CN104568732A - 一种快速测定钢筋腐蚀速率的实验装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种快速测定钢筋腐蚀速率的实验装置及其测试方法，该方法为：一、制备试样；二、配制溶液；三、搭建装置；四、安装试样；五、测试试样。本发明提供的一种采用宏电池快速测定钢筋腐蚀速率的实验装置及测试方法，能够保证测试时，试样不发生缝隙腐蚀，实验测试精度高，通过对钢筋进行电化学线性极化法测试和钢筋混凝土试样的服役环境投样测试表明测试结果具有一致性，有效地证明了该试验方法的有效性。
Description
技术领域
本发明涉及一种测定钢筋腐蚀速率的方法，具体地说是一种快速测定混凝土用钢筋腐蚀速率的方法，属于金属材料的腐蚀性能检测方法技术领域。
背景技术
钢筋作为建筑材料已被广泛地用在混凝土结构建筑中。钢筋混凝土结构经常未达到服役年限就提前发生破坏，原因是钢筋发生了锈蚀，累积的锈蚀产物使混凝土产生内应力而开裂，所以，评价钢筋的腐蚀性能非常重要。腐蚀速率是表征钢筋腐蚀性能的重要参数之一。测定腐蚀速率的通常用失重法，但是当试样与环境介质的作用表现为钝化体系时，试样的腐蚀损失量较小，受天平量程限制，失重法往往不可取，往往采用电化学法，通过测试电化学反应的电流密度，换算成腐蚀速率，如宏电池电流法。
宏电池电流法就是在腐蚀原电池的阳极和阴极之间连接一个电阻，通过测试该电阻上的电压来计算回路中的腐蚀电流。针对宏电池法回路电流测试，中国专利201120053871.1提到了一种宏电池的电流电位测量装置，该装置能够测量电路中微安级的腐蚀电流进而减低实验误差，提高实验的准确性（耿春雷. 一种宏电池的电流电位测量装置[P].中国专利，201120053871.1.2011-03-03）。目前，也有一些标准化的宏电池腐蚀测试方法，如ASTM A955/A955M-12的附录中提供了2种宏电池测试法（ASTM A955/A955M-09a，Standard Specification for Deformed and Plain Stainless-Steel Bars for Concrete Reinforcement.）。两种方法均在阴极和阳极之间串联了一个10欧姆的电阻，采用灵敏电压表测试电阻上的电压计算腐蚀电流，第一种方法的阴极和阳极的回路是由混凝土模拟液和盐桥构成，第二种方法的阴极和阳极的回路是由混凝土构成。采用第一种方法测试钢筋试样时，试样腐蚀位置多位于试样底部末端，即试样发生了缝隙腐蚀，另外在试样、混凝土模拟液和空气三者接触的部位，也是腐蚀多发区，而从实验原理来看，希望腐蚀发生在浸泡在溶液以下的钢筋表面上，所以，测试结果不能反应钢筋的真实腐蚀情况。第二种方法采用钢筋混凝土试样，试样制备繁琐，操作复杂。此外，ASTM G109-2007规定了与ASTM A955/A955M-12的附录中提供了第二种宏电池测试法相类似的方法，但是阴极和阳极间串联的电阻为100欧姆，同样的该标准存在试样制备繁琐，操作复杂的特点（ASTM G109-2007，Standard Test Method for Determining Effects of Chemical Admixtures on Corrosion of Embedded Steel Reinforcement in Concrete Exposed to Chloride Environments.）。
宏电池电流法是评价钢筋腐蚀速率的重要方法之一，但是现有宏电池法一般仅适用于不锈钢钢筋的腐蚀性能评价，而对中低合金的钢筋的适用性尚不明确。并且存在试验周期长，试样制作繁琐，操作复杂等缺点。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种快速测定钢筋腐蚀速率的方法，解决测定低合金钢筋的腐蚀速率时存在钢筋试样易发生缝隙腐蚀，实验测试精度低，实验测试结果有效性差的问题。
本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现：一种快速测定钢筋腐蚀速率的方法，包括以下步骤：
Ⅰ、制备试样：选用棒状钢筋试样，所述钢筋的一端用导线焊接，所述导线的表面包覆有绝缘保护套，将钢筋的端部及导线用环氧树脂密封；
Ⅱ、配制溶液：采用电导率小于2μs/cm的去离子水配制溶液，并配制阳极混凝土模拟液与阴极混凝土模拟液；
Ⅲ、搭建装置：将实验装置分为阳极反应槽与阴极反应槽，阳极反应槽内放置阳极混凝土模拟液，阴极反应槽内放置阴极混凝土模拟液；阳极反应槽与阴极反应槽之间通过盐桥相连接，并将连接完成的盐桥、阳极反应槽与阴极反应槽置入恒温装置内；
Ⅳ、安装试样：将试样全部浸入反应槽内的溶液中；由至少两个试样和阴极混凝土模拟液组成阴极，由一个钢筋试样和阳极混凝土模拟液组成阳极，并在阴极和阳极之间串联一个100Ω的电阻；并通过恒温装置控制测试溶液温度恒定；
Ⅴ、测试试样：安装完毕后，开始进行测试，测试时间为8周，并定期更换溶液及盐桥，根据电压转换腐蚀速率（μm/a）公式：腐蚀速率 = 11.6·i c = 11600·V/(A·R)，其中：i c ：腐蚀电流密度（μA/cm2），V：100欧姆电阻上的电压降（mV），A：阳极钢筋裸露的面积（cm2），R：电阻（Ω），得到阴极与阳极中试样的腐蚀速率随时间的变化关系图。
进一步的，前述的快速测定钢筋腐蚀速率的方法，步骤Ⅱ中的阳极混凝土模拟液为含有质量分数为0～15%氯化钠的氢氧化钙溶液，阴极混凝土模拟液为饱和氢氧化钙溶液。配制的溶液采用电导率小于2μs/cm的去离子水目的是为了使溶液纯净，以免引入其他杂质影响；阳极混凝土模拟液为含有质量分数为0～15%的氯化钠的氢氧化钙溶液，以模拟不同环境中的氯化钠含量，实际混凝土孔隙液中的氯化钠含量几乎不可能存在超过15%。
进一步的，前述的快速测定钢筋腐蚀速率的方法，步骤Ⅲ中的盐桥包括一根呈U形的玻璃管，所述玻璃管内填充有凝胶，凝胶成分为琼脂、氯化钾和蒸馏水，其质量比为9:60:200。以防止溶液中的有害离子扩散到参比电极的内盐桥溶液中影响其电极电位。
进一步的，前述的快速测定钢筋腐蚀速率的方法，步骤Ⅳ中通过恒温装置控制混凝土模拟液的温度保持在25℃；且在阴极区内设有进气管，所述进气管内长通氧气，通氧气量为100mL/min。通过恒温装置控制混凝土模拟液的温度为25℃便于测试体系处于恒定环境，消除温度对实验的影响；阴极区通氧气量为100mL/min，采用定值通氧气，便于阴极反应。
进一步的，前述的快速测定钢筋腐蚀速率的方法，测试溶液每周更换一次，盐桥每3天更换一次；以防止溶液和盐桥填充物质变质。
本发明，其突出效果为：本发明提供的一种采用宏电池快速测定钢筋腐蚀速率的实验装置及测试方法，能够保证测试时，试样不发生缝隙腐蚀，实验测试精度高，通过对钢筋进行电化学线性极化法测试和钢筋混凝土试样的服役环境投样测试表明测试结果具有一致性，有效地证明了该试验方法的有效性。
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1是本发明的钢筋试样结构示意图。
图2是本发明的实验装置的结构示意图。
图3是本发明两种钢筋（去除表面氧化铁皮）的腐蚀速率随时间变化关系图。
图4是本发明两种钢筋（未去除表面氧化铁皮）腐蚀速率随时间变化关系图。
具体实施方式
实施例1
首先制备试样：按照图1制作试样，选用φ16×125mm的1#和2#去除表面氧化铁皮的棒状钢筋试样，钢筋1的一端用导线2焊接，同时导线的表面包覆有绝缘保护套，将钢筋的端部及导线用环氧树脂3密封，而钢筋裸露长度为100mm。
其次配制溶液：采用电导率小于2μs/cm的去离子水配制溶液，并配制阳极混凝土模拟液与阴极混凝土模拟液，该阳极混凝土模拟液为含有质量分数为0～15%氯化钠的氢氧化钙溶液，阴极混凝土模拟液为饱和氢氧化钙溶液。
搭建装置并安装试样：按照图2搭建实验装置，包括左右两边对称设置的阳极测试机构、阴极测试机构、电流测试装置及恒温装置，其中，阳极测试机构及阴极测试机构之间通过盐桥4相连接，盐桥包括盐桥玻璃管，盐桥玻璃管的表面向上延伸形成上立管，上立管上设有加液口，盐桥玻璃管的左右两端向下延伸形成下侧管，下侧管的末端通过多孔陶瓷封装；该阳极测试机构包括阳极反应槽5，阳极反应槽内注有阳极溶液6，阳极溶液内浸泡有阳极测试样7，阳极反应槽上设有阳极反应槽端盖8；阴极测试机构包括阴极反应槽9，阴极反应槽内注有阴极溶液10，阴极溶液内浸泡有阴极测试样11，阴极反应槽上设有阴极反应槽端盖12，且阴极反应槽端盖上设有开孔，开孔内通有氧气发生装置，该盐桥玻璃管内填充有凝胶，凝胶成分为琼脂、氯化钾和蒸馏水，其质量比为9:60:200；将连接完成的盐桥、阳极反应槽与阴极反应槽置入恒温装置内。
之后，将试样全部浸入反应槽内的溶液中；由两个试样和阴极混凝土模拟液组成阴极，由一个钢筋试样和阳极混凝土模拟液组成阳极，并在阴极和阳极之间串联一个100Ω的电阻；通过恒温装置控制混凝土模拟液的温度保持在25℃；同时，在阴极区内设有进气管13，该进气管内长通氧气，通氧气量为100mL/min。
安装完毕后，开始进行测试，测试时间为8周，每1周更换一次测试溶液，每3天更换一次盐桥。测试开始后，第一个星期，每隔一天记录一次电压表读数，此后，每隔一个星期记录一次读数。并根据电压转换腐蚀速率（μm/a）公式：腐蚀速率 = 11.6·i c = 11600·V/(A·R)，其中：i c ：腐蚀电流密度（μA/cm2），V：100欧姆电阻上的电压降（mV），A：阳极钢筋裸露的面积（cm2），R：电阻（Ω），得到阴极与阳极中去除表面氧化铁皮试样的腐蚀速率随时间的变化关系图，如图3所示。
实施例2
首先制备试样：按照图1制作试样，选用φ11.3×125mm的1#和2#未去除表面氧化铁皮的棒状钢筋试样，钢筋1的一端用导线2焊接，同时导线的表面包覆有绝缘保护套，将钢筋的端部及导线用环氧树脂3密封，而钢筋裸露长度为60mm。
其次配制溶液：采用电导率小于2μs/cm的去离子水配制溶液，并配制阳极混凝土模拟液与阴极混凝土模拟液，该阳极混凝土模拟液为含有质量分数为0～15%氯化钠的氢氧化钙溶液，阴极混凝土模拟液为饱和氢氧化钙溶液。
搭建装置并安装试样：按照图2搭建实验装置，包括左右两边对称设置的阳极测试机构、阴极测试机构、电流测试装置及恒温装置，其中，阳极测试机构及阴极测试机构之间通过盐桥相连接，盐桥包括盐桥玻璃管，盐桥玻璃管的表面向上延伸形成上立管，上立管上设有加液口，盐桥玻璃管的左右两端向下延伸形成下侧管，下侧管的末端通过多孔陶瓷封装；该阳极测试机构包括阳极反应槽，阳极反应槽内注有阳极溶液，阳极溶液内浸泡有阳极测试样，阳极反应槽上设有阳极反应槽端盖；阴极测试机构包括阴极反应槽，阴极反应槽内注有阴极溶液，阴极溶液内浸泡有阴极测试样，阴极反应槽上设有阴极反应槽端盖，且阴极反应槽端盖上设有开孔，开孔内通有氧气发生装置，该盐桥玻璃管内填充有凝胶，凝胶成分为琼脂、氯化钾和蒸馏水，其质量比为9:60:200；将连接完成的盐桥、阳极反应槽与阴极反应槽置入恒温装置内。
之后，将试样全部浸入反应槽内的溶液中；由两个试样和阴极混凝土模拟液组成阴极，由一个钢筋试样和阳极混凝土模拟液组成阳极，并在阴极和阳极之间串联一个100Ω的电阻；通过恒温装置控制混凝土模拟液的温度保持在25℃；同时，在阴极区内设有进气管，该进气管内长通氧气，通氧气量为100mL/min。
安装完毕后，开始进行测试，测试时间为8周，每1周更换一次测试溶液，每3天更换一次盐桥。测试开始后，第一个星期，每隔一天记录一次电压表读数，此后，每隔一个星期记录一次读数。并根据电压转换腐蚀速率（μm/a）公式：腐蚀速率 = 11.6·i c = 11600·V/(A·R)，其中：i c ：腐蚀电流密度（μA/cm2），V：100欧姆电阻上的电压降（mV），A：阳极钢筋裸露的面积（cm2），R：电阻（Ω），得到阴极与阳极中去除表面氧化铁皮试样的腐蚀速率随时间的变化关系图，如图4所示。
Claims (6)
1.一种快速测定钢筋腐蚀速率的实验装置，其特征在于：包括左右两边对称设置的阳极测试机构、阴极测试机构、电流测试装置及恒温装置，所述阳极测试机构及阴极测试机构之间通过盐桥相连接；所述阳极测试机构包括阳极反应槽，所述阳极反应槽内注有阳极溶液，所述阳极溶液内浸泡有阳极测试样，所述阳极反应槽上设有阳极反应槽端盖；所述阴极测试机构包括阴极反应槽，所述阴极反应槽内注有阴极溶液，所述阴极溶液内浸泡有阴极测试样，所述阴极反应槽上设有阴极反应槽端盖，且阴极反应槽端盖上设有开孔，所述开孔内通有氧气发生装置；所述电流测试装置包括电阻和电压表，所述电阻通过导线分别与阳极测试样及阴极测试样相连接，形成原电池电路回路，电压表与并联在电阻两端。
2.根据权利要求1所述的一种快速测定钢筋腐蚀速率的方法，其特征在于：包括以下步骤：
Ⅰ、制备试样：选用棒状钢筋试样，所述钢筋的一端用导线焊接，所述导线的表面包覆有绝缘保护套，将钢筋的端部及导线用环氧树脂密封；
Ⅱ、配制溶液：采用电导率小于2μs/cm的去离子水配制溶液，并配制阳极混凝土模拟液与阴极混凝土模拟液；
Ⅲ、搭建装置：搭建所述快速测定钢筋腐蚀速率的实验装置；
Ⅳ、安装试样：将试样全部浸入反应槽内的溶液中；由至少两个试样和阴极混凝土模拟液组成阴极，由一个钢筋试样和阳极混凝土模拟液组成阳极，并在阴极和阳极之间串联一个100Ω的电阻；并通过恒温装置控制测试溶液温度恒定；
Ⅴ、测试试样：安装完毕后，开始进行测试，测试时间为8周，并定期更换溶液及盐桥，根据电压转换腐蚀速率（μm/a）公式：腐蚀速率 = 11.6·i c = 11600·V/(A·R)，其中：i c ：腐蚀电流密度（μA/cm2），V：100欧姆电阻上的电压降（mV），A：阳极钢筋裸露的面积（cm2），R：电阻（Ω），得到阴极与阳极中试样的腐蚀速率随时间的变化关系图。
3.根据权利要求1所述的快速测定钢筋腐蚀速率的方法，其特征在于：所述步骤Ⅱ中的阳极混凝土模拟液为含有质量分数为0～15%氯化钠的氢氧化钙溶液，阴极混凝土模拟液为饱和氢氧化钙溶液。
4.根据权利要求1所述的快速测定钢筋腐蚀速率的方法，其特征在于：所述步骤Ⅲ中的盐桥玻璃管内填充有凝胶，凝胶成分为琼脂、氯化钾和蒸馏水，其质量比为9:60:200。
5.根据权利要求1所述的快速测定钢筋腐蚀速率的方法，其特征在于：所述步骤Ⅳ中通过恒温装置控制混凝土模拟液的温度保持在25℃；且在阴极区内设有进气管，所述进气管内长通氧气，通氧气量为100mL/min。
6.根据权利要求1所述的快速测定钢筋腐蚀速率的方法，其特征在于：所述测试溶液每周更换一次，盐桥每3天更换一次。
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