CN106769830A - 一种氯盐渍土条件下钢筋混凝土结构锈蚀性测试方法 - Google Patents

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朱燕
徐广舒
陈剑峰
宋健
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    • G01N2203/0017—Tensile

Abstract

本发明揭示了一种氯盐渍土条件下钢筋混凝土结构锈蚀性测试方法，包括如下内容：选用试验构件，通电腐蚀操作，锈蚀后钢筋处理，坑蚀系数测定，钢筋锈蚀率测定，钢筋腐蚀后强度试验。通过该测试方法可以获得钢筋锈蚀性测试结果，该测试方法测试结果精确，测试周期短，且操作简单方便。

Description

一种氯盐渍土条件下钢筋混凝土结构锈蚀性测试方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土结构腐蚀性测试，尤其涉及一种氯盐渍土条件下钢筋混凝土结构锈蚀性测试方法。
背景技术
从构件层次来讲，当混凝土结构的材料性能发生劣化后，结构构件的承载力和适用性也随之降低，钢筋锈蚀会引起混凝土保护层胀裂，锈胀裂缝产生后钢筋的锈蚀加速，大大影响钢筋混凝土构件的耐久性能。随着钢筋的锈蚀，钢筋的塑性性能会发生变化，随之锈蚀率的不同钢筋与混凝土协同工作性能也会发生变化，这些都会对钢筋混凝土构件抗弯、抗剪等承载力产生影响。
因此，材料层次的研究属于基础性研究，而构件层次的研究是混凝土结构耐久性研究的前提和基础。虽然很多学者对钢筋锈蚀结构构件的承载力进行了研究，也建立了很多模型，但国内外还没有取得统一认识，还有待我们继续研究下去。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种氯盐渍土条件下钢筋混凝土结构锈蚀性测试方法，通过外加腐蚀电流加速钢筋腐蚀，且采用两组构件对比测试，从而获得钢筋锈蚀性测试结果，该测试方法测试结果精确，测试周期短，且操作简单方便。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：
一种氯盐渍土条件下钢筋混凝土结构锈蚀性测试方法，具体包括如下内容：
试验材料，选用尺寸为550*1000*250mm的钢筋混凝土矩形板作为试验构件，板顶由四根平行排布的钢筋组成，其钢筋选用Φ12的圆形低碳钢筋，保护层厚度为25mm，混凝土为强度等级为C20的普通水泥混凝土中增加混合集料(7～20mm的粗砂砾集料与粗沙和细纱混合的细集料组成)，且在混凝土中混入占水泥重量3％的CaCl2；
通电腐蚀：选择两组试验构件Y1和Y2先在潮湿条件下养护28天，然后放入5％NaCl溶液中，对两组试验构件Y1和Y2的四根钢筋两端外加不同电流值的腐蚀电流，通电7天，且两组腐蚀电流的电流密度也不同，通过对试验构件Y1和Y2并联通电加速钢筋锈蚀；
钢筋处理：将两个试验构件破坏取出内部钢筋，清除钢筋表面的混凝土和锈蚀产物，将锈蚀钢筋用12％盐酸溶液进行酸洗，酸洗后的钢筋用石灰水浸泡，浸泡完成后经清水漂洗，擦干后放入干燥箱内烘干；
坑蚀系数测定：将烘干后的钢筋采用ASTM G103规定的方法进行承重，具体采用精度为0.01g的精密天平进行称重，并与国家规范数值对比；
将称重后的八根钢筋进行a～h的编号，然后采用游标卡尺进行尺寸测量，为了避免边缘效应的影响，将每根钢筋两端各切除100mm，留取中间800mm长进行测试，将中间部分均分成四段进行力学拉伸试验，每段长200mm，但坑蚀测试仍按照100mm每段进行测量和统计；
对两个试验构件Y1和Y2的八根钢筋进行坑蚀测验，根据公式R＝Pmax/Pav计算试验构件Y1和Y2的坑蚀系数，其中R为坑蚀系数，Pmax为100mm钢筋实测坑蚀最大值，Pav为平均锈蚀渗透速度；
钢筋锈蚀率测定；结合钢筋锈蚀质量损失率公式：
对两个试验构件中的钢筋进行损失率统计，其中Qcorr-截面平均损失率，等同于锈蚀质量损失率；W0-钢筋锈蚀前质量；W1-钢筋锈蚀后经过处理的质量；Wn0-基准钢筋酸洗前质量；Wn1-基准钢筋酸洗后质量；
钢筋腐蚀后强度试验：结合钢筋强度降低公式：
fy(t)＝(1.0-αyQcorr)fy0计算各段钢筋锈蚀后的屈服强度，
其中fy(t)-钢筋锈蚀后t时段后的屈服强度；jy0-钢筋未锈蚀前的屈服强度；αy-为经验系数，取0.005。
与现有技术相比，本发明揭示的一种氯盐渍土条件下钢筋混凝土结构锈蚀性测试方法，具有如下有益之处：
提供一种氯盐渍土条件下钢筋混凝土结构锈蚀性测试方法，通过外加腐蚀电流加速钢筋腐蚀，且采用两组构件对比测试，从而获得钢筋锈蚀性测试结果，该测试方法测试结果精确，测试周期短，且操作简单方便；
采用并联通电方法，电压比较稳定，电流损失较小，相对串联电流钢筋锈蚀比较均匀，可以比较电流密度与钢筋锈蚀率之间的关系，从而为海港工程耐久性评估提供数据；
采用氯盐腐蚀溶液得到钢筋的坑蚀锈蚀，更加接近实际情况，通过钢筋强度拉伸实验，分析锈蚀钢筋的强度退化情况，为锈蚀结构承载力的研究提供数据支撑。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施例，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明所揭示的一种氯盐渍土条件下钢筋混凝土结构锈蚀性测试方法，具体包括如下内容：
试验材料，选用尺寸为550*1000*250mm的钢筋混凝土矩形板作为试验构件，板顶由四根平行排布的钢筋组成，其钢筋选用Φ12的圆形低碳钢筋，保护层厚度为25mm，混凝土为强度等级为C20的普通水泥混凝土中增加混合集料(7～20mm的粗砂砾集料与粗沙和细纱混合的细集料组成)，且在混凝土中混入占水泥重量3％的CaCl2；
通电锈蚀：选择两个试验构件Y1和Y2先在潮湿条件下养护28天，然后放入5％NaCl溶液中，对试验构件Y1的四根钢筋两端外加3A电流，腐蚀电流密度为671.7μA/cm2，通电7天，对试验构件Y2的四根钢筋两端外加2.5A电流，腐蚀电流密度为559.3μA/cm2，通电7天，通过对试验构件Y1和Y2并联通电加速钢筋锈蚀；
钢筋处理：将两个试验构件破坏取出内部钢筋，清除钢筋表面的混凝土和锈蚀产物，将锈蚀钢筋用浓度小于12％盐酸溶液进行酸洗，酸洗过程在保证酸洗的过程中不会有大量的铁跟酸发生反应，产生氢气，也就是只有少量的气泡出现，在反应过程中要不断将钢筋样本拿起来看锈斑情况，如果几乎没有锈斑了，就可以认为已经酸洗结束，酸洗后的钢筋用石灰水浸泡，浸泡完成后经清水漂洗，擦干后放入干燥箱内烘干；
坑蚀系数测定：锈蚀的钢筋经过酸洗，碱洗及烘干后，其表面可以看出，通电电流大，通电时间长的锈蚀比较严重，锈坑密布于钢筋表面，个别钢筋出现局部截面颈缩，故而想要进行重量测定；
将烘干后的钢筋采用ASTM G103规定的方法进行承重，具体采用精度为0.01g的精密天平进行称重，并与国家规范数值对比，具体参见表1，
表1
将称重后的八根钢筋进行a～h的编号，然后采用游标卡尺进行尺寸测量，为了避免边缘效应的影响，将每根钢筋两端各切除100mm，留取中间800mm长进行测试，将中间部分均分成四段进行力学拉伸试验，每段长200mm，但坑蚀测试仍按照100mm每段进行测量和统计；
对两个试验构件Y1和Y2的八根钢筋进行坑蚀测验，具体实验数据如下表2和表3：
表2试验构件Y1钢筋坑蚀数据
表3试验构件Y2钢筋坑蚀数据
根据坑蚀系数公式R＝Pmax/Pav计算试验构件Y1和Y2的坑蚀系数，具体参见表4，公式中R为坑蚀系数，Pmax为100mm钢筋实测坑蚀最大值，Pav为平均锈蚀渗透速度，平均锈蚀渗透速度计算公式Pav＝0.0116icorrt，。
表4试验构件Y1和Y2的坑蚀系数统计参数
钢筋锈蚀率测定；
结合钢筋锈蚀质量损失率公式对两个试验构件中的钢筋进行损失率统计：
其中Qcorr-截面平均损失率，等同于锈蚀质量损失率；
W0-钢筋锈蚀前质量；
W1-钢筋锈蚀后经过处理的质量；
Wn0-基准钢筋酸洗前质量；
Wn1-基准钢筋酸洗后质量。
根据以上公式计算，统计分析结果如下表5，其中1-4号为第一组试件Y1的四根钢筋，5-8号为第二组试件Y2的四根钢筋，钢筋长度按800mm计算：
表5试件Y1和Y2钢筋截面损失率统计
由上表可知，锈蚀后的两个构件的钢筋截面损失率对应为14.1％和9.4％，由此可知电流密度增加了20％，而钢筋截面损失率则增加了50％，钢筋的截面损失率增长远超过腐蚀电流密度的增长，故钢筋的截面损失率的增长与腐蚀电流密度的增长为非线性关系，且电流的提高能显著加快钢筋的腐蚀速度。
钢筋腐蚀后强度试验：
钢筋强度降低按下式计算
fy(t)＝(1.0-αyQcorr)fy0
其中fy(t)-钢筋锈蚀后t时段后的屈服强度；
fy0-钢筋未锈蚀前的屈服强度；
αy-为经验系数，取0.005。
根据本次试验钢筋锈蚀率统计表，按照上述公式即可得到各段钢筋在锈蚀后的的屈服强度，计算结果见下表6。
表6钢筋锈蚀后屈服强度表
编号 1 2 3 4 5 6 7 8
Qcorr(％) 13.1 13.3 14.8 15.1 11.2 10.3 7.4 8.8
fy0(Mpa) 235 235 235 235 235 235 235 235
fy(t)(Mpa) 219.6 219.4 217.6 217.3 221.8 222.9 226.3 224.7
由上述结果可以看出，钢筋的屈服强度随着钢筋锈蚀率的增大而降低，并且呈现出一定的线性关系，这是一种比较理想的模型。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.一种氯盐渍土条件下钢筋混凝土结构锈蚀性测试方法，其特征在于：具体包括如下内容：
试验材料，选用尺寸为550*1000*250mm的钢筋混凝土矩形板作为试验构件，板顶由四根平行排布的钢筋组成，其钢筋选用Φ12的圆形低碳钢筋，保护层厚度为25mm，混凝土为强度等级为C20的普通水泥混凝土中增加混合集料(7～20mm的粗砂砾集料与粗沙和细纱混合的细集料组成)，且在混凝土中混入占水泥重量3％的CaCl2；
通电腐蚀：选择两组试验构件Y1和Y2先在潮湿条件下养护28天，然后放入5％NaCl溶液中，对两组试验构件Y1和Y2的四根钢筋两端外加不同电流值的腐蚀电流，通电7天，且两组腐蚀电流的电流密度也不同，通过对试验构件Y1和Y2并联通电加速钢筋锈蚀；
钢筋处理：将两个试验构件破坏取出内部钢筋，清除钢筋表面的混凝土和锈蚀产物，将锈蚀钢筋用12％盐酸溶液进行酸洗，酸洗后的钢筋用石灰水浸泡，浸泡完成后经清水漂洗，擦干后放入干燥箱内烘干；
坑蚀系数测定：将烘干后的钢筋采用ASTM G103规定的方法进行承重，具体采用精度为0.01g的精密天平进行称重，并与国家规范数值对比；
将称重后的八根钢筋进行a～h的编号，然后采用游标卡尺进行尺寸测量，为了避免边缘效应的影响，将每根钢筋两端各切除100mm，留取中间800mm长进行测试，将中间部分均分成四段进行力学拉伸试验，每段长200mm，但坑蚀测试仍按照100mm每段进行测量和统计；
对两个试验构件Y1和Y2的八根钢筋进行坑蚀测验，根据公式R＝Pmax/Pav计算试验构件Y1和Y2的坑蚀系数，其中R为坑蚀系数，Pmax为100mm钢筋实测坑蚀最大值，Pav为平均锈蚀渗透速度；
钢筋锈蚀率测定；结合钢筋锈蚀质量损失率公式：
对两个试验构件中的钢筋进行损失率统计，其中Qcorr-截面平均损失率，等同于锈蚀质量损失率；W0-钢筋锈蚀前质量；W1-钢筋锈蚀后经过处理的质量；Wn0-基准钢筋酸洗前质量；Wn1-基准钢筋酸洗后质量；
钢筋腐蚀后强度试验：结合钢筋强度降低公式：
fy(t)＝(1.0-αyQcorr)fy0计算各段钢筋锈蚀后的屈服强度，
其中fy(t)-钢筋锈蚀后t时段后的屈服强度；fy0-钢筋未锈蚀前的屈服强度；αy-为经验系数，取0.005。
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