[发明专利]用于荷载与环境耦合作用下钢筋原位电化学性能监测装置及其方法

说明书

本发明公开了一种用于荷载与环境耦合作用下钢筋原位电化学性能监测装置及其方法，装置包括应力加载单元，包括第一加载螺杆、第二加载螺杆、第一承力板、第二承力板以及限位机构，第一承力板和第二承力板上下设置且第一承力板和第二承力板两端分别开设有供第一加载螺杆和第二加载螺杆穿过的第一通孔；电化学性能测试单元，包括电解池容器，位于第一承力板和第二承力板之间，待测钢筋试样的工作段设置在电解池容器中；以及应力应变监测单元，包括轮辐式压力传感器和电阻应变片；轮辐式压力传感器上具有供待测钢筋试样穿过的第三通孔，电阻应变片设置在待测钢筋试样的工作段上。本发明实时监测应力和应变的变化，防止在试验过程中产生应力损失。

技术领域

本发明属于钢筋腐蚀的混凝土结构耐久性试验技术领域，特别涉及一种用于荷载与环境耦合作用下钢筋原位电化学性能监测装置及方法。

背景技术

处于混凝土高碱性孔隙液环境中的钢筋表面形成一层钝化膜。当混凝土结构暴露于碳化或含氯离子的环境中，钢筋表面钝化膜性能下降直至被破坏，混凝土中钢筋由钝化状态转变为腐蚀状态。因此，许多学者针对钢筋表面钝化膜的破坏机理及行为展开研究。目前有关钝化膜的研究多数都集中在研究氯离子、pH值以及其他环境因素对钝化膜的影响。混凝土结构除了受到腐蚀介质等各种环境因素的影响外，还承受各种各样的荷载，然而目前为止，很少有研究应力对钢筋锈蚀的影响。

因此，研究荷载作用下(拉应力和压应力)钢筋在混凝土孔隙液环境中的钝化与腐蚀行为，可以为实际工程的混凝土结构的承载设计提供参考。

基于以上背景，中国专利授权公告号CN 207798541 U，授权公告日为2018年08月31日，名称为“一种用于应力腐蚀试验的C形环应力加载装置”，该项专利加载是通过手动调节压紧螺栓的距离从而施加应力，此件专利虽然加载便利，但试验前并未贴应变片等其他监测手段来辅助施力，存在一定的误差和一定的实时性，并不能对待测试件的应力和应变进行实时监测。同时，C形环装置所受的周向应力是沿其厚度方向梯度变化的不均匀应力，即从外表面上的最大拉应力变化到内表面上的最大压应力，此不均匀应力对钢筋钝化及腐蚀过程的电化学测量结果产生影响。

因此，亟需设计较为接近实际试验应用需求的钢筋加载原位电化学性能监测装置，以便于准确便捷的给定加载力和实时监测应力应变数据，并对钢筋钝化及腐蚀的过程进行原位电化学监测。

传统应力腐蚀的电化学性能试验多将整个加载装置完全浸泡于溶液环境中，此操作对于加载装置本身具有一定的腐蚀损伤效果，并对溶液环境具有一定的污染，通常需要对于加载装置进行绝缘处理(涂环氧树脂)或者采用绝缘的高强度材料(如高强纤维玻璃)作为加载装置的材料，但是考虑到绝缘处理的工序繁琐，环氧树脂的消耗量大并且高强度材料往往价格昂贵；可行的替代方案有使用非浸泡式的夹具进行加载，夹具装置能够实现在试样的加载同时不让装置受到腐蚀，从而减小对电化学性能测试结果的影响。基于这种理论，中国专利授权公告号CN 210923276 U，公告日为2020年07月03日，名称为“一种加载可控的大尺寸非浸泡式四点弯曲夹具”，但是该专利在加载时试样暴露面积区域产生的是弯曲应力，受力是不均匀的，不能保证整个暴露区域的受力均匀，会影响电化学性能试验的结果。

以上问题亟待解决。因此，专门研发一种用于荷载与环境耦合作用下钢筋原位电化学性能监测装置，具有十分重要的工程价值，可大幅度提高对实验室电化学性能试验的效率，帮助研究顺利进行。

发明内容