CN109470566A - 一种研究钢筋腐蚀度的加力装置与研究方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种研究钢筋腐蚀度的加力装置与研究方法，包括加力架，加力架包括H型钢，H型钢的两端分别焊接有厚钢板，厚钢板上设有锚固钢筋的通孔。厚钢板的规格：长×宽×厚＝200mm×160mm×20mm；H型钢的规格：h×b×t1×t2＝150mm×150mm×7mm×10mm；材料：Q345。钢筋在受力情况下进行酸性腐蚀并在腐蚀的同时测量腐蚀度。可以模拟研究桥梁受力钢筋锈蚀过程；可以对服役实桥钢筋锈蚀状况和瞬时锈蚀速度进行快速无损量化检测。主要用于检测酸性结构中钢筋锈蚀程度并直接判定酸性结构中钢筋的锈蚀状况。

Description

一种研究钢筋腐蚀度的加力装置与研究方法

技术领域

本发明涉及一种研究钢筋腐蚀度的技术，尤其涉及一种研究钢筋腐蚀度的加力装置与研究方法。

背景技术

近年来频现的桥梁坍塌事故给人民生命安全和国家财产造成重大损失，已经成为全社会的痛点。为防止桥梁瞬时倒塌，迫切需要建立钢混结构桥梁早诊断、早预防的耐久性预测体系。

钢筋锈蚀导致的力学性能下降是诱发桥梁重大事故的关键所在。而钢筋局部锈蚀引发的应力集中及承载能力急剧下降是造成桥梁瞬时断裂的根本原因，存在着巨大安全隐患。

现有技术中，由于缺乏统一的技术规范作为校准钢筋锈蚀程度的技术依据，难以确保测量值准确可靠。

钢筋受力腐蚀技术：

钢筋混凝土构件内钢筋的锈蚀需要三个条件：

(1)钢筋表面碱性钝化膜破坏。正常情况下钢筋是包裹在砼之内的，砼则由于水泥的水化反应造成其初始碱性(含有一定Ca(OH)₂)较强，正常情况下钢筋在这种碱性环境下不会发生氧化腐蚀。当pH值大于1O时，钢筋腐蚀的速度很慢，当pH值小于5时，其锈蚀的速度就快。由此可见，只有当钢筋混凝土构件内的钢筋周围碱性钝化膜因砼碳化或其它原因导致破坏后，才可能出现腐蚀。

(2)必须产生电位差，使钢筋产生微电池腐蚀式大电池腐蚀。

(3)必须具备水和氧。

腐蚀性介质与钢筋作用，在钢筋表面形成一个大小不等弥散分布的腐蚀坑后，每个腐蚀坑相当于一个缺口，钢筋在拉应力的作用下，形成应力的不均匀分布和应力集中，在缺口的边缘，当钢筋平均应力不高时，其集中的应力即可达到断裂应力的水平，而引起钢筋的断裂。由于缺口的存在，形成了拉应力三轴不相等状态，阻碍了钢筋塑性变形的开展，使塑性变形性能在钢筋断裂前不能充分发挥出来，延伸率、冷弯等塑性指标均有明显下降。预应力钢筋的腐蚀是拉应力与腐蚀性介质共同作用的结果，腐蚀因素对钢筋断裂的最初形成起主要作用，而拉应力则促进了腐蚀的发展。由于高强钢筋中的应力腐蚀随着预应力钢筋混凝土结构的采用，出现了高强钢筋中的一种特殊腐蚀形式，即“应力腐蚀”。一般在表面只有轻微损害或根本看不见损害。

应力腐蚀的敏感性随钢筋强度和应力张拉值的提高而提高，所以即使强度高的钢筋，使用应力也不能控制的太高。相反，抗拉强度适当降低，对抗应力腐蚀性能有显著改善。

对于预应力值来说，要结合经济性和抗应力腐蚀性来设计。

电化学测试方法，优点是测试速度快、灵敏度高、可连续跟踪和原位测试，是目前比较成熟的测试方法。在实验室已经成功用于混凝土试样的钢筋锈蚀状况和瞬时锈蚀速度的检测，并生产出了许多工程使用的测试仪器。查阅文献资料和设备市场调研分析可知，目前国内外在混凝土钢筋锈蚀无损量化检测领域最常用的电化学方法。

下表为常用电化学方法对比。

现有技术的缺点：

(1)只考虑了未受力状态下的钢筋在酸性条件下的腐蚀度，而没有考虑实际环境下钢筋受力问题。

(2)构建的钢筋腐蚀模型与实际受力钢筋锈蚀情况不符。难以实现耐久性准确预测。

发明内容

本发明的目的是提供一种研究钢筋腐蚀度的加力装置与研究方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的研究钢筋腐蚀度的加力装置，包括加力架，所述加力架包括H型钢，所述H型钢的两端分别焊接有厚钢板，所述厚钢板上设有锚固钢筋的通孔。

本发明的上述的研究钢筋腐蚀度的加力装置实现研究钢筋腐蚀度的方法，钢筋在受力情况下进行酸性腐蚀并在腐蚀的同时测量腐蚀度，包括步骤：

A、各应力水平拉拔控制力的试验确定；

B、加力架防腐处理，在加力架上张拉锚固试验钢筋，同一锈蚀度的试件锚固在同一架上，测量张拉应力，不满足要求重新拉拔锚固，对不同应力水平的钢筋做永久标记；

C、封闭加力架上的孔隙，放入快速腐蚀液内进行腐蚀，腐蚀液槽要盖盖板封闭；

D、采用非受力钢筋做腐蚀前期试验，建立各种锈蚀测量方法测量数据与钢筋腐蚀程度的关系曲线；

E、按一定的时间间隔测量试验钢筋的腐蚀情况，记录测量数据；

F、达到预期腐蚀要求的钢筋终止腐蚀，按力学性能测试的试件要求及微观分析的试件要求，分别切割截取试件，并预留验证腐蚀度试件，力学试验试件应留有适度的余量；

G、试件力学性能测试及腐蚀试件微观结构检测分析。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的研究钢筋腐蚀度的加力装置与研究方法，主要用于检测酸性结构中钢筋锈蚀程度并可以直接判定酸性结构中钢筋锈蚀状况。通过深入探讨受力钢筋锈蚀速率与力学性能之间的关系，揭示受力钢筋在各种锈蚀状况下的力学性能退化规律及失效机理，可直接应用于实桥，对钢筋在受力下的锈蚀程度进行检测，解决了实验室加速模拟锈蚀试验结果与自然环境下锈蚀程度存在较大差异的问题，提高了服役桥梁钢筋锈蚀度的检测精度，以此为依据，可对服役桥梁剩余寿命做出相对精准的预测。

附图说明

图1为本发明实施例提供的研究钢筋腐蚀度的加力装置中的加力架模型结构示意图。

图2为本发明实施例中H型钢的截面结构示意图。

图3为本发明实施例提供的研究钢筋腐蚀度的研究方法工作流程示意图。

图中：

1、焊接厚钢板；2、H型钢；

符号:h-高度；

b-宽度；

t1-腹板厚度；

t2-翼缘厚度；

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的研究钢筋腐蚀度的加力装置与研究方法，其较佳的具体实施方式是：

研究钢筋腐蚀度的加力装置，包括加力架，所述加力架包括H型钢，所述H型钢的两端分别焊接有厚钢板，所述厚钢板上设有锚固钢筋的通孔。

每块所述厚钢板上设有4个锚固钢筋的通孔。

所述厚钢板的规格：长×宽×厚＝200mm×160mm×20mm；

所述H型钢的规格：h×b×t1×t2＝150mm×150mm×7mm×10mm。

所述厚钢板和H型钢的材料：Q345。

上述的研究钢筋腐蚀度的加力装置实现研究钢筋腐蚀度的方法，钢筋在受力情况下进行酸性腐蚀并在腐蚀的同时测量腐蚀度，包括步骤：

A、各应力水平拉拔控制力的试验确定；

B、加力架防腐处理，在加力架上张拉锚固试验钢筋，同一锈蚀度的试件锚固在同一架上，测量张拉应力，不满足要求重新拉拔锚固，对不同应力水平的钢筋做永久标记；

C、封闭加力架上的孔隙，放入快速腐蚀液内进行腐蚀，腐蚀液槽要盖盖板封闭；

D、采用非受力钢筋做腐蚀前期试验，建立各种锈蚀测量方法测量数据与钢筋腐蚀程度的关系曲线；

E、按一定的时间间隔测量试验钢筋的腐蚀情况，记录测量数据；

F、达到预期腐蚀要求的钢筋终止腐蚀，按力学性能测试的试件要求及微观分析的试件要求，分别切割截取试件，并预留验证腐蚀度试件，力学试验试件应留有适度的余量；

G、试件力学性能测试及腐蚀试件微观结构检测分析。

本发明的研究钢筋腐蚀度的加力装置与研究方法，依据钢筋腐蚀技术指标并结合检测技术要求，设计科学合理、经济、操作简便的钢筋腐蚀加力装置，给出符合误差要求的校准用标准设备等。主要用于检测酸性结构中钢筋锈蚀程度并可以直接判定酸性结构中钢筋锈蚀状况。

具体实施例：

鉴于钢筋锈蚀对混凝土桥梁和其他构筑物使用安全性、耐久性的严重影响，在钢筋锈蚀机理与影响因素、无损检测方法等方面开展了众多的研究，电化学实验为混凝土钢筋锈蚀率定量检测与表征技术发展奠定了良好基础。但由于混凝土结构内部钢筋锈蚀程度受外界影响因素颇多而且相当复杂，特别是锈蚀后的钢筋其力学性能退化情况受到内、外因综合因素的控制，因此，构建基于电化学信号的受力钢筋力学退化规律模型其桥梁耐久性预测模型成为技术难题。

所以本发明设计了一种研究钢筋腐蚀度的加力装置可高度模拟钢筋在酸性环境下受力，且采用电化学测试方法来测量钢筋的锈蚀度。

一、研究钢筋腐蚀度的加力装置组成：

1试验钢筋

(1)考虑降低加力架锈蚀对钢筋拉力的影响，加力架横截面要相对的较大导致加力架重量对移动的影响；

(2)现有实验室可用空间大小对快速锈蚀溶液池的大小影响；

(3)钢筋试件拉伸量大小对锚固后的拉力损失影响问题(通过超张拉试验确定朝张拉力解决)，理论上HRB400钢筋在100MPa拉应力作用下的伸长量0.5mm/m，伸长量较小；初步拟定钢筋锈蚀试件长度为1～1.5m，直径Φ22(公称面积A＝314.20mm²，种类HRB400。力学性能试件对锈蚀试件切割截取。

2加力架

如图1、图2所示，经过综合考虑及腐蚀试验的可实施性，拟采用H型钢两端焊接开孔厚钢板做加力架(加力架要做防腐处理)，根据可移动性初步拟定加力架长约1～1.5m左右(具体尺寸)，加力仪器和测力装置拟采用北京海泰斯工程设备股份有限公司的螺栓拉伸仪及测力装置。

根据可移动性初步拟定加力架长为1.2m，H型钢采用150×150×7×10型号(Q345),两端焊接钢板厚20mm(平面尺寸200mm×160mm)，期望一个加力架同时可以实现锚固三根以上钢筋。且H型钢加力架为4孔，需要在钢板两侧焊接钢筋丝扣(120mm)。

本产品主要功能：本产品主要用于实验结构教学，在加载框架内可以模拟钢筋受力锈蚀情况。

二、研究方法与步骤，如图3所示：

1研究方法

(1)钢筋锈蚀试验研究：

不同应力水平的钢筋分级锈蚀，即初步拟定锈蚀度为5％、10％、15％(或20％)。

钢筋锈蚀的检测方法确定，检测信号的大小与锈蚀度的关系。其中要首先确定钢筋无锈蚀与发生了微弱锈蚀的电化学检测信号有何不同，给出一个较小的信号范围。以便建立钢筋锈蚀的评价方法及标准。

(2)钢筋力学性能测试：

原钢筋及拉应力为0MPa，34MPa、67MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa的试件拉伸测试，有条件进行冲击韧性试验(抗拉及抗剪，试件尺寸的确定)。

杆件拉伸试件国际上原始标距与横截面关系是原则上试件总长度L_t＞L_c+4d₀≥L₀+4.5d₀≥190mm,取220mm.(GB-T 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法)

(3)钢筋锈蚀前后微观检测：

不同应力水平及不同锈蚀程度下钢筋表面微观结构的变化与不同。

2实验步骤

(1)各应力水平拉拔控制力的试验确定；

(2)加力架防腐处理，在加力架上张拉锚固试验钢筋，同一锈蚀度的试件锚固在同一架上，测量张拉应力，不满足要求重新拉拔锚固；对不同应力水平的钢筋做永久标记；

(3)封闭加力架上的孔隙，放入快速腐蚀液内进行腐蚀；注意腐蚀液槽要盖盖板封闭；

(4)采用非受力钢筋做腐蚀前期试验，建立各种锈蚀测量方法测量数据与钢筋腐蚀程度的关系曲线；

(5)按一定的时间间隔测量试验钢筋的腐蚀情况，记录测量数据；

(6)达到预期腐蚀要求的钢筋终止腐蚀，按力学性能测试的试件要求及微观分析的试件要求，分别切割截取试件，并预留验证腐蚀度试件。力学试验试件应留有适度的余量；

(7)试件力学性能测试及腐蚀试件微观结构检测分析。

本发明的有益效果：

(1)本发明可以快速模拟研究桥梁受力钢筋锈蚀过程。

(2)本发明可以对受力钢筋锈蚀状况和瞬时锈蚀速度进行无损检测。

本发明的技术关键点：通过采集受力钢筋的电化学信号，深入分析其断面宏观/微观组织及结构，将外在宏观变形与内在微观结构相关联。揭示和阐述锈蚀钢筋在复杂应力状态下的力学性能应急反应机制及因局部锈蚀引发的承载能力突变失效演化机理。并与前期实验室未受力钢筋的加速模拟锈蚀实验得出的理论计算模型做对比。

(1)通过构建电化学信号与受力钢筋的锈蚀度的关系，使检测结果更接近于实桥实际情况。-有效提高实桥钢筋锈蚀的检测精度。

(2)通过构建“电化学检测信号-力学性能”之间的关系模型，在了解了其力学性能退化规律和失效特征的基础上，结合材料微观晶体结构，进一步对实桥耐久性做出合理分级评价和寿命预测。

(3)加力架的结构组成：

焊接厚钢板规格：200mm×160mm×20mm；材料：Q345；

H型钢规格：150mm×150mm×7mm×10mm；材料：Q345。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种研究钢筋腐蚀度的加力装置，其特征在于，包括加力架，所述加力架包括H型钢，所述H型钢的两端分别焊接有厚钢板，所述厚钢板上设有锚固钢筋的通孔。

2.根据权利要求1所述的研究钢筋腐蚀度的加力装置，其特征在于，每块所述厚钢板上设有4个锚固钢筋的通孔。

3.根据权利要求2所述的研究钢筋腐蚀度的加力装置，其特征在于：

所述厚钢板的规格：长×宽×厚＝200mm×160mm×20mm；

所述H型钢的规格：h×b×t1×t2＝150mm×150mm×7mm×10mm。

4.根据权利要求3所述的研究钢筋腐蚀度的加力装置，其特征在于，所述厚钢板和H型钢的材料：Q345。

5.一种权利要求1至4任一项所述的研究钢筋腐蚀度的加力装置实现研究钢筋腐蚀度的方法，其特征在于，钢筋在受力情况下进行酸性腐蚀并在腐蚀的同时测量腐蚀度，包括步骤：

A、各应力水平拉拔控制力的试验确定；

B、加力架防腐处理，在加力架上张拉锚固试验钢筋，同一锈蚀度的试件锚固在同一架上，测量张拉应力，不满足要求重新拉拔锚固，对不同应力水平的钢筋做永久标记；

C、封闭加力架上的孔隙，放入快速腐蚀液内进行腐蚀，腐蚀液槽要盖盖板封闭；

D、采用非受力钢筋做腐蚀前期试验，建立各种锈蚀测量方法测量数据与钢筋腐蚀程度的关系曲线；

E、按一定的时间间隔测量试验钢筋的腐蚀情况，记录测量数据；

F、达到预期腐蚀要求的钢筋终止腐蚀，按力学性能测试的试件要求及微观分析的试件要求，分别切割截取试件，并预留验证腐蚀度试件，力学试验试件应留有适度的余量；

G、试件力学性能测试及腐蚀试件微观结构检测分析。