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睁开全文? 不锈钢筋的耐侵蚀机能 不锈钢筋的耐侵蚀机能 郑晓华，李承昌，杨 峰，黄 斌 ，辉绵 (.交通运输部公路科学研究院，北京 ；.中交公路工程局厦门工程有限，福建 厦门 ；.太原钢铁(集体)有限，山西 太原 ) 摘要：为参议不锈钢筋及其混凝土构件耐侵蚀机能，进行了不锈钢筋及碳素钢筋的各类对比侵蚀尝试。不锈钢筋与通俗钢筋盐雾侵蚀对比尝试注解，在不异盐雾侵蚀前提下，不锈钢筋的耐侵蚀能力是通俗钢筋的倍以上，不锈钢筋锈蚀量略微，锈蚀不影响其力学、工艺机能；而通俗钢筋锈蚀较着，锈蚀导致断面缩减、强度下降、延性较着下降，验证了不锈钢筋有更优良的抗盐雾侵蚀机能。摹拟不锈钢筋混凝土试件与通俗钢筋混凝土试件在倍海水中干湿轮回对比尝试注解，不锈钢筋试件的极化阻力较着高于通俗钢筋试件，而侵蚀电流密度较着小于通俗钢筋试件，不锈钢筋试件的侵蚀速度远低于通俗钢筋试件，不锈钢筋试件比通俗钢筋试件的耐氯离子侵蚀机能高倍以上。不锈钢筋混凝土足尺试件与通俗钢筋混凝土足尺试件干湿轮回对比尝试注解，在混凝土构件中的不锈钢筋仍然具有优良的耐蚀机能。 关头词：桥梁工程；不锈钢筋锈蚀；侵蚀尝试；锈蚀纪律锈蚀量 引言 不锈钢是指在除夜气、水、酸、碱、盐等溶液或其他侵蚀介质中具有必定化学不变性的钢，所谓不锈钢，其实不是真的不锈，而是其概况组成了富铬氧化膜(钝化膜)，在金属与介质之间生成了一层很薄的呵护膜，阻滞了阳极过程的进行，提高了金属的化学不变性，从而达到了不等闲锈蚀的方针，即不锈钢的耐侵蚀性是概况组成钝化薄膜呵护而至，而钝化薄膜的呵护浸染又取决于金属基面上的化学反映产物。它的耐侵蚀机能还默示在，即即是钝化薄膜遭到划伤等破损，当氧气供给充实时(如在空气中)，钝化薄膜就会当即再生出来，使之获得修复。这就是不锈钢具有精采的耐侵蚀机能的根柢启事。 近几十年来，美英等一些发家国家对不锈钢筋进行了除夜量的理论和尝试研究[-]，但绝除夜除夜都集中在试探考试考试室内或除夜气侵蚀气象下不锈钢筋及不锈钢筋混凝土的抗侵蚀能力，这些尝试搜罗插手氯盐且在干湿轮回前提下的快速侵蚀尝试、盐雾尝试、摹拟海洋气象尝试，在空气或海洋气象下的透露尝试和施工现场的现场尝试等。例如，年佐勃等人用型实心不锈钢变形钢筋进行了抗侵蚀尝试；年詹金斯对N号不锈钢筋和预应力钢绞线进行了一系列抗侵蚀尝试研究；年弗林特和考克斯等人对低碳钢筋和型不锈钢筋进行了抗侵蚀尝试；年特里达伟等人研究了搜罗碳素钢筋、低合金高强钢筋、镀锌钢筋、和型铁素体不锈钢筋，和、和型奥氏体不锈钢筋等一系列钢筋的机能。这些尝试均证实不锈钢筋具有优良的耐侵蚀机能，并最早在侵蚀严重地域工程的一些不凡部位用不锈钢筋庖代通俗碳钢钢筋，出格是在沿海浪溅区、水位变换区。美英等国已将不锈钢筋列入钢筋混凝土用钢筋规模，并在一些处于高侵蚀地域且设计操作寿命在 a以上的结构中获得了操作，收到了很好的下场。 本研究经由过程对不合不锈钢品种及碳素钢筋进行的对比盐雾侵蚀尝试、摹拟混凝土构件加速侵蚀尝试、混凝土构件加速侵蚀尝试[]，求得了部门不锈钢筋的锈蚀纪律。尝试功能可作为拟定不锈钢筋产物尺度的参考。 不锈钢筋盐雾侵蚀尝试 采纳人工天色老化箱来摹拟海洋盐雾气象加速钢筋侵蚀的尝试[]，其中氯化钠溶液为浓度(±)gL、pH值在.～.之间的中性盐雾，尝试温度 ℃。取CrNiMoN()，CrNiN()不锈钢筋和HRB通俗钢筋试样，锈蚀量测量采纳称重法。 ()钢筋的盐雾侵蚀尝试 CrNiMoN()和CrNiN()盐雾侵蚀后不锈钢筋质量损失踪踪率对比见图,CrNiN()不锈钢筋与HRB通俗钢筋质量损失踪踪率对比见图。由图、图可见，在盐雾侵蚀气象中，各类钢筋的侵蚀纪律不异，锈蚀量(质量损失踪踪率)均跟着侵蚀时刻的增添而线性增添，侵蚀速度近似恒定值。与通俗钢筋对比，种不锈钢筋锈蚀极其迟缓，CrNiN()不锈钢筋的耐侵蚀能力约是HRB通俗钢筋的倍，而CrNiMoN ()不锈钢筋的耐侵蚀能力约是HRB通俗钢筋的倍，不锈钢筋比通俗钢筋有更优良的抗盐雾侵蚀能力。 图 CrNiMoN()、CrNiN()不锈钢筋锈蚀量对比Fig. Comparison of corrosion amounts of CrNiMoN () stainless steel bar and CrNiN () stainless steel bar 图 CrNiN()不锈钢筋与HRB通俗钢筋锈蚀量对比Fig. Comparison of corrosion amounts of CrNiN () stainless steel bar and HRB ordinary steel bar 盐雾尝试进行到 d时，CrNiMoN()不锈钢筋概况仍与新钢筋根底不异；盐雾尝试进行到 d时，CrNiN()不锈钢筋和HRB通俗钢筋锈蚀状况见图。通俗钢筋概况闪现平均锈蚀，且跟着盐雾尝试时刻的增添，锈层厚度慢慢增添，表层是黄褐色的铁锈，内层是黑色锈蚀物，除锈后发现通俗钢筋概况布满了锈坑。而CrNiN()不锈钢筋没有闪现除夜规模的锈蚀，仅在局部闪现略微的点蚀，点蚀处也无较着锈蚀产物，除锈后和新不锈钢筋根底不异，反映出CrNiN()不锈钢筋精采的耐盐雾侵蚀机能。 ()盐雾侵蚀后钢筋拉伸尝试 HRB通俗钢筋不应时刻盐雾侵蚀后的锈蚀量和锈蚀后拉伸尝试数据见表，荷载-位移曲线见图。通俗钢筋在盐雾锈蚀后，钢筋的拉伸曲线外形与未侵蚀钢筋一致，仍连结弹性变形-屈就-强化等阶段。但屈就强度、极限强度均跟着盐雾时刻增添慢慢下降，断后伸长率跟着盐雾时刻增添减小[-]。由表可知，通俗钢筋的强度下降与锈蚀量根底一致，如经 d盐雾尝试后，通俗钢筋锈蚀量.，其屈就强度、极限强度均下降约；但此时钢筋断后伸长率下降约，塑性下降比锈蚀量除夜一个数目级。当钢筋的锈蚀量达到必定水平常通俗，钢筋会闪现脆断，使混凝土结构脆性破损，影响结构安然操作。 图 盐雾尝试 d时CrNiN()不锈钢筋和HRB通俗钢筋锈蚀状况对比Fig. Comparison of corrosion situation of CrNiN () stainless steel bar and HRB ordinary steel bar on the th day of salt-spray test 表 不应时刻盐雾侵蚀后HRB通俗钢筋拉伸尝试数据Tab. Tensile test data of HRB ordinary steel bar after salt-spray corrosion at different time编号原始标距mm断后标距mm伸长率截面积mm屈就拉力kN屈就强度MPa断裂拉力kN抗拉强度MPa锈蚀量盐雾前—盐雾d 盐雾d盐雾d盐雾d CrNiMoN ()不锈钢筋不应时刻盐雾侵蚀后的拉伸尝试数据见表,荷载-位移曲线见图， CrNiN()不锈钢筋不应时刻盐雾侵蚀后的拉伸尝试数据见表,荷载-位移曲线见图。两种不锈钢筋侵蚀量很小，盐雾侵蚀前后CrNiMoN ()和CrNiN()不锈钢筋的屈就强度、极限强度、伸长率等力学机能根底没有改变，这声名盐雾侵蚀后不锈钢筋的锈蚀量略微，锈蚀没有组成影响其力学、工艺机能的错误谬误，如锈坑、晶间开裂、裂纹等等。 图 不应时刻盐雾侵蚀后HRB φ通俗钢筋荷载-位移曲线Fig. Load-displacement curves of HRB φ ordinary steel bar after salt-spray corrosion at different time 图 不应时刻盐雾侵蚀后CrNiMoN ()φ不锈钢筋荷载-位移曲线Fig. Load-displacement curves of CrNiMoN()φ stainless steel bar after salt-spray corrosion at different time表 不应时刻盐雾侵蚀后CrNiMoN ()不锈钢筋拉伸尝试数据Tab. Tensile test data of CrNiMoN () stainless steel bar after salt-spray corrosion at different time 编号原始标距mm断后标距mm伸长率截面积mm非比例迟误拉力kN非比例迟误强度MPa断裂拉力kN抗拉强度MPa锈蚀量盐雾前—盐雾d盐雾d 盐雾d 表 不应时刻盐雾侵蚀后CrNiN()不锈钢筋拉伸尝试数据Tab. Tensile test data of CrNiN() stainless steel bar after salt-spray corrosion at different time编号原始标距mm断后标距mm伸长率截面积mm非比例迟误拉力kN非比例迟误强度MPa断裂拉力kN抗拉强度MPa锈蚀量盐雾前—盐雾d 盐雾d盐雾d 盐雾d 图 不应时刻盐雾侵蚀后CrNiN()φ不锈钢筋荷载-位移曲线Fig. Load-displacement curves of CrNiN() φ stainless steel bar after salt-spray corrosion at different time 不锈钢筋混凝土摹拟构件加速侵蚀尝试 注：图中曲线，，，分袂代表浸泡 d， d， d， d图 钢筋沙浆试件在养护期的极化曲线(E-lg i)Fig. Polarization curves of reinforced mortar specimens during curing (E-lg i) 为斗劲不锈钢筋及通俗钢筋在混凝土构件中的耐侵蚀机能，选择CrNiMoN (),Cr NiMo(L)不锈钢筋及HRB、Q通俗钢筋，用 mm厚沙浆包覆，制成摹拟钢筋混凝土构件。为避免因Cl-含量太低导致的沙浆孔隙中Cl-分布不服均，采纳Cl-质量分数为.的倍浓缩海水作为试件的侵蚀浸泡介质。混凝土呵护层有必定的招架氯离子分手渗入的能力，氯离子需要很长时刻才能从混凝土概况分手至钢筋，为缩短氯离子分手至钢筋的时刻，制备试样时在沙浆中掺入必定量的Cl-摹拟沙浆中渗入的Cl-。 ()钢筋耐蚀机能随龄期改变 沙浆试件脱模后放入倍浓缩海水中养护，各试件在倍浓缩海水溶液平不合龄期时钢筋的极化曲线见图。不锈钢筋和通俗钢筋沙浆试件的极化曲线均有必定的钝化区，但他们的维钝电流密度不合，不锈钢的维钝电流密度均较着小于碳钢。 ()干湿冷热轮回尝试 将各沙浆摹拟试件放入倍浓缩海水溶液中浸泡 h，捞出放入 ℃的烘箱中烘 h，再掏出置于溶液中浸泡 h，再捞出放入 ℃的烘箱中烘 h，此轮回尝试以 h为一个周期。在干湿冷热交替尝试时代，按期测量不锈钢钢筋的自然侵蚀电位、恒电位极化曲线和极化阻力；在沙浆龄期 d时，将试件剖开，不美观不美观不雅察看各钢筋试样的锈蚀气象，并测量各试件中不锈钢筋的侵蚀速度。 各摹拟试件中钢筋的侵蚀速度见表，在浓缩海水的浸烘轮回尝试中，Q和HRB的侵蚀速度很是四周；通俗钢筋的侵蚀速度都远远高于不锈钢筋，CrNiMoN()不锈钢筋比通俗钢筋的耐氯离子侵蚀机能高约倍， CrNiMo( L)不锈钢筋比通俗钢筋的耐氯离子侵蚀机能高约倍。剖开后钢筋侵蚀描摹见图，通俗钢筋的侵蚀描摹是周全侵蚀，而不锈钢筋的侵蚀描摹是局部侵蚀。 表 各试件中钢筋的侵蚀速度Tab. Corrosion rate of steel bar in each specimen钢种初始质量g质量损失踪踪g概况积mm平均侵蚀速度(mm·a-)CrNiMoN()CrNiMo(L)HRB QB 图 钢筋的概况侵蚀描摹Fig. Surface corrosion morphology of steel bar 图是各试件中通俗钢筋和不锈钢筋的极化阻力争，各曲线数据前个点是试件在养护时代的极化阻力(, , , d)，数据后个点是试件干湿交替尝试时代的极化阻力(, , , , d)。Q与HRB的极化阻力改变趋向根底不异，极化阻力在养护期是慢慢上升的，多是因为混凝土水化反映发生的高碱性对碳钢的钝化呵护浸染在慢慢增强；而当浸烘尝试交替进行时，通俗钢筋概况的极化阻力急剧下降并趋于不变，注解通俗钢筋在浸烘尝试交替过程中的侵蚀速度急剧增除夜其实不变在一个较高的侵蚀速度规模。不锈钢筋的极化阻力较着高于碳钢钢筋，CrNiMo(L)钢筋的极化阻力更是远远高于CrNiMoN ()，这与表中的平均侵蚀速度功能吻合,声名极化阻力越小，侵蚀速度越除夜。 图 各试件的极化阻力Fig. Polarization resistance of each specimen 图 各试件的侵蚀电流密度Fig. Corrosion current density of each specimen 注：图中曲线，，，，分袂代表干湿交替 d， d， d， d， d图 各试件在干湿交替尝试过程中的极化曲线(E-lg i)Fig. Polarization curves (E-lg i) of each specimen during wetting-drying cycle test 图为各试件中通俗钢筋和不锈钢筋在倍浓缩海水侵蚀尝试的侵蚀电流密度，各曲线数据前个点是养护期的侵蚀电流密度(, , , d)，后个点是干湿交替尝试时代的侵蚀电流密度(, , , , d)。摹拟试件中钢筋在干湿冷热轮回尝试, , , , d时的恒电位极化曲线见图。由图看出，Q和HRB碳钢钢筋试件在养护时代的侵蚀电流密度较低，但在干湿冷热轮回尝试最早时侵蚀电流密度火速增除夜；CrNiMo(L)不锈钢筋试件的侵蚀电流密度在养护时代和干湿冷热轮回尝试中闪现下降趋向；CrNi MoN ()不锈钢筋试件的侵蚀电流密度在养护时代闪现下降趋向，在干湿冷热轮回尝试中闪现上升趋向。各类钢筋在不应时代的侵蚀电流密度改变趋向与图所示的极化阻力改变趋向根底吻合，即极化阻力越小，侵蚀速度越除夜。 不锈钢筋混凝土构件加速侵蚀尝试 钢筋混凝土试件的混凝土强度等第为C，水灰比为.，水泥用量为 kgm；试件采纳内掺氯盐的编制加速钢筋锈蚀，掺盐后混凝土内Cl-含量(Cl-质量占混凝土质量百分比)，.，.，.，.共个等第，试件边长均为 mm× mm× mm。不锈钢筋选CrNiN()，通俗钢筋选HRB，每个不锈钢筋混凝土试件内部配φ与φ不锈钢筋各一根，对比组钢筋混凝土试件内部配两根φ通俗钢筋，各试件钢筋呵护层厚度均为 mm。所有试件同时浇注成型，拆模落伍行干湿轮回尝试，干湿轮回轨制为天天两个轮回，每次都是干 h，湿 h，室内温度 ℃。 尺度试块养护 d落伍行抗压强度的测试，其抗压强度与Cl-含量关系见图，各组试件抗压强度均达到了设计值，且掺盐量对混凝土立方体抗压强度影响不较着。 图 各组尺度试块立方体抗压强度Fig. Cube crushing strength of standard test pieces in each group 通俗钢筋混凝土试件钢筋侵蚀电流密度与侵蚀电位改变见图，在干湿轮回 d往后，通俗钢筋侵蚀电流密度最早增除夜，侵蚀电位闪现拐点并最早变小，声名通俗钢筋闪现锈蚀迹象。未掺盐和掺盐后Cl-含量为.的试件，钢筋侵蚀电流密度与侵蚀电位改变纪律根底一致；掺盐后Cl-含量为.的试件，钢筋侵蚀电流密度较着要高于不掺盐组，侵蚀电位也小于未掺盐组。剖解后钢筋照片见图，试件混凝土内的通俗钢筋发生了锈蚀，掺盐的比未掺盐的侵蚀严重，与测试功能合适。 注：D-未掺盐；D-掺盐后Cl-含量为.图 通俗钢筋侵蚀电流密度与侵蚀电位改变Fig. Corrosion current density and corrosion potential change of ordinary steel bar 图 剖解后钢筋锈蚀气象Fig. Corrosion situation of steel bar after dissection φ不锈钢筋混凝土试件不锈钢筋的侵蚀电流密度与侵蚀电位改变如图所示。在干湿轮回初期，测试数值较除夜，数值波动也较除夜，主若是因为混凝土拆模后直接放入到干湿轮回尝试设备中，试件混凝土水泥水化等化学反映使混凝土内部水分有所分歧，测量功能波动较除夜。干湿轮回 d往后，测试的侵蚀电流密度慢慢减小且趋于平缓，试件中不锈钢筋的侵蚀电流密度慢慢下降到. μAcm以下，遵循表侵蚀电流密度与钢筋锈蚀的对应关系和经验，初步剖断在干湿轮回 d时，试件中的不锈钢筋没有锈蚀的迹象，即便Cl-含量.的混凝土内仍然如斯。由侵蚀电位改变图也能够看出，跟着混凝土内部掺盐量的增添，钢筋的侵蚀电位慢慢变除夜，但侵蚀电位整体较小，没有闪现出侵蚀的特点。剖解后不锈钢筋照片见图，在干湿轮回长达 d尝试前提下，即便Cl-含量达.的混凝土试件，不锈钢筋仍然没有闪现锈蚀，与测试功能合适。 图 不锈钢筋侵蚀电流密度与侵蚀电位改变Fig. Corrosion current density and corrosion potential change of stainless steel bar表 侵蚀电流密度与钢筋锈蚀对应关系Tab. Corresponding relationship between corrosion current density and corrosion of steel bar 侵蚀电流密度(μA·cm-)Icoor≤锈蚀气象钝化状况轻度侵蚀中度侵蚀严重侵蚀 图 Cl-含量.的混凝土试件剖解后不锈钢筋锈蚀气象Fig. Corrosion situation of stainless steel bar of concrete specimen with . Cl- content after dissection 结论 不锈钢筋与通俗钢筋盐雾侵蚀对比尝试注解，在不异盐雾侵蚀前提下，CrNiN()不锈钢筋的耐侵蚀能力约是HRB通俗钢筋的倍,CrNiMoN ()不锈钢筋的耐侵蚀能力约是HRB通俗钢筋的倍。盐雾尝试后，通俗钢筋屈就强度、极限强度下与降锈蚀量相当，但断后伸长率急剧下降，钢筋闪现脆断倾向，影响结构安然操作而不锈钢筋侵蚀略微，其力学、工艺机能根底不变，不锈钢筋具有优良的抗盐雾侵蚀能力，能有用提高海洋气象或含氯离子气象下钢筋混凝土构件的经久性。 倍浓缩海水浸泡的不锈钢筋与通俗钢筋混凝土摹拟构件的干湿冷热轮回对比尝试功能注解， CrNiMoN()不锈钢筋比通俗钢筋的耐氯离子侵蚀机能高约倍， CrNiMo(L)不锈钢筋比通俗钢筋的耐氯离子侵蚀机能高约倍。不锈钢筋的极化阻力较着高于碳素钢筋，侵蚀电流密度小于碳素钢筋，声名在摹拟混凝土试件中，不锈钢筋一样具有优良的耐侵蚀机能。 混凝土内不合Cl-含量的不锈钢筋与通俗钢筋混凝土构件干湿轮回对比尝试注解，通俗钢筋在尝试进行到 d即闪现锈蚀，而不锈钢筋尝试 d仍没有锈蚀的迹象，再次声名在混凝土试件中的不锈钢筋具有优良的耐侵蚀机能。 参考文献： [] PALSSON R, MIRZA M S. Mechanical Response of Corroded Steel Reinforcement of Abandoned Concrete Bridge [J]. ACI Structural Journal ,,(): -. [] AMLEH L, MIRZA S. 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The salt-spray corrosion comparative tests of stainless steel bar and ordinary steel bar shows that () under the same salt-spray corrosion condition, the anti-corrosion capability of stainless steel bar is more than times of that of ordinary steel bar, and the corrosion amount of stainless steel bar is slight without affecting its mechanical and processing properties () while the corrosion of ordinary steel bar is obvious, resulting in the reduction of its cross-section, decrease of its strength and obvious decline of its ductility, which demonstrates that the salt-spray corrosion resistant performance of stainless steel bar is better. The drying-wetting cycle comparative simulation test of stainless steel reinforced concrete specimen and ordinary reinforced concrete specimen in times seawater shows that the polarization resistance of stainless steel bar specimen is obviously higher than that of ordinary steel specimen, the corrosion current density and the corrosion rate of stainless steel bar specimen are obviously aller than that of ordinary steel bar specimen, and the resistance to chlorine ion corrosion of stainless steel bar specimen is times higher than that of ordinary steel bar specimen. The drying-wetting cycle comparative test of full size specimens of stainless steel reinforced concrete and ordinary reinforced concrete shows that the stainless steel bar in concrete components still has excellent corrosion resistant performance. Key words：bridge engineering corrosion of stainless steel bar corrosion test law of corrosioncorrosion amount References： 收稿日期： 基金项目：交通运输部科技项目( ) 简介：郑晓华(-)，女，山东青岛人，研究员.(xh.zhengrioh.cn) doi：.j.issn.-... 中图分类号：U. 文献标识码：A 文章编号：-()