CN204718941U - 一种模拟钢筋混凝土自然锈蚀的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模拟钢筋混凝土自然锈蚀的装置，尤其涉及钢筋混凝土中钢筋模拟自然锈蚀的自动控制装置及耐久性快速试验方法。钢筋混凝土中钢筋模拟自然锈蚀的自动控制装置，包括电源、控制器、电磁阀、传感器、主水管、喷淋花洒、电极、电解质储液罐、实验槽、直流稳压器、钢筋混凝土试样。本实用新型通过调整NaCl溶液浓度，湿盐砂湿度及电流强度，能够在实验室条件下模拟自然腐蚀环境作用，利用测试时程采集数据，实时控制监测，较好的获得腐蚀环境钢筋混凝土劣化试件。锈蚀试件可用于研究钢筋混凝土性能退化后的钢筋锈蚀形貌、腐蚀物侵蚀深度等耐久性能及试件力学性能。
Description
技术领域
本实用新型属于钢筋混凝土技术领域，具体是一种模拟钢筋混凝土自然锈蚀的装置。
背景技术
大型混凝土工程是国家社会经济的重要基础设施与生命线工程，其安全正常运行对于社会可持续发展有重大作用，若因耐久性设计不足而造成结构失效，必然会导致财产和经济的巨大损失。
重大钢筋混凝土结构大都处于露天环境，承受风吹雨淋及腐蚀介质(如氯离子、酸雨、二氧化碳等)的作用，混凝土结构损伤加剧，结构性能退化速度加快，严重威胁结构的安全和服役寿命。其中，由于混凝土结构中钢筋锈蚀导致的结构、构件损伤现象较为普遍，因此考虑钢筋锈蚀作用引起的结构、构件耐久性损伤，对钢筋混凝土结构进行耐久性评估及寿命预测是非常必要的。
目前，开展钢筋混凝土耐久性锈蚀试验的试件的来源主要有以下几种：长期自然暴露方法，电化学快速锈蚀方法和实际工程拆换构件法。①长期自然暴露方法是将钢筋混凝土试件暴露在自然环境中，如大气、海洋环境中等，该试验方法时间较长，科研效率较低。②电化学快速锈蚀方法通过电源施加电流，以NaCI溶液为电解质，通过电解池原理及法拉第定律，控制电流密度和通电时间达到混凝土中钢筋锈蚀目的。该试验方法由于试验周期短、锈蚀效果明显，在耐久性试验中被广泛采用。该方法缺点是锈蚀状态通常为均匀锈蚀，且锈蚀产物初期易溶于水，难于堆积，试验参数控制变异较大等， 与混凝土中钢筋自然锈蚀有一定差异。③拆换构件法是将实际工程中的钢筋混凝土锈蚀构件采用拆换或替换方法，然后开展科研试验。由于可拆换或替换的实际工程较少，取样样本有限，开展科研试验有一定的局限性。由此可见，如何在试验室环境下更好的模拟实际工程中钢筋混凝土构件的锈蚀过程，使试验结果与实际相吻合，是科研工作者亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型的目的在于利用混凝土中钢筋锈蚀原理，提供可以模拟钢筋混凝土中钢筋自然锈蚀的控制装置及耐久性快速试验装置。
为了实现上述任务，本实用新型采用如下技术方案：
一种模拟钢筋混凝土自然锈蚀的装置，该装置包括实验槽和喷淋装置，实验槽内放置待锈蚀试件、保湿材料和电极，待锈蚀试件和电极交替埋设在保湿材料内；
喷淋装置设置在实验槽的上方将电解质溶液喷淋在实验槽内。
具体的，所述的待锈蚀试件为钢筋混凝土试件，该钢筋混凝土试件包括钢筋架和填充钢筋架的混凝土层；
钢筋混凝土试件的截面为150mm×300mm的长方形，钢筋混凝土试件的长为2700mm，钢筋架外的混凝土层厚度为25mm。
更具体的，所述的钢筋架为长方体状的架体，钢筋架包括沿长方体四个棱边设置的纵筋和沿垂直于纵筋方向设置的第一箍筋区、第二箍筋区和第三箍筋区；
纵筋包括两条第一纵筋和两条第二纵筋，第二纵筋的直径大于第一纵筋的直径，两条第一纵筋相邻设置，两条第二纵筋相邻设置；
第一箍筋区A设置并列箍筋，第一箍筋区A相邻箍筋间的距离为100mm， 第二箍筋区B设置并列箍筋，第二箍筋区B相邻箍筋间的距离为150mm，第三箍筋区C设置并列箍筋，第三箍筋区C相邻箍筋间的距离为100mm。
再具体的，所述的第二纵筋为HRB400级φ20mm的钢筋，第一纵筋为HRB400级φ14mm的钢筋，箍筋为HRB400级直径8mm的钢筋。
进一步的，所述的喷淋装置包括储液罐和喷头，喷头设置在实验槽的上方，喷头与储液罐连通将储液罐中的电解质喷淋在实验槽内。
更进一步的，该装置还包括湿度传感器、电磁阀和控制器，湿度传感器埋设在保湿材料内并与控制器连接，电磁阀设置在喷淋装置上控制喷淋装置的开关，控制器与电磁阀连接；
所述的控制器的型号为DHT11，电磁阀的型号为2W-500-50，湿度传感器的型号为HTF3223。
本实用新型的优点为：
(1)本实用新型使电极、待锈蚀试件与保湿材料内的电解质形状电解回路，进行钢筋混凝土试件的锈蚀试验，不仅解决了原有的浸泡在电解质溶液中锈蚀物易溶解流失的问题，同时从锈蚀率和裂缝宽度的测量结果来看，本实用新型方法进行的锈蚀实验更接近自然状态下的钢筋混凝土的锈蚀，试验结果得到了更加准确的模拟效果；
(2)采用本实用新型的锈蚀装置，可在实验室条件下模拟自然腐蚀环境作用，利用测试时程采集数据，实时控制监测，较好的获得腐蚀环境钢筋混凝土劣化试件，锈蚀试件可用于研究钢筋混凝土性能退化后的钢筋锈蚀形貌、腐蚀物侵蚀深度等耐久性能及试件力学性能。
附图说明
图1是本实用新型模拟钢筋混凝土自然锈蚀的装置结构示意图；
图2是本实用新型模拟钢筋混凝土自然锈蚀的混凝土试样及通电示意 图；
图3是本实用新型试件的结构正视图；
图4是图3的左视图；
图中各标号表示为：1-控制器、2-电磁阀、3-储液罐、4-出液管、5-喷头、6-实验槽、7-湿度传感器、8-待锈蚀试件、801-第一纵筋、802-第二纵筋、9-电极、10-直流稳压电源、11-数据记录仪；
A-第一箍筋区、B-第二箍筋区、C-第三箍筋区、E-锈蚀堆积点；
以下结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
具体实施方式
本实用新型采用保湿材料将电解质溶液堆积在待锈蚀的试件周围，将待腐蚀的钢筋埋在带有电解质溶液的保湿材料内，同时将电极埋设在相邻试件的空隙保湿材料内，使电极、待锈蚀试件与保湿材料内的电解质形成电解回路，进行钢筋混凝土试件的锈蚀试验，不仅解决了原有的浸泡在电解质溶液中锈蚀物易溶解的问题，同时从锈蚀率和裂缝宽度的测量结果来看，本实用新型方法进行的锈蚀试验更接近自然状态下的钢筋混凝土的锈蚀，试验结果得到了更加准确的模拟效果。
本实用新型采用的保湿材料为建筑、公路或相关领域常用的能使物体保持一定湿度的材料，可选的保湿材料为河砂、海绵、棕榈等保湿效果优良的材料，优选河砂作为保湿材料，河砂经一定浓度的盐水进行喷淋得到一定湿度的砂体，河砂粒径为0.1～0.25mm，含泥量(质量分数)≤5.0％，湿盐砂的湿度为40％～50％，盐水为质量百分比浓度为3.5％～5％的NaCl溶液。
实施例一：
结合图1和2，本实施例的模拟钢筋混凝土自然锈蚀的装置包括控制器1、 电磁阀2、储液罐3、出液管4、喷头5、实验槽6、湿度传感器7、待锈蚀试件8、电极9、直流稳压电源10和数据记录仪11，其中：
控制器1的型号为DHT11，电磁阀2的型号为2W-500-50，湿度传感器7的型号为HTF3223。
控制器1分别连接湿度传感器7和电磁阀2，储液罐3上连通出液管4，出液管4的端部连接喷头5，实验槽6放置在喷头5的下方，喷头5将储液罐3中的液体喷淋到实验槽6内，电磁阀2设置在出液管4上控制其开关，湿度传感器7深入实验槽6测定其中的湿度；
电极9为铜片电极，待锈蚀试件8放置在实验槽6内进行锈蚀实验，待锈蚀试件8的周围填埋含有电解质溶液的保湿材料，电极9埋设在相邻待锈蚀试件8中间的保湿材料内，待锈蚀试件8上的待锈蚀钢筋与直流稳压电源10的正极相连，电极9与直流稳压电源10的负极相连，数据记录仪11用于记录直流稳压电源10的电流变化。
实施例二：
如图3和图4所示，首先制作待锈蚀试件8：试件设计为适筋梁，采用木模可实现混凝土浇筑过程中的钢筋定位，待锈蚀试件8的截面为150mm×300mm，待锈蚀试件8的长为2700mm；第二纵筋802选用2根HRB400级φ20mm的钢筋，第一纵筋801为2根HRB400级φ14mm的钢筋，两个第一纵筋801和两个第二纵筋802组成断面为长方形的框架结构，该框架结构通过沿长度方向依次设置的第一箍筋区A、第二箍筋区B和第三箍筋区C进行绑扎固定，第一箍筋区A设置并列箍筋，第一箍筋区A相邻箍筋间的距离为100mm，第二箍筋区B设置并列箍筋，第二箍筋区B相邻箍筋间的距离为150mm，第三箍筋 区C与第一箍筋区A相同，箍筋均选用HRB400级直径8mm的钢筋，框架结构外的混凝土保护层厚度为25mm；
为方便导线连接，第二纵筋802端部可伸出待锈蚀试件8端部50mm，在净跨度以外的部分涂环氧树脂进行保护。本实用新型只考虑主筋锈蚀也就是第二纵筋802的锈蚀，故在箍筋与第一纵筋和第二纵筋的相交部位用塑料软套管绝缘，并对箍筋、架立筋采用环氧树脂涂层保护，防止其锈蚀。待锈蚀试件8浇筑完成后放入标养室养护28天，然后自然养护至90天，待强度稳定后，可开展锈蚀试验。
实施例三：
将实施例二中的试件放在实施例一中的装置内进行锈蚀试验，过程如下：
本实施例采用的保湿材料为粒径0.1～0.25mm含泥量(质量分数)≤5.0％的渭河细砂，将河砂清洗后晾晒完全干燥，将处理后的河砂喷淋质量百分比浓度为3.5％～5％的NaCl溶液，使河砂湿度保持在40％～45％；
本实施例的电极9通电电流强度为40μA/cm2；
如图2所示，用砖砌体砌筑实验槽6，实验槽6的长4m、宽3.2m、高为40cm，实验槽6的内表面做防水处理，将8个待锈蚀试件8移入实验槽6内，使待锈蚀试件8受拉纵筋一侧(底面)朝上，以方便观测钢筋锈蚀状态，底部放置混凝土垫块，垫块尺寸为240mm×120mm×50mm，相邻待锈蚀试件8之间距离约10cm，用于放置电极9；将湿盐砂倒入放置好待锈蚀试件8的实验槽6中，砂表面高度保持在低于待锈钢筋(即第二纵筋802)20～30mm处；
用导线将待锈蚀试件8上的第二纵筋802与24V的直流稳压电源10的正极相连，将连接直流稳压电源10负极的电极9埋入相邻待锈蚀试件8间的湿盐砂 中，储液罐中电解液为质量百分比浓度为3.5％～5％的NaCl溶液，湿度传感器7的湿度控制范围为40％～45％。
在锈蚀区段试件上覆盖棕垫或海绵减缓湿盐砂水分蒸发，用湿盐砂作为导电介质，在待锈蚀试件8、电极9和直流稳压电源10之间形成一个电解回路。
试验前先将待锈蚀试件8在质量百分比浓度为3.5％～5％的NaCl溶液的食盐水中浸泡两天后再进行锈蚀试验，锈蚀试验开始时首先将直流稳压电源10的电压调节旋钮调至最高，电流调节旋钮调至最低，开启电源开关，转动电流调节旋钮至电流达到预设值40μA/cm2；待锈蚀试件8达到预定锈蚀状态后，关闭电源，拆除钢筋上的导线，将待锈蚀试件8从实验槽6中吊出，准备进行后续试验。
通过质量损失率的计算原理对锈蚀后的待锈蚀试件8进行了锈蚀率和裂缝宽度的测定，测定结果见表1。
实施例四：
试件截面尺寸为100mm×100mm×200mm，试件放入3％NaCl溶液中，钢筋接直流电源正极，铜片接负极进行通电锈蚀，结果见表1。见文献：徐港等.掺盐率对钢筋混凝土试件通电锈蚀特征的影响.混凝土.2010(3)。
实施例五：
将试块浸泡在浓度为5％的NaCl溶液中，试件、不锈钢，电源形成电解回路，试块尺寸为150mm×150mm×150mm，结果见表1。见文献：吴锋，张章，龚景海.基于锈胀裂缝的锈蚀梁钢筋锈蚀率计算.建筑结构学报.2013(10)。
本实用新型方法和装置处理后的试件与实施例四、五相比，相同锈蚀率本装置产生的锈胀裂缝宽度较宽，试验结果更加接近自然的模拟状态；采用本实用新型的装置及锈蚀方法，钢筋表面无流动状态的溶液，锈蚀产物不易流失，能够堆积在钢筋表面，可较好的模拟实际工程中钢筋锈蚀发展过程；
通过本实用新型的装置和方法，通电锈蚀25天试件钢筋锈蚀率达0.42％，裂缝宽度0.10mm；通电锈蚀90天试件钢筋锈蚀率达1.43％，裂缝宽度1.00mm。
本实用新型以上实施例的钢筋混凝土模拟自然锈蚀的自动控制装置，将钢筋混凝土试件放入湿盐砂电解质中，通过调整NaCl溶液浓度，湿盐砂湿度及电流强度，研究腐蚀环境对钢筋混凝土结构性能退化产生的影响。本实用新型可在实验室条件下模拟自然腐蚀环境作用，利用测试时程采集数据，实时控制监测，较好的获得腐蚀环境钢筋混凝土劣化试件。锈蚀试件可用于研究钢筋混凝土性能退化后的钢筋锈蚀形貌、腐蚀物侵蚀深度等耐久性能及试件力学性能。
Claims (6)
1.一种模拟钢筋混凝土自然锈蚀的装置，其特征在于，该装置包括实验槽(6)和喷淋装置，实验槽(6)内放置待锈蚀试件(8)、保湿材料和电极(9)，待锈蚀试件(8)和电极(9)交替埋设在保湿材料内；
喷淋装置设置在实验槽(6)的上方将电解质溶液喷淋在实验槽(6)内。
2.如权利要求1所述的模拟钢筋混凝土自然锈蚀的装置，其特征在于，所述的待锈蚀试件(8)为钢筋混凝土试件，该钢筋混凝土试件包括钢筋架和填充钢筋架的混凝土层；
钢筋混凝土试件的截面为150mm×300mm的长方形，钢筋混凝土试件的长为2700mm，钢筋架外的混凝土层厚度为25mm。
3.如权利要求2所述的模拟钢筋混凝土自然锈蚀的装置，其特征在于，所述的钢筋架为长方体状的架体，钢筋架包括沿长方体四个棱边设置的纵筋和沿垂直于纵筋方向设置的第一箍筋区(A)、第二箍筋区(B)和第三箍筋区(C)；
纵筋包括两条第一纵筋(801)和两条第二纵筋(802)，第二纵筋(802)的直径大于第一纵筋(801)的直径，两条第一纵筋(801)相邻设置，两条第二纵筋(802)相邻设置；
第一箍筋区(A)设置并列箍筋，第一箍筋区(A)相邻箍筋间的距离为100mm，第二箍筋区(B)设置并列箍筋，第二箍筋区(B)相邻箍筋间的距离为150mm，第三箍筋区(C)设置并列箍筋，第三箍筋区(C)相邻箍筋间的距离为100mm。
4.如权利要求3所述的模拟钢筋混凝土自然锈蚀的装置，其特征在于，所述的第二纵筋(802)为HRB400级的钢筋，第一纵筋(801)为HRB400级的钢筋，箍筋为HRB400级直径8mm的钢筋。
5.如权利要求1所述的模拟钢筋混凝土自然锈蚀的装置，其特征在于，所述的喷淋装置包括储液罐(3)和喷头(5)，喷头(5)设置在实验槽(6)的上方，喷头(5)与储液罐(3)连通将储液罐(3)中的电解质喷淋在实验槽(6)内。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的模拟钢筋混凝土自然锈蚀的装置，其特征在于，该装置还包括湿度传感器(7)、电磁阀(2)和控制器(1)，湿度传感器(7)埋设在保湿材料内并与控制器(1)连接，电磁阀(2)设置在喷淋装置上控制喷淋装置的开关，控制器(1)与电磁阀(2)连接；
所述的控制器(1)的型号为DHT11，电磁阀(2)的型号为2W-500-50，湿度传感器(7)的型号为HTF3223。
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| CN111504895A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-07 | 华侨大学 | 一种室外模拟钢筋混凝土构件锈蚀试验装置及试验方法 |
| CN112146998A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-29 | 福建工程学院 | 一种模拟钢筋混凝土梁纵筋腐蚀的方法 |
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| CN104964920B (zh) * | 2015-06-05 | 2018-06-12 | 西安建筑科技大学 | 一种模拟钢筋混凝土自然锈蚀的装置及方法 |
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