CN113390782B - 高盐分海洋大气环境中耐候桥梁钢稳定锈层评价方法 - Google Patents

高盐分海洋大气环境中耐候桥梁钢稳定锈层评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高盐分海洋大气环境中耐候桥梁钢稳定锈层评价方法,该方法包括如下步骤:1)取样备用;2)将若干组耐候桥梁钢锈层试样进行周浸腐蚀试验;3)测量耐候桥梁钢锈层试样周浸腐蚀试验前的电容值C0和试验后的电容值Ct;4)计算锈层吸收率α;5)取试验后相同的耐候桥梁钢锈层试样制成薄片放入电位测试装置中,用电位计测量不同溶液浓度比值x时的电位差E;6)将试验结果以E‑x作图,获得曲线斜率为耐候桥梁钢锈层试样对海洋环境腐蚀性离子的阻碍因子β;7)计算评价值K,根据K值的大小评价耐候桥梁钢锈层试样的耐蚀性能。本发明方法可以有效评价耐候桥梁钢在高盐分海洋大气环境下的耐蚀性能,试验周期短,操作简便。

Description

高盐分海洋大气环境中耐候桥梁钢稳定锈层评价方法
技术领域
本发明涉及耐候桥梁钢稳定锈层的技术领域,具体涉及一种高盐分海洋大气环境中耐候桥梁钢稳定锈层评价方法。
背景技术
桥梁钢长期暴露在自然环境中,不同程度的腐蚀会对钢结构件产生不同程度的腐蚀损伤,从而影响其安全可靠性和耐久性。在大气中,碳钢表面形成的锈层疏松,有大量的微裂纹和空洞,故不能起到很好的保护作用。而耐候钢表面会形成致密的锈层,可阻止腐蚀介质的进入,抗大气腐蚀性能相对于碳钢表现出明显的优势。裸装使用是耐候桥梁钢最突出的优点,也是最为常见的使用方法,可以最大程度发挥耐候桥梁钢的效益。自然环境中耐候桥梁钢锈层的稳定性是其耐蚀性能的决定性因素。
耐候桥梁钢大气腐蚀速度与其所处的大气环境密切相关。大气中不同的污染物对钢铁的腐蚀速率有不同的影响。工业性大气中的SO2与海洋性大气中的盐粒子对钢铁腐蚀速度的影响最大,在纯净的乡村大气环境中钢铁腐蚀率很低。海洋大气是我国沿海主要的腐蚀环境,与在内陆地区服役的桥梁钢相比,在海洋大气中服役的桥梁钢面临的主要是腐蚀介质Cl-的侵蚀,渗入锈层中的Cl-也会提高锈层导电性,加速电化学反应过程,使得耐蚀性降低。海洋大气环境中耐候桥梁钢表面可形成内外两层的锈层,且内锈层保护性更好,可有效阻碍Cl-侵入,使得耐候钢在海洋大气中具有优良的耐蚀性,因此对Cl-的防护能力是其锈层稳定性的重要因素。
目前评价耐候桥梁钢锈层稳定性的评价方法主要有目测检查法、胶带黏附试验法、周浸腐蚀试验法等,这些方法都是评价耐候桥梁钢锈层的表面性能,且计算的腐蚀速率更多的反应的基体的腐蚀速率,针对不同的腐蚀环境,特别是海洋环境,还不能直接判断对Cl-的防护能力并评价锈层的耐蚀性优异。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术的不足,提供一种高盐分海洋大气环境中耐候桥梁钢稳定锈层评价方法,该方法有效评价了耐候桥梁钢在高盐分海洋大气环境下的耐蚀性能,而且评价结果不易受到外界因素的干扰,稳定性好。
为实现上述目的,本发明提供的一种高盐分海洋大气环境中耐候桥梁钢稳定锈层评价方法,包括如下步骤:
1)将相同规格尺寸的若干组待试验的耐候桥梁钢锈层试样取样备用,每组钢种选取若干个平行试样;
2)将若干组耐候桥梁钢锈层试样进行周浸腐蚀试验;
3)采用电化学工作站测量耐候桥梁钢锈层试样周浸腐蚀试验前的电容值C0和耐候桥梁钢锈层周浸腐蚀试验后的电容值Ct
4)根据耐候桥梁钢锈层试样周浸腐蚀试验前的电容值C0和耐候桥梁钢锈层周浸腐蚀试验后的电容值Ct,计算锈层吸收率α;
5)取试验后相同的耐候桥梁钢锈层试样制成薄片放入电位测试装置中,用电位计测量不同溶液浓度比值x时的电位差E;
6)将试验结果以E-x作图,获得曲线斜率为耐候桥梁钢锈层试样对海洋环境腐蚀性离子的阻碍因子β;
7)计算评价值K,对照比较各个耐候桥梁钢锈层试样的K值,根据K值的大小评价耐候桥梁钢锈层试样的耐蚀性能。
进一步地,所述步骤2)中,周浸腐蚀试验的温度为30℃~40℃。
进一步地,所述步骤2)中,周浸腐蚀试验中采用NaCl、CaCl2、Na2SO4的混合溶液作为模拟溶液用于模拟高盐分海洋大气环境。
进一步地,所述混合溶液中NaCl的浓度为5%、CaCl2的浓度为0.1%、Na2SO4的浓度为0.05%。
进一步地,所述步骤2)中,周浸腐蚀试验的试验时间为72~96小时。
进一步地,所述步骤4)中,锈层吸收率α由如下公式计算而得:
α=lg(Ct/C0)/R
式中,C0为耐候桥梁钢锈层试样周浸腐蚀试验前的电容值,单位F;Ct为耐候桥梁钢锈层周浸腐蚀试验后的电容值Ct,单位F;R为水溶液的介电常数。
进一步地,所述步骤5)中,电位测试装置包括第一容器和第二容器,所述第一容器和第二容器之间通过连通管连接,所述连通管上设置有耐候桥梁钢锈层试样;
所述第一容器内设置有第一电极,所述第二容器内设置有第二电极,所述第一电极与第二电极之间通过导线连接,所述导线上设置有电位计。
再进一步地,所述第一容器内填充有第一模拟溶液,所述第二容器内填充有第二模拟溶液,所述第二模拟溶液与第一模拟溶液的溶液浓度比值x为0.25~4。
进一步地,第一模拟溶液、第二模拟溶液均为NaCl、CaCl2、Na2SO4的混合溶液。
更进一步地,所述步骤7)中,评价值K由如下公式计算而得:
K=lg(|β|·α)
式中,β为阻碍因子;α为锈层吸收率。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
其一,本发明盐分海洋大气环境下耐候桥梁钢稳定锈层的评价方法根据高盐分海洋大气环境腐蚀特点,采用5%NaCl+0.1%CaCl2+0.05%Na2SO4溶液模拟高盐分海洋大气环境,通过周浸腐蚀试验及电化学测试计算锈层对腐蚀介质的吸收率α,并结合试样在不同浓度比模拟溶液中的阻碍因子β作为锈层耐蚀性评价值K,有效评价了耐候桥梁钢在高盐分海洋大气环境下的耐蚀性能。
其二,本发明盐分海洋大气环境下耐候桥梁钢稳定锈层的评价方法的规律与实地暴晒规律一致,试验周期短,操作简便,设备简单,具有推广意义。
其三,本发明采用的耐候桥梁钢稳定锈层的评价方法能准确地评价耐候桥梁钢在高盐分海洋大气环境下的锈层保护性能,而且评价结果不易受到外界因素的干扰,稳定性好。
附图说明
图1为本发明电位测试装置的结构示意图;
图2为实施例1的以E-x作图的结果示意图;
图3为实施例2的以E-x作图的结果示意图;
图中,第一容器1、第二容器2、连通管3、耐候桥梁钢锈层试样4、第一电极5、第二电极6、导线7、电位计8、第一模拟溶液9、第二模拟溶液10。
具体实施方式
下面结合实施案例详细说明本发明的实施情况,但它们并不构成对本发明的限定,仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
实施例1:
本实施例的高盐分海洋大气环境中耐候桥梁钢稳定锈层评价方法针对不同成分体系的耐候桥梁钢试样(345MPa级别),包括如下步骤:
(1)将相同规格尺寸的待试验的耐候桥梁钢试样取样备用,每个钢种三片平行样;
(2)将多组耐候桥梁钢锈层试样在30℃条件下进行周浸腐蚀试验,采用5%NaCl+0.1%CaCl2+0.05%Na2SO4溶液模拟高盐分海洋大气环境,试验时间为72小时;
(3)采用电化学工作站测量耐候桥梁钢锈层试样周浸腐蚀试验前的电容值C0和耐候桥梁钢锈层周浸腐蚀试验后的电容值Ct
(4)根据耐候桥梁钢锈层试样周浸腐蚀试验前的电容值C0和耐候桥梁钢锈层周浸腐蚀试验后的电容值Ct,计算锈层吸收率α,带入公式计算锈层吸收率:α=lg(Ct/C0)/R;其中,C0为耐候桥梁钢锈层试样周浸腐蚀试验前的电容值,单位F;Ct为耐候桥梁钢锈层周浸腐蚀试验后的电容值Ct,单位F;R是水溶液的介电常数lg81=1.91;
(5)取试验后相同质量的锈层制成薄片,放入图1的电位测试装置中,电位测试装置包括第一容器1和第二容器2,第一容器1和第二容器2之间通过连通管3连接,连通管3上设置有耐候桥梁钢锈层试样4;第一容器1内设置有第一电极5,第二容器2内设置有第二电极6,第一电极5与第二电极6之间通过导线7连接,导线7上设置有电位计8。第一容器1内填充有第一模拟溶液9,第二容器2内填充有第二模拟溶液10,两边溶液为浓度比值x为0.25~4的模拟溶液,用电位计测量不同溶液浓度比时的电位差E;
(6)将试验结果以E-x作图,曲线斜率为锈层对腐蚀性离子的阻碍因子β,当β值为负值时代表锈层对Cl-等海洋环境腐蚀性离子具有选择性,|β|值越小,锈层对Cl-等海洋环境腐蚀性离子阻碍能力越强;
(7)评价值K=lg(|β|·α),对照比较各个耐候桥梁钢锈层试样的K值,根据K值的大小评价所述耐候桥梁钢锈层的耐蚀性能,结果与相同钢种在海洋大气环境下的实地挂片试样结果对比,结果如图1和表1所示:
表1
Figure BDA0003139010410000051
通过该方法,1#试样锈层保护性能最好,本发明试验评价结果与实地挂片腐蚀试验结果一致。
实施例2:
本实施例的高盐分海洋大气环境中耐候桥梁钢稳定锈层评价方法针对相同成分体系不同锈层稳定化处理的耐候桥梁钢试样(345MPa级别),包括如下步骤:
(1)将相同规格尺寸的待试验的耐候桥梁钢试样取样备用,每个钢种三片平行样;
(2)将多组耐候桥梁钢锈层试样在30℃条件下进行周浸腐蚀试验,采用5%NaCl+0.1%CaCl2+0.05%Na2SO4溶液模拟高盐分海洋大气环境,试验时间为72小时;
(3)采用电化学工作站测量耐候桥梁钢锈层试样周浸腐蚀试验前的电容值C0和耐候桥梁钢锈层周浸腐蚀试验后的电容值Ct
(4)根据耐候桥梁钢锈层试样周浸腐蚀试验前的电容值C0和耐候桥梁钢锈层周浸腐蚀试验后的电容值Ct,计算锈层吸收率α,带入公式计算锈层吸收率:α=lg(Ct/C0)/R;其中,C0为耐候桥梁钢锈层试样周浸腐蚀试验前的电容值,单位F;Ct为耐候桥梁钢锈层周浸腐蚀试验后的电容值Ct,单位F;R是水溶液的介电常数lg81=1.91;
(5)取试验后相同质量的锈层制成薄片,放入图1的电位测试装置中,电位测试装置包括第一容器1和第二容器2,第一容器1和第二容器2之间通过连通管3连接,连通管3上设置有耐候桥梁钢锈层试样4;第一容器1内设置有第一电极5,第二容器2内设置有第二电极6,第一电极5与第二电极6之间通过导线7连接,导线7上设置有电位计8。第一容器1内填充有第一模拟溶液9,第二容器2内填充有第二模拟溶液10,两边溶液为浓度比值x为0.25-4的模拟溶液,用电位计测量不同溶液浓度比时的电位差E;
(6)将试验结果以E-x作图,曲线斜率为锈层对腐蚀性离子的阻碍因子β,当β值为负值时代表锈层对Cl-等海洋环境腐蚀性离子具有选择性,|β|值越小,锈层对Cl-等海洋环境腐蚀性离子阻碍能力越强;
(7)评价值K=lg(|β|·α),对照比较各个耐候桥梁钢锈层试样的K值,根据K值的大小评价所述耐候桥梁钢锈层的耐蚀性能,结果与相同钢种在海洋大气环境下的实地挂片试样结果对比,结果如图2和表2所示:
表2
Figure BDA0003139010410000071
通过该方法,6#采用锈层稳定化处理剂处理的试样锈层保护性能最好,在相同时间内形成的锈层保护性能更好,没采取任何稳定化处理的4#试样锈层耐蚀性最差,本发明试验评价结果与实地挂片腐蚀试验结果一致。
本实例结果表明,本发明采用的耐候桥梁钢稳定锈层的评价方法能准确地评价耐候桥梁钢在高盐分海洋大气环境下的锈层保护性能。
以上,仅为本发明的具体实施方式,应当指出,任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内,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,其余未详细说明的为现有技术。

Claims (5)

1.一种高盐分海洋大气环境中耐候桥梁钢稳定锈层评价方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)将相同规格尺寸的若干组待试验的耐候桥梁钢锈层试样取样备用,每组钢种选取若干个平行试样;
2)将若干组耐候桥梁钢锈层试样进行周浸腐蚀试验;
3)采用电化学工作站测量耐候桥梁钢锈层试样周浸腐蚀试验前的电容值C0和耐候桥梁钢锈层周浸腐蚀试验后的电容值Ct
4)根据耐候桥梁钢锈层试样周浸腐蚀试验前的电容值C0和耐候桥梁钢锈层周浸腐蚀试验后的电容值Ct,计算锈层吸收率α;
其中,锈层吸收率α由如下公式计算而得:
α=lg(Ct/C0)/R
式中,C0为耐候桥梁钢锈层试样周浸腐蚀试验前的电容值,单位F;Ct为耐候桥梁钢锈层周浸腐蚀试验后的电容值Ct,单位F;R为水溶液的介电常数;
5)取试验后相同的耐候桥梁钢锈层试样制成薄片放入电位测试装置中,用电位计测量不同溶液浓度比值x时的电位差E;
其中,电位测试装置包括第一容器(1)和第二容器(2),所述第一容器(1)和第二容器(2)之间通过连通管(3)连接,所述连通管(3)上设置有耐候桥梁钢锈层试样(4);
所述第一容器(1)内设置有第一电极(5),所述第二容器(2)内设置有第二电极(6),所述第一电极(5)与第二电极(6)之间通过导线(7)连接,所述导线(7)上设置有电位计(8);
所述第一容器(1)内填充有第一模拟溶液(9),所述第二容器(2)内填充有第二模拟溶液(10),所述第二模拟溶液与第一模拟溶液的溶液浓度比值x为0.25~4;
6)将试验结果以E-x作图,获得曲线斜率为耐候桥梁钢锈层试样对海洋环境腐蚀性离子的阻碍因子β;
7)计算评价值K,对照比较各个耐候桥梁钢锈层试样的K值,根据K值的大小评价耐候桥梁钢锈层试样的耐蚀性能;
其中,评价值K由如下公式计算而得:
K=lg(|β|·α)
式中,β为阻碍因子;α为锈层吸收率。
2.根据权利要求1所述的高盐分海洋大气环境中耐候桥梁钢稳定锈层评价方法,其特征在于:所述步骤2)中,周浸腐蚀试验的温度为30℃~40℃。
3.根据权利要求2所述的高盐分海洋大气环境中耐候桥梁钢稳定锈层评价方法,其特征在于:所述步骤2)中,周浸腐蚀试验中采用NaCl、CaCl2、Na2SO4的混合溶液作为模拟溶液用于模拟高盐分海洋大气环境。
4.根据权利要求3所述的高盐分海洋大气环境中耐候桥梁钢稳定锈层评价方法,其特征在于:所述混合溶液中NaCl的浓度为5%、CaCl2的浓度为0.1%、Na2SO4的浓度为0.05%。
5.根据权利要求4所述的高盐分海洋大气环境中耐候桥梁钢稳定锈层评价方法,其特征在于:所述步骤2)中,周浸腐蚀试验的试验时间为72~96小时。
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