[发明专利]一种批量制作局部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局部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。

目前在试验室进行局部锈蚀试验研究多为钢筋混凝土试件中钢筋发生坑蚀，主要的试验方法有以下两种：

（1）              半湿法加速锈蚀。这种方法主要用在于浇筑好的钢筋混凝土试件，研究钢筋坑蚀后对构件承载能力的影响。试验方法一般先设定钢筋坑蚀的区域，如钢筋端部或者中部区域。试验前用能蓄水的布材包裹于锈蚀区域的混凝土表面，再用铜板或者不锈钢板粘附于布材上，润湿充分时间后接通电源，此时钢筋混凝土构件内指定区域的钢筋部分为阳极，布材上的金属板材为阴极。定期在锈蚀区域浇水，保证反应所需的水分盐分和氧气。根据Faraday定律确定电流值大小和通电时间，以达到钢筋目标锈蚀量。

（2）              PVC套管法。这种方法主要用于单根钢筋的坑蚀试验，研究具体形状和尺寸的锈坑对钢筋力学性能的影响。试验首先要根据实际情况确定锈坑的形状，钢筋表面宏观可见的锈坑形状大致可分为四种，分别是：凹槽形，长椭球形，深椭球形和圆形。然后确定坑蚀产生的区域，一般为钢筋端部或者中部区域。选取PVC套管，其直径与试验对应的钢筋直径相当，在具体指定区域切割出预定锈坑形状。将钢筋插入PVC套管中，用硅胶封闭好，仅露出锈坑位置。将加工好的试件与阴极一同放入氯化钠溶液中，通过Faraday定律确定电流值大小和通电时间，达到钢筋目标锈蚀量。

当试验预定锈蚀试件有其特殊要求时，以上试验方法就无法采用。

当锈蚀试验样本在单一局部锈坑的位置及尺寸要求较为精确时，例如在栓钉上实现可控制的局部锈蚀，也就是锈坑形状、尺寸、生成的位置是可以具体确定的，半湿法加速锈蚀是使一个区域内的钢筋发生锈蚀，锈坑数量、形状、尺寸都是无法预测的，不符合较为精确的试验要求。

PVC套管法可以很好地控制锈坑参数，当锈蚀样本几何尺寸上不均匀，例如普通栓钉都是带钉帽的，用PVC套管套住几何不规则的栓钉有诸多不方便的地方，并且PVC套管法需要用硅胶封住其他区域，试验后需要称重衡量栓钉质量折减，硅胶很难去除干净，这就为试验增加不便。且制作PVC管工序及后期开槽工序较为麻烦，采用此方法对批量制作局部坑蚀试件而言时间把握及成本控制均不理想。