CN109030324A - 一种纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法。该方法包括如下的步骤：A、在待检测的纤维增强复合材料上切出一块待检测的切面；B、在所述切面上涂刷预先调配的显色剂，使得所述显色剂渗入所述切面中的被腐蚀区域；其中，所述显色剂的颜色不同于所述待检测的纤维增强复合材料的底色；C、用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的显色剂；D、根据所述切面上残留的显色剂的位置确定所述待检测纤维增强复合材料的腐蚀程度。应用本发明可以简单而有效地检测纤维增强复合材料的腐蚀程度。

Description

一种纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法

技术领域

本申请涉及土木工程材料检测技术领域，尤其涉及一种纤维增强复合材料(FiberReinforced Polymer，或Fiber Reinforced Plastic，简称FRP)腐蚀程度的测试方法。

背景技术

近年来，由于具有轻质高强、施工方便、耐腐蚀、无磁、耐疲劳性好和对原结构影响较小等特点，纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer或Fiber ReinforcedPlastic，简称FRP)已逐渐成为土木工程中研究和应用的热点，并且对其在新建结构中的应用也正在研究当中。从应用角度来看，目前使用FRP加固混凝土结构可以取得良好的效果。因此，FRP已被广泛应用于土木工程中的加固与补强方面。国内外大量的研究与工程实践也表明，FRP粘结修复技术是一种高效率、低成本的先进加固方法。

FRP加固修复结构技术的普及，使得加固土木结构工程中对FRP的需求量急剧增长，需求量的增加刺激了FRP的研发和生产，FRP的种类也越来越多，各种产品的性能差异也较大。要保证被加固结构的安全性和耐久性，首先就要保证加固修复用FRP材料的质量。FRP加固修复后的结构在使用过程中，除了承受外部载荷的作用外，还要经受各种使用环境的考验，如温度和湿度变化、紫外线照射以及化学介质腐蚀等破坏因素的影响。这些环境因素一方面可能会影响材料本身的物理力学性能，另一方面可能会影响FRP材料与结构的界面的粘结性能。因此对于用FRP加固修复的暴露在恶劣环境的结构(如港口工程、桥梁结构和化工建筑等)，更应关注其耐久性问题。

目前在纤维增强复合材料耐久性的研究上，国内外普遍采用的是基于不同老化试验周期后的测试结果的复合材料强度，采用性能折减系数法反映复合材料的耐久性。但是，由于这种测试方法的不同试验周期后的测试试样并不是相同的本体，因此，强度测试结果的离散性很大，相应的折减系数只能表达一种不确定的变化规律，而无法进行比较准确的检测。

工程所处的环境是复杂多样的，结构耐久性的需求也是变化多样的，而现有技术中对于纤维增强复合材料的检测缺少方便、快捷的测试方法，不能实时检测到纤维增强复合材料在工作状态中耐久性的变化，因此无法检测纤维增强复合材料的腐蚀程度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法，从而可以简单而有效地检测纤维增强复合材料的腐蚀程度。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法，该方法包括如下的步骤：

A、在待检测的纤维增强复合材料上切出一块待检测的切面；

B、在所述切面上涂刷预先调配的显色剂，使得所述显色剂渗入所述切面中的被腐蚀区域；其中，所述显色剂的颜色不同于所述待检测的纤维增强复合材料的底色；

C、用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的显色剂；

D、根据所述切面上残留的显色剂的位置确定所述待检测纤维增强复合材料的腐蚀程度。

其中，所述在所述切面上涂刷预先调配的显色剂，使得所述显色剂渗入所述切面中的被腐蚀区域包括：

在所述切面上涂刷白色乳胶或乳漆，使得所述白色乳胶或乳漆渗入所述切面中的被腐蚀区域。

其中，所述在所述切面上涂刷预先调配的显色剂，使得所述显色剂渗入所述切面中的被腐蚀区域包括：

在所述切面上涂刷第一试剂，使得所述第一试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域；

用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的第一试剂；

在所述切面上涂刷第二试剂，使得所述第二试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域，与第一试剂产生显色反应。

其中，所述第一试剂和第二试剂分别为：淀粉溶液和碘溶液。

其中，所述在所述切面上涂刷预先调配的显色剂，使得所述显色剂渗入所述切面中的被腐蚀区域包括：

在所述切面上涂刷第一试剂，使得所述第一试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域；

用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的第一试剂；

在所述切面上涂刷第二试剂，使得所述第二试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域；

用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的第二试剂；

在所述切面上涂刷第三试剂，使得所述第三试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域，与第一试剂、第二试剂产生显色反应。

其中，所述根据所述切面上残留的显色剂的位置确定所述待检测纤维增强复合材料的腐蚀程度包括：

根据所述切面上残留的显色剂的位置确定待检测的纤维增强复合材料的被腐蚀区域与未腐蚀区域之间的界限。

其中，所述方法还进一步包括：

在多个不同的腐蚀时间点，重复上述的步骤A～D，并在每个腐蚀时间点均得到表示被腐蚀区域与未腐蚀区域之间的界限的腐蚀深度线；

将每个腐蚀时间点的腐蚀深度线绘制在同一个切面示意图上，得到纤维增强复合材料的腐蚀深度变化云图。

如上可见，在本发明中的纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法中，在待检测的纤维增强复合材料上切出一块待检测的切面之后，即可在该切面上涂刷预先调配的显色剂，使得所述显色剂渗入所述切面中的被腐蚀区域，然后用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的显色剂之后，即可根据所述切面上残留的显色剂的位置确定所述待检测纤维增强复合材料的腐蚀程度，从而可以简单而有效地检测纤维增强复合材料的腐蚀程度，以确定是否需要对目前所使用纤维增强复合材料的结构进行加固或者更换。另外，本发明中所提出的上述纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法实施方式简单，很容易实现，而且成本也比较低廉，从而可以得到广泛地应用。

附图说明

图1为本发明实施例中的纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法的流程图。

图2为本发明实施例中的切面的腐蚀情况示意图。

图3为本发明实施例中的切面的显色情况示意图。

图4为本发明实施例中被腐蚀区域与未腐蚀区域之间的界限的示意图。

图5为本发明实施例中腐蚀深度变化云图的形成示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

高分子材料(包括塑料、橡胶、涂料、纤维等)在加工、贮存和使用过程中，由于受内外因素的综合作用，其性能逐渐变坏，以致最后丧失使用价值，这种现象称为“老化”。老化是一种不可逆的变化，或者说是不可逆的化学反应。老化是高分子材料的一种共同特征，几乎没有一种高分子材料是不发生老化的。单体在一定条件下经过聚合或缩聚变成高聚物之后，由于内外因素的作用，将按一定规律发生老化。有的以降解为主，变成低分子量聚合物或其他化合物；有的可以变回原来的单体(如聚甲醛老化可解聚成单体甲醛)；有的以交联为主(如聚砜的热老化)，最后引起质的变化。

高分子材料发生老化现象虽然很多，但归纳起来主要变化表现在以下四个方面：

(1)外观的变化：材料发粘、变硬、变软、变脆、龟裂、变形、沾污、长霉出现失光、变色、粉化、起泡、剥落、银纹、斑点、喷霜、锈蚀等。

(2)物理化学性能的变化：如比重、导热系数、玻璃化温度、熔点、熔融指数、折光率、透光率、溶解度、分子量、分子量分布、羰基含量等的变化；耐热、耐寒、透气、透光等性能的变化。

(3)机械性能的变化：如拉伸强度、伸长率、冲击强度、弯曲强度、剪切强度、疲劳强度、硬度、弹性、附着力、耐磨强度等性能的变化。

(4)电性能的变化：如绝缘电阻、介电常数、介电损耗、击穿电压等电性能的变化。

纤维增强复合材料各向异性，其损伤机制和破坏过程也更为复杂。例如，纤维增强复合材料在制造过程中容易在材料表面或内部形成孔隙、裂纹、分层等缺陷；在服役过程中可能出现各种局部损伤或破坏。带有这些局部损伤或缺陷的纤维复合材料在受力变形过程中，原有缺陷、损伤随载荷的增加逐渐扩展为裂纹，并继续扩展。

纤维增强复合材料有比较独特的缺陷类型，通常在制造以及老化过程中形成的缺陷主要有孔隙、孔洞、疏松、越层断裂、界面分离、夹杂、纤维、树脂含量不正确、树脂固化不良、纤维不平直、纤维取向或铺层顺序错误、分层等。当这些缺陷单独地或综合地起作用时，会影响构件的性能。

纤维增强复合材料在老化的过程中，最开始除了内部在制造过程中存在的孔隙外，表面比较光滑，纤维包覆完好，没有出现孔洞和明显的缺陷，在经历老化之后，在纤维增强复合材料的被腐蚀部位将出现很多裂纹、孔洞和凹凸不平的现象，而且很多树脂小块会在裂纹处脱落。然而，现有技术中并没有可以方便、快捷的检测纤维增强复合材料的腐蚀程度的检测方法。

为了有效地检测纤维增强复合材料的腐蚀程度，在本发明的技术方案中，提出了一种纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法。

图1为本发明实施例中的纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法的流程图。如图1所示，本发明实施例中的纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法包括如下所述步骤：

步骤11，在待检测的纤维增强复合材料上切出一块待检测的切面。

步骤12，在所述切面上涂刷预先调配的显色剂，使得所述显色剂渗入所述切面中的被腐蚀区域。

其中，所述显色剂的颜色不同于所述待检测的纤维增强复合材料的底色。

步骤13，用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的显色剂。

步骤14，根据所述切面上残留的显色剂的位置确定所述待检测纤维增强复合材料的腐蚀程度。

在本发明的上述纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法中，先在待检测的纤维增强复合材料上切出一块切面，然后在切面上涂刷预先调配的显色剂，接着使用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的测试剂。由于在该待检测的纤维增强复合材料的切面上，未被腐蚀的区域(即未腐蚀区域)是平整光滑的，因此涂刷未腐蚀区域上的显色剂不会附着在该未腐蚀区域，而将被抹平器刮去。所以，在抹平器刮平切面之后，切面上的未腐蚀区域所呈现的颜色仍然是待检测的纤维增强复合材料原有的底色。而切面上已经被腐蚀的区域(即被腐蚀区域)中，由于存在孔隙、孔洞、疏松、分层、越层断裂等各种缺陷，因此显色剂很容易渗入到被腐蚀区域中的这些缺陷之中。当使用抹平器刮平所述切面时，这些显色剂并不会被抹平器刮走，而是附着在被腐蚀区域中的这些缺陷之中。所以，在抹平器刮平切面之后，切面上的被腐蚀区域所呈现的颜色将是所述显色剂的颜色。由于所述显色剂的颜色不同于所述待检测的纤维增强复合材料的底色，因此可以通过两种颜色之间的色差来确定所述切面上残留的显色剂的位置，并确定所述待检测纤维增强复合材料的腐蚀程度。

另外，在本发明的技术方案中，上述的显色剂实际上并不是通过与待检测纤维增强复合材料发生化学反应来产生相应的颜色，而只是显示该显色剂自身的颜色。

此外，在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的步骤12。以下将以其中的一种实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述步骤12可以包括：

在所述切面上涂刷白色乳胶或乳漆，使得所述白色乳胶或乳漆渗入所述切面中的被腐蚀区域。此时，所述显色剂为白色乳胶或乳漆。

例如，图2为本发明实施例中的切面的腐蚀情况示意图，如图2所示，假设待检测纤维增强复合材料已经被部分腐蚀，所以在该待检测的纤维增强复合材料上切出一块切面时，该切面的一部分(例如，图2所示切面的上部)已经被腐蚀，可以称为被腐蚀区域，而另一部分(例如，图2所示切面的下部)还未被腐蚀，可以称为未腐蚀区域。未腐蚀区域仍然是平整光滑的，而被腐蚀区域则存在孔洞、裂纹等缺陷。

因此，在切面上涂刷白色乳胶或乳漆之后，所述白色乳胶或乳漆将渗入到切面中的被腐蚀区域中的孔洞、裂纹等缺陷中。当使用抹平器刮平切面表层的白色乳胶或乳漆时，涂刷在未腐蚀区域的白色乳胶或乳漆将会被抹平器刮去，因此未腐蚀区域仍然呈现待检测纤维增强复合材料的底色(例如，碳纤维复合材料的底色为黑色)；而渗入到被腐蚀区域中的孔洞、裂纹等缺陷中的白色乳胶或乳漆则并不会被抹平器刮去，因此被腐蚀区域所残留的白色乳胶或乳漆将呈现白色。于是，上述切面上将呈现黑色和白色两种不同的颜色，呈现黑色的位置即为未腐蚀区域，而呈现白色的位置即为被腐蚀区域中的孔洞、裂纹等缺陷。因此，可以根据切面上残留的显色剂的位置确定所述待检测纤维增强复合材料的腐蚀程度。

再例如，较佳的，在本发明的另一个具体实施例中，所述步骤12可以包括：

步骤21，在所述切面上涂刷第一试剂，使得所述第一试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域。

步骤22，用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的第一试剂。

步骤23，在所述切面上涂刷第二试剂，使得所述第二试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域，与第一试剂产生显色反应。

在该具体实施例中，所述显色剂实际上包括了两种试剂：第一试剂和第二试剂，且第一试剂可与第二试剂发生显色反应。

同理，当使用抹平器刮平切面表层的第一试剂和第二试剂时，涂刷在未腐蚀区域的第一试剂和第二试剂将会被刮去，因此未腐蚀区域仍然呈现待检测纤维增强复合材料的底色；而渗入到被腐蚀区域中的孔洞、裂纹等缺陷中的第一试剂和第二试剂并不会被抹平器刮去，且先后涂刷的第一试剂和第二试剂将发生显色反应，因此被腐蚀区域的各种缺陷将呈现相应的颜色(即第一试剂和第二试剂发生显色反应后所呈现的颜色)。因此，可以根据切面上残留的显色剂的位置来确定所述待检测纤维增强复合材料的腐蚀程度。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述第一试剂和第二试剂可以分别为：淀粉溶液和碘溶液。

例如，玻璃纤维复合材料的切面的底色一般是淡黄色，当使用上述淀粉溶液和碘溶液作为显色剂时，淀粉溶液和碘溶液将发生显色反应，呈现蓝色。因此，可以根据切面中的蓝色的区域来确定所述待检测纤维增强复合材料的腐蚀程度。

在本发明的技术方案中，可以根据待检测纤维增强复合材料的切面的底色来选择相应的显色剂，以尽量使得显色剂所呈现的颜色与待检测纤维增强复合材料的切面的底色之间有较大的区别，从而可以更为容易地确定所述待检测纤维增强复合材料的腐蚀程度。

再例如，较佳的，在本发明的另一个具体实施例中，所述步骤12可以包括：

步骤31，在所述切面上涂刷第一试剂，使得所述第一试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域。

步骤32，用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的第一试剂。

步骤33，在所述切面上涂刷第二试剂，使得所述第二试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域。

步骤34，用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的第二试剂。

步骤35，在所述切面上涂刷第三试剂，使得所述第三试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域，与第一试剂、第二试剂产生显色反应。

在该具体实施例中，所述显色剂实际上包括了三种试剂：第一试剂、第二试剂和第三试剂，且三种试剂混合在一起时可发生显色反应。

同理，当使用抹平器刮平切面表层的第一试剂、第二试剂和第三试剂时，未腐蚀区域仍然呈现待检测纤维增强复合材料的底色，而被腐蚀区域的各种缺陷将呈现相应的颜色(即第一试剂、第二试剂和第三试剂发生显色反应后所呈现的颜色)。因此，可以根据切面上残留的显色剂的位置来确定所述待检测纤维增强复合材料的腐蚀程度。

另外，在本发明的技术方案中，还可以使用更多种(例如，4种、5种等)的可以发生显色反应的试剂，其使用方法可参照上述的三个具体实施例，在此不再一一赘述。

另外，更进一步的，在本发明的一个具体的较佳实施例中，所述步骤14可以包括：

根据所述切面上残留的显色剂的位置确定待检测的纤维增强复合材料的被腐蚀区域与未腐蚀区域之间的界限。

例如，如图3所示，在进行了上述步骤11～13之后，切面的未腐蚀区域为待检测的纤维增强复合材料的底色，而被腐蚀区域的各种缺陷中却呈现显色剂的颜色(例如，蓝色等)。此时，即可确定待检测的纤维增强复合材料的被腐蚀区域与未腐蚀区域之间的界限。例如，可以在被腐蚀区域底部的各种缺陷底部位置描出一条连续的线(腐蚀深度线)，从而可以清楚地显示被腐蚀区域与未腐蚀区域之间的界限，如图4所示。

另外，更进一步的，在本发明的一个具体的较佳实施例中，所述纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法还可以进一步包括：

步骤15，在多个不同的腐蚀时间点，重复上述的步骤11～14，并在每个腐蚀时间点均得到表示被腐蚀区域与未腐蚀区域之间的界限的腐蚀深度线。

步骤16，将每个腐蚀时间点的腐蚀深度线绘制在同一个切面示意图上，得到纤维增强复合材料的腐蚀深度变化云图。

例如，如图5中的(a)所示，在第一个腐蚀时间点t₁，执行上述的步骤11～14，在被腐蚀区域底部的各种缺陷底部位置描出一条连续的腐蚀深度线；在第二个腐蚀时间点t₂，也执行上述的步骤11～14，在被腐蚀区域底部的各种缺陷底部位置描出第二条连续的腐蚀深度线，如图5中的(b)所示；在第三个腐蚀时间点t₃，也执行上述的步骤11～14，在被腐蚀区域底部的各种缺陷底部位置描出第三条连续的腐蚀深度线，如图5中的(c)所示。然后，将3个腐蚀时间点的3条腐蚀深度线绘制在同一个切面示意图上，从而得到纤维增强复合材料的腐蚀深度变化云图，如图5中的(d)所示。该腐蚀深度变化云图可以用于寻找纤维增强复合材料的腐蚀深度的变化规律或其它用途。

综上所述，在本发明的技术方案中，在待检测的纤维增强复合材料上切出一块待检测的切面之后，即可在该切面上涂刷预先调配的显色剂，使得所述显色剂渗入所述切面中的被腐蚀区域，然后用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的显色剂之后，即可根据所述切面上残留的显色剂的位置确定所述待检测纤维增强复合材料的腐蚀程度，从而可以简单而有效地检测纤维增强复合材料的腐蚀程度，以确定是否需要对目前所使用纤维增强复合材料的结构进行加固或者更换。另外，本发明中所提出的上述纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法实施方式简单，很容易实现，而且成本也比较低廉，从而可以得到广泛地应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种纤维增强复合材料腐蚀程度的检测方法，其特征在于，该方法包括如下的步骤：

A、在待检测的纤维增强复合材料上切出一块待检测的切面；

B、在所述切面上涂刷预先调配的显色剂，使得所述显色剂渗入所述切面中的被腐蚀区域；其中，所述显色剂的颜色不同于所述待检测的纤维增强复合材料的底色；

C、用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的显色剂；

D、根据所述切面上残留的显色剂的位置确定所述待检测纤维增强复合材料的腐蚀程度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述切面上涂刷预先调配的显色剂，使得所述显色剂渗入所述切面中的被腐蚀区域包括：

在所述切面上涂刷白色乳胶或乳漆，使得所述白色乳胶或乳漆渗入所述切面中的被腐蚀区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述切面上涂刷预先调配的显色剂，使得所述显色剂渗入所述切面中的被腐蚀区域包括：

在所述切面上涂刷第一试剂，使得所述第一试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域；

用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的第一试剂；

在所述切面上涂刷第二试剂，使得所述第二试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域，与第一试剂产生显色反应。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述第一试剂和第二试剂分别为：淀粉溶液和碘溶液。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述切面上涂刷预先调配的显色剂，使得所述显色剂渗入所述切面中的被腐蚀区域包括：

在所述切面上涂刷第一试剂，使得所述第一试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域；

用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的第一试剂；

在所述切面上涂刷第二试剂，使得所述第二试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域；

用抹平器刮平所述切面，除去覆盖在切面表层的第二试剂；

在所述切面上涂刷第三试剂，使得所述第三试剂渗入所述切面中的被腐蚀区域，与第一试剂、第二试剂产生显色反应。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述切面上残留的显色剂的位置确定所述待检测纤维增强复合材料的腐蚀程度包括：

根据所述切面上残留的显色剂的位置确定待检测的纤维增强复合材料的被腐蚀区域与未腐蚀区域之间的界限。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还进一步包括：

在多个不同的腐蚀时间点，重复上述的步骤A～D，并在每个腐蚀时间点均得到表示被腐蚀区域与未腐蚀区域之间的界限的腐蚀深度线；

将每个腐蚀时间点的腐蚀深度线绘制在同一个切面示意图上，得到纤维增强复合材料的腐蚀深度变化云图。