预制裂缝的锈蚀件和测试装置的制作方法

本实用新型涉及一种预制裂缝的锈蚀件和测试装置，尤其涉及海洋环境下混凝土中钢筋加速锈蚀试验方法。

背景技术：

目前，用于研究混凝土中钢筋锈蚀试验的主要方法有人工气候模拟法、干湿循环法、溶液浸泡法、通电加速锈蚀法等形式。

通电加速锈蚀法，是基于电解原理的一种方法，将直流电源的正极接在钢筋上，负极接不锈钢或铜片，利用电极反应促使阳极释放电子，钢筋表面被氧化成亚铁离子，从而达到钢筋锈蚀目的。通电加速锈蚀法主要可分为全浸泡外加电流加速锈蚀法、半浸泡外加电流加速锈蚀法、贴面外加电流加速锈蚀法和预设辅助电极外加电流加速锈蚀法。

全浸泡外加电流加速锈蚀，方法对钢筋加速锈蚀的效果比较好，其锈蚀速度是4种方法中最快的。其主要原因是当锈蚀件浸泡在溶液中，会保持锈蚀件潮湿，使混凝土中的锈蚀钢筋与电解质中的辅助电极之间的电阻较小，而且电流分散均匀。试验方法的缺点在于:当钢筋锈蚀体积膨胀时，会导致锈蚀件出现顺筋开裂，预制裂缝处铁锈会渗出，使部分锈蚀产物损失，加剧钢筋锈蚀局部不均匀现象；对于较大或无法浸泡的锈蚀件难以采用方法进行锈蚀。因此，试验方法适用于制取比较小的、研究极限状态为开裂前的锈蚀件。

半浸泡外加电流加速锈蚀，方法锈蚀速度稍慢，钢筋锈蚀后的形态与全浸泡外加电流加速锈蚀试验大致相同。方法还可以控制锈蚀件所需的预制裂缝宽度，但要求待锈蚀钢筋在水位线以上。同样，方法的不足在于：由于锈蚀件只有局部浸泡在溶液中，其混凝土湿度不足、系统阻抗较大，所以其锈蚀速度较全浸泡外加电流加速锈蚀试验稍慢，锈蚀件制取时间长，而且锈蚀情况与锈蚀件的形态、浸泡部分的比例等因素有关，控制技术要求较高。

贴面外加电流加速锈蚀，方法比全浸泡法和半浸泡法更容易实施，不需要电解池，可用阴极电极网贴在待锈蚀钢筋的附近或对整个锈蚀件进行围绕，而且阴极电极网可以重复利用，适合大型构件。但锈蚀速度较慢，试验时需定期给阴极电极网的吸水材料上添加电解质溶液，以防止水分不断蒸发和渗透到混凝土内部的消耗。

预设辅助电极外加电流加速锈蚀，在锈蚀件内预设与钢筋笼绝缘绑扎的辅助电极，如不锈钢筋或普通混凝土结构用钢筋，直接进行通电锈蚀。试验表明，由于混凝土比较干燥，电阻较大，导致锈蚀电流较小，锈蚀很慢，而且混凝土内部孔隙存余的水分不能满足钢筋锈蚀反应，而外环境中的水分又不能及时供应，导致锈蚀件制取速度缓慢。一般情况下，试验方法需要较长时间才能达到锈蚀的目的。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有方法存在的问题而提供一种可控性强、操作性强、符合钢筋锈蚀的现实情况，适用于海洋环境下混凝土中钢筋加速锈蚀测试的试验方法。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:一种预制裂缝的锈蚀件，包括混凝土柱和全埋设于混凝土柱中的钢筋，钢筋露头处密封，混凝土柱上部的两端设有铜片、中部设有凹槽，凹槽底面铺装有不锈钢板，不锈钢板浸泡于腐蚀液中，不锈钢板与钢筋之间设有预制裂缝，钢筋中部为腐蚀段。

进一步地，锈蚀件的尺寸为100mm×100mm×300mm，钢筋的直径为10mm，钢筋的长度为300mm，腐蚀段长度为250mm，钢筋距凹槽底面距离为25mm，当结合实际工程进行试验时，距离为混凝土结构钢筋保护层厚度；铜片位置分别距混凝土柱边缘5mm、15mm且两侧对称分布，预制裂缝宽度为0.1mm。

进一步地，所述钢筋露头处用环氧树脂进行密封。

进一步地，所述锈蚀件通过顶部模具和两边侧板模具加工制成，顶部模具形成装有腐蚀液的凹槽，顶部模具两块板拼合时，插入薄片形成预制裂缝；两边侧板模具用于固定钢筋位置，将端头处的钢筋进行密封，以防止从侧面腐蚀钢筋，影响试验精度；顶部模具和两边侧板模具所用材质均为PVC塑料板。

一种预制裂缝的锈蚀测试装置，包括电源、锈蚀件、试验箱、电化学工作站和主机，锈蚀件横卧放置于试验箱内并浸泡于试验箱的自来水中，电源的负极通过电线与不锈钢板相连，正极通过电线与钢筋相连；电化学工作站外设有三个电极，分别是参比电极、辅助电极和工作电极，均放置于腐蚀液中，工作电极连接锈蚀件的钢筋；电化学工作站与主机相连。

进一步地，所述参比电极为饱和甘汞电极，所述辅助电极为不锈钢棒，饱和甘汞电极和不锈钢棒分别位于锈蚀件的两侧且浸泡于腐蚀液中。

进一步地，电化学工作站采用Princeton Versa STAT3系列电化学工作站，使用经典的三电极法测试，即饱和甘汞电极作为参比电极，不锈钢棒为辅助电极，锈蚀件的钢筋为工作电极，电化学工作站测试电化学阻抗谱并拟合数据确定钢筋锈蚀情况。

进一步地，所述钢筋表面通电电流密度控制范围:0-1mA/cm²，通电电压为30V，根据试验需求电压调整，以加快试验进。

进一步地，所述锈蚀件两端的铜片之间连接有电压表，通过电源通电记录电压电流值电压表测试钢筋上部混凝土电阻率变化情况。

与现有的技术相比，本实用新型所需试验设备安装方便，可控性强，完成单个试验周期短，锈蚀件易加工制作，占用空间小，成本低，制备简单且对于混凝土结构全寿命周期内钢筋锈蚀速度及锈蚀量控制具有较好可操作性，可以深度预测混凝土带预制裂缝时的工作寿命。本实用新型可与相关实验室合作，开展海洋或近海环境下混凝土结构加速腐蚀试验，建立相关混凝土结构耐久性评估及服务寿命预测实验研究室。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为锈蚀件成型模具主视图。

图3为锈蚀件成型模具俯视图。

图4为锈蚀件成型模具右部分左视图。

图5为电化学工作站的连接图。

图6为锈蚀件电阻率变化测试装置图。

图中：1、混凝土柱；2、钢筋；3、凹槽；4、不锈钢板；5、预制裂缝；6、铜片；7、环氧树脂；8、电线；9、试验箱；10、顶部模具；11、侧板模具；12、电源；13、电化学工作站；14、主机；15、饱和甘汞电极；16、不锈钢棒。

具体实施方式

为了使本实用新型目的、技术方案更加清楚明白，下面结合附图，对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一：

如图1所示，本实用新型所述的预制裂缝5的锈蚀件，包括混凝土柱1和全埋设于混凝土柱1中的钢筋2，钢筋2露头处密封，混凝土柱1上部的两端设有铜片6、中部设有凹槽3，凹槽3底面铺装有不锈钢板4，不锈钢板4浸泡于腐蚀液中，不锈钢板4与钢筋2之间设有预制裂缝5，钢筋2中部为腐蚀段。

最佳的方案选择是：锈蚀件的尺寸为100mm×100mm×300mm，钢筋2的直径为10mm，钢筋2的长度为300mm，腐蚀段长度为250mm，钢筋2距凹槽3底面距离为25mm，当结合实际工程进行试验时，距离为混凝土结构钢筋2保护层厚度；铜片6位置分别距混凝土柱1边缘5mm、15mm且两侧对称分布，预制裂缝宽度为0.1mm。

优选地，所述钢筋2露头处用环氧树脂7进行密封；腐蚀液可根据试验需要配制，通常选为海水。

需要说明的是，不锈钢板4为电加速阴极；钢筋2为直径10mm的普通圆钢。

如图2至图4所示，所述锈蚀件通过顶部模具10和两边侧板模具11加工制成，顶部模具10形成装有腐蚀液的凹槽3，顶部模具10两块板拼合时，插入薄片形成预制裂缝5；两边侧板模具11用于固定钢筋2位置，将端头处的钢筋2进行密封，以防止从侧面腐蚀钢筋2，影响试验精度；顶部模具10和两边侧板模具11所用材质均为PVC塑料板。混凝土成型时，预制裂缝薄片0.1mm插入模具中，终凝前拔出，上方插入四片铜片6。

锈蚀件通过成型模具加工好处是，加工简单快捷，即做即用，节省实验时间和实验经费。该成型模具结构简单，易于推广。

铜片6目的是用于给电压表和电源12提供固定用端子。

如图1所示，预制裂缝5的锈蚀测试装置，包括电源12、锈蚀件、试验箱9、电化学工作站13和主机14，锈蚀件横卧放置于试验箱9内并浸泡于试验箱9的自来水中，电源12的负极通过电线8与不锈钢板4相连，正极通过电线8与钢筋2相连；电化学工作站13外设有三个电极，分别是参比电极、辅助电极和工作电极，均放置于腐蚀液中，工作电极连接锈蚀件的钢筋2；电化学工作站13与主机14相连。

如图5所示，所述参比电极为饱和甘汞电极15，所述辅助电极为不锈钢棒16，饱和甘汞电极15和不锈钢棒16分别位于锈蚀件的两侧且浸泡于腐蚀液中。

优选地，电化学工作站13采用Princeton Versa STAT3系列电化学工作站13，使用经典的三电极法测试，即饱和甘汞电极15作为参比电极，不锈钢棒16为辅助电极，锈蚀件的钢筋2为工作电极，电化学工作站13测试电化学阻抗谱并拟合数据确定钢筋2锈蚀情况。

所述钢筋2表面通电电流密度控制范围:0-1mA/cm²，通电电压为30V，根据试验需求电压调整，以加快试验进。

如图6所示，所述锈蚀件两端的铜片6之间连接有电压表，通过电源12通电记录电压电流值电压表测试钢筋2上部混凝土电阻率变化情况。

需要说明的是：电源12采用直流稳压电源12，电线8采用试验通电电线8。

实施例二：

如图1所示，本实用新型采用电源12、锈蚀件、试验箱9、海水、试验通电电线8、不锈钢板4、铜片6进行，所述锈蚀件根据图2至图4模具成型，锈蚀件由混凝土、一根普通钢筋2组成，直径10mm的普通圆钢，长度300mm，其中250mm为腐蚀区段，剩余区段用环氧树脂7密封。钢筋2裸露端头用环氧树脂7密封，以防止在自来水中浸泡时，端头发生锈蚀，影响测试。钢筋2外表面距离凹槽3底部25mm，当结合实际工程进行试验时，距离为混凝土结构钢筋2保护层厚度。混凝土成型时，预制裂缝薄片0.1mm插入模具中，终凝前拔出，上方插入四片导电铜片6。凹槽3中装有腐蚀液，不锈钢板4浸泡在海水中，锈蚀件放置于试验箱9中，电源12设有显示屏可观测记录实时电流，电源12的正极与钢筋2连接，其负极与不锈钢板4连接。混凝土加速锈蚀之后，通过主机14、电化学工作站13、不锈钢棒16、参比电极测试钢筋2的极化阻值Rp。通过电源12、通过电源12通电记录电压电流值电压表测试钢筋2上部混凝土电阻率变化情况。

试验时，通过控制钢筋2表面的通电电流密度(0-1mA/mm²)、电压(30V)及时间实现在同一环境条件下钢筋2锈蚀程度控制。每通电6h测试电化学阻抗谱，同时测试钢筋2上部混凝土阻值情况。通过电化学测试数据模拟混凝土中钢筋2的极化阻值Rp<1×10⁵Ω·cm²时结束试验。

试验时，在试验过程中按不同的时间条件进行试验参数与测试数据记录，以试验锈蚀件的数据为例，钢筋2极化阻值如表1所示，钢筋2上部混凝土电阻率情况表见表2。

表1钢筋极化阻值

表2钢筋上部混凝土电压、电流情况表

实验可通过电化学工作站13无损检测混凝土内部钢筋2的极化阻值，与实际工程中数据进行对比，最终实现通过通电加速试验来分析预制裂缝对混凝土中钢筋2锈蚀情况的影响。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而己，并不以本实用新型为限制，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的专利涵盖范围内。