專利名稱:模擬混凝土中鋼筋自然非均勻銹蝕的試驗裝置的制造方法
【專利摘要】模擬混凝土中鋼筋自然非均勻銹蝕的加速試驗裝置，模擬混凝土中鋼筋自然非均勻銹蝕的試驗裝置，包括模具單元、施力單元、待測試件和通電單元，所述的待測試件裝在所述的模具單元的模具內(nèi)，所述的待測試件內(nèi)部埋置鋼筋和不銹鋼絲，所述的施力單元卡在待測試件的不銹鋼絲上；所述的通電單元的正極與待測試件的鋼筋電連，所述的通電單元的負極與待測試件的不銹鋼絲電連。本實用新型的有益效果是：試驗周期短、能有效模擬鋼筋自然非均勻銹蝕；且可以有效控制鋼筋沿圓周方向不均勻銹蝕的位置、銹蝕范圍和銹蝕程度，以及沿鋼筋長度方向的不均勻銹蝕；減少了由于混凝土電阻而產(chǎn)生的能量損失，預(yù)測結(jié)果精確度高。
【專利說明】
模擬混凝±中鋼筋自然非均勻誘蝕的試驗裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及一種模擬混凝±中鋼筋自然非均勻誘蝕的試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于混凝±結(jié)構(gòu)在取材、成本、維護方面的優(yōu)勢，一直在±建工程中占有主導(dǎo)地 位，在重大±木工程(大型建筑工程、橋梁工程、水工與港工工程）中有著非常廣泛的應(yīng)用。 處于海洋環(huán)境和除冰鹽環(huán)境條件下的混凝±結(jié)構(gòu)，鋼筋腐蝕是影響混凝±結(jié)構(gòu)耐久性的主 要因素。由混凝±結(jié)構(gòu)耐久性所帶來的經(jīng)濟損失，無論對發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，均帶來 了巨大的經(jīng)濟損失，已引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。針對鋼筋誘蝕導(dǎo)致混凝±保護層誘脹開裂 的研究，已經(jīng)涌現(xiàn)出了大量的成果。試驗研究是理論研究深入的輔助手段，而試驗技術(shù)決定 了試驗研究的準確性。
[0003] 鋼筋誘蝕會對混凝±產(chǎn)生誘脹力，由此導(dǎo)致混凝±開裂從而降低混凝±結(jié)構(gòu)的服 役性能。研究不同鋼筋、混凝±和誘蝕程度對混凝±誘脹開裂的影響具有重要意義。針對混 凝±結(jié)構(gòu)誘脹開裂過程的研究，目前所采用的試驗方法主要有：自然誘蝕法、人工環(huán)境加速 誘蝕法和基于電化學(xué)的通電加速誘蝕法。
[0004] 自然誘蝕法通常需要在海洋環(huán)境中建立自然侵蝕暴露站，將鋼筋混凝±構(gòu)件或縮 尺結(jié)構(gòu)模型置于自然侵蝕環(huán)境，在不同時間對混凝±中鋼筋誘蝕情況進行檢測或檢測，從 而采集自然條件下鋼筋誘蝕的一手數(shù)據(jù)。然而，通常情況下鋼筋混凝±結(jié)構(gòu)的設(shè)計壽命為 幾十年甚至上百年，要研究混凝±結(jié)構(gòu)整個生命周期的鋼筋誘蝕問題，需要幾代人的共同 努力，顯然不能滿足完善設(shè)計方法的需求。因此，采用強度等級較低的混凝±材料或降低混 凝±保護層厚度W加快鋼筋誘蝕速率的方法廣為采用。采用自然誘蝕法存在很多困難，難 W在短期內(nèi)取得系統(tǒng)的研究成果。
[0005] 環(huán)境條件是影響混凝±中侵蝕介質(zhì)傳輸和鋼筋誘蝕速率的重要因素。為了改善自 然誘蝕法的不足，增加試驗的可行性，通過人工氣候環(huán)境法在試驗室內(nèi)加速侵蝕介質(zhì)的傳 輸，W達到縮短鋼筋誘蝕時間的目的，進而建立人工加速誘蝕與自然誘蝕的關(guān)系。該方法仍 然基于自然誘蝕的機理，所采用的加速侵蝕方法主要有:提高侵蝕介質(zhì)的濃度、環(huán)境溫度， W及通過鹽霧環(huán)境或干濕循環(huán)環(huán)境改善混凝±內(nèi)部的飽和度等。通過人工氣候環(huán)境法所獲 取的數(shù)據(jù)對建立用于混凝±結(jié)構(gòu)服役壽命預(yù)測的方法或模型具有很好的參考價值，試驗時 間通常為幾個月至幾年的時間，試驗周期仍然較長，且人工模擬環(huán)境試驗箱造價較高，仍然 限制試驗研究的廣泛開展。
[0006] 可見，根據(jù)鋼筋誘蝕發(fā)展的自然規(guī)律，基于自然誘蝕的試驗方法只能在一定范圍 內(nèi)加速鋼筋誘蝕速率，縮短研究周期。將電化學(xué)電解原理應(yīng)用到加速混凝±中鋼筋誘蝕試 驗，建立基于電化學(xué)的通電加速誘蝕法，無疑是大大縮短試驗周期的有效途徑。通電加速誘 蝕方法是將混凝±中待誘蝕鋼筋作為陽極，用不誘鋼或銅片作陰極，結(jié)合混凝±材料的多 孔性特征，W混凝±中的孔溶液為介質(zhì)，通過控制電流強度與通電時間，根據(jù)法拉第定律， 人為控制鋼筋的目標誘蝕量。由于通電法具有鋼筋誘蝕速度快，易于控制鋼筋誘蝕程度的 優(yōu)點，因此在鋼筋誘蝕試驗中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，根據(jù)電化學(xué)原理，將鋼筋混凝±構(gòu) 件置于鹽水溶液中進行通電加速誘蝕，會使得鋼筋產(chǎn)生均勻誘蝕，運與自然條件下面向混 凝±保護層一邊首先出現(xiàn)半月形的誘蝕并導(dǎo)致保護層一邊混凝±開裂的事實不符。顯然， 基于此試驗方法的研究成果不能有效的用于鋼筋混凝±結(jié)構(gòu)耐久性預(yù)測。
[0007]所謂非均勻誘蝕，主要存在兩種情況：（1)為了研究混凝±的誘脹開裂過程，通常 將鋼筋混凝±切片，作為平面應(yīng)變問題進行研究。自然誘蝕條件下侵蝕介質(zhì)到達鋼筋表面 引起鋼筋脫純，鋼筋誘蝕速率則是由氧氣傳輸控制。混凝±誘脹開裂時，面向保護層一邊的 鋼筋只有少量誘蝕。亦即，自然條件下鋼筋非均勻誘蝕是沿著鋼筋圓周方向存在非均勻誘 蝕；（2)混凝±是一種多孔非均勻材料。因此，在沿著鋼筋長度方向上，每個誘蝕截面的誘蝕 率是隨機變量，誘蝕程度大小取決于混凝±的孔隙率大小。沿著鋼筋長度方向存在非均勻 誘蝕。研究沿著鋼筋長度方向的非均勻誘蝕，有助于統(tǒng)計鋼筋隨機誘蝕的數(shù)據(jù)，用于結(jié)構(gòu)承 載力預(yù)測分析。
[000引中國專利申請公布號CN101762453A、申請公布日是2010年6月30號，名稱為"內(nèi)置 電極模擬混凝±中鋼筋非均勻誘蝕的加速試驗方法"，中國專利授權(quán)公告號CN101782500B， 授權(quán)公告日是2011年11月2號，名稱為"外置電極模擬混凝±中鋼筋非均勻誘蝕的加速試驗 方法"，兩件發(fā)明申請中均利用電滲原理使鋼筋加速產(chǎn)生非均勻誘蝕。此方法雖然在一定程 度上能實現(xiàn)鋼筋的非均勻誘蝕，但不能使鋼筋產(chǎn)生沿鋼筋圓周方向的非均勻誘蝕和沿鋼筋 長度的非均勻誘蝕，且不能使鐵誘產(chǎn)生于面向混凝±保護層一側(cè)，不能真實反映自然誘蝕 由于氯離子、氧氣和水分向鋼筋表面?zhèn)鬏攲?dǎo)致的誘蝕形態(tài)。并且根據(jù)電化學(xué)理論，電極與鋼 筋之間的距離越遠，混凝±的電阻越大，從而產(chǎn)生較大的熱效應(yīng)，導(dǎo)致普遍采用法拉第定律 預(yù)測鋼筋誘蝕量的預(yù)測結(jié)果不準確。
[0009] 可見，找到一種試驗周期短、成本低、能有效模擬自然環(huán)境下鋼筋混凝±中鋼筋非 均勻誘蝕的加速誘蝕方法并建立相應(yīng)的測試裝置，提高采用法拉第定律預(yù)測誘蝕量的準確 性，對鋼筋誘蝕引起混凝±結(jié)構(gòu)退化研究的不斷深入至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種周期短、成本低、可W快速產(chǎn) 生鋼筋非均勻誘蝕、能有效模擬混凝±中鋼筋自然非均勻誘蝕的試驗裝置。
[0011] 本實用新型所述的模擬混凝±中鋼筋自然非均勻誘蝕的試驗裝置，其特征在于： 包括模具單元、施力單元、待測試件和通電單元，所述的待測試件裝在所述的模具單元的模 具內(nèi)，所述的待測試件內(nèi)部埋置鋼筋和不誘鋼絲，所述的施力單元卡在待測試件的不誘鋼 絲上;所述的通電單元的正極與待測試件的鋼筋電連，所述的通電單元的負極與待測試件 的陰極電連；
[0012] 所述模具單元包括用于誘筑待測試件的模具和通孔螺栓，模具對稱的兩個側(cè)面預(yù) 留用于貫穿鋼筋的第一孔桐和用于貫穿不誘鋼絲的第二孔桐;所述的通孔螺栓與所述的第 二孔桐螺接，所述的通孔螺栓的軸向設(shè)有用于不誘鋼絲貫穿的通孔，實現(xiàn)模具內(nèi)外腔的連 通;所述的通孔螺栓頭部設(shè)有防止不誘鋼絲回縮的第一頂緊螺栓；
[0013] 所述施力單元包括支架和加載螺桿，所述的支架包括第一連桿、第二連桿，所述的 第一連桿的前端設(shè)有用于卡在不誘鋼絲上的上支點，所述的第一連桿的末端與所述的第二 連桿較接;所述的第二連桿的前端設(shè)有用于卡在不誘鋼絲上的下支點，所述的第二連桿的 末端W及所述的第一連桿分別與加載螺桿螺接形成=角幾何結(jié)構(gòu)，通過所述的加載螺桿調(diào) 整第一連桿和第二連桿之間夾角大?。?br>[0014] 所述待測試件包括混凝±基體、鋼筋和不誘鋼絲，所述的鋼筋和不誘鋼絲平行埋 置于混凝±基體內(nèi)部；
[0015] 所述通電單元采用穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源，并且直流電源的陽極與待測試件的鋼筋電 連，直流電源的陰極與待測試件的不誘鋼絲電連。
[0016] 所述模具包括底模和矩形側(cè)模，所述的側(cè)模由兩片L型鋼板圍成，兩片L型鋼板首 尾通過固定螺栓固接;并且所述的側(cè)模的L型鋼板通過緊固螺栓固定在底模上。
[0017] 所述的上支點和所述的下支點上各設(shè)有用于穿過不誘鋼絲的預(yù)留孔，其中上支點 的預(yù)留孔處配有用于固定不誘鋼絲的第二頂緊螺栓。
[0018] 所述待測試塊為多孔水泥基材料，待誘蝕的鋼筋和不誘鋼絲具有不同直徑和截面 積比，根據(jù)試驗?zāi)康拇_定不誘鋼絲表面是否設(shè)置絕緣層，W實現(xiàn)沿鋼筋長度或沿鋼筋長度 和圓周方向的非均勻誘蝕，并通過確定鋼筋和不誘鋼絲的凈距W實現(xiàn)鋼筋圓周方向的誘蝕 區(qū)域大小。
[0019] 所述通電單元將室內(nèi)220V交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源，控制直流電壓0~ 30V。
[0020] 本實用新型所述的模擬混凝±中鋼筋自然非均勻誘蝕的試驗方法，包括W下步 驟：
[0021] 1)模具的準備:將不誘鋼絲貫穿模具側(cè)面并鎖緊，并使得不誘鋼絲的兩端落在模 具之外，調(diào)整好不誘鋼絲的張緊度W及長度后，將待誘蝕的鋼筋裝在在模具內(nèi)；所述的不誘 鋼絲根據(jù)試驗?zāi)康拇_定其表面是否設(shè)置絕緣層；
[0022] 2)制備混凝±試件:在模具中誘筑混凝±，1天齡期后拆模，然后將混凝±試件養(yǎng) 護到計劃齡期;其中拆模前先放松不誘鋼絲；
[0023] 3)恒電流通電誘蝕:根據(jù)預(yù)期誘蝕率或誘層厚度分布，設(shè)定通電電流并計算通電 時間；將不誘鋼絲一端與穩(wěn)壓直流電源負極連接，將待誘蝕鋼筋與穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源正極 連接，打開穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源通電，設(shè)定通電電流大小，記錄通電電流和通電時間進行通電 誘蝕，達到預(yù)計通電時間后，關(guān)閉電源；
[0024] 4)根據(jù)公式（1)計算鋼筋誘層厚度:誘層厚度與電流密度、通電時間和角度之間的 關(guān)系式：
[0025]
(1)
[0026] 式中，Tr為誘層分布厚度(mm); i為腐蝕電流密度(A/mm2) ;!為鋼筋半徑(mm); t為通 電時間（S); 0為角度；當鋼筋半徑確定，只要有效控制腐蝕電流密度i和通電時間t，便可使 鋼筋達到預(yù)期誘蝕率，并能夠預(yù)測非均勻分布的誘層在角度0處的誘層厚度Tr。
[0027] 本實用新型所述的模擬混凝±中鋼筋自然非均勻誘蝕的加速試驗方法，其工作原 理和非均勻誘蝕誘層厚度分布的預(yù)測方法如下：
[002引 A電化學(xué)原理
[0029] 在電解池中，陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)。由于電子的運 動速度大于電極的反應(yīng)速度，陰極產(chǎn)生富電子現(xiàn)象。當陽極面積遠遠大于陰極面積時，若陰 極離陽極距離較小，由于庫倫作用力，離陰極越近的陽極部分，電子受斥力作用沿導(dǎo)線優(yōu)先 失去，金屬離子受引力作用優(yōu)先進入孔溶液，表現(xiàn)形式為陽極產(chǎn)生不均勻誘蝕。
[0030] 在本實用新型中，待誘蝕鋼筋作為陽極，不誘鋼絲作為陰極。
[0031] B恒電流原理
[0032] 采用傳統(tǒng)的通電誘蝕試驗方法，通電誘蝕的目標誘蝕區(qū)域為鋼筋的整個表面積， 而在自然條件下，混凝±保護層開裂前，鋼筋面向保護層一邊首先出現(xiàn)半月形的誘蝕，背向 保護層一邊基本不誘蝕。本方法認為鋼筋在不誘鋼絲與其的切線范圍內(nèi)先發(fā)生誘蝕，切線 夾角為最大誘蝕區(qū)域范圍。
[0033] 根據(jù)化raday定律，鋼筋誘蝕引起的質(zhì)量損失A Ws可表示為：
[0034]
[00對式中，MFe為鐵的原子量，取56g/mol; t為通電時間（S); ZFe為鐵的化合價，取2;F為 法拉第常數(shù)(C/mol); I為所加電流大小(A)。
[0036] 假設(shè)鋼筋最大誘蝕區(qū)域范圍內(nèi)發(fā)生的是均勻誘蝕，誘蝕率為P，則鋼筋誘蝕引起的 質(zhì)量損失A Ws又可W表示為：
[0037] Vws = AopL y s
[0038] 式中，Ao為鋼筋原始截面積(mm2) ;P為平均誘蝕率;L為鋼筋誘蝕段長度(mm); 丫 S為 鋼筋密度，取7.85 X I(r3g/mm3。
[0039] 可建立通電時間與誘蝕率的關(guān)系：
[0040]
[0041] 但根據(jù)本實用新型試驗，誘層在最大誘蝕區(qū)域范圍內(nèi)分布不均勻。建立極坐標系， 假設(shè)誘層厚度最大處圓屯、角為0，角度W順時針為正，認為混凝±開裂時誘層分布為：
[0042]
[0043] 式中，Tr為誘層分布厚度(mm) ;ai為誘層的不均勻系數(shù);32為誘層沿鋼筋周長的擴 展系數(shù)，e為角度。
[0044] 由誘層分布公式可知，誘層面積As為：
[0045]
[0046] 其中，a為切線與不誘鋼絲一鋼筋圓屯、連線的夾角。
[0047]
#溜溢±開裂前，角度[-a，a ]范圍外鋼筋不誘蝕，誘層厚度T r為0。故 [004引且As = npA0，n為鐵誘膨脹系數(shù)，一般取2.26~3.00。
[0049] 旨[
I通過換元，最終得ai = npA0。
[0050] 根據(jù)日2的含義，可知日2與不誘鋼絲與鋼筋的直徑比、距離兩個變量相關(guān)。
[0051] 通電電流與電流密度之間的關(guān)系為：
[0052] I=Qr^Li
[0053] 綜上得到誘層厚度分布的預(yù)測公式：
[0化4]
[0055] 鋼筋自然不均勻誘蝕的統(tǒng)計結(jié)果，混凝±保護層初裂時，誘層圓屯、角可達到120 度，此時有32 = 0.444。
[0056] 因此，可W簡化為誘層厚度與電流密度、通電時間和角度之間的關(guān)系式：
[0化7]
[005引當鋼筋半徑確定，只要有效控制腐蝕電流密度i和通電時間t，便可使鋼筋達到預(yù) 期誘蝕率，并能夠預(yù)測非均勻分布的誘層在角度0處的誘層厚度Tr。
[0059] 通過內(nèi)置不誘鋼絲電極，并且控制不誘鋼絲的直徑可W實現(xiàn)陽極面積遠大于陰極 面積，并且控制兩極距離，可W有效地模擬鋼筋混凝±中的鋼筋自然非均勻誘蝕。通過改變 不誘鋼絲與鋼筋的距離、不誘鋼絲電極的數(shù)量、不誘鋼絲與鋼筋的直徑比，可W有效控制鋼 筋沿圓周方向不均勻誘蝕的位置、誘蝕范圍和誘蝕程度。通過對不誘鋼絲沿長度方向進行 局部絕緣處理，可W有效控制沿鋼筋長度方向的不均勻誘蝕;不誘鋼絲與待誘鋼筋的距離 近，混凝±電阻消耗的能量少，可W大大提高利用化raday定律計算鋼筋誘蝕損失質(zhì)量的精 確度;模具單元兩端布置通孔螺栓，且通孔螺栓上設(shè)置有頂緊螺栓，可W有效、方便的固定 和放松不誘鋼絲。加載單元采用簡單的=角形幾何關(guān)系，通過改變兩條邊之間的夾角增大 第=條邊的長度，從而實現(xiàn)不誘鋼絲張拉，結(jié)構(gòu)簡單。
[0060] 具體的，所述的模擬混凝±中鋼筋自然非均勻誘蝕的試驗裝置的使用方法，包括 W下步驟：
[0061] 1)模具的準備:組裝模具，將通孔螺栓梓入模具的第二孔桐內(nèi)，不誘鋼絲穿過通孔 螺栓的軸向通孔進而貫穿模具，利用通孔螺栓頭部的第一頂緊螺栓固定不誘鋼絲，不誘鋼 絲一端穿出通孔螺栓后依次穿過施力單元的上下支點預(yù)留孔，并通過上支點處的第二頂緊 螺栓固定鎖緊，使模具、不誘鋼絲和施力單元組成一個自平衡系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動施力單元的旋轉(zhuǎn)加 載螺桿張拉不誘鋼絲，不誘鋼絲張緊后將模具施力單元一側(cè)的通孔螺栓上的頂緊螺栓梓 緊，W固定不誘鋼絲防止回縮;剪斷多余的不誘鋼絲后移除施力單元，最后穿入待誘蝕鋼 筋；
[0062] 2)混凝±試件的制備:在模具中誘筑混凝±，1天齡期后拆模;拆模前先放松模具 兩側(cè)通孔螺栓上的頂緊螺栓，從而放松不誘鋼絲，將混凝±試件拆模養(yǎng)護到計劃齡期；
[0063] 3)恒電流通電誘蝕:根據(jù)預(yù)期誘蝕率或誘層厚度分布，設(shè)定通電電流并計算通電 時間；將不誘鋼絲與穩(wěn)壓直流電源負極連接，將待誘蝕鋼筋與穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源正極連接， 打開穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源通電，設(shè)定通電電流大小，記錄通電電流和通電時間進行通電誘蝕， 達到預(yù)計通電時間后，關(guān)閉電源。
[0064] 本實用新型可W通過改變鋼絲與鋼筋的相對位置來控制鋼筋沿周長方向不均勻 誘蝕的位置，也可W通過對鋼絲進行局部絕緣膠帶的包裹進行縱向非均勻誘蝕。
[0065] 本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在：
[0066] 1.通過內(nèi)置不誘鋼絲電極，并且控制不誘鋼絲的直徑可W實現(xiàn)陽極面積遠大于陰 極面積，并且控制兩極距離，可W有效地模擬鋼筋混凝±中的鋼筋自然非均勻誘蝕，且試驗 成本低、操作簡單、試驗周期短。
[0067] 2.通過改變不誘鋼絲與鋼筋的距離、不誘鋼絲電極的數(shù)量、不誘鋼絲與鋼筋的直 徑比，可W有效控制鋼筋沿圓周方向不均勻誘蝕的位置、誘蝕范圍和誘蝕程度。
[0068] 3.通過對不誘鋼絲沿長度方向進行局部絕緣處理，可W有效控制沿鋼筋長度方向 的不均勻誘蝕。
[0069] 4.不誘鋼絲與待誘鋼筋的距離近，混凝±電阻消耗的能量少，可W大大提高利用 化raday定律計算鋼筋誘蝕損失質(zhì)量的精確度。
[0070] 5.模具單元兩端布置通孔螺栓，且通孔螺栓上設(shè)置有頂緊螺栓，可W有效、方便的 固定和放松不誘鋼絲。
[0071] 6.加載單元采用簡單的=角形幾何關(guān)系，通過改變兩條邊之間的夾角增大第=條 邊的長度，從而實現(xiàn)不誘鋼絲張拉，結(jié)構(gòu)簡單。
【附圖說明】

[0072] 圖1為本實用新型的混凝±中電解反應(yīng)原理示意圖（其中，I表示電流，V表示電 壓）；
[0073] 圖2為本實用新型的鋼筋圓周方向不均勻誘蝕徑示意圖（21代表誘蝕區(qū)域;211代 表誘層邊界;212代表誘蝕前鋼筋輪廓線；213代表誘蝕后鋼筋輪廓線其中，r表示鋼筋原始 半徑，d表示不誘鋼絲與鋼筋間的凈距，a表示誘蝕層與鋼筋圓屯、一不誘鋼絲連線的最大角 度)；
[0074] 圖3為本實用新型的模具主視圖；
[0075] 圖4為本實用新型的模具俯視圖；
[0076] 圖5為本實用新型的模具右視圖；
[0077] 圖6為本實用新型的施力單元結(jié)構(gòu)圖；
[0078] 圖7為本實用新型的施力單元的上支點放大圖；
[0079] 圖8為本實用新型的施力單元的下支點放大圖；
[0080] 圖9為本實用新型的混凝±試件示意圖；
[0081 ]圖10為本實用新型的混凝±試件側(cè)視圖；
[0082] 圖11為通電加速非均勻誘蝕鋼筋沿圓周方向的鐵誘分布。
【具體實施方式】
[0083] 下面結(jié)合附圖進一步說明本實用新型
[0084] 參照附圖：
[0085] 實施例1本實用新型所述的模擬混凝±中鋼筋自然非均勻誘蝕的試驗裝置，包括 模具單元、施力單元、待測試件和通電單元，所述的待測試件裝在所述的模具單元的模具 內(nèi)，所述的待測試件內(nèi)部埋置鋼筋2和不誘鋼絲3,所述的施力單元卡在待測試件的不誘鋼 絲上;所述的通電單元的正極與待測試件的鋼筋電連，所述的通電單元的負極與待測試件 的陰極電連；
[0086] 所述模具單元包括用于誘筑待測試件的模具和通孔螺栓7,模具對稱的兩個側(cè)面 預(yù)留用于貫穿鋼筋2的第一孔桐9和用于貫穿不誘鋼絲3的第二孔桐10;所述的通孔螺栓7與 所述的第二孔桐10螺接，所述的通孔螺栓7的軸向設(shè)有用于不誘鋼絲3貫穿的通孔，實現(xiàn)模 具內(nèi)外腔的連通;所述的通孔螺栓7頭部設(shè)有防止不誘鋼絲3回縮的第一頂緊螺栓11;
[0087] 所述施力單元包括支架13和加載螺桿16,所述的支架13包括第一連桿、第二連桿， 所述的第一連桿的前端設(shè)有用于卡在不誘鋼絲上的上支點15,所述的第一連桿的末端與所 述的第二連桿較接;所述的第二連桿的前端設(shè)有用于卡在不誘鋼絲上的下支點14,所述的 第二連桿的末端W及所述的第一連桿分別與加載螺桿16螺接，通過所述的加載螺桿16調(diào)整 第一連桿和第二連桿之間夾角大??；
[0088] 所述待測試件包括混凝±基體1、鋼筋2和不誘鋼絲3,所述的鋼筋2和不誘鋼絲3平 行埋置于混凝±基體1內(nèi)部；
[0089] 所述通電單元采用穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源4,并且直流電源4的正極與待測試件的鋼筋 2電連，直流電源4的負極與待測試件的不誘鋼絲3電連。
[0090] 所述模具包括底模6和矩形側(cè)模，所述的側(cè)模由兩片L型鋼板5圍成，兩片L型鋼板5 首尾通過固定螺栓固接;并且所述的側(cè)模的L型鋼板5通過緊固螺栓8固定在底模6上。
[0091] 所述的上支點15和所述的下支點14上各設(shè)有用于穿過不誘鋼絲3的預(yù)留孔，其中 上支點15的預(yù)留孔處配有用于固定不誘鋼絲的第二頂緊螺栓17。
[0092] 所述待測試塊為多孔水泥基材料，待誘蝕的鋼筋和不誘鋼絲具有不同直徑和截面 積比，根據(jù)試驗?zāi)康拇_定不誘鋼絲表面是否設(shè)置絕緣層，W實現(xiàn)沿鋼筋長度或沿鋼筋長度 和圓周方向的非均勻誘蝕，并通過確定鋼筋和不誘鋼絲的凈距W實現(xiàn)鋼筋圓周方向的誘蝕 區(qū)域大小。
[0093] 所述通電單元將室內(nèi)220V交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源，控制直流電壓0~ 30V。
[0094] 實施例2本實用新型所述的模擬混凝±中鋼筋自然非均勻誘蝕的試驗方法，包括 W下步驟：
[0095] 1)模具的準備:將不誘鋼絲貫穿模具側(cè)面并鎖緊，并使得不誘鋼絲的兩端落在模 具之外，調(diào)整好不誘鋼絲的張緊度W及長度后，將待誘蝕的鋼筋裝在在模具內(nèi)；所述的不誘 鋼絲根據(jù)試驗?zāi)康拇_定其表面是否設(shè)置絕緣層；
[0096] 2)制備混凝±試件:在模具中誘筑混凝±，1天齡期后拆模，然后將混凝±試件養(yǎng) 護到計劃齡期;其中拆模前先放松不誘鋼絲；
[0097] 3)恒電流通電誘蝕:根據(jù)預(yù)期誘蝕率或誘層厚度分布，設(shè)定通電電流并計算通電 時間；將不誘鋼絲一端與穩(wěn)壓直流電源負極連接，將待誘蝕鋼筋與穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源正極 連接，打開穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源通電，設(shè)定通電電流大小，記錄通電電流和通電時間進行通電 誘蝕，達到預(yù)計通電時間后，關(guān)閉電源；
[0098] 4)根據(jù)公式（1)計算鋼筋誘層厚度:誘層厚度與電流密度、通電時間和角度之間的 關(guān)系式：
[0099]
(I)
[0100] 式中，Tr為誘層分布厚度(mm); i為腐蝕電流密度(A/mm2) ;r為鋼筋半徑(mm); t為通 電時間（S); 0為角度；當鋼筋半徑確定，只要有效控制腐蝕電流密度i和通電時間t，便可使 鋼筋達到預(yù)期誘蝕率，并能夠預(yù)測非均勻分布的誘層在角度0處的誘層厚度Tr。
[0101] 步驟3的通電時間根據(jù)公式(2)計算：
[0102] (2)
[010：3]式中，t為通電時間（S);ZFe為鐵的化合價，取2;F為法拉第常數(shù)(C/m〇l);MFe為鐵的 原子量，取56g/mol; I為所加電流大小(A); Ao為鋼筋原始截面積(mm2);L為鋼筋誘蝕段長度 (mm); 丫 S為鋼筋密度，取7.85 X l〇-3g/mm3 ;p為平均誘蝕率。
[0104] 實施例3下面W測定水灰比0.53、配合比為水泥:水:砂子:粗骨料=1:0.53:2.0: 3.0的混凝±在內(nèi)置不誘鋼絲后通電誘蝕為例，對本實用新型的工作做具體說明。
[0105] 該實施例拌制混凝±的原材料為:水泥為P. I 52.5級波特蘭水泥，砂采用細度模 數(shù)2.5~2.6的河砂，粗骨料采用連續(xù)級配的碎石(最大粒徑20mm)，水采用自來水。試件尺寸 為100 X 100 X 400,在試件中預(yù)埋待誘蝕鋼筋和不誘鋼絲。鋼筋型號采用HPB300,保護層厚 度為20mm。鋼筋和不誘鋼絲直徑分別為12mm和1mm，兩者凈距為6mm。此時，誘層圓屯、角為 120。。
[0106] 在誘注混凝±前，按圖3~圖5組裝模具。將不誘鋼絲3穿過通孔螺栓7貫穿模具，利 用通孔螺栓7上的頂緊螺栓11固定不誘鋼絲3的一端，另一端鋼絲依次穿過施力單元的上下 支點預(yù)留孔，采用上支點15處的第二頂緊螺栓17固定不誘鋼絲3的另一端，使模具、不誘鋼 絲和施力單元組成一個自平衡系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動施力單元的旋轉(zhuǎn)加載螺桿16張拉不誘鋼絲3，不誘 鋼絲3張緊后將模具施力單元一側(cè)的通孔螺栓7上的第一頂緊螺栓11梓緊，W固定不誘鋼絲 3防止回縮。剪斷多余的不誘鋼絲后移除施力單元，最后穿入鋼筋2。
[0107] 在模具中誘筑混凝±，1天齡期后拆模。拆模前先放松模具兩側(cè)通孔螺栓7上的第 一頂緊螺栓11，從而放松不誘鋼絲3，將拆模后的混凝±試件侵泡在濃度為3.5 %的鹽水中， 在養(yǎng)護室中養(yǎng)護28d后，取出試塊，驚干其表面水份。
[0108] 在面向保護層一側(cè)，沿試塊長度方向粘貼長度為50mm的應(yīng)變片，共8片。應(yīng)變片與 應(yīng)變儀相連，應(yīng)變儀數(shù)據(jù)采集頻率為2次/min，用W檢測通電誘蝕過程中，混凝±保護層是 否開裂。設(shè)定鋼筋的目標誘蝕率為1 %。
[0109] 將不誘鋼絲3與穩(wěn)壓直流電源4負極連接，將待誘蝕鋼筋2與穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源4正 極連接，打開穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源通電，設(shè)定通電電流I大小為0.03A。根據(jù)公式計算通電時間 為：
[0110]
[0111] 達到預(yù)計通電時間后，關(guān)閉電源。
[0112] 沿垂直于鋼筋長度方向切割鋼筋混凝±試件，切割為厚度IOmm的片狀試件。采用 環(huán)境掃描電子顯微鏡的背散射技術(shù)，測定沿鋼筋圓周方向的誘層厚度分布。W鋼筋截面圓 屯、與保護層最小厚度方向的角度定位O度，則誘層厚度沿角度分布的試驗結(jié)果如圖11所示。 從圖中可W發(fā)現(xiàn)，鋼筋在正對不誘鋼絲處（即模擬鋼筋保護層最小處)誘層厚度最大。隨角 度增加，誘層厚度逐漸減小，背向保護層一側(cè)，鋼筋幾乎不誘蝕，與自然誘蝕情況符合。
[0113] 具體實現(xiàn)時，本實用新型對具體的器件型號不做限制，對混凝±試件尺寸、鋼筋和 不誘鋼絲直徑及兩者凈距不做限制，只要能完成上述功能的加載裝置和混凝±試件均可。
[0114] 本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新 型的保護范圍不應(yīng)當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也包 括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【主權(quán)項】
1. 模擬混凝土中鋼筋自然非均勻銹蝕的試驗裝置，其特征在于:包括模具單元、施力單 元、待測試件和通電單元，所述的待測試件裝在所述的模具單元的模具內(nèi)，所述的待測試件 內(nèi)部埋置鋼筋和不銹鋼絲，所述的施力單元卡在待測試件的不銹鋼絲上;所述的通電單元 的正極與待測試件的鋼筋電連，所述的通電單元的負極與待測試件的陰極電連； 所述模具單元包括用于澆筑待測試件的模具和通孔螺栓，模具對稱的兩個側(cè)面預(yù)留用 于貫穿鋼筋的第一孔洞和用于貫穿不銹鋼絲的第二孔洞;所述的通孔螺栓與所述的第二孔 洞螺接，所述的通孔螺栓的軸向設(shè)有用于不銹鋼絲貫穿的通孔，實現(xiàn)模具內(nèi)外腔的連通;所 述的通孔螺栓頭部設(shè)有防止不銹鋼絲回縮的第一頂緊螺栓； 所述施力單元包括支架和加載螺桿，所述的支架包括第一連桿、第二連桿，所述的第一 連桿的前端設(shè)有用于卡在不銹鋼絲上的上支點，所述的第一連桿的末端與所述的第二連桿 鉸接;所述的第二連桿的前端設(shè)有用于卡在不銹鋼絲上的下支點，所述的第二連桿的末端 以及所述的第一連桿分別與加載螺桿螺接形成三角幾何結(jié)構(gòu)，通過所述的加載螺桿調(diào)整第 一連桿和第二連桿之間夾角大??； 所述待測試件包括混凝土基體、鋼筋和不銹鋼絲，所述的鋼筋和不銹鋼絲平行埋置于 混凝土基體內(nèi)部； 所述通電單元采用穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源，并且直流電源的正極與待測試件的鋼筋電連， 直流電源的負極與待測試件的不銹鋼絲電連。2. 如權(quán)利要求1所述的模擬混凝土中鋼筋自然非均勻銹蝕的試驗裝置，其特征在于： 所述模具包括底模和矩形側(cè)模，所述的側(cè)模由兩片L型鋼板圍成，兩片L型鋼板首尾通過固 定螺栓固接;并且所述的側(cè)模的L型鋼板通過緊固螺栓固定在底模上。3. 如權(quán)利要求2所述的模擬混凝土中鋼筋自然非均勻銹蝕的試驗裝置，其特征在于:所 述的上支點和所述的下支點上各設(shè)有用于穿過不銹鋼絲的預(yù)留孔，其中上支點的預(yù)留孔處 配有用于固定不銹鋼絲的第二頂緊螺栓。4. 如權(quán)利要求3所述的模擬混凝土中鋼筋自然非均勻銹蝕的試驗裝置，其特征在于:所 述待測試件為多孔水泥基材料，待銹蝕的鋼筋和不銹鋼絲具有不同直徑和截面積比。5. 如權(quán)利要求1所述的模擬混凝土中鋼筋自然非均勻銹蝕的試驗裝置，其特征在于:所 述通電單元將室內(nèi)220V交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源，控制直流電壓0~30V。
【文檔編號】G01N17/02GK205719896SQ201620173681
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年3月8日
【發(fā)明人】付傳清, 劉佳敏, 梁堅凝, 金賢玉, 裴華富, 金南國
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)