快速模拟测试混凝土中钢筋腐蚀性能的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料耐腐蚀性能测试领域，涉及测试钢筋耐腐蚀性能的方法，特别涉及一种快速模拟测试混凝土中钢筋腐蚀性能的方法。
【背景技术】
[0002]钢筋腐蚀引起混凝土结构耐久性降低一直是混凝土工程领域最受关注的课题之一，许多科研人员对此进行了大量实验研宄。
[0003]研宄表明，混凝土中钢筋发生腐蚀破坏的原因是钢筋表面不同区域形成了电位差，即在钢筋表面不同电位区段形成阳极和阴极，并且阳极部位的钢筋表面处于活化状态，可以自由地释放电子，钢筋阳极处于活化状态的前提条件是钢筋钝化膜的破坏，即通常所说的“去钝化”。混凝土碳化和腐蚀离子(主要是氯离子)侵蚀是引起钢筋表面去钝化的主要原因。
[0004]腐蚀离子的侵蚀有两种主要途径，一是混凝土拌和用水中溶有含腐蚀离子的盐，这些离子在混凝土拌和浇筑之后便停留其中，并缓慢迀移到钢筋表面；另一种途径是含有这些离子的盐附着于混凝土表面，从外界渗入到混凝土中并迀移到钢筋表面引发腐蚀反应。当前，国内外学者普遍用混凝土包覆钢筋，然后置于含腐蚀离子的盐溶液中并定时测量钢筋电位的方法测量钢筋的腐蚀电位。
[0005]然而，由于氯离子在混凝土中的扩散速率很慢，现代混凝土又越来越密实，导致这种测试方法往往需要持续数月甚至数年的时间。另外，由于钢筋完全包覆在固态混凝土中，所测得的实验结果往往不稳定，难以准确反映钢筋电位的本质变化过程。
【发明内容】
[0006]有鉴于上述国内外研宄现状与背景，本发明目的在于提供一种测试周期更短，测试结果更准确的模拟测试混凝土中钢筋腐蚀性能的方法。
[0007]本发明提供的快速模拟测试混凝土中钢筋腐蚀性能的方法，包括以下步骤:
[0008]I)、取待测钢筋并利用环氧树脂包覆其侧柱面；
[0009]2)、配制含有腐蚀离子的腐蚀盐溶液；
[0010]3)、清洗打磨待测钢筋的上下端面并将待测钢筋下端面置于腐蚀液中；
[0011]4)、将腐蚀盐溶液置于测试装置的不同位置，使其置于恒温环境下并向腐蚀盐溶液中放入铜电极和待测钢筋；
[0012]5)、利用电化学工作站记录钢筋腐蚀电位随时间的变化过程。
[0013]结束测试后还包括观察溶液颜色变化及测量钢筋下端面腐蚀面积大小等步骤，利用专用装置测试混凝土中钢筋腐蚀规律。该专用测试装置包括通过螺栓连接固定的上下铝合金板，所述上下铝合金板之间、下铝合金板上以阵列方式设有多个试剂瓶，所述上铝合金板与各试剂瓶对应位置分别设有铜电极插孔、参比电极插孔和钢筋插孔。
[0014]进一步，所述试剂瓶容积为80-120ml，测试时间为280_350min，钢筋下端面没入腐蚀液深度为10mm。
[0015]本发明的有益效果在于:本发明对钢筋进行预处理后直接置于腐蚀盐溶液中以模拟混凝土孔隙液对钢筋的腐蚀性能进行研宄，可以大幅缩短测试时间，并避免了包覆混凝土层及混凝土保护层和内部结构的不均匀性对测试过程的影响，所得测试结果更加准确。
【附图说明】
[0016]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:
[0017]图1为本发明快速模拟测试混凝土中钢筋腐蚀性能的方法所用装置的结构示意图；
[0018]图2为测试装置在试验测试时的实际图；
[0019]图3为测试装置中的每个试剂瓶编号图；
[0020]图4为测量钢筋腐蚀电位的电化学工作站；
[0021]图5为实施例1中不同浓度NaCl溶液中钢筋腐蚀电位随时间变化曲线；
[0022]图6为采用常规方法所得不同浓度NaCl溶液配制的混凝土试块中钢筋腐蚀电位随时间变化曲线；
[0023]图7为实施例1中不同浓度NaCl溶液钢筋腐蚀终电位及其与传统混凝土包覆法测得的腐蚀终电位的对比；
[0024]图8为实施例2中不同浓度NH4Cl溶液中钢筋腐蚀电位随时间变化曲线；
[0025]图9为不同浓度的NH4Cl溶液配制的混凝土试块中钢筋腐蚀电位随时间的变化曲线；
[0026]图10为实施例3中不同浓度Na2SO4S液中钢筋腐蚀电位随时间变化曲线；
[0027]图11为不同浓度的Na2SO4溶液配制的混凝土试块中钢筋腐蚀电位随时间的变化曲线；
[0028]图12为实施例3中钢筋在不同浓度Na2SO4溶液中的锈蚀面积；
[0029]图13为实施例1中钢筋在不同浓度NaCl溶液中的锈蚀面积；
[0030]图14为实施例4中不同浓度(NH4)2SO4S液中钢筋腐蚀电位随时间变化曲线；
[0031]图15为不同浓度的(NH4)2SO4溶液配制的混凝土试块中钢筋腐蚀电位随时间的变化曲线。
【具体实施方式】
[0032]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0033]实施例1:
[0034]本实施例为快速模拟测试混凝土中腐蚀离子对钢筋腐蚀性能的方法，将按照如下步骤进行:
[0035]I)、取待测钢筋并利用环氧树脂包覆其侧柱面；
[0036]2)、配制含有腐蚀离子的腐蚀液，本实施例中，腐蚀盐溶液为NaCl溶液；
[0037]3)、清洗打磨待测钢筋的上下端面并将待测钢筋下端面置于腐蚀盐溶液中；
[0038]4)、将配制的7种不同浓度的NaCl溶液置于恒温环境下，盖上上面板并将铜电极和待测钢筋插入并固定在上面板对应插孔中，使其下端面均浸入腐蚀盐溶液液面之下大约1mm ；
[0039]5)、利用电化学工作站记录钢筋发生腐蚀电化学反应时的电位值随时间的变化过程;
[0040]6)、结束测试，绘制钢筋在不同浓度NaCl溶液中腐蚀电位值随时间的变化曲线并观察溶液颜色变化及钢筋下端面的腐蚀面积大小。
[0041]测试装置在试验测试时的实际图如图2所示，测量钢筋腐蚀电位的电化学工作站如图4所示。
[0042]本实施例中:利用如图1所示专用装置测试钢筋在不同浓度NaCl溶液中的腐蚀规律，该专用测试装置包括通过螺栓连接固定的上下铝合金板，所述上下铝合金板之间、下铝合金板上以阵列方式设有多个试剂瓶，所述上铝合金板与各试剂瓶对应位置分别设有铜电极插孔、参比电极插孔和钢筋插孔；
[0043]本实施例中:专用装置设有15个腐蚀液试剂瓶，每7个为一组，各组分别装有不同浓度的含单一腐蚀离子的盐溶液，剩下一个试剂瓶装蒸馏水作为空白对照；
[0044]使用时，向如图3所示装置编号为1-7的试剂瓶中分别注入10ml的不同浓度的氯化钠溶液(包括编号15的蒸馏水对照组)，然后盖上上面板并插入待测钢筋和铜电极，使其上端面分别连接电化学工作站的工作电极(W)和对电极(C)，记录不同浓度NaCl溶液下钢筋腐蚀电位值随时间变化结果，如图5所示。
[0045]由图5可以看出，随着试验的进行，7种不同浓度的NaCl溶液中钢筋的腐蚀电位值均随时间的增加而逐渐降低(负电位值升高)，但降幅逐渐降低，并在大约300-350分钟之间趋于平稳，达到一个稳定值。
[0046]由图5可以看出，随着NaCl溶液浓度的上升，钢筋的稳定腐蚀电位Est也逐渐降低。
[0047]图6为采用普通方法即用上述不同浓度的NaCl溶液配制的混凝土试块中测得的钢筋腐蚀电位值随时间的变化曲线，从图6中也可以看出，同浓度NaCl溶液中随着时间的增加，钢筋的腐蚀电位也随之降低，但是降幅逐渐减小，并最终趋于稳定；不同浓度NaCl溶液之间，随其浓度的增加，腐蚀电位也随之降低。
[0048]对比图5、6可以看出，图5与图6中钢筋发生腐蚀电化学反应时的电位值随时间变化趋势完全相同，同时，从图7可以看出，采用本发明方法所测得钢筋腐蚀电位最终稳定值Est的变化趋势与传统的混凝土包覆法测得的钢筋腐蚀电位最终稳定值的变化趋势也基本相同。由此可见，采用本发明方法所测得钢筋腐蚀性能与混凝土中钢筋腐蚀情况具有较高的吻合度，完全能够反映混凝土中钢筋的腐蚀性能。但本发明测试装置的测试时间明显低于传统的混凝土包覆法的测试时间，因而具有测试周期短，测试方法简单的优点；从图5、6、7对比分析本发明方法和传统的混凝土包覆法的实验结果可以看出，本发明方法在研宄不同浓度NaCl溶液对钢筋腐蚀能力及腐蚀速率的影响上比传统混凝土包覆法更加灵敏和简便。因而，本发明方法不仅更快，而且更准，推广应用价值明显。
[0049]实施例2
[0050]本实施例为快速模拟测试混凝土中腐蚀离子对钢筋腐蚀性能的方法，将按照如下步骤进行:
[0051]I)、取待测钢筋并利用环氧树脂包覆其侧柱面；
[0052]2)、配制含有腐蚀离子的腐蚀盐溶液，本实施例中，腐蚀盐溶液为NH4Cl溶液；
[0053]3)、清洗打磨待测钢筋的上下端面并将待测钢筋下端面置于腐蚀盐溶液中；
[0054]4)、将配制的7种不同浓度的NH4Cl溶液置于恒温环境下，盖上上面板并将铜电极和待测钢筋插入并固定在上面板对应插孔中，使其下端面均浸入腐蚀盐溶液液面之下大约1mm ；
[0055]5)、利用电化学工作站记录钢筋发生腐蚀电化学反应时的电位值随时间的变化过程;
[0056]6)、结束测试，绘制钢筋在不同浓度NH4Cl溶液中腐蚀电位值随时间的变化曲线并观察溶液颜色变化及钢筋下端面的腐蚀面积大小。
[0057]本实施例中:同样利用如图1所示专用装置测试钢筋在不同浓度NH4Cl溶液中的腐蚀规律。
[0058]本实施例中:专用装置设有15个腐蚀盐溶液试剂瓶，7个为一组，分别装入不同浓度单一腐蚀离子的盐溶液，剩下一个试剂瓶装蒸馏水作为空白对照。
[0059]使用时，向如图3所示装置编号为8-14的试剂瓶中分别注入10ml的不同浓度的NH4Cl溶液(编号15的蒸馏水作对照组)，然后盖上上面板并插入待测钢筋和铜电极，使其上端面分别连接电化学工作站的工作电极(W)和对电极(C)，记录不同浓度NH4Cl溶液下钢筋腐蚀电位值随时间变化结果，如图8所示。
[0060]由图8可以看出，随着试验的进行，7种不同浓度的NH4Cl溶液中钢筋的腐蚀电位值均随时间的增加而逐渐降低(负电位值升高)，但降幅逐渐降低，并在大约300-350分钟之间趋于平稳，达到一个稳定值。但与同浓度的NaCl溶液中钢筋腐蚀电位对比发现，在同一时刻NH4Cl溶液中钢筋的腐蚀电位值要略低于在NaCl溶液中，这是由于NH4+离子的水解作用使得溶液中H+变多从而使盐溶液酸化，pH值降低导致钢筋表面钝化膜加速破裂所致。
[0061]另外由图8也可