[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

说明书

模拟混凝土中钢筋自然非均匀锈蚀的加速试验方法与装置，所述的方法包括在混凝土中预埋不锈钢丝，并对混凝土试块进行恒电流通电，进行电解反应；所述的装置包括模具单元、施力单元、待测试块和通电单元。所述模具单元包括浇筑待测试件的模具、通孔螺栓和紧固螺栓；所述施力单元包括支架、下支点、上支点、加载螺杆和顶紧螺栓；所述待测试块包括混凝土基体、钢筋和不锈钢丝电极；所述通电单元采用稳压稳流直流电源。本发明的有益效果是：试验周期短、能有效模拟钢筋自然非均匀锈蚀；且可以有效控制钢筋沿圆周方向不均匀锈蚀的位置、锈蚀范围和锈蚀程度，以及沿钢筋长度方向的不均匀锈蚀；减少了由于混凝土电阻而产生的能量损失，预测结果精确度高。

技术领域

本发明涉及一种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。

背景技术

由于混凝土结构在取材、成本、维护方面的优势，一直在土建工程中占有主导地位，在重大土木工程(大型建筑工程、桥梁工程、水工与港工工程)中有着非常广泛的应用。处于海洋环境和除冰盐环境条件下的混凝土结构，钢筋腐蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素。由混凝土结构耐久性所带来的经济损失，无论对发达国家还是发展中国家，均带来了巨大的经济损失，已引起国内外的广泛关注。针对钢筋锈蚀导致混凝土保护层锈胀开裂的研究，已经涌现出了大量的成果。试验研究是理论研究深入的辅助手段，而试验技术决定了试验研究的准确性。

钢筋锈蚀会对混凝土产生锈胀力，由此导致混凝土开裂从而降低混凝土结构的服役性能。研究不同钢筋、混凝土和锈蚀程度对混凝土锈胀开裂的影响具有重要意义。针对混凝土结构锈胀开裂过程的研究，目前所采用的试验方法主要有：自然锈蚀法、人工环境加速锈蚀法和基于电化学的通电加速锈蚀法。

自然锈蚀法通常需要在海洋环境中建立自然侵蚀暴露站，将钢筋混凝土构件或缩尺结构模型置于自然侵蚀环境，在不同时间对混凝土中钢筋锈蚀情况进行检测或检测，从而采集自然条件下钢筋锈蚀的一手数据。然而，通常情况下钢筋混凝土结构的设计寿命为几十年甚至上百年，要研究混凝土结构整个生命周期的钢筋锈蚀问题，需要几代人的共同努力，显然不能满足完善设计方法的需求。因此，采用强度等级较低的混凝土材料或降低混凝土保护层厚度以加快钢筋锈蚀速率的方法广为采用。采用自然锈蚀法存在很多困难，难以在短期内取得系统的研究成果。

环境条件是影响混凝土中侵蚀介质传输和钢筋锈蚀速率的重要因素。为了改善自然锈蚀法的不足，增加试验的可行性，通过人工气候环境法在试验室内加速侵蚀介质的传输，以达到缩短钢筋锈蚀时间的目的，进而建立人工加速锈蚀与自然锈蚀的关系。该方法仍然基于自然锈蚀的机理，所采用的加速侵蚀方法主要有：提高侵蚀介质的浓度、环境温度，以及通过盐雾环境或干湿循环环境改善混凝土内部的饱和度等。通过人工气候环境法所获取的数据对建立用于混凝土结构服役寿命预测的方法或模型具有很好的参考价值，试验时间通常为几个月至几年的时间，试验周期仍然较长，且人工模拟环境试验箱造价较高，仍然限制试验研究的广泛开展。

可见，根据钢筋锈蚀发展的自然规律，基于自然锈蚀的试验方法只能在一定范围内加速钢筋锈蚀速率，缩短研究周期。将电化学电解原理应用到加速混凝土中钢筋锈蚀试验，建立基于电化学的通电加速锈蚀法，无疑是大大缩短试验周期的有效途径。通电加速锈蚀方法是将混凝土中待锈蚀钢筋作为阳极，用不锈钢或铜片作阴极，结合混凝土材料的多孔性特征，以混凝土中的孔溶液为介质，通过控制电流强度与通电时间，根据法拉第定律，人为控制钢筋的目标锈蚀量。由于通电法具有钢筋锈蚀速度快，易于控制钢筋锈蚀程度的优点，因此在钢筋锈蚀试验中得到了广泛的应用。然而，根据电化学原理，将钢筋混凝土构件置于盐水溶液中进行通电加速锈蚀，会使得钢筋产生均匀锈蚀，这与自然条件下面向混凝土保护层一边首先出现半月形的锈蚀并导致保护层一边混凝土开裂的事实不符。显然，基于此试验方法的研究成果不能有效的用于钢筋混凝土结构耐久性预测。