[发明专利]一种批量制作均匀锈蚀金属试件的试验方法及试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及制作锈蚀金属试件的试验方法，尤其涉及一种批量制作均匀锈蚀金属试件的试验方法及试验系统。

背景技术

土木工程中包含大量金属试件，如钢筋、栓钉、钢梁等，实际工程都处于自然环境中，面临各种恶劣天气以及有害介质，金属试件都会发生锈蚀。锈蚀后的金属材料力学性能会有不同程度的下降，对结构物的使用性能甚至安全性能造成危害。

于是土木工程试验研究中的一个方向，就是对金属试件的锈蚀展开研究，一般在实验室条件下对金属试件进行模拟的人工环境锈蚀，之后对锈蚀金属试件进行力学试验，已获得其力学性能。

在土木工程金属锈蚀试验研究中，很关键的一个环节，就是模拟自然条件下的金属试件锈蚀。由于实际环境中的金属试件需要几年或者几十年达到较大的锈蚀程度，实验室中难以实现。一般需要采取其他的措施，对金属试件进行加速锈蚀。

为了研究金属锈蚀后材料微观结构的差异和力学性能的下降，实验室经常采用人工加速方法制作锈蚀金属试件，一般为通电加速锈蚀的试验方法。采用通电加速锈蚀方法，可以用比自然界高若干倍的速率得到锈蚀试件，试验中锈蚀速率可以控制，加速锈蚀的过程可以被观察并且相关数据可以被记录，使得对金属锈蚀后的研究更加方便快捷。目前通电加速锈蚀技术已经广泛用于各大高校及研究机构关于材料技术工程、土木工程耐久性等针对金属锈蚀的研究，主要有钢筋锈蚀后力学性能的研究、钢筋锈蚀后的微观研究、钢筋锈蚀后与混凝土的粘接滑移研究、钢筋锈蚀后构件与结构总体力学性能的研究的方向。

金属在自然界的锈蚀比较缓慢，在实验室中一般采用通电加速锈蚀的方法实现锈蚀，以期在较短时间内获得所需金属锈蚀率的试件。通电加速锈蚀试验遵循着Faraday（法拉第）定理，通常用其推算出金属试件的通电时间与其理论锈蚀率的关系。

Faraday定律可以指导通电锈蚀试验，由于通电时间与理论锈蚀率成正比，改变试件表面的电流密度以控制金属的锈蚀速率，则可得到目标锈蚀率。

目前实验室内对钢筋锈蚀进行的试验研究，为了使钢筋在短时间内锈蚀，一般将钢筋浇筑于混凝土中，采用通电加速锈蚀方法获得锈蚀钢筋。操作方法一般包括：确定钢筋表面的电流密度，用法拉第定律计算好锈蚀时间，养护钢筋混凝土试件至预定龄期后，对非锈蚀区域采取必要的封闭措施，之后将试件放入制配好的氯化钠溶液中，将连接电源的负极放入溶液中，接通电源。钢筋的锈蚀程度衡量一般采用称重法，用质量损失来表征其锈蚀程度的大小。之后采用拉伸试验来测量锈蚀钢筋屈服强度、极限强度以及伸长率等数据。

采用传统的通电锈蚀试验方法（即应用Faraday定律指导的通电锈蚀试验）做出来的锈蚀钢筋试件，主要表现为分布不均匀的坑蚀，钢筋表面锈蚀状况不相一致，在钢筋纵向截面的锈蚀情况也相差很大。这是由于实验过程中钢筋表面任何一点都可能成为阳极，由于钢筋一般带肋，表面情况有一定差异，而跟钢筋每一处接触的溶液性质也不相一致，再加上锈蚀产物的积累使得反应中钢筋某些表面与溶液不能很好接触，通电锈蚀后钢筋通常无法达到均匀锈蚀，难以对金属材料锈蚀进行比较细致的研究。

其次，用称重法算出的锈蚀率，是钢筋纵向锈蚀程度的一个平均值，将钢筋试件的损伤都一并包含在内。而在拉伸试验中，锈蚀钢筋都有一个控制截面，往往是局部锈蚀最大的截面，此时称重法得到的锈蚀率并不能表征控制截面的损伤程度。

再者，Faraday定律用于金属锈蚀有较多理论假设，在实验室条件下有不少无法改变的自然因素和人为因素，影响着Faraday定律应用于实验室金属锈蚀的精度，比如昼夜温差使得溶液温度不恒定，试件在容器中的放置方式无法使每一处金属表面与溶液接触的状况一致，锈蚀产物生成后附着于金属表面甚至堆积成一层坚硬的壳状物，阻碍试件充分反应，这些产物无法在生成后立即清除，随反应进行溶液的浓度也发生着变化等等，这些因素都在试验过程中被显著地表现出来；最后，在以往关于钢筋混凝土锈蚀的试验研究中，发现Faraday定律指导的通电锈蚀试验精度都不是很令人满意。

再者，传统试验方法为了隔离锈蚀区外的区域与溶液接触，一般用环氧树脂或石蜡等环涂于钢筋表面，这些材质在硬化后非常难去除。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种批量制作均匀锈蚀金属试件的试验方法及试验系统。

本发明提供了一种批量制作均匀锈蚀金属试件的试验方法，包括以下步骤：