本實(shí)用新型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(cè)試裝置。

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(guò)程，鋼筋混凝土構(gòu)件出現(xiàn)耐久性問(wèn)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(wèn)題，而且由于鋼筋銹蝕的不均勻性使鋼筋的銹蝕監(jiān)測(cè)變得更加困難。

目前常用的鋼筋銹蝕檢測(cè)方法主要有聲波探測(cè)法、紅外熱成像法、電化學(xué)測(cè)試法、陽(yáng)極梯、環(huán)形多探頭腐蝕傳感器以及基于光纖檢測(cè)的ODTR法、BODTA法、LCFS法、WLI法。傳統(tǒng)的聲波探測(cè)法、紅外熱成像法、電化學(xué)測(cè)試法、陽(yáng)極梯、環(huán)形多探頭腐蝕傳感器只能夠檢測(cè)出鋼筋是否銹蝕或者是鋼筋的銹蝕程度，無(wú)法對(duì)鋼筋的銹蝕的部位及各部位銹蝕的程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)?；诠饫w檢測(cè)的ODTR法、BODTA法、LCFS法、WLI法雖然可以對(duì)鋼筋銹蝕產(chǎn)生的應(yīng)變進(jìn)行很好的監(jiān)測(cè)，但是由于光纖不是直接纏繞于鋼筋上所測(cè)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(duì)不同部位的鋼筋銹蝕程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此外，利用光纖進(jìn)行鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)所需成本高。

已有的與本實(shí)用新型最相近的試驗(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(méi)在自來(lái)水中，通過(guò)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(cè)試的手段進(jìn)行鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)。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(shù)脂粘接，這將導(dǎo)致混凝土表面受到玻璃容器和環(huán)氧樹(shù)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(kāi)裂，這與沒(méi)有約束狀態(tài)下鋼筋混凝土銹蝕開(kāi)裂的實(shí)際情況不相符合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種外滲電加速鋼筋銹蝕測(cè)試裝置，克服現(xiàn)有測(cè)試裝置對(duì)鋼筋的腐蝕不符合自然銹蝕規(guī)律，鋼筋混凝土銹蝕開(kāi)裂不符合工程實(shí)際情況，無(wú)法檢測(cè)鋼筋銹蝕部位以及銹蝕程度等問(wèn)題。

本實(shí)用新型提供的一種外滲電加速鋼筋銹蝕測(cè)試裝置，包括應(yīng)變采集儀，通過(guò)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，本實(shí)用新型還做出如下改進(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(guò)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(guò)應(yīng)變采集儀可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼筋應(yīng)變情況，檢測(cè)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(kāi)裂后裂縫的凹邊。

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(lái)說(shuō)進(jìn)行設(shè)定，鋼筋內(nèi)部應(yīng)變測(cè)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?jī)蓚?cè)的凹邊中觀測(cè)。

試驗(yàn)過(guò)程中可以通過(guò)控制電流的大小來(lái)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(guò)陽(yáng)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(duì)值，鐵為2價(jià)。

內(nèi)應(yīng)變測(cè)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(duì)混凝土周?chē)a(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(guò)測(cè)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?chē)l(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(kāi)裂，混凝土一旦開(kāi)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(lái)獲得混凝土開(kāi)裂的時(shí)間點(diǎn)。

本實(shí)用新型的有益效果：

1、本實(shí)用新型在進(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、利用本實(shí)用新型的試件，我們可以通過(guò)兩側(cè)的開(kāi)口對(duì)混凝土的開(kāi)裂情況進(jìn)行觀察檢測(cè)，這樣就不會(huì)影響混凝土開(kāi)裂之后的后續(xù)試驗(yàn)。

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

附圖說(shuō)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是本實(shí)用新型鋼筋銹蝕過(guò)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(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、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(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)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實(shí)用新型，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型具體保護(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(lái)搭建外滲電加速鋼筋銹蝕測(cè)試裝置為例，詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型測(cè)試裝置的具體結(jié)構(gòu)，所述外滲電加速鋼筋銹蝕測(cè)試裝置通過(guò)如下方法搭建：

S1、鋼筋處理：將直徑25mm的螺紋鋼筋沿軸向切開(kāi)分成對(duì)稱(chēng)的兩半，在切開(kāi)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，烘干后的鋼筋用剛鋼刷將內(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(duì)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?qǐng)D3，所述底板長(zhǎng)度為289mm，寬度為99mm，厚度為20mm，其中間大凸起長(zhǎng)度為150mm，寬度為30mm，厚度為15mm，兩側(cè)小凸起長(zhǎng)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?qǐng)D4，所述側(cè)板高度為100mm，寬度為99mm，中間開(kāi)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(zhǎng)度和高度分別對(duì)應(yīng)著試件頂部凹槽的長(zhǎng)度和深度，可根據(jù)相應(yīng)的測(cè)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(kāi)裂情況。側(cè)板的作用用來(lái)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(méi)過(guò)所述鋼筋的自來(lái)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(cè)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(lái)說(shuō)明測(cè)試裝置如何搭建，那么根據(jù)不同測(cè)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(cè)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(lái)水，自來(lái)水沒(méi)過(guò)鋼筋位置。