本發(fā)明屬于鋼筋混凝土耐久性試驗(yàn)方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種外滲電加速鋼筋銹蝕測試裝置及搭建方法。

背景技術(shù)：

自然環(huán)境下混凝土中鋼筋的銹蝕是一個(gè)緩慢的過程，鋼筋混凝土構(gòu)件出現(xiàn)耐久性問題至少也需要幾年，這樣就會(huì)使研究變得困難，因此，如何在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下加速混凝土中鋼筋銹蝕并準(zhǔn)確模擬混凝土中鋼筋銹蝕的真實(shí)狀態(tài)，是現(xiàn)在試驗(yàn)研究中所面臨的一個(gè)問題，而且由于鋼筋銹蝕的不均勻性使鋼筋的銹蝕監(jiān)測變得更加困難。

目前常用的鋼筋銹蝕檢測方法主要有聲波探測法、紅外熱成像法、電化學(xué)測試法、陽極梯、環(huán)形多探頭腐蝕傳感器以及基于光纖檢測的odtr法、bodta法、lcfs法、wli法。傳統(tǒng)的聲波探測法、紅外熱成像法、電化學(xué)測試法、陽極梯、環(huán)形多探頭腐蝕傳感器只能夠檢測出鋼筋是否銹蝕或者是鋼筋的銹蝕程度，無法對鋼筋的銹蝕的部位及各部位銹蝕的程度進(jìn)行監(jiān)測?；诠饫w檢測的odtr法、bodta法、lcfs法、wli法雖然可以對鋼筋銹蝕產(chǎn)生的應(yīng)變進(jìn)行很好的監(jiān)測，但是由于光纖不是直接纏繞于鋼筋上所測應(yīng)變不是鋼筋銹蝕產(chǎn)生的真實(shí)應(yīng)變，而且光纖同樣不能對不同部位的鋼筋銹蝕程度進(jìn)行監(jiān)測。此外，利用光纖進(jìn)行鋼筋銹蝕監(jiān)測所需成本高。

已有的與本發(fā)明最相近的試驗(yàn)方案是電遷移氯離子加速鋼筋銹蝕裝置，如附圖1所示，在混凝土試件表面安裝有機(jī)玻璃容器，內(nèi)部注入電解質(zhì)溶液(3.5％氯化鈉溶液)，混凝土試件下方與電解質(zhì)溶液上方均放置不銹鋼板，分別標(biāo)記為s1、s2，s1與混凝土試件間夾海綿墊以保證導(dǎo)電性，整個(gè)混凝土試件浸沒在自來水中，通過直流穩(wěn)壓電源在s1與s2之間施加直流電壓，其中s1接電源正極s2接負(fù)極。通電一段時(shí)間后采用電化學(xué)測試的手段進(jìn)行鋼筋銹蝕監(jiān)測。電解質(zhì)溶液置于有機(jī)玻璃容器中，由于有機(jī)玻璃與混凝土之間的連接需采用環(huán)氧樹脂粘接，這將導(dǎo)致混凝土表面受到玻璃容器和環(huán)氧樹脂的應(yīng)力約束。僅當(dāng)鋼筋銹蝕應(yīng)力很大時(shí)方能導(dǎo)致混凝土開裂，這與沒有約束狀態(tài)下鋼筋混凝土銹蝕開裂的實(shí)際情況不相符合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種外滲電加速鋼筋銹蝕測試裝置及搭建方法，克服現(xiàn)有測試裝置對鋼筋的腐蝕不符合自然銹蝕規(guī)律，鋼筋混凝土銹蝕開裂不符合工程實(shí)際情況，無法檢測鋼筋銹蝕部位以及銹蝕程度等問題。

本發(fā)明提供的一種外滲電加速鋼筋銹蝕測試裝置，包括應(yīng)變采集儀，通過導(dǎo)線與應(yīng)變采集儀電連接的試件，設(shè)置在試件上面的不銹鋼片，設(shè)置在試件上面的電解質(zhì)溶液，以及為不銹鋼片和試件通電的電源。在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還做出如下改進(jìn)：所述試件為內(nèi)部具有貼了應(yīng)變片的鋼筋的混凝土試件，所述應(yīng)變片均通過導(dǎo)線與應(yīng)變采集儀電連接，所述試件頂部預(yù)留凹槽盛裝電解質(zhì)溶液。應(yīng)變片深入鋼筋內(nèi)部，通過應(yīng)變采集儀可實(shí)時(shí)監(jiān)測鋼筋應(yīng)變情況，檢測鋼筋銹蝕部位及情況，免去盛裝電解質(zhì)溶液的有機(jī)玻璃容器，混凝土表面不會(huì)受到有機(jī)玻璃容器的應(yīng)力約束，更符合工程實(shí)際情況。

進(jìn)一步的，所述應(yīng)變片沿環(huán)向貼在鋼筋內(nèi)部設(shè)置的半圓形凹槽內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述鋼筋端部半圓形凹槽內(nèi)沿鋼筋軸向貼應(yīng)變片作為補(bǔ)償片。

進(jìn)一步的，所述試件頂部凹槽兩側(cè)設(shè)置用于觀察混凝土開裂后裂縫的凹邊。

一種外滲電加速鋼筋銹蝕測試裝置的搭建方法，包括如下步驟：

s1、鋼筋處理：對鋼筋進(jìn)行預(yù)處理，在預(yù)處理后的鋼筋內(nèi)部貼應(yīng)變片，且每個(gè)應(yīng)變片連接導(dǎo)線；

s2、制作混凝土澆筑模具：所述混凝土澆筑模具具有一個(gè)頂部敞口的底模，底模內(nèi)底部放置一個(gè)中間凸起的底板，底模內(nèi)底板兩側(cè)放置可架設(shè)步驟s1所述鋼筋的側(cè)板；

s3、制作試件：將步驟s1處理好的鋼筋架在步驟s2的側(cè)板上，向底模內(nèi)澆筑混凝土，待混凝土澆筑完養(yǎng)護(hù)三天后脫模得到試件，試件頂部即具有由底板凸起形成的凹槽；

s4、將步驟s3成型的試件放置于塑料凹槽內(nèi)，并注入沒過所述鋼筋的自來水，在試件頂部凹槽內(nèi)放置不銹鋼片，并注入電解質(zhì)溶液，將電源的正極接鋼筋，負(fù)極接不銹鋼片，鋼筋內(nèi)部的應(yīng)變片連接應(yīng)變采集儀。

進(jìn)一步的，所述鋼筋預(yù)處理的方法為：將鋼筋沿軸向切開分成對稱的兩半，在切開后的鋼筋中間挖出半圓形凹槽，加工好的鋼筋酸洗除銹，在放入堿性溶液中中和后用清水沖洗干凈并烘干，烘干后的鋼筋用鋼刷將內(nèi)部半圓形凹槽打磨光滑。

進(jìn)一步的，所述應(yīng)變片沿半圓形凹槽環(huán)向貼在半圓形凹槽內(nèi)，并保證兩半鋼筋所貼的應(yīng)變片位置保持一致。

進(jìn)一步的，所述鋼筋端部沿鋼筋軸向貼應(yīng)變片作為補(bǔ)償片。

更進(jìn)一步的，所述鋼筋處理還包括將兩半貼好應(yīng)變片的鋼筋用環(huán)氧密封的步驟。

進(jìn)一步的，所述底板的中間凸起兩邊還具有兩個(gè)凸起。

外滲電加速試驗(yàn)所采用的電壓可依據(jù)不同的試驗(yàn)要求來說進(jìn)行設(shè)定，鋼筋內(nèi)部應(yīng)變測試的時(shí)間需要與試件的通電時(shí)間同步進(jìn)行，待混凝土表面裂縫達(dá)到0.2mm(可根據(jù)試驗(yàn)的不同自行設(shè)置)停止通電，其中混凝土的裂縫可以在試件頂部兩側(cè)的凹邊中觀測。

試驗(yàn)過程中可以通過控制電流的大小來控制鋼筋的銹蝕量，根據(jù)法拉第定律可知鋼筋的銹蝕質(zhì)量δm的計(jì)算公式為：

式中：n為被銹蝕溶解鋼筋的物質(zhì)的量，mol；m為鐵的摩爾質(zhì)量，55.8g/mol；q為流過陽極的電量，c；i(t)為外加電流的強(qiáng)度，a；t為外加電流時(shí)間，s；f為法拉第常數(shù)，96485c/mol；z為金屬離子價(jià)數(shù)的絕對值，鐵為2價(jià)。

內(nèi)應(yīng)變測試鋼筋銹蝕的原理：氯離子從上往下滲透，最先侵蝕到鋼筋的上表面，因此鋼筋上部最先發(fā)生銹蝕，產(chǎn)生銹斑積累在鋼筋\混凝土的界面處，銹斑會(huì)對混凝土周圍產(chǎn)生膨脹應(yīng)力f，而鋼筋也會(huì)因此受到反作用力f”，如附圖2所示，導(dǎo)致鋼筋變形，因此我們通過測試鋼筋內(nèi)部應(yīng)變的變化就可以得出鋼筋銹蝕的情況，隨著氯離子的繼續(xù)往下侵蝕，銹蝕逐漸向鋼筋的周圍發(fā)展，鋼筋所受到的反作用力也不斷加大，變形加大，當(dāng)銹斑積累到一定程度后會(huì)造成混凝土開裂，混凝土一旦開裂上部約束力就會(huì)消失，出現(xiàn)應(yīng)力釋放，這時(shí)候鋼筋就會(huì)出現(xiàn)變形回彈現(xiàn)象，這樣我們也可以根據(jù)應(yīng)變的突變點(diǎn)來獲得混凝土開裂的時(shí)間點(diǎn)。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明在進(jìn)行電加速的時(shí)候氯離子是自外向內(nèi)滲透，符合自然情況下氯離子的侵蝕規(guī)律，其銹蝕情況也與自然銹蝕的情況相一致。

2、利用本發(fā)明的試件，我們可以通過兩側(cè)的開口對混凝土的開裂情況進(jìn)行觀察檢測，這樣就不會(huì)影響混凝土開裂之后的后續(xù)試驗(yàn)。

3、通過在鋼筋的內(nèi)部環(huán)貼應(yīng)變片，可以通過根據(jù)所測應(yīng)變值的變化來得到鋼筋的銹蝕情況、銹蝕發(fā)展、混凝土開裂的時(shí)間點(diǎn)等信息。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有電遷移氯離子加速鋼筋銹蝕裝置示意圖，

圖2是本發(fā)明鋼筋銹蝕過程鋼筋、混凝土所受應(yīng)變力情況示意圖，

圖3是實(shí)施例底板結(jié)構(gòu)示意圖，

圖4是實(shí)施例側(cè)板結(jié)構(gòu)示意圖，

圖5是實(shí)施例底板、側(cè)板、鋼筋裝配示意圖，

圖6是實(shí)施例外滲電加速鋼筋銹蝕測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，不能理解為對本發(fā)明具體保護(hù)范圍的限定。

實(shí)施例

本實(shí)施例以制作一個(gè)100×100×300mm³試件，并且試件內(nèi)部設(shè)置直徑25mm的螺紋鋼筋來搭建外滲電加速鋼筋銹蝕測試裝置為例，詳細(xì)說明本發(fā)明測試裝置的具體結(jié)構(gòu)及其搭建方法，所述外滲電加速鋼筋銹蝕測試裝置的搭建方法包括如下步驟：

s1、鋼筋處理：將直徑25mm的螺紋鋼筋沿軸向切開分成對稱的兩半，在切開后的鋼筋中間挖出直徑15mm的半圓形凹槽，加工好的鋼筋酸洗除銹，再放入氫氧化鈣溶液中中和后用清水沖洗干凈并烘干，烘干后的鋼筋用鋼刷將內(nèi)部半圓形凹槽打磨光滑，預(yù)處理后的每半鋼筋內(nèi)部沿半圓形凹槽環(huán)向貼應(yīng)變片三片，在鋼筋端部沿鋼筋軸向貼一片應(yīng)變片作為補(bǔ)償片，且每個(gè)應(yīng)變片連接導(dǎo)線，這樣，每半鋼筋內(nèi)半圓形凹槽內(nèi)均貼了四片應(yīng)變片，并對鋼筋及應(yīng)變片進(jìn)行編號(hào)，鋼筋可以編號(hào)為1#和2#，應(yīng)變片可以編號(hào)為應(yīng)變片1、應(yīng)變片2、應(yīng)變片3、應(yīng)變片1’、應(yīng)變片2’、應(yīng)變片3’，貼的時(shí)候要注意兩半鋼筋貼應(yīng)變片的位置應(yīng)保持一致，最后用環(huán)氧將1#和2#鋼筋粘貼在一起，并將鋼筋兩端口用環(huán)氧封死，防止水分進(jìn)入使鋼筋內(nèi)部銹蝕。

s2、制作混凝土澆筑模具：所述混凝土澆筑模具具有一個(gè)頂部敞口的底模，底模內(nèi)底部放置一個(gè)具有三個(gè)凸起的底板，所述凸起一個(gè)位于中間部分，其尺寸較大，另外兩個(gè)分列與中間大凸起的兩側(cè)，尺寸較小，參照圖3，所述底板長度為289mm，寬度為99mm，厚度為20mm，其中間大凸起長度為150mm，寬度為30mm，厚度為15mm，兩側(cè)小凸起長度為49.5mm，寬度為30mm，厚度為15mm，底模內(nèi)底板兩側(cè)放置可架設(shè)步驟s1所述鋼筋的側(cè)板，參照圖4，所述側(cè)板高度為100mm，寬度為99mm，中間開有直徑為27mm的孔，孔的圓心至側(cè)邊底邊的垂直高度為53.5mm，所述底板、側(cè)板與鋼筋組裝在一起的示意圖如圖5所示。

s3、制作試件：將步驟s1處理好的鋼筋架在步驟s2的側(cè)板上，向底模內(nèi)澆筑混凝土，待混凝土澆筑完養(yǎng)護(hù)三天后脫模，除去底板和側(cè)板，得到試件如圖6所示。底板的設(shè)計(jì)目的就是讓試件的上部中間形成凹槽，用以放置電解質(zhì)溶液，底板大凸起的長度和高度分別對應(yīng)著試件頂部凹槽的長度和深度，可根據(jù)相應(yīng)的測試裝置進(jìn)行自行調(diào)整。底板還設(shè)置了兩個(gè)小凸起，就是讓試件頂部形成兩個(gè)凹邊，用以觀察混凝土開裂情況。側(cè)板的作用用來控制鋼筋的位置，側(cè)板底部設(shè)置為99mm的目的為便于插入底模中，開孔的位置需要和底板凸起的高度相結(jié)合，本實(shí)施例所成型鋼筋混凝土構(gòu)件的保護(hù)層為25mm，故開孔位置設(shè)計(jì)在距底部53.5mm處，最終成型的混凝土構(gòu)件的保護(hù)層為53.5-15(底板凸起的高度)-13.5(側(cè)板開孔半徑)＝25mm。

s4、將步驟s3成型的試件放置于塑料凹槽內(nèi)，并注入沒過所述鋼筋的自來水，在試件頂部凹槽內(nèi)放置不銹鋼片，并注入電解質(zhì)溶液，本實(shí)施例注入的是海水，將電源的正極接鋼筋，負(fù)極接不銹鋼片，鋼筋內(nèi)部的應(yīng)變片連接應(yīng)變采集儀，完成測試裝置的搭建。

以上實(shí)施例僅以一種尺寸的試件及鋼筋為例來說明測試裝置的搭建方法，那么根據(jù)不同測試需求，其他尺寸的試件和鋼筋可根據(jù)實(shí)際需求自行調(diào)整，不再贅述。

由以上搭建方法搭建的外滲電加速鋼筋銹蝕測試裝置如圖6所示，包括應(yīng)變采集儀、電源、試件、塑料凹槽，所述應(yīng)變采集儀電連接試件內(nèi)的應(yīng)變片，所述電源正極電連接試件內(nèi)部的鋼筋，負(fù)極電連接試件頂部凹槽內(nèi)的不銹鋼片，所述試件頂部的凹槽內(nèi)盛放海水，所述試件整個(gè)放置在玻璃凹槽內(nèi)，玻璃凹槽內(nèi)注入自來水，自來水沒過鋼筋位置。