一种钢筋加速腐蚀实验装置

1.本实用新型属于钢筋腐蚀速率检测领域，具体地说是一种钢筋加速腐蚀实验装置，属于金属材料的腐蚀性能检测方法技术领域。


背景技术：

2.随着钢筋混凝土材料的使用范围扩大以及使用年限增加，钢筋混凝土结构的耐久性逐渐成为研究人员的关注重点，其中钢筋锈蚀问题是导致钢筋混凝土结构耐久性不良的重要因素之一。钢筋的锈蚀会导致钢筋体积增大，混凝土开裂，承载能力下降，严重影响结构的安全性。因此针对锈蚀钢筋开展相关研究有着极为重要的意义。强加阳极电流的方法被广泛地应用于实验室钢筋的人工加速腐蚀，一般情况下实验所需钢筋试件较多无法使每根钢筋单独对应一个电源，故通常采用串联或并联的加速腐蚀连接形式批量对钢筋试件进行加速腐蚀。
3.采用串联的加速腐蚀连接形式批量对钢筋试件进行加速腐蚀的装置如图1所示，其等效电路如图2所示。多根钢筋(r1、r2、r3)通过导线首尾相连，置于一个大电化学池中。该装置在理想状态下串联电路中电流是平均分配，通过每根钢筋进入到电解质溶液到达阴极的电流大小是相同的；但实际情况中无法到达如此理想状态，电流通过第一根钢筋r1后部分电流进入电解液流rs向阴极rc，另一部分电流则流向后续电路，由于钢筋自身电阻、溶液电阻以及锈蚀产物的影响，必然导致每一部分的电流大小存在一定的差异。且该方法采用普通矩形铁丝网片作为阴极，这将导致钢筋表面的电流密度分布不均匀，钢筋面对阴极一侧电流密度偏大，背侧电流密度偏小，导致钢丝网背面和正面的钢筋表面的腐蚀情况不同。
4.采用并联的加速腐蚀连接形式批量对钢筋试件进行加速腐蚀的装置如图3所示，其等效电路如图4所示，各支路上电压必然相等，可以认为各支路中钢筋的电阻大小均一致，但电化学池中的电解液电阻rs若存在差异势必影响通过各支路的电流大小。两电极之间的电阻rs与电极之间的距离、电极面积以及电极形式都有密切的联系，电阻大小难以得到控制导致最终各支路电流大小不一致。并联的加速腐蚀连接形式批量对钢筋试件进行加速腐蚀的过程中，同样是采用矩形铁丝网片作为阴极，也将导致每根钢筋表面的电流分布不均匀。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种钢筋加速腐蚀实验装置，以解决现有串联或并联的加速腐蚀连接形式批量对钢筋试件进行加速腐蚀时无法保证通过各试样的电流大小完全相同，每根钢筋试样表面的电流分布不均等问题。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：
7.本实用新型涉及的一种钢筋加速腐蚀实验装置，其包括直流电源、电化学池、若干钢筋试样以及与钢筋试样等量的环形钢丝网片；所述的钢筋试样和环形钢丝网片一一对
应；所述的电化学池通过隔板分割成若干独立的空腔，空腔与钢筋试样等量，每个空腔内均设置一个钢筋试样和一个环形钢丝网片，钢筋试样位于对应环形钢丝网片内，且钢筋试样与对应环形钢丝网片同轴，钢筋试样的外圈与对应环形钢丝网片不接触；每个空腔内均设有电解液，电解液的液面高度至少高于钢筋试样和环形钢丝网片的底面高度；所述的钢筋试样均通过导线与直流电源的正极电连接；所述的环形钢丝网片均通过导线与直流电源的负极电连接。
8.优选地，所述的钢筋试样的直径和长度均相同。
9.优选地，所述的环形钢丝网片的网孔、内径、厚度和高度均相同。
10.优选地，所述的空腔的形状和大小均相同，空腔内电解液的高度均相同。
11.优选地，所述的钢筋试样和环形钢丝网片位于电解液内的位置均相同。
12.优选地，所述的电解液的液面高度高于环形钢丝网片顶端和钢筋试样顶端的高度。
13.优选地，所述的钢筋试样的顶端通过导线与直流电源的正极连接，导线的端部与钢筋试样焊接。
14.优选地，所述的钢筋试样上下表面设有环氧树脂密封层。
15.采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
16.1.本实用新型涉及的钢筋加速腐蚀实验装置针对每一个钢筋试样均配置一个环形钢丝网片，每个钢筋试样加速腐蚀所用的电解液都是独立的，各钢筋试样在实验过程中互不干扰，各钢筋试样与对应的环形钢丝网片之间的距离相同，进而确保两电极之间的电阻相同，经过各钢筋试样的电流完全相同。
17.2.本实用新型涉及的钢筋加速腐蚀实验装置采用环形钢丝网片作为阴极，环形钢丝网片包围钢筋试样，使得钢筋试样表面的电流密度分布均匀，最终使得同一个钢筋试样表面的腐蚀情况基本相同。
附图说明
18.图1是串联式加速腐蚀连接形式对钢筋试件进行加速腐蚀的装置；
19.图2是串联式加速腐蚀连接形式对钢筋试件进行加速腐蚀的等效电路；
20.图3是并联式加速腐蚀连接形式对钢筋试件进行加速腐蚀的装置；
21.图4是并联式加速腐蚀连接形式对钢筋试件进行加速腐蚀的等效电路；
22.图5是本实用新型涉及的钢筋加速腐蚀实验装置；
23.图6是采用本实用新型涉及的装置对钢筋试件进行加速腐蚀的等效电路。
24.标注说明：1
‑
直流电源，2
‑
钢筋试样，3
‑
环形钢丝网片，4
‑
电化学池，41
‑
隔板，5
‑
电解液，6
‑
矩形铁丝网片。
具体实施方式
25.为进一步了解本实用新型的内容，结合实施例对本实用新型作详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
26.参照附图4所示，本实用新型涉及的钢筋加速腐蚀实验装置包括直流电源1、电化学池4、若干的钢筋试样2以及与钢筋试样2等量的环形钢丝网片3。
27.所述各钢筋试样2的直径和长度均相同，钢筋试样2采用直径10mm的hpb235光圆钢筋，用钢筋切割机将钢筋切成长度为40mm、直径10mm的圆柱形试样，利用砂纸对钢筋表面进行打磨去除其表面氧化层及杂质，并用无数乙醇进行清洗，干燥后形成钢筋试样2。钢筋试样2均通过导线与直流电源1的正极电连接，即钢筋试样2的顶端通过导线与直流电源1的正极连接，导线的端部与钢筋试样2焊接；钢筋试样2上下表面设有环氧树脂密封层，用于防止钢筋试样2上、下面腐蚀。
28.所述环形钢丝网片3与钢筋试样2一一对应，环形钢丝网片3的网孔、内径、厚度和高度均相同，环形钢丝网片3的内径大于钢筋试样2的直径，环形钢丝网片3作为阴极，均通过导线与直流电源1的负极电连接。
29.所述的电化学池4通过隔板41分割成若干独立的空腔，空腔与钢筋试样2等量，各空腔的形状和大小均相同。每个空腔内均设置一个钢筋试样2和一个环形钢丝网片3，钢筋试样2位于对应环形钢丝网片3内，且钢筋试样2与对应环形钢丝网片3同轴，钢筋试样2的外圈与对应环形钢丝网片3不接触；每个空腔内均设有电解液5，空腔内电解液5的液面高度均相同；各空腔中，钢筋试样2和环形钢丝网片3位于电解液5内的位置均相同，且电解液5的液面高度至少高于钢筋试样2和环形钢丝网片3的底面高度，本实施例中，电解液5的液面高度高于环形钢丝网片3顶端和钢筋试样2顶端的高度。
30.按照上述方式连接直流电源1、钢筋试样2和环形钢丝网片3，并将钢筋试样2和环形钢丝网片3分别放到相应空腔内的电解液5中，开启直流电源1为钢筋试样2提供电流，一段时间后，可通过测量钢筋试样2的开路电位、测量计算钢筋试样2的腐蚀电流密度、测量计算钢筋试样2的质量损失或/和观察钢筋表面的微观形貌等方式来评价钢筋试样2的腐蚀程度。
31.通过测量钢筋试样2的开路电位评价钢筋试样2的腐蚀程度的具体方式是：利用上海辰华chi660d电化学工作站中的开路电位测试功能对各钢筋试件的腐蚀电位进行检测，设置扫描时间600s，采样间隔0.1s，取扫描曲线后期数据稳定后读数作为该钢筋试件腐蚀电位，根据腐蚀电位判断钢筋试样2的腐蚀程度。
32.当腐蚀电位大于
‑
200mv时，无锈蚀活动性或锈蚀活动性不确定；当腐蚀电位在
‑
200～
‑
350mv时，有锈蚀活动性，可能坑蚀；当腐蚀电位在
‑
350～
‑
500mv，锈蚀活动性强，严重锈蚀可能性极大；当腐蚀电位小于
‑
500mv，钢筋严重腐蚀构件出现开裂区域。
33.测量计算钢筋试样2的腐蚀电流密度来评价钢筋试样2的腐蚀程度的具体方式是：利用电化学工作站的线性极化测量得到的斜率1/(re+rp)(在自由电势周围
±
10mv范围内以2.5mv/min的速度扫描)，由于没有混凝土包裹保护层电阻re为0，直接得到极化电阻rp，从而根据公式(1)算出钢筋的腐蚀电流密度icorr；
[0034][0035]
式中，常数b为26mv(钢筋为活性时的取值)；s(cm2)为极化钢筋的面积，取10cm2，通过加速腐蚀前后钢筋试件的腐蚀电位和腐蚀电流密度的大小及变化情况了解其发生锈蚀的情况并评价其锈蚀严重程度。
[0036]
当腐蚀电流密度小于0.1μa/cm2，钢筋腐蚀活性可忽略；当腐蚀电流密度在0.1～0.5μa/cm2之间，钢筋腐蚀活性弱；当腐蚀电流密度在0.5～1μa/cm2之间，钢筋腐蚀活性中
等；当腐蚀电流密度大于1μa/cm2，钢筋腐蚀活性强。
[0037]
测量计算钢筋试样2的质量损失来评价钢筋试样2的腐蚀程度的具体方式是：在加速腐蚀前，钢筋试件完成清洗干燥后对其进行第一次称重，加速腐蚀结束后剔除钢筋上下表面的环氧树脂以及导线，使用无水乙醇对钢筋表面进行清洗，除去铁锈和杂质后再对钢筋进行第二次称重，两次称重相减获得质量损失，根据质量损失评价其锈蚀严重程度。
[0038]
当钢筋质量损失小于5％时，钢筋为轻度腐蚀状态；当钢筋质量损失在5％～10％之间，钢筋为中度腐蚀状态；当钢筋质量损失在大于10％时，钢筋为重度腐蚀状态。
[0039]
观察钢筋表面的微观形貌来评价钢筋试样2的腐蚀程度的具体方式是：借助tm3000台式扫描电镜，利用高能电子束在试样上扫描，激发出多种信号，扫描电镜设备通过这些信号得到信息，从而对样品进行分析；实验中选用
×
1500放大倍数对钢筋试样2进行观测分析，观察钢筋表面的微观形貌，了解钢筋腐蚀产物的分布情况，评价钢筋加速腐蚀的效果。
[0040]
当观测到钢筋表面锈蚀产物呈现均匀分布，各个方向锈蚀产物厚度基本一致，则加速腐蚀效果理想；当观测到钢筋表面锈蚀产物分散分布，各方向锈蚀产物厚度也存在不均匀，则加速腐蚀效果不佳。
[0041]
参照附图1和2所示，采用串联式加速腐蚀连接形式对钢筋试件进行加速腐蚀是多根钢筋试样2(r1、r2、r3)通过导线首尾相连，置于一个大电化学池4中，理想状态下串联电路中电流是平均分配的，通过每根钢筋试样2进入到电解液5到达阴极的电流大小相同；但实际情况中无法到达如此理想状态，电流通过第一根钢筋试样2r1后部分电流进入电解质液rs流向阴极rc，另一部分电流则流向后续电路，由于钢筋自身电阻、电解液5电阻以及锈蚀产物的影响，必然导致每一部分的电流大小存在一定的差异；串联式加速腐蚀连接形式对钢筋试件进行加速腐蚀时采用普通矩形铁丝网片6作为阴极，这将导致钢筋试样2表面的电流密度分布不均匀，钢筋试样2面对阴极一侧电流密度偏大，背侧电流密度偏小。因此，对于不同的钢筋试样2，其腐蚀状况不同；针对同一根钢筋试样2，正面和背面的腐蚀状况也不同。
[0042]
参照附图3和4所示，采用并联式加速腐蚀连接形式对钢筋试件进行加速腐蚀，每根钢筋试样2(r1、r2、r3)对应一条支路且置于同一个电化学池4中，各支路上电压必然相等，可以认为各支路中钢筋的电阻大小均一致，但电解池中的电解液5电阻rs若存在差异势必影响通过各支路的电流大小，而两电极之间的电阻rs与电极之间的距离、电极面积以及电极形式都有密切的联系，因电极之间的距离很难保持相同，故电阻大小难以得到控制，导致最终各支路电流大小不一致。同样，并联式加速腐蚀连接形式对钢筋试件进行加速腐蚀时，也采用普通矩形铁丝网片6作为阴极，这将导致钢筋试样2表面的电流密度分布不均匀，钢筋试样2面对阴极一侧电流密度偏大，背侧电流密度偏小。因此，对于不同的钢筋试样2，其腐蚀状况不同；针对同一根钢筋试样2，正面和背面的腐蚀状况也不同。
[0043]
参照附图5和6所示，相比于串联式、并联式加速腐蚀连接形式对钢筋试件进行加速腐蚀，采用本实用新型涉及的连接形式对钢筋试件进行加速腐蚀时，每根钢筋不仅单独对应一条支路，并拥有独立的电化学池4和环形铁网片作为阴极(rc1、rc2、rc3)。加速腐蚀过程中各支路之间不会相互干扰，溶液电阻rs1、rs2、rs3大小近似相同，最终使电流大小趋于一致。并且阴极采用环形铁丝网片，保证了在环形圆心处的钢筋表面电流密度分布均匀。
[0044]
以上结合实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进，均仍属于本实用新型的涵盖范围之内。