[发明专利]一种表面纳米化耐蚀钢筋的连续加工方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种通过高速旋转丝大塑性变形实现表面纳米化耐蚀改性的连续加工方法，属于钢铁加工技术领域。

二、背景技术

钢筋混凝土结构是基础设施建设中应用最为广泛的结构形式。随着跨江海大型桥梁和海港码头等基础设施建设的逐渐开展，混凝土结构的耐久性问题日益凸显。在影响混凝土结构耐久性的众多因素中，钢筋锈蚀所导致的混凝土结构劣化最为严重，同时也引起了业界和政府部门的高度关注【陈肇元，土建结构工程的安全性与耐久性，中国建筑工业出版社】。混凝土中钢筋锈蚀是材料和环境因素共同作用的复杂电化学腐蚀过程。一般情况下，钢筋在混凝土高碱性条件下表面可形成致密的钝化膜而免被侵蚀。但在氯离子的侵蚀介质的作用下，钢筋将会活化破钝，最终导致锈蚀失效。一般而言，钢筋锈蚀可大致分为三个阶段：维钝阶段、活化破钝阶段和腐蚀扩展阶段【Xianming Shi, Construction and Building Materials, 2012, 20:125】。其中维钝阶段时间由混凝土中侵蚀介质的传输速度和钢筋自身耐蚀性共同决定，其占钢筋全寿命的时间最长，加强钝化效果以延长维钝时间即可显著增加钢筋寿命【S.M. Abd Ei Haleem, Corrosion Science, 2010, 52:3875】钢筋一旦破钝化后，腐蚀反应发展迅速，腐蚀产物膨胀引起混凝土保护层出现纵筋开裂，加速钢筋混凝土结构失效。在给定的外部环境和混凝土条件下，要延长钢筋的维钝时间，钢筋自身的耐蚀性就显得尤为重要。因此，新型耐蚀钢筋的研究开发和应用，对提高钢筋混凝土结构耐久性十分重要。国内外对耐蚀钢筋的研发主要有两个思路：一种是合金化耐蚀钢筋，以提高钢筋整体的耐蚀性；另一种是表面涂镀层钢筋，以隔绝侵蚀介质或提供阴极保护【M.C. García-Alonso, Cement and Concrete Research, 2007, 37:1463】。合金耐蚀钢筋，尤其是含大量Cr-Ni元素的不锈钢钢筋具有很高的耐氯离子侵蚀能力，但生产成本甚高。环氧涂层钢筋和热浸镀锌钢筋等表面涂镀层钢筋，涂镀层自身的老化/腐蚀问题使得此类耐蚀钢筋的寿命仍然有限。由此可见，研发低成本长寿命的耐蚀钢筋迫在眉睫。众所周知，钢筋腐蚀在表面萌生并逐渐向心部扩展，而钢筋耐蚀性又主要取决于其在混凝土中的钝化效果。由此可以推断，钢筋表层的显微组织耐蚀性将很大程度上决定钢筋使用寿命。因此，采用简单而有效的加工方法对钢筋进行表面改性，调整钢筋的表层组织状态以提高其钝化效果和耐蚀性，将是一种有益的尝试。