[发明专利]模拟混凝土中钢筋自然非均匀锈蚀的试验方法及试验装置

权利要求书

1.模拟混凝土中钢筋自然非均匀锈蚀的试验方法，包括以下步骤：

1)模具的准备：将不锈钢丝贯穿模具侧面并锁紧，并使得不锈钢丝的两端落在模具之外，调整好不锈钢丝的张紧度以及长度后，将待锈蚀的钢筋装在模具内；所述的不锈钢丝根据试验目的确定其表面是否设置绝缘层；

2)制备混凝土试件：在模具中浇筑混凝土，1天龄期后拆模，然后将混凝土试件养护到计划龄期；其中拆模前先放松不锈钢丝；

3)恒电流通电锈蚀：根据预期锈蚀率或锈层厚度分布，设定通电电流并计算通电时间；将不锈钢丝一端与稳压稳流直流电源负极连接，将待锈蚀钢筋与稳压稳流直流电源正极连接，打开稳压稳流直流电源通电，设定通电电流大小，记录通电电流和通电时间进行通电锈蚀，达到预计通电时间后，关闭电源；

4)根据公式(1)计算钢筋锈层厚度：锈层厚度与电流密度、通电时间和角度之间的关系式：

式中，T_r为锈层分布厚度，单位为mm；i为腐蚀电流密度，单位为A/mm²；r为钢筋半径，单位为mm；t为通电时间，单位为s；θ为角度；当钢筋半径r确定，只要有效控制腐蚀电流密度i和通电时间t，便可使钢筋达到预期锈蚀率，并能够预测非均匀分布的锈层在角度θ处的锈层厚度T_r。

2.如权利要求1所述的模拟混凝土中钢筋自然非均匀锈蚀的试验方法，其特征在于：步骤3的通电时间根据公式(2)计算：

式中，t为通电时间，单位为s；Z_Fe为铁的化合价，取2；F为法拉第常数，单位为C/mol；M_Fe为铁的原子量，取56g/mol；I为所加电流大小，单位为A；A₀为钢筋原始截面积，单位为mm²；L为钢筋锈蚀段长度，单位为mm；γ_s为钢筋密度，取7.85×10^-3g/mm³；ρ为平均锈蚀率。

3.如权利要求2所述的模拟混凝土中钢筋自然非均匀锈蚀的试验方法构建的试验装置，其特征在于：包括模具单元、施力单元、待测试件和通电单元，所述的待测试件装在所述的模具单元的模具内，所述的待测试件内部埋置钢筋和不锈钢丝，所述的施力单元卡在待测试件的不锈钢丝上；所述的通电单元的正极与待测试件的钢筋电连，所述的通电单元的负极与待测试件的不锈钢丝电连；

所述模具单元包括用于浇筑待测试件的模具和通孔螺栓，模具对称的两个侧面预留用于贯穿钢筋的第一孔洞和用于贯穿不锈钢丝的第二孔洞；所述的通孔螺栓与所述的第二孔洞螺接，所述的通孔螺栓的轴向设有用于不锈钢丝贯穿的通孔，实现模具内外腔的连通；所述的通孔螺栓头部设有防止不锈钢丝回缩的第一顶紧螺栓；

所述施力单元包括支架和加载螺杆，所述的支架包括第一连杆、第二连杆，所述的第一连杆的前端设有用于卡在不锈钢丝上的上支点，所述的第一连杆的末端与所述的第二连杆铰接；所述的第二连杆的前端设有用于卡在不锈钢丝上的下支点，所述的第二连杆的末端以及所述的第一连杆分别与加载螺杆螺接形成三角几何结构，通过所述的加载螺杆调整第一连杆和第二连杆之间夹角大小；

所述待测试件包括混凝土基体、钢筋和不锈钢丝，所述的钢筋和不锈钢丝平行埋置于混凝土基体内部；

所述通电单元采用稳压稳流直流电源，并且直流电源的正极与待测试件的钢筋电连，直流电源的负极与待测试件的不锈钢丝电连。

4.如权利要求3所述的模拟混凝土中钢筋自然非均匀锈蚀的试验装置，其特征在于：所述模具包括底模和矩形侧模，所述的侧模由两片L型钢板围成，两片L型钢板首尾通过固定螺栓固接；并且所述的侧模的L型钢板通过紧固螺栓固定在底模上。

5.如权利要求3所述的模拟混凝土中钢筋自然非均匀锈蚀的试验装置，其特征在于：所述的上支点和所述的下支点上各设有用于穿过不锈钢丝的预留孔，其中上支点的预留孔处配有用于固定不锈钢丝的第二顶紧螺栓。