CN109883940B - 一种基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法 - Google Patents

一种基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109883940B
CN109883940B CN201910150706.9A CN201910150706A CN109883940B CN 109883940 B CN109883940 B CN 109883940B CN 201910150706 A CN201910150706 A CN 201910150706A CN 109883940 B CN109883940 B CN 109883940B
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel bar
corrosion
mechanical property
stress
hbh
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201910150706.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109883940A (zh
Inventor
郝保红
曾丁
赵金
于昊钲
周满
米雨
潘建宇
王昊
曾琪卉
徐璐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Research Institute of Highway Ministry of Transport
Beijing Institute of Petrochemical Technology
Original Assignee
Research Institute of Highway Ministry of Transport
Beijing Institute of Petrochemical Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Research Institute of Highway Ministry of Transport, Beijing Institute of Petrochemical Technology filed Critical Research Institute of Highway Ministry of Transport
Priority to CN201910150706.9A priority Critical patent/CN109883940B/zh
Publication of CN109883940A publication Critical patent/CN109883940A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109883940B publication Critical patent/CN109883940B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法，首先将待处理钢筋安装在前期设计好的受力架上，由加力器施加一定的拉应力；然后在拉应力状态下将待处理钢筋放入腐蚀液中进行腐蚀，并采集电化学信号；根据所采集的电化学信号，结合现有不受力钢筋的计算模型，添加DZ和HBH两个修正因子，计算出受力钢筋的锈蚀程度；其中，DZ为加力修正系数；HBH为原始裂纹状态修正系数；然后按照不同的锈蚀程度分别测量力学性能指标，并构建基于电化学信号的力学性能退化规律DZ‑HBH模型。该方法可以对钢筋本身的原始裂纹扩展机制做出正确预测，并对瞬时断裂机理给出合理解释。

Description

一种基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律 模型的构建方法
技术领域
本发明涉及桥梁耐久性预测技术领域，尤其涉及一种基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法。
背景技术
桥梁耐久性预测是世界难题，由于桥梁的钢筋在实际使用中受各种恶劣环境的影响，这些因素都使得桥梁钢筋容易受到锈蚀。在这种情况下，长时间的锈蚀会导致混凝土结构开裂，最严重的时候将会导致桥梁断裂、坍塌，造成人员伤亡和财产损失。因此通过检测桥梁钢筋锈蚀程度来预测桥梁耐久性乃至剩余寿命势在必行。
现有技术所构建的计算模型是不受力的钢筋的锈蚀度与力学性能退化规律，只考虑了钢筋外部因素对腐蚀的影响，而没有考虑钢筋本身受力问题以及原始裂纹的扩展问题，所构建的模型几乎都是不受力状态下的，没有考虑钢筋受力的修正因子，与实际桥梁存在较大的差异。因此为了实现服役桥梁无损量化检测及耐久性精准预测，迫切需要构建基于受力钢筋电化学信号的锈蚀度与力学性能退化规律的计算模型，以使计算结果与实际情况更接近吻合。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法，该方法可以对钢筋本身的原始裂纹扩展机制做出正确预测，并对瞬时断裂机理给出合理解释，从而快速精准研究服役桥梁内部钢筋在实际承载状况下锈蚀程度，具有重大实用价值。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法，所述方法包括：
步骤1、首先将待处理钢筋安装在前期设计好的受力架上，由加力器施加一定的拉应力；
步骤2、然后在拉应力状态下将待处理钢筋放入腐蚀液中进行腐蚀，并采集电化学信号；
步骤3、根据所采集的电化学信号，结合现有不受力钢筋的计算模型，添加DZ和HBH两个修正因子，计算出受力钢筋的锈蚀程度；其中，DZ为加力修正系数；HBH为原始裂纹状态修正系数；
步骤4、然后按照不同的锈蚀程度分别测量力学性能指标，并构建基于电化学信号的力学性能退化规律DZ-HBH模型。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法可以对钢筋本身的原始裂纹扩展机制做出正确预测，并对瞬时断裂机理给出合理解释，从而快速精准研究服役桥梁内部钢筋在实际承载状况下锈蚀程度，具有重大实用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法流程示意图，所述方法包括：
步骤1、首先将待处理钢筋安装在前期设计好的受力架上，由加力器施加一定的拉应力；
在该步骤中，所施加的拉应力为0Mpa、34MPa、67MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa。
步骤2、然后在拉应力状态下将待处理钢筋放入腐蚀液中进行腐蚀，并采集电化学信号；
具体实现中，可以预先设计加力架，将待处理钢筋与加力架安装在一起，再将该装置放入不同浓度的腐蚀液体中，按照原钢筋及拉应力为0MPa，34MPa、67MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa的试件拉伸测试，记录拉伸阶段试验数据、抗拉强度试验数据、屈服极限试验数据、失重率试验数据、抗冲击韧性试验数据。
举例来说，电化学检测使用的是CS电化学工作站，电极使用的是甘汞电极和铂电极，采用动电位扫描方法，使用三种不同的电极材料，即钢样品(黑色电极线工作电极)的腐蚀工作电极，参比电极是饱和甘汞(SCE)电极(黄电极线参考电极)，辅助电极是铂电极(与辅助电极连接的红色电极)，电极间距为2mm。每次试验必须使用新的试验溶液，测试前应设置测试极化范围，-2.0mA到2.0mA；然后点击测试方法-稳态极化-动电位扫描，设置扫描速率为2mV/S，测试电流范围设置为-2mA～2mA。在不同锈蚀度下采集受力状态下的钢筋电化学信号数据，为后面构筑锈蚀率与力学性能做铺垫。
步骤3、根据所采集的电化学信号，结合现有不受力钢筋的计算模型，添加DZ和HBH两个修正因子，计算出受力钢筋的锈蚀程度；
上述DZ为加力修正系数；HBH为原始裂纹状态修正系数。
在步骤3中，受力钢筋的锈蚀程度采用锈蚀失重率表示，实际锈蚀失重率修正结果ρ实际表示为：
Figure BDA0001981402310000031
其中，ρ为锈蚀失重率；δpH为考虑溶液pH值的修正系数；
Figure BDA0001981402310000033
为考虑溶液氯离子含量的修正系数；DZ为加力修正系数；HBH为原始裂纹状态修正系数；
锈蚀失重率ρ表示为：
Figure BDA0001981402310000032
其中，v为单位截面上钢筋的锈蚀质量速度；S为钢筋的暴露面积；M为金属的克原子量(g)，M＝56g；n为金属的原子价，n＝2；icorr为锈蚀电流密度；F为法拉第常数；d为钢筋锈蚀深度；t为锈蚀时间；m为钢筋原始质量。
具体推导过程为：
根据法拉第第一定律表明，阴极上还原物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比，即损伤一定的物质会转化为一定摩尔数的电子释放，由此可以得出钢筋锈蚀速率计算方法如下：
Figure BDA0001981402310000041
式中：v为单位截面上钢筋的锈蚀质量速度(g/cm2y)；icorr为锈蚀电流密度(μA/cm2)；M为金属的克原子量(g)，M＝56g；n为金属的原子价，n＝2；F为法拉第常数，由美国国家标准局所依据的电解实验得到F＝96485C/mol；d为钢筋锈蚀深度(mm/y)；
进一步的，混凝土钢筋的锈蚀速度可以采用“锈蚀失重率表示”，根据上述公式计算结果可知：
Figure BDA0001981402310000042
其中，ρ为锈蚀失重率；t为锈蚀时间；m—钢筋原始质量；S—钢筋的暴露面积；
然后以此基础理论建立的设备仪器测试结果受多因素影响，其中影响最大的钢筋本身的受力状态以及外部因素(包含混凝土碳化后pH降低、氯盐入侵等)，这些因素的综合作用最终造成测算值与实际值之间存在较大误差。因此必须通过进行相关的单元实验获取相应实验数据，通过实测结果的对比修正降低钢筋锈蚀量化测算模型的结果误差。采用的方法是通过测算结果值与实测失重率值之间的对比结果对模型系数进行修正，利用修正系数提高检测结果的准确性。如果仅考虑pH值及氯离子浓度变化对测试结果的影响，则实际失重率修正结果ρ实际应为：
Figure BDA0001981402310000043
其中，δpH为考虑溶液pH值的修正系数；
Figure BDA0001981402310000045
为考虑溶液氯离子含量的修正系数；
若再考虑到钢筋的受力状态，那么实际失重率还应该考虑加力大小对测试结果的影响，则实际失重率修正结果ρ实际应为：
Figure BDA0001981402310000044
其中，DZ为加力修正系数；HBH为原始裂纹状态修正系数。
步骤4、然后按照不同的锈蚀程度分别测量力学性能指标，并构建基于电化学信号的力学性能退化规律DZ-HBH模型。
具体实现中，首先获得基于不受力钢筋的电化学信号所构建的计算模型，然后在此基础上添加DZ-HBH两个修正系数，从而构建出锈后力学性能退化规律DZ-HBH模型，由此阐明因局部锈蚀引发的承载能力突变失效演化机理，并作为耐久性预测的科学依据和理论支撑，有效提高桥梁耐久性预测的科学性和精准性。
由于前期的模型没有考虑局部锈蚀的问题，基本上是呈现σ.ρ＝C对数线性反比关系，C为材料常数。而受力钢筋由于考虑了受力情况，则在应力状态下，原始微裂纹容易诱发局部锈蚀，这时力学性能不再呈现线性关系σ.ρ.DZ.HBH1/2＝Cσmax/σ.，其中σmax/σ为最大应力与极限应力之比，DZ、HBH分别为加力修正因子及原始裂纹应力集中系数。具体情况将由实际测量情况决定。
值得注意的是，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。
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 (2)

1.一种基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、首先将待处理钢筋安装在前期设计好的受力架上，由加力器施加一定的拉应力；
步骤2、然后在拉应力状态下将待处理钢筋放入腐蚀液中进行腐蚀，并采集电化学信号；
步骤3、根据所采集的电化学信号，结合现有不受力钢筋的计算模型，添加DZ和HBH两个修正因子，计算出受力钢筋的锈蚀程度；其中，DZ为加力修正系数；HBH为原始裂纹状态修正系数；
具体推导过程为：
根据法拉第第一定律表明，阴极上还原物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比，即损伤一定的物质会转化为一定摩尔数的电子释放，由此得出钢筋锈蚀速率计算方法如下：
Figure FDA0002940021430000011
式中：v为单位截面上钢筋的锈蚀质量速度；icorr为锈蚀电流密度；M为金属的克原子量；n为金属的原子价；F为法拉第常数；d为钢筋锈蚀深度；
进一步的，混凝土钢筋的锈蚀速度采用“锈蚀失重率表示”，根据上述公式计算结果可知：
Figure FDA0002940021430000012
其中，ρ为锈蚀失重率；t为锈蚀时间；m为钢筋原始质量；S为钢筋的暴露面积；
然后通过测算结果值与实测失重率值之间的对比结果对模型系数进行修正，利用修正系数提高检测结果的准确性，如果仅考虑pH值及氯离子浓度变化对测试结果的影响，则实际失重率修正结果ρ实际应为：
Figure FDA0002940021430000013
其中，δpH为考虑溶液pH值的修正系数；
Figure FDA0002940021430000014
为考虑溶液氯离子含量的修正系数；
若再考虑到钢筋的受力状态，那么实际失重率还应考虑加力大小对测试结果的影响，则实际失重率修正结果ρ实际应为：
Figure FDA0002940021430000021
步骤4、然后按照不同的锈蚀程度分别测量力学性能指标，并构建基于电化学信号的力学性能退化规律DZ-HBH模型。
2.根据权利要求1所述基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法，其特征在于，在步骤1中，所施加的拉应力为0Mpa、34MPa、67MPa、100MPa、150MPa、200MPa、250MPa。
CN201910150706.9A 2019-02-28 2019-02-28 一种基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法 Expired - Fee Related CN109883940B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910150706.9A CN109883940B (zh) 2019-02-28 2019-02-28 一种基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910150706.9A CN109883940B (zh) 2019-02-28 2019-02-28 一种基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109883940A CN109883940A (zh) 2019-06-14
CN109883940B true CN109883940B (zh) 2021-05-28

Family

ID=66929951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910150706.9A Expired - Fee Related CN109883940B (zh) 2019-02-28 2019-02-28 一种基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109883940B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110618173A (zh) * 2019-10-21 2019-12-27 北京石油化工学院 一种服役桥梁耐久性预测的方法
CN111444629B (zh) * 2020-04-15 2023-07-18 中国二冶集团有限公司 一种基于支持向量机的钢筋锈蚀参数预测方法
CN111797456B (zh) * 2020-06-30 2023-11-03 北京石油化工学院 一种锈后钢筋力学性能退化规律的预测方法
CN111985027B (zh) * 2020-08-13 2023-09-01 宁波大学 组合梁抗弯承载力的计算方法
CN114354337B (zh) * 2021-12-10 2023-09-05 广东电网有限责任公司 锈蚀状态下金具的抗拉强度检测方法、装置、终端设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203117069U (zh) * 2013-03-21 2013-08-07 西南交通大学 钢筋混凝土结构中钢筋加速锈蚀实时控制监测装置
CN105067457A (zh) * 2015-07-06 2015-11-18 北京航空航天大学 一种腐蚀裂纹扩展性能表征与寿命估算的方法
CN105825030A (zh) * 2016-04-01 2016-08-03 长沙理工大学 老化钢筋混凝土桥梁疲劳寿命评估方法
CN108801889A (zh) * 2018-05-29 2018-11-13 江苏苏博特新材料股份有限公司 一种模拟钢筋混凝土构件复合受力的腐蚀评价装置及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203117069U (zh) * 2013-03-21 2013-08-07 西南交通大学 钢筋混凝土结构中钢筋加速锈蚀实时控制监测装置
CN105067457A (zh) * 2015-07-06 2015-11-18 北京航空航天大学 一种腐蚀裂纹扩展性能表征与寿命估算的方法
CN105825030A (zh) * 2016-04-01 2016-08-03 长沙理工大学 老化钢筋混凝土桥梁疲劳寿命评估方法
CN108801889A (zh) * 2018-05-29 2018-11-13 江苏苏博特新材料股份有限公司 一种模拟钢筋混凝土构件复合受力的腐蚀评价装置及方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Corrosion fatigue life prediction for steel bar in concrete based on fatigue crack propagation and equivalent initial flaw size;junzu Sun 等;《Construction and Building Materials》;20181115;第195卷;第208-217页 *
混凝土中钢筋腐蚀速率的理论模型;李富民 等;《华南理工大学学报》;20090831;第37卷(第8期);第38-52页 *
置于混凝土环境的钢筋锈蚀状态监测技术研究;卫军;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20130215;第83-88页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109883940A (zh) 2019-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109883940B (zh) 一种基于受力钢筋电化学信号的腐蚀度与力学性能退化规律模型的构建方法
ElBatanouny et al. Early corrosion detection in prestressed concrete girders using acoustic emission
Sagüés et al. Corrosion of epoxy coated rebar in Florida bridges
Appuhamy et al. Prediction of residual strength of corroded tensile steel plates
Pérez-Quiroz et al. Assessment of stainless steel reinforcement for concrete structures rehabilitation
Vélez et al. Electrochemical characterization of early corrosion in prestressed concrete exposed to salt water
CN103940626A (zh) 在役正交异性钢桥面板疲劳开裂后剩余使用寿命评估方法
Rahgozar et al. Remaining fatigue life of corroded steel structural members
Tarighat et al. Structural reliability of reinforced concrete beams/columns under simultaneous static loads and steel reinforcement corrosion
KR20130034721A (ko) 충격에 의하여 발생하는 응력파속도를 이용한 부착식 텐던의 긴장력 평가 방법
Tian et al. The micro-solution electrochemical method to evaluate rebar corrosion in reinforced concrete structures
JP6267669B2 (ja) 評価方法
Dunn et al. Corrosion monitoring of steel reinforced concrete structures using embedded instrumentation
Kramer et al. Atmospheric corrosion measurements to improve understanding of galvanic corrosion of aircraft
CN106442682B (zh) 一种钢筋混凝土结构中钢筋析氢临界电流密度的测定方法
CN115931538B (zh) 一种测量酸性环境中氢对金属应力腐蚀开裂影响程度的方法
ElBatanouny et al. Corrosion intensity classification in prestressed concrete using acoustic emission technique
Patil et al. Performance evaluation of accelerated corrosion techniques using electrochemical measurements and acoustic emission parameters
Glass et al. Assessment of cathodic protection applied to above ground reinforced concrete
Abdelrahman Assessment of damage in concrete structures using acoustic emission
Paral et al. Corrosion-induced degradation assessment of steel beam using vibration-based scheme
Vedalakshmi et al. Embeddable corrosion rate‐measuring sensor for assessing the corrosion risk of steel in concrete structures
Miyazato et al. Measurement method for macrocell corrosion in concrete specimen using a segmented steel bar
Gebremeskel et al. Fatigue life assessment of a steel bridge based on measured corrosion wastage and actual traffic loading
Wanninayake et al. Life evaluation of critical members of steel bridges located in different atmospheres

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210528

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee