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原文传递多离子耦合侵蚀环境下钢筋锈蚀速率测定装置及方法

专利名称：	多离子耦合侵蚀环境下钢筋锈蚀速率测定装置及方法
摘要：	本发明公开了多离子耦合侵蚀环境下钢筋锈蚀速率测定装置及方法，所述多离子耦合侵蚀环境下钢筋锈蚀速率测定装置包括海洋水位变动区多离子耦合侵蚀环境全自动模拟装置和置于海洋水位变动区多离子耦合侵蚀环境全自动模拟装置内的用于加速钢筋混凝土内氯离子传输的电迁移装置。本发明可以较真实地模拟海洋环境水位变动区多种离子的耦合侵蚀作用，同时有效缩短钢筋锈蚀试验测试周期，能够快速准确测定海洋水位变动区多离子耦合侵蚀环境下钢筋混凝土内的钢筋锈蚀速率，且该装置具有结构简单，操作便捷，综合造价低等诸多优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国路桥工程有限责任公司
发明人：	王栋;杜波;王元战;宋玉威;刘博达
专利状态：	有效
申请日期：	2023-09-13T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-21T00:00:00+0800
申请号：	CN202311183168.6
公开号：	CN117092020A
代理机构：	天津麦芽知识产权代理有限公司
代理人：	贾桂艳
分类号：	G01N17/00;G01N17/02;G01N21/31;G01N31/16;G;G01;G01N;G01N17;G01N21;G01N31;G01N17/00;G01N17/02;G01N21/31;G01N31/16
申请人地址：	100000 北京市东城区安定门外大街丙88号1008
主权项：	1.多离子耦合侵蚀环境下钢筋锈蚀速率测定装置，其特征在于，包括海洋水位变动区多离子耦合侵蚀环境全自动模拟装置(1)和置于海洋水位变动区多离子耦合侵蚀环境全自动模拟装置(1)内的用于加速钢筋混凝土内氯离子传输的电迁移装置(2)。 2.如权利要求1所述的多离子耦合侵蚀环境下钢筋锈蚀速率测定装置，其特征在于，所述海洋水位变动区多离子耦合侵蚀环境全自动模拟装置(1)包括试验箱(11)、试验承台(12)、储水箱(13)、可调节高度试件架(14)、溢流管(15)、潮汐循环模拟系统(16)、多离子溶液浓度测定系统(17)、保水塑料盖(18)和溢流口(19)，所述试验箱(11)安装在试验承台(12)上，所述储水箱(13)安装在试验承台(12)底部，所述可调节高度试件架(14)安装在试验箱(11)内，所述潮汐循环模拟系统(16)将试验箱(11)和储水箱(13)连接，所述试验箱(11)上部设有溢流口(19)，所述溢流口(19)通过溢流管(15)连通到储水箱(13)。 3.如权利要求2所述的多离子耦合侵蚀环境下钢筋锈蚀速率测定装置，其特征在于，所述用于加速钢筋混凝土内氯离子传输的电迁移装置(2)包括导线(21)、分线器(22)、不锈钢板(23)、吸水海绵(24)、塑料底板(25)、保水塑料盖(26)、钢筋混凝土试件(27)和恒压直流电源(28)，所述钢筋混凝土试件(27)的上部和下部各放置一个不锈钢板(23)，所述不锈钢板(23)的上部和下部分别与恒压直流电源(28)的负极和正极通过导线(21)连接，若干所述钢筋混凝土试件(27)通过分线器(22)并联接入电路，所述塑料底板(25)置于钢筋混凝土试件(27)的底部，所述保水塑料盖(26)置于钢筋混凝土试件(27)的顶部。 4.如权利要求3所述的多离子耦合侵蚀环境下钢筋锈蚀速率测定装置，其特征在于，所述潮汐循环模拟系统(16)包括防锈BPT管(161)、步进电机水泵(162)、液位高度传感器(163)、流量传感器(164)、流量控制器(165)和步进电机控制器(166)，所述防锈BPT管(161)将试验箱(11)和储水箱(13)连通，所述防锈BPT管(161)上设有步进电机水泵(162)，所述液位高度传感器(163)安装在试验箱(11)内，所述流量传感器(164)安装在防锈BPT管(161)上，所述液位高度传感器(163)和流量传感器(164)分别与步进电机控制器(166)连接，所述步进电机控制器(166)与流量控制器(165)连接，所述流量控制器与步进电机水泵(162)连接。 5.如权利要求4所述的多离子耦合侵蚀环境下钢筋锈蚀速率测定装置，其特征在于，所述多离子溶液浓度测定系统(17)包括溶液参数监测探头(171)、溶液参数检测仪、溶液参数显示器、氯离子浓度测定仪、硫酸根离子浓度测定仪和镁离子浓度测定仪，所述溶液参数监测探头(171)安装于试验箱(11)内，溶液参数监测仪测得的溶液参数通过溶液参数显示器显示标，所述氯离子浓度测定仪通过电位滴定的方法测定溶液及试件内的氯离子浓度，所述硫酸根离子浓度测定仪、镁离子浓度测定仪分别通过分光光度测试和络合滴定的方法测定溶液及钢筋混凝土试件(27)内的硫酸根离子及镁离子浓度。 6.如权利要求5所述的多离子耦合侵蚀环境下钢筋锈蚀速率测定装置，其特征在于，所述钢筋混凝土试件(27)包括待测钢筋(271)、PVC管(272)和混凝土，所述待测钢筋(271)两端露出混凝土，所述待测钢筋(271)的一端与测试导线(3)相连，所述待测钢筋(28)露出混凝土部分用PVC管(272)套紧，并用环氧树脂将待测钢筋(271)与PVC管(272)的间隙及待测钢筋(271)表面密封。 7.应用如权利要求1-6任一所述的装置测定钢筋锈蚀速率的方法，其特征在于，包括如下步骤： S1：确定钢筋混凝土试件(27)内氯离子扩散的通电加速时间t； S2：确定钢筋混凝土试件所在水位环境及各侵蚀性离子浓度； S3：持续监测待测试件中的腐蚀电流密度Icorr及极化电阻Rp； S4：钢筋发生锈蚀后，测定待测试件内的腐蚀电流密度Icorr直至相对稳定，同时测定相应龄期下的极化电阻Rp。通过式(1)计算腐蚀电流密度，以得到钢筋的锈蚀速率，式中，Icorr为腐蚀电流密度(μA/cm2)；Rp为极化电阻(Ω·m2)；B为Stern-Geary常数，对于未锈蚀的钢筋B＝52mV，而对于处于活化状态的钢筋B＝26mV； S5：确定的钢筋锈蚀速率Icorr即为该水位变动区多离子耦合侵蚀环境下钢筋锈蚀速率。 8.如权利要求7所述的多离子耦合侵蚀环境下钢筋锈蚀速率测定方法，其特征在于，步骤S1具体为：将钢筋混凝土试件(27)置于用于加速钢筋混凝土内氯离子传输的电迁移装置(2)内传输，使钢筋前沿氯离子浓度接近钢筋锈蚀临界氯离子浓度。通电过程中需要定期对吸水海绵(24)补充氯化钠溶液，待达到预计通电时间后，关闭恒压直流电源(28)，取出钢筋混凝土试件(27)，其中，通电加速时间t通过式(2)计算：式中，其中z为待加速离子电价(本研究中氯离子电价为1)，F为法拉第常数(9.648×104A·s/mol)，E为待加速试件两端电压，R为莫尔气体常量(8.3145J/mol/K)，T为阳极电解液初始和最终温度的平均值(K)，L为试样的厚度(m)；xd为保护层厚度(m)；c0为吸水海绵溶液中的氯离子浓度；cd为钢筋前沿混凝土的目标氯离子浓度；Dnssm为钢筋混凝土试件的非稳态电迁移扩散系数。 9.如权利要求8所述的多离子耦合侵蚀环境下钢筋锈蚀速率测定方法，其特征在于，步骤S2具体为：将钢筋混凝土试件(27)置于海洋水位变动区多离子耦合侵蚀环境全自动模拟装置(1)中，通过可调节高度试件架(14)控制钢筋混凝土试件(27)高度，以模拟其在水位变动区的不同位置，根据真实海洋环境各侵蚀性离子浓度配置相应多离子耦合侵蚀溶液，通过多离子溶液浓度测定系统(17)进行实时离子浓度监测并定期补充盐溶液，钢筋混凝土试件(27)在上述环境中持续暴露，期间定期进行一次电化学试验监测，测定钢筋混凝土试件(27)的腐蚀电流密度Icorr及极化电阻Rp。