混凝土组合梁力学性能退化研究的重要方法。以往钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验方法主要针对栓钉连接件，大致如下：将栓钉连接件焊接在钢梁上之后，在混凝土浇筑前用含有一定浓度NaCl溶液的海绵包裹，接通直流电源，持续一段时间，使栓钉连接件锈蚀到指定程度，接着去除海绵，浇筑混凝土。目前的锈蚀试验方法有以下缺点：

(1)应用范围比较窄，此方法只适用于栓钉连接件，不适用于PBL连接件。

(2)目前的锈蚀试验方法是先将抗剪连接件锈蚀，之后再浇筑混凝土，这与实际桥梁中的抗剪连接件是在浇筑完后再发生锈蚀的情况不符。

(3)在目前的锈蚀试验方法下，混凝土没有受到任何影响，然而实际上抗剪连接件的锈蚀产物的体积可膨胀至原来的四倍，对其周围混凝土产生压力，进而使得混凝土进一步开裂破坏。

(4)在目前的锈蚀试验中，忽略了对钢梁的防腐蚀保护。

存在这些缺点的原因：

(1)目前的锈蚀试验方法直接针对栓钉连接件，这样比较方便，快捷，锈蚀率也比较容易控制。

(2)对PBL连接件锈蚀的研究比较少，所以目前还没有具体的试验方法。

开发一种更贴近钢-混凝土组合梁抗剪连接件实际工况，且适用于PBL连接件的锈蚀试验装置及方法已成为亟待解决的技术问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用范围更广，同时与实际情况更加吻合的钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验装置及方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验装置，包括：

锈蚀池，用于容纳电解液并浸透混凝土翼板；

钢-混凝土组合梁，作为电解的阳极，主要由钢梁、抗剪连接件和混凝土组成，所述抗剪连接件焊接于钢梁上，所述混凝土浇筑于抗剪连接件外部；

电解电路，包括与阳极连接的电流表、直流电源和阴极。

作为优选，所述锈蚀池内放置有垫块，所述钢-混凝土组合梁反扣在垫块上，所述电解液的液面不超过混凝土翼板底面。

作为优选，所述电解液是3%~5%的氯化钠溶液。

作为优选，所述钢梁表面刷了防锈漆。

作为优选，所述锈蚀槽内平行地摆放有多片钢-混凝土组合梁，每片钢-混凝土组合梁连接独立的电流表形成一条测试支路，多条测试支路并联后连接直流电源的正极。

发明同时提供上述钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤1，将栓钉连接件或PBL连接件分别焊接在钢梁上，之后浇筑混凝土，形成钢-混凝土组合梁，并在钢梁表面及其与混凝土翼板的交界面刷防锈漆；

步骤2，将钢-混凝土组合梁反扣在NaCl溶液的锈蚀池中，池底垫有垫块，以液面不超过混凝土翼板底面为准；

步骤3，将各片钢-混凝土组合梁并联，之后再与直流稳压电源的正极相连，每个线路上分别接一个电流表以控制各片梁的通电电流，将铜板插入到电解液中并与直流稳压电源的负极相连；

步骤4，按照Faraday定律确定锈蚀损失的重量与电极的电流强度和通电时间的关系。

使用时，直流电源的正极与钢梁连接，充当锈蚀电解池的阳极，电源的负极与铜板相连，使其充当电解池的阴极，由于混凝土是一种碱性环境，所以混凝土中连接件的锈蚀一般都属于吸氧腐蚀。通电情况下，在电解液中水被电离为氢离子和氢氧根离子，H⁺向阴极移动，OH^-向阳极移动；同时阳极的连接件失去电子发生氧化反应，阴极的物质得到电子发生还原反应，最终形成稳定电流，使整个电路形成闭合回路。反应式为：

阳极反应：Fe-2e→Fe²⁺；阴极反应：O₂+2H₂O+4e→4OH^-

铁锈的形成过程为：二价铁离子和氢氧根离子在传输过程相遇结合成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁与水中的氧相遇生成氢氧化铁Fe(OH)₃。随着时间的推移，氢氧化铁会进一步变化，生成nFe₂O_3·mH₂O（红锈），在抗剪连接件表面形成更为疏松的锈蚀层。

有益效果：本发明相比现有的方法，适用范围更广，同时适用于栓钉连接件和PBL连接件等各种抗剪连接件。且与实际情况更加吻合，能够模拟钢-混凝土组合梁中抗剪连接件真实的锈蚀情况。第一：抗剪连接件的锈蚀是在浇筑完混凝土之后进行的；第二：抗剪连接件外围的混凝土也受到电解液、抗剪连接件锈蚀产物的影响，与实际情况一致；第三：给钢梁刷防锈漆和控制NaCl溶液的液面高度这两个措施确保锈蚀只发生于抗剪连接件中，有效地对钢梁进行了防锈蚀保护。

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明实施例中钢-混凝土组合梁的结构示意图；

图2是图1的试验状态示意图；

图中：1.钢梁；2.栓钉连接件；3.PBL连接件；4.贯穿钢筋；5.混凝土；6.钢-混凝土组合梁；7.NaCl溶液；8.稳压直流电源；9.电流表；10.导线；11.铜板；12.锈蚀池；13.垫块。

具体实施方式

实施例：

下面结合附图，对本钢-混凝土组合梁中连接件的锈蚀试验方法做进一步说明：

本实施例的试验对象为钢-混凝土组合梁，其结构如图1所示，是将抗剪连接件如栓钉连接件2或PBL连接件3焊接在钢梁1上，然后浇筑混凝土5形成翼板，组成钢-混凝土组合梁6。当采用PBL连接件3时，其上穿设有贯穿钢筋4。

如图2所示，试验时，将抗剪连接件焊接在钢梁上，然后浇筑混凝土5，形成钢-混凝土组合梁6，并在钢梁1表面及其与翼板的交界面刷了防锈漆。在锈蚀池12中倒入具有一定浓度的NaCl溶液7，之后在池中放入一定数量的垫块13，接着将需要做锈蚀试验的钢-混凝土组合梁6反扣在锈蚀池12中，架在垫块13上，此时要保证池中的液面不超过混凝土翼板底面，也即刚好将浇筑了混凝土5的栓钉连接件2、PBL连接件3及贯穿钢筋4完全浸透在NaCl溶液7中，同时NaCl溶液7不与钢梁相接触1。将梁安置完毕后的连上电路：将钢-混凝土组合梁6通过导线10并联后与稳压直流电源8的正极相连，并在每个线路上安置电流表9，负极与插入NaCl溶液7中的铜板11相连。

试验中抗剪连接件锈蚀损失的重量与电极的电流强度和通电时间的关系可按Faraday定律确定，见下式：

式中，Δw——钢筋锈蚀损失重量（g），可按Δw=wρ _w 计算；

w——为待锈蚀连接件质量

ρ _w ——重量锈蚀率

M——铁的相对原子量，取26；

I——通过电极的电流强度（A），可按式I=αi计算；

α——连接件的表面积；

i——控制电流密度；

F——法拉第常数，F=96490×mol ^-1 。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验装置，其特征在于包括：

锈蚀池，用于容纳电解液并浸透混凝土翼板；

钢-混凝土组合梁，作为电解的阳极，主要由钢梁、抗剪连接件和混凝土组成，所述抗剪连接件焊接于钢梁上，所述混凝土浇筑于抗剪连接件外部；

电解电路，包括与阳极连接的电流表、直流电源和阴极。

2.根据权利要求1所述的钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验装置，其特征在于：所述锈蚀池内放置有垫块，所述钢-混凝土组合梁反扣在垫块上，所述电解液的液面不超过混凝土翼板底面。

3.根据权利要求1所述的钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验装置，其特征在于：所述电解液是3%~5%的氯化钠溶液。

4.根据权利要求1所述的钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验装置，其特征在于：所述钢梁表面刷了防锈漆。

5.根据权利要求1所述的钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验装置，其特征在于：所述锈蚀槽内平行地摆放有多片钢-混凝土组合梁，每片钢-混凝土组合梁连接独立的电流表形成一条测试支路，多条测试支路并联后连接直流电源的正极。

6.一种钢-混凝土组合梁抗剪连接件的锈蚀试验方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，将栓钉连接件或PBL连接件分别焊接在钢梁上，之后浇筑混凝土，形成钢-混凝土组合梁，并在钢梁表面及其与混凝土翼板的交界面刷防锈漆；

步骤2，将钢-混凝土组合梁反扣在NaCl溶液的锈蚀池中，池底垫有垫块，以液面不超过混凝土翼板底面为准；

步骤3，将各片钢-混凝土组合梁并联，之后再与直流稳压电源的正极相连，每个线路上分别接一个电流表以控制各片梁的通电电流，将铜板插入到电解液中并与直流稳压电源的负极相连；

步骤4，按照Faraday定律确定锈蚀损失的重量与电极的电流强度和通电时间的关系。