CN106932338A - 外渗电加速钢筋锈蚀测试装置及搭建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种外渗电加速钢筋锈蚀测试装置及搭建方法，所述装置包括应变采集仪，通过导线与应变采集仪电连接的试件，设置在试件上面的不锈钢片，设置在是试件上面的电解质溶液，以及为不锈钢片和试件通电的电源，所述试件为内部具有贴了应变片的钢筋的混凝土试件，所述应变片均通过导线与应变采集仪电连接，所述试件顶部预留凹槽盛装电解质溶液。所述搭建方法依次包括钢筋处理、制作混凝土浇筑模具、制作试件、将试件与电源、应变采集仪组装完成的步骤。对钢筋的腐蚀符合自然锈蚀规律，钢筋混凝土锈蚀开裂符合工程实际情况，可以检测钢筋锈蚀部位以及锈蚀程度。

Description

外渗电加速钢筋锈蚀测试装置及搭建方法

技术领域

本发明属于钢筋混凝土耐久性试验方法技术领域，具体涉及一种外渗电加速钢筋锈蚀测试装置及搭建方法。

背景技术

自然环境下混凝土中钢筋的锈蚀是一个缓慢的过程，钢筋混凝土构件出现耐久性问题至少也需要几年，这样就会使研究变得困难，因此，如何在实验室环境下加速混凝土中钢筋锈蚀并准确模拟混凝土中钢筋锈蚀的真实状态，是现在试验研究中所面临的一个问题，而且由于钢筋锈蚀的不均匀性使钢筋的锈蚀监测变得更加困难。

目前常用的钢筋锈蚀检测方法主要有声波探测法、红外热成像法、电化学测试法、阳极梯、环形多探头腐蚀传感器以及基于光纤检测的ODTR法、BODTA法、LCFS法、WLI法。传统的声波探测法、红外热成像法、电化学测试法、阳极梯、环形多探头腐蚀传感器只能够检测出钢筋是否锈蚀或者是钢筋的锈蚀程度，无法对钢筋的锈蚀的部位及各部位锈蚀的程度进行监测。基于光纤检测的ODTR法、BODTA法、LCFS法、WLI法虽然可以对钢筋锈蚀产生的应变进行很好的监测，但是由于光纤不是直接缠绕于钢筋上所测应变不是钢筋锈蚀产生的真实应变，而且光纤同样不能对不同部位的钢筋锈蚀程度进行监测。此外，利用光纤进行钢筋锈蚀监测所需成本高。

已有的与本发明最相近的试验方案是电迁移氯离子加速钢筋锈蚀装置，如附图1所示，在混凝土试件表面安装有机玻璃容器，内部注入电解质溶液(3.5％氯化钠溶液)，混凝土试件下方与电解质溶液上方均放置不锈钢板，分别标记为S1、S2，S1与混凝土试件间夹海绵垫以保证导电性，整个混凝土试件浸没在自来水中，通过直流稳压电源在S1与S2之间施加直流电压，其中S1接电源正极S2接负极。通电一段时间后采用电化学测试的手段进行钢筋锈蚀监测。电解质溶液置于有机玻璃容器中，由于有机玻璃与混凝土之间的连接需采用环氧树脂粘接，这将导致混凝土表面受到玻璃容器和环氧树脂的应力约束。仅当钢筋锈蚀应力很大时方能导致混凝土开裂，这与没有约束状态下钢筋混凝土锈蚀开裂的实际情况不相符合。

发明内容

本发明提供了一种外渗电加速钢筋锈蚀测试装置及搭建方法，克服现有测试装置对钢筋的腐蚀不符合自然锈蚀规律，钢筋混凝土锈蚀开裂不符合工程实际情况，无法检测钢筋锈蚀部位以及锈蚀程度等问题。

本发明提供的一种外渗电加速钢筋锈蚀测试装置，包括应变采集仪，通过导线与应变采集仪电连接的试件，设置在试件上面的不锈钢片，设置在试件上面的电解质溶液，以及为不锈钢片和试件通电的电源。在现有技术的基础上，本发明还做出如下改进：所述试件为内部具有贴了应变片的钢筋的混凝土试件，所述应变片均通过导线与应变采集仪电连接，所述试件顶部预留凹槽盛装电解质溶液。应变片深入钢筋内部，通过应变采集仪可实时监测钢筋应变情况，检测钢筋锈蚀部位及情况，免去盛装电解质溶液的有机玻璃容器，混凝土表面不会受到有机玻璃容器的应力约束，更符合工程实际情况。

进一步的，所述应变片沿环向贴在钢筋内部设置的半圆形凹槽内。

进一步的，所述钢筋端部半圆形凹槽内沿钢筋轴向贴应变片作为补偿片。

进一步的，所述试件顶部凹槽两侧设置用于观察混凝土开裂后裂缝的凹边。

一种外渗电加速钢筋锈蚀测试装置的搭建方法，包括如下步骤：

S1、钢筋处理：对钢筋进行预处理，在预处理后的钢筋内部贴应变片，且每个应变片连接导线；

S2、制作混凝土浇筑模具：所述混凝土浇筑模具具有一个顶部敞口的底模，底模内底部放置一个中间凸起的底板，底模内底板两侧放置可架设步骤S1所述钢筋的侧板；

S3、制作试件：将步骤S1处理好的钢筋架在步骤S2的侧板上，向底模内浇筑混凝土，待混凝土浇筑完养护三天后脱模得到试件，试件顶部即具有由底板凸起形成的凹槽；

S4、将步骤S3成型的试件放置于塑料凹槽内，并注入没过所述钢筋的自来水，在试件顶部凹槽内放置不锈钢片，并注入电解质溶液，将电源的正极接钢筋，负极接不锈钢片，钢筋内部的应变片连接应变采集仪。

进一步的，所述钢筋预处理的方法为：将钢筋沿轴向切开分成对称的两半，在切开后的钢筋中间挖出半圆形凹槽，加工好的钢筋酸洗除锈，在放入碱性溶液中中和后用清水冲洗干净并烘干，烘干后的钢筋用钢刷将内部半圆形凹槽打磨光滑。

进一步的，所述应变片沿半圆形凹槽环向贴在半圆形凹槽内，并保证两半钢筋所贴的应变片位置保持一致。

进一步的，所述钢筋端部沿钢筋轴向贴应变片作为补偿片。

更进一步的，所述钢筋处理还包括将两半贴好应变片的钢筋用环氧密封的步骤。

进一步的，所述底板的中间凸起两边还具有两个凸起。

外渗电加速试验所采用的电压可依据不同的试验要求来说进行设定，钢筋内部应变测试的时间需要与试件的通电时间同步进行，待混凝土表面裂缝达到0.2mm(可根据试验的不同自行设置)停止通电，其中混凝土的裂缝可以在试件顶部两侧的凹边中观测。

试验过程中可以通过控制电流的大小来控制钢筋的锈蚀量，根据法拉第定律可知钢筋的锈蚀质量Δm的计算公式为：

式中：n为被锈蚀溶解钢筋的物质的量，mol；M为铁的摩尔质量，55.8g/mol；Q为流过阳极的电量，C；I(t)为外加电流的强度，A；t为外加电流时间，s；F为法拉第常数，96485C/mol；z为金属离子价数的绝对值，铁为2价。

内应变测试钢筋锈蚀的原理：氯离子从上往下渗透，最先侵蚀到钢筋的上表面，因此钢筋上部最先发生锈蚀，产生锈斑积累在钢筋\混凝土的界面处，锈斑会对混凝土周围产生膨胀应力F，而钢筋也会因此受到反作用力F”，如附图2所示，导致钢筋变形，因此我们通过测试钢筋内部应变的变化就可以得出钢筋锈蚀的情况，随着氯离子的继续往下侵蚀，锈蚀逐渐向钢筋的周围发展，钢筋所受到的反作用力也不断加大，变形加大，当锈斑积累到一定程度后会造成混凝土开裂，混凝土一旦开裂上部约束力就会消失，出现应力释放，这时候钢筋就会出现变形回弹现象，这样我们也可以根据应变的突变点来获得混凝土开裂的时间点。

本发明的有益效果：

1、本发明在进行电加速的时候氯离子是自外向内渗透，符合自然情况下氯离子的侵蚀规律，其锈蚀情况也与自然锈蚀的情况相一致。

2、利用本发明的试件，我们可以通过两侧的开口对混凝土的开裂情况进行观察检测，这样就不会影响混凝土开裂之后的后续试验。

3、通过在钢筋的内部环贴应变片，可以通过根据所测应变值的变化来得到钢筋的锈蚀情况、锈蚀发展、混凝土开裂的时间点等信息。

附图说明

图1是现有电迁移氯离子加速钢筋锈蚀装置示意图，

图2是本发明钢筋锈蚀过程钢筋、混凝土所受应变力情况示意图，

图3是实施例底板结构示意图，

图4是实施例侧板结构示意图，

图5是实施例底板、侧板、钢筋装配示意图，

图6是实施例外渗电加速钢筋锈蚀测试装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，不能理解为对本发明具体保护范围的限定。

实施例

本实施例以制作一个100×100×300mm³试件，并且试件内部设置直径25mm的螺纹钢筋来搭建外渗电加速钢筋锈蚀测试装置为例，详细说明本发明测试装置的具体结构及其搭建方法，所述外渗电加速钢筋锈蚀测试装置的搭建方法包括如下步骤：

S1、钢筋处理：将直径25mm的螺纹钢筋沿轴向切开分成对称的两半，在切开后的钢筋中间挖出直径15mm的半圆形凹槽，加工好的钢筋酸洗除锈，再放入氢氧化钙溶液中中和后用清水冲洗干净并烘干，烘干后的钢筋用钢刷将内部半圆形凹槽打磨光滑，预处理后的每半钢筋内部沿半圆形凹槽环向贴应变片三片，在钢筋端部沿钢筋轴向贴一片应变片作为补偿片，且每个应变片连接导线，这样，每半钢筋内半圆形凹槽内均贴了四片应变片，并对钢筋及应变片进行编号，钢筋可以编号为1#和2#，应变片可以编号为应变片1、应变片2、应变片3、应变片1’、应变片2’、应变片3’，贴的时候要注意两半钢筋贴应变片的位置应保持一致，最后用环氧将1#和2#钢筋粘贴在一起，并将钢筋两端口用环氧封死，防止水分进入使钢筋内部锈蚀。

S2、制作混凝土浇筑模具：所述混凝土浇筑模具具有一个顶部敞口的底模，底模内底部放置一个具有三个凸起的底板，所述凸起一个位于中间部分，其尺寸较大，另外两个分列与中间大凸起的两侧，尺寸较小，参照图3，所述底板长度为289mm，宽度为99mm，厚度为20mm，其中间大凸起长度为150mm，宽度为30mm，厚度为15mm，两侧小凸起长度为49.5mm，宽度为30mm，厚度为15mm，底模内底板两侧放置可架设步骤S1所述钢筋的侧板，参照图4，所述侧板高度为100mm，宽度为99mm，中间开有直径为27mm的孔，孔的圆心至侧边底边的垂直高度为53.5mm，所述底板、侧板与钢筋组装在一起的示意图如图5所示。

S3、制作试件：将步骤S1处理好的钢筋架在步骤S2的侧板上，向底模内浇筑混凝土，待混凝土浇筑完养护三天后脱模，除去底板和侧板，得到试件如图6所示。底板的设计目的就是让试件的上部中间形成凹槽，用以放置电解质溶液，底板大凸起的长度和高度分别对应着试件顶部凹槽的长度和深度，可根据相应的测试装置进行自行调整。底板还设置了两个小凸起，就是让试件顶部形成两个凹边，用以观察混凝土开裂情况。侧板的作用用来控制钢筋的位置，侧板底部设置为99mm的目的为便于插入底模中，开孔的位置需要和底板凸起的高度相结合，本实施例所成型钢筋混凝土构件的保护层为25mm，故开孔位置设计在距底部53.5mm处，最终成型的混凝土构件的保护层为53.5-15(底板凸起的高度)-13.5(侧板开孔半径)＝25mm。

S4、将步骤S3成型的试件放置于塑料凹槽内，并注入没过所述钢筋的自来水，在试件顶部凹槽内放置不锈钢片，并注入电解质溶液，本实施例注入的是海水，将电源的正极接钢筋，负极接不锈钢片，钢筋内部的应变片连接应变采集仪，完成测试装置的搭建。

以上实施例仅以一种尺寸的试件及钢筋为例来说明测试装置的搭建方法，那么根据不同测试需求，其他尺寸的试件和钢筋可根据实际需求自行调整，不再赘述。

由以上搭建方法搭建的外渗电加速钢筋锈蚀测试装置如图6所示，包括应变采集仪、电源、试件、塑料凹槽，所述应变采集仪电连接试件内的应变片，所述电源正极电连接试件内部的钢筋，负极电连接试件顶部凹槽内的不锈钢片，所述试件顶部的凹槽内盛放海水，所述试件整个放置在玻璃凹槽内，玻璃凹槽内注入自来水，自来水没过钢筋位置。

Claims (10)

1.一种外渗电加速钢筋锈蚀测试装置，包括应变采集仪，通过导线与应变采集仪电连接的试件，设置在试件上面的不锈钢片，设置在试件上面的电解质溶液，以及为不锈钢片和试件通电的电源，其特征在于：所述试件为内部具有贴了应变片的钢筋的混凝土试件，所述应变片均通过导线与应变采集仪电连接，所述试件顶部预留凹槽盛装电解质溶液。

2.根据权利要求1所述的外渗电加速钢筋锈蚀测试装置，其特征在于：所述应变片沿环向贴在钢筋内部设置的半圆形凹槽内。

3.根据权利要求2所述的外渗电加速钢筋锈蚀测试装置，其特征在于：所述钢筋端部半圆形凹槽内沿钢筋轴向贴应变片作为补偿片。

4.根据权利要求3任意一项所述的外渗电加速钢筋锈蚀测试装置，其特征在于：所述试件顶部凹槽两侧设置用于观察混凝土开裂后裂缝的凹边。

5.一种权利要求1-4任意一项所述外渗电加速钢筋锈蚀测试装置的搭建方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、钢筋处理：对钢筋进行预处理，在预处理后的钢筋内部贴应变片，且每个应变片连接导线；

S2、制作混凝土浇筑模具：所述混凝土浇筑模具具有一个顶部敞口的底模，底模内底部放置一个中间凸起的底板，底模内底板两侧放置可架设步骤S1所述钢筋的侧板；

S3、制作试件：将步骤S1处理好的钢筋架在步骤S2的侧板上，向底模内浇筑混凝土，待混凝土浇筑完养护三天后脱模得到试件，试件顶部即具有由底板凸起形成的凹槽；

S4、将步骤S3成型的试件放置于塑料凹槽内，并注入没过所述钢筋的自来水，在试件顶部凹槽内放置不锈钢片，并注入电解质溶液，将电源的正极接钢筋，负极接不锈钢片，钢筋内部的应变片连接应变采集仪。

6.根据权利要求5所述的外渗电加速钢筋锈蚀测试装置的搭建方法，其特征在于，所述钢筋预处理的方法为：将钢筋沿轴向切开分成对称的两半，在切开后的钢筋中间挖出半圆形凹槽，加工好的钢筋酸洗除锈，在放入碱性溶液中中和后用清水冲洗干净并烘干，烘干后的钢筋用钢刷将内部半圆形凹槽打磨光滑。

7.根据权利要求6所述的外渗电加速钢筋锈蚀测试装置的搭建方法，其特征在于：所述应变片沿半圆形凹槽环向贴在半圆形凹槽内，并保证两半钢筋所贴的应变片位置保持一致。

8.根据权利要求7所述的外渗电加速钢筋锈蚀测试装置的搭建方法，其特征在于：所述钢筋端部沿钢筋轴向贴应变片作为补偿片。

9.根据权利要求6或7所述的外渗电加速钢筋锈蚀测试装置的搭建方法，其特征在于：所述钢筋处理还包括将两半贴好应变片的钢筋用环氧密封的步骤。

10.根据权利要求9所述的外渗电加速钢筋锈蚀测试装置的搭建方法，其特征在于：所述底板的中间凸起两边还具有两个凸起。