CN110186964B - 一种测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流的装置及方法，绝缘底座内具有多个槽，每个槽安装一个钢块，每个槽的底部两端各有一个孔，每个孔中嵌有弹簧片，槽两端弹簧片夹住钢块的两端，相邻两个钢块之间不接触；每个弹簧片上连接有一根导线，槽的一端连出的导线统一连接在接线端子A的公头，槽的另一端连出的导线统一连接在接线端子A的母头，微安电流表正负极分别连接在接线端子B的公头和母头，进行腐蚀电流测量时，将接线端子A的公头连接接线端子B的母头，接线端子A的母头连接接线端子B的公头，将各微安电流表串联到回路中，使得相邻两块钢块之间配置一个微安电流表。本发明装置制作简单、便捷。
Description
技术领域
本发明属于土木工程钢筋混凝土结构钢筋腐蚀速率检测的技术领域，具体涉及一种测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流的装置及方法。
背景技术
钢筋混凝土结构由于其良好的性能，低廉的造价，在土木工程领域中广泛应用。随着钢筋混凝土结构的大量建造，由于结构设计抗力不足或是外部荷载不利变化造成的钢筋混凝土结构提前失效现象大量出现，其中大部分结构失效是由于结构耐久性不足导致的。钢筋混凝土结构耐久性问题主要有碳化作用、氯盐作用、冻融作用、碱骨料反应等，其中氯盐作用对钢混结构的危害最为严重。氯离子的侵入导致混凝土内部pH值下降，钢筋表面钝化膜破坏，加速钢筋锈蚀，从而导致混凝土结构性能劣化，影响结构的正常使用。
根据腐蚀电池阳极区与阴极区之间间距的大小，可将混凝土中钢筋的腐蚀形态分为微电池腐蚀和宏电池腐蚀两大类。其中微电池腐蚀是指由相距仅为几毫米甚至几微米的阳极和阴极形成的微电池作用所引起的钢筋腐蚀。微电池腐蚀的外形特征较为均匀，故又称均匀腐蚀，微电池腐蚀对钢筋的危害性相对较小。而宏电池腐蚀是指由相距几厘米甚至几米的阳极区和阴极区形成的宏电池作用所引起的钢筋腐蚀，通常阴极区域较大，阳极区域较小。宏电池腐蚀由于发生在局部，也称局部腐蚀，其危害性相对较大。对于已经受到氯离子侵蚀并产生一定损伤的混凝土结构，需要将受损伤部分的混凝土除去后浇筑新混凝土，因而在构件中形成新老混凝土界面。由于新、老混凝土之间必然存在一定的氯离子浓度差，故在新老混凝土界面处的钢筋容易产生宏电池腐蚀。对于装配式混凝土结构，预制构件和现浇混凝土之间同样存在新老混凝土界面，由于氯离子在预制混凝土、现浇混凝土和界面区中传输速率的差异，不同部分内的氯离子浓度也会存在差异，因而在结构内部会产生宏电池腐蚀。由于宏电池腐蚀较大的危害性，需要采用宏电流测试装置监测钢筋腐蚀宏电流，对钢筋的腐蚀状态进行评估，从而较好地监测混凝土结构的服役状态。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流的装置及方法
本发明所采用的技术方案如下：一种测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流的装置，该装置包括绝缘底座、钢块、弹簧片、导线、接线端子A、接线端子B和微安电流表，所述绝缘底座内具有多个槽，每个槽安装一个钢块，每个槽的底部两端各有一个孔，每个孔中嵌有弹簧片，槽两端弹簧片夹住钢块的两端，相邻两个钢块之间不接触；每个弹簧片上连接有一根导线，槽的一端连出的导线统一连接在接线端子A的公头，槽的另一端连出的导线统一连接在接线端子A的母头，当不进行腐蚀电流测量时将接线端子A的公头和母头连接形成串联回路；所述微安电流表的数量比钢块的数量少一个，微安电流表正负极分别连接在接线端子B的公头和母头，进行腐蚀电流测量时，将接线端子A的公头连接接线端子B的母头，接线端子A的母头连接接线端子B的公头，将各微安电流表串联到回路中，使得相邻两块钢块之间配置一个微安电流表。
进一步的，所述绝缘底座通过3D打印机打印得到，打印材料为高强度高韧性进口ABS树脂，当然不限于此。
进一步的，所述绝缘底座中相邻两槽之间具有塑料分隔板，塑料分隔板的厚度应为2～3mm，需保证相邻两段方钢之间完全绝缘。
进一步的，所述槽下部应为高度为8～10mm的中空区域，以供各导线从槽下部穿出。
进一步的，所述微安电流表的测量精度应达到0.01μA。
本发明的另一目的是提供一种使用上述的测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流的装置来测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流的方法，包括如下步骤：
(1)将钢筋腐蚀宏电流测量装置通过粘结剂或绑扎的方法固定在混凝土构件钢筋待测区域；
(2)将接线端子A的公头连接接线端子B的母头，接线端子A的母头连接接线端子B的公头，将各微安电流表串联到回路中，使得相邻两块钢块之间配置一个微安电流表，每一钢块的暴露面积为Acm2，长度为lcm，测得第k个微安电流表的读数IkμA(k＝1，2，3，…，K)；当某段区域的微安电流表测得的电流与两端其余测得的电流方向相反时，认为该区域内的钢块为阳极，其余区域内的钢块为阴极；假设第j段钢块至第j+N段钢块为阳极，任意段钢块产生的腐蚀电流值I′j+m＝(Ij+m-Ij+m-1)μA，该段钢块产生的腐蚀电流密度ij+m和单位长度的腐蚀电流qj+m通过下式计算得到，
其中，m＝1，2，3，…，N；认为当腐蚀电流密度ij+m＞0.1μA/cm2时第j+m段钢筋锈蚀；将第j+m段钢块内单位长度的腐蚀电流qj+m作为纵坐标，第j段至第j+N钢筋距第1段钢块外端的距离x作为横坐标，绘制qj+m-x拟合曲线并计算曲线和坐标轴的包络面积，从而计算得到该区域内钢筋的腐蚀宏电流icorrμA，公式如下，
icorr＝∫lqj+mdxμA
进一步的，所述钢块截面形状、尺寸需与实际待测钢筋截面形状、尺寸一致。
进一步的，当微安电流表只能测得单向电流时，需进行试接来调整微安电流表正负极的连接方向，具体如下：
先将微安电流表连接负极的导线依次连接至接线端子B的公头，连接正极的导线依次连接至接线端子B的母头，将接线端子A的公头连接接线端子B的母头，接线端子A的母头连接接线端子B的公头，当微安电流表有读数时说明回路连接正确，当任一微安电流表无读数时改变该电流表正负极连接，将连接电流表正极的导线连接至接线端子B的公头，连接负极的导线一次连接至接线端子B的母头。
本发明的有益效果如下：本发明装置制作简单、便捷，绝缘底座的制作尺寸灵活多变，可以根据实际使用的微安电流表的测量精度来调整每段方钢的暴露面积，具体可以调整钢块的长度、绝缘底座包裹钢筋的面积等。本发明装置能通过调整绝缘底座槽的形状和尺寸来适用于不同形状、直径的钢筋，能够根据实际需要进行相应调整。
附图说明
图1为本发明应用时所采用的测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流装置的俯视图；
图2为本发明应用时所采用的测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流装置的左视图；
图3为本发明应用时所采用的测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流装置的仰视图；
图4为本发明应用时所采用的测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流装置的A-A剖面图；
图5为本发明应用时所采用的测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流装置不进行腐蚀电流测量时的导线连接示意图；
图6为本发明应用时所采用的测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流装置进行腐蚀电流测量时的导线连接示意图；
图7为本发明应用实例的装置和电流分布示意图；
图8为本发明应用实例的单位长度腐蚀电流密度和距离的曲线关系图；
图中：绝缘底座1、方钢2、弹簧片3、导线4、接接线端子A5、微安电流表6、矩形孔7、接线端子B8。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明并附一实例。
实施例：
如图1-6所示，本发明为一种提升电化学修复混凝土效率的装置，它包括含有15个底面为边长20.5mm的正方形长度为22mm的槽的绝缘底座1、位于槽内的15段钢块2、安装于槽两端的弹簧片3共15组、连接于弹簧片底部的14芯导线4、通过接线端子与相邻两槽端的14芯导线相连接的微安电流表6共14台，相邻槽之间应为厚2mm的塑料分隔板，槽底部的两端分别有长3mm宽0.3mm的矩形孔7用于安装弹簧片，绝缘底座内部为高度为8mm的中空区域供导线芯于槽下方汇集，各导线芯应对应编号，用环氧树脂将绝缘底座下部密封保证导线和弹簧片不被腐蚀。所用钢块应事先除锈、磨平，每段钢块的长度为15mm边长为20mm，微安电流表的量程为500μA，测量精度为0.01μA。本装置的钢块的长度是根据钢块的截面边长、塑料槽包裹钢块的程度、微安电流表的量程及测量精度来确定，根据所用微安电流表的测量精度和《混凝土结构耐久性技术规程DB33-T1128-2016》中13.2.3条款，认为当钢块腐蚀电流密度i＞0.1μA/cm2时钢筋锈蚀，钢块的暴露面积取值只需当腐蚀电流密度未达到规范中钢筋开始锈蚀的阈值时微安电流表的测量精度能够满足要求，故取每段钢块的长度为15mm。
将该装置通过粘结剂或捆扎的方式固定在混凝土构件钢筋待测区域，将混凝土试件浇筑完整。当不进行腐蚀电流测量时将接线端子A5的公头和母头连接形成回路；当进行腐蚀电流测量时，当微安电流表只能测得单向电流，需进行回路的试接使得所有电流能够被测得，将微安电流表连接负极的导线依次连接至接线端子B8的公头，连接负极的导线依次连接至接线端子B的母头，将接线端子A的公头连接接线端子B的母头，接线端子A的母头连接接线端子B的公头，当微安电流表有读数时说明回路连接正确，当微安电流表无读数时改变电流表正负极连接，将连接电流表正极的导线连接至接线端子B的公头，连接负极的导线一次连接至接线端子B的母头，将接线端子A的公头连接接线端子B的母头，将接线端子A的母头连接接线端子B的公头。第k个微安电流表的读数IkμA(k＝1，2，3，…，14)，钢块长度l为1.5cm，宽度d为2cm，暴露面积A＝dl＝3cm2。当某段区域的微安电流表测得的电流与两端其余测得的电流方向相反时，认为该区域内的钢块为阳极，其余区域内的钢块为阴极。假设第j段钢块至第j+N段钢块为阳极，任意段钢块产生的腐蚀电流值I′j+m＝(Ij+m-Ij+m-1)μA，该段钢块产生的腐蚀电流密度ij+m和单位长度的腐蚀电流qj+m通过下式计算得到，
其中，m＝1，2，3，…，N。参照《混凝土结构耐久性技术规程DB33-T1128-2016》中13.2.3条款，认为当腐蚀电流密度ij+m＞0.1μA/cm2时第j+m段钢筋锈蚀。将第j+m段钢块内单位长度的腐蚀电流qj+m作为纵坐标，第j段至第j+N钢筋距第1段钢块外端的距离x作为横坐标，绘制qj+m-x拟合曲线并计算曲线和坐标轴的包络面积，从而计算得到该区域内钢筋的腐蚀宏电流icorrμA。
本实例采用上述测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流的装置，假设中间3个钢块为阳极，两端的钢块为阴极，各电流表的读数为Ik(k＝1，2，3，4)如图7所示。中间3个钢块作为阳极区失电子，两端的阴极区得电子，从而得到各钢块之间的电流流向，因此各阳极产生的腐蚀电流值如下，
I′1＝I1+I2
I′2＝I3-I2
I′3＝I4-I3
由此计算得到各阳极产生的单位长度腐蚀电流如下，
q1＝(I1+I2)/l
q2＝(I3-I2)/l
q3＝(I4-I3)/l
将计算得到的单位长度腐蚀电流作为每段钢块中点处的单位长度腐蚀电流值，将测点绘制于图中(图8)并拟合q-x曲线，图8中①，②，③分别表示图7中阳极1，2，3，对q-x曲线进行积分可算得该区域内钢筋腐蚀宏电流值icorrμA，
icorr＝∫lqdxμA。
Claims (7)
1.一种使用测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流的装置来测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流的方法，其特征在于，所述测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流的装置包括绝缘底座、钢块、弹簧片、导线、接线端子A、接线端子B和微安电流表，所述绝缘底座内具有多个槽，每个槽安装一个钢块，每个槽的底部两端各有一个孔，每个孔中嵌有弹簧片，槽两端弹簧片夹住钢块的两端，相邻两个钢块之间不接触；每个弹簧片上连接有一根导线，槽的一端连出的导线统一连接在接线端子A的公头，槽的另一端连出的导线统一连接在接线端子A的母头，当不进行腐蚀电流测量时将接线端子A的公头和母头连接形成串联回路；所述微安电流表的数量比钢块的数量少一个，微安电流表正负极分别连接在接线端子B的公头和母头，进行腐蚀电流测量时，将接线端子A的公头连接接线端子B的母头，接线端子A的母头连接接线端子B的公头，将各微安电流表串联到回路中，使得相邻两块钢块之间配置一个微安电流表；
该方法包括如下步骤：
(1)将钢筋腐蚀宏电流测量装置通过粘结剂或绑扎的方法固定在混凝土构件钢筋待测区域；
(2)将接线端子A的公头连接接线端子B的母头，接线端子A的母头连接接线端子B的公头，将各微安电流表串联到回路中，使得相邻两块钢块之间配置一个微安电流表，每一钢块的暴露面积为Acm2，长度为lcm，测得第k个微安电流表的读数IkμA，其中k＝1，2，3，…，K；当某段区域的微安电流表测得的电流与两端其余测得的电流方向相反时，认为该区域内的钢块为阳极，其余区域内的钢块为阴极；假设第j段钢块至第j+N段钢块为阳极，任意段钢块产生的腐蚀电流值I′j+m＝(Ij+m-Ij+m-1)μA，该段钢块产生的腐蚀电流密度ij+m和单位长度的腐蚀电流qj+m通过下式计算得到，
其中，m＝1，2，3，…，N；认为当腐蚀电流密度ij+m>0.1μA/cm2时第j+m段钢筋锈蚀；将第j+m段钢块内单位长度的腐蚀电流qj+m作为纵坐标，第j段至第j+N钢筋距第1段钢块外端的距离x作为横坐标，绘制qj+m-x拟合曲线并计算曲线和坐标轴的包络面积，从而计算得到该区域内钢筋的腐蚀宏电流icorrμA，公式如下，
icorr＝∫lqj+mdx。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢块截面形状、尺寸需与实际待测钢筋截面形状、尺寸一致。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当微安电流表只能测得单向电流时，需进行试接来调整微安电流表正负极的连接方向，具体如下：
先将微安电流表连接负极的导线依次连接至接线端子B的公头，连接正极的导线依次连接至接线端子B的母头，将接线端子A的公头连接接线端子B的母头，接线端子A的母头连接接线端子B的公头，当微安电流表有读数时说明回路连接正确，当任一微安电流表无读数时改变该电流表正负极连接，将连接电流表正极的导线连接至接线端子B的公头，连接负极的导线一次连接至接线端子B的母头。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘底座通过3D打印机打印得到，打印材料为高强度高韧性进口ABS树脂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘底座中相邻两槽之间具有塑料分隔板，塑料分隔板的厚度应为2～3mm，需保证相邻两段方钢之间完全绝缘。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述槽下部应为高度为8～10mm的中空区域，以供各导线从槽下部穿出。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微安电流表的测量精度应达到0.01μA。
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