一种用于测试CFRP修复开裂砼内钢筋电化学性能的试件制备方法

技术领域

本发明涉及海滨钢筋混凝土工程建设领域，具体为一种用于测试CFRP修复开裂砼内钢筋电化学性能的试件制备方法。

背景技术

对于近海建筑物，氯离子引起钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构破坏的主要原因。在浪溅区，由于海洋潮汐引起的干湿循环，钢筋混凝土结构中因氯离子引起的钢筋腐蚀更为严重。

碳纤维聚合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymers，简写为CFRP)因具有优异的力学性能和耐腐蚀性能已被广泛用于修复近海钢筋混凝土结构中。目前的研究大多集中在修复后钢筋混凝土构件的力学性能研究方面，对修复后钢筋混凝土构件内钢筋的腐蚀状态的研究较少，特别是钢筋混凝土构件内混凝土已经锈胀开裂、钢筋已发生腐蚀的情形，需要研究CFRP包裹可在多大程度上起到抑锈作用。但钢筋混凝土构件内混凝土锈胀开裂、钢筋已腐蚀的状态，如采用海水干湿循环耗时很长；故本专利提供了一种用于测试CFRP修复开裂砼内钢筋电化学性能的试件制备方法，可用于研究CFRP包裹对混凝土锈胀开裂、钢筋已腐蚀的钢筋混凝土构件内钢筋抗腐蚀性能的影响。

发明内容

鉴于以上原因，本发明旨在提供一种用于测试CFRP修复开裂砼内钢筋电化学性能的试件制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于测试CFRP修复开裂砼内钢筋电化学性能的试件制备方法，其步骤包括：

S1、准备浇筑含钢筋的混凝土圆柱体试件的原材料，包括水泥、0-2mm砂子、10mm的石子、直径16mm钢筋、石墨棒、减水剂和拌和模拟海水；

S2、配制水灰比为0.4的混凝土；

S3、浇筑高200mm，直径100mm的钢筋混凝土圆柱体试件，在20℃模拟海水中养护14天；

S4、养护结束后，将钢筋混凝土圆柱体试件分组、编号并通电加速腐蚀；定期使用裂缝宽度仪观察、测量、记录试件混凝土表面锈胀裂缝宽度；

S5、钢筋混凝土圆柱体试件混凝土表面锈胀裂缝宽度达到设计的最大裂缝宽度时，停止通电；

S6、将全部钢筋混凝土圆柱体试件在模拟海水中进行干湿循环，每个干湿循环的湿循环结束时，采用电化学工作站测试试件内钢筋的开路电位和极化曲线；

S7、将经5个干湿循环后的钢筋混凝土圆柱体试件进行CFRP包裹前其内钢筋的防腐处理；

S8、采用CFRP包裹全部钢筋混凝土圆柱体试件；

S9、对所有钢筋混凝土圆柱体试件，再进行模拟海水干湿循环，每个干湿循环的湿循环结束时，采用电化学工作站测试试件内钢筋的开路电位和极化曲线。

优选的，步骤S1中，水泥为普通硅酸盐水泥；0-2mm中砂的细度模数为1.51；减水剂中固含量为15％。

优选的，步骤S2中，配制混凝土的步骤为：将水泥、沙子、石子高速拌和3分钟；在随后的4分钟内，先加入一半的拌和模拟海水和减水剂高速搅拌；再加入另一半拌和模拟海水；停止1分钟，将搅拌周围附着物刮入，静置2分钟；然后低速再拌和2分钟。

优选的，步骤S3中，共浇筑11个高200mm，直径100mm的钢筋混凝土圆柱体试件，其内钢筋和石墨棒的基本参数见表1；试件混凝土保护层厚度，与钢筋直径的比值为3.13；

优选的，步骤S4中，将11个钢筋混凝土圆柱体试块分组进行编号；其中不通电的试件编为U0，其他10个试件分为2组，每组5个：组1编号为C0.1、C0.15、C0.2、C0.25、C0.3；组2编号为ZC0.1、ZC0.15、ZC0.2、ZC0.25、ZC0.3。对除U0试件以外的其他10个试件通以直流电源，以加速其内钢筋的锈蚀；

优选的，步骤S5中，当钢筋混凝土圆柱体试件混凝土表面锈胀裂缝宽度达到设计的最大锈胀裂缝宽度时，即停止通电；

优选的，步骤S6中，将表2中的全部钢筋混凝土圆柱体试件，包括U0试件，浸泡于模拟海水中，浸泡4天后使用CS电化学工作站测量其内钢筋的开路电位和极化曲线，其中钢筋为工作电极，石墨棒为参比和辅助电极；然后再晾晒3天，7天为一个干湿循环周期；

优选的，步骤S7中，经5个干湿循环后，将组2中的钢筋混凝土圆柱体试件进行CFRP包裹前其内钢筋的防腐处理；

优选的，步骤S8中，对表3中组1、组2的钢筋混凝土圆柱体试件进行CFRP包裹；

优选的，步骤S9中，对U0试件、CFRP包裹的组1、组2试件进行模拟海水干湿循环，浸泡4天后使用CS电化学工作站测量其内钢筋的开路电位和极化曲线，其中钢筋为工作电极，石墨棒为参比和辅助电极；然后再晾晒3天，7天为一个干湿循环周期。

重复步骤9，评估CFRP修复锈胀开裂钢筋混凝土构件前钢筋的防腐处理和CFRP包裹对其内钢筋腐蚀状态的影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、提供了一种用于测试CFRP修复开裂砼内钢筋电化学性能的试件制备方法；

2、解决了实验室模拟钢筋混凝土构件内混凝土锈胀开裂、钢筋已腐蚀状态耗时长的问题，在通电加速锈蚀后，再进行模拟海水的干湿循环，使得制备的钢筋混凝土试件内钢筋的腐蚀状态较接近自然条件下腐蚀状态；

3、CFRP包裹前对制备的钢筋混凝土试件内钢筋的防腐处理，对实际服役钢筋混凝土构件CFRP修复前的钢筋防腐处理具有参考价值。

4、本专利提供了一种用于测试CFRP修复开裂砼内钢筋电化学性能的试件制备方法，可用于研究CFRP包裹对混凝土锈胀开裂、钢筋已腐蚀的钢筋混凝土构件内钢筋抗腐蚀性能的影响，对研究CFRP修复后钢筋混凝土构件耐久性能具重要意义。

附图说明

图1用于测试CFRP修复锈胀开裂钢筋混凝土构件内钢筋电化学性能的试件制备步骤。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明：

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种用于测试CFRP修复开裂砼内钢筋电化学性能的试件制备方法，包括如下具体步骤：

S1：准备浇筑含钢筋的混凝土圆柱体试件的原材料，包括水泥、0-2mm砂子、10mm的石子、直径16mm钢筋、石墨棒、减水剂和拌和模拟海水；

S2：配制水灰比为0.4的混凝土；

S3：用配制的水灰比为0.4的混凝土浇筑高200mm，直径100mm的钢筋混凝土圆柱体试件，试件内钢筋和石墨棒基本参数和位置见表1。24小时后拆模，并在20℃海水中养护14天；

S4：14天养护结束后，将钢筋混凝土圆柱体试件分组、编号并通电加速腐蚀，见表2；定期使用裂缝宽度仪观察、测量、记录混凝土表面锈胀裂缝宽度；

S5：钢筋混凝土圆柱体试件混凝土表面锈胀裂缝宽度达到设计的最大裂缝宽度时，停止通电；

S6：钢筋混凝土圆柱体试件通电结束后，将全部试件在模拟海水中进行干湿循环，每个干湿循环的湿循环结束时，采用电化学工作站测试试件内钢筋的开路电位和极化曲线；

S7：将经5个干湿循环后的钢筋混凝土圆柱体试件进行CFRP包裹前其内钢筋的防腐处理；

S8：采用CFRP包裹钢筋混凝土圆柱体试件；

S9：对所有钢筋混凝土圆柱体试件，再进行模拟海水干湿循环，每个干湿循环的湿循环结束时，采用电化学工作站测测试试件内钢筋的开路电位和极化曲线。

步骤S1中，水泥为普通硅酸盐水泥；石子最大粒径为10mm；0-2mm砂的细度模数为1.51；钢筋和石墨棒的基本参数如表1所示；减水剂中固含量为15％；

表1钢筋和石墨棒的基本参数

步骤S2中，配制砂浆的步骤为：将水泥、砂子、石子高速下拌和3分钟；在随后的4分钟内，先加入一半的拌和海水和减水剂高速搅拌；再加入另一半拌和海水；停止1分钟，将搅拌周围附着物刮入，静置2分钟；然后低速再拌和2分钟。以上混凝土拌和过程中，静置2分钟是为了让减水剂充分发挥作用；

步骤S3中，在用配制的水灰比为0.4的混凝土浇筑11个高200mm，直径100mm的钢筋混凝土圆柱体试件时，应注意振捣均匀；混凝土保护层厚度与钢筋直径的比值约为3.13；试件浇筑24小时后拆模，然后放入20℃海水中养护14天；

步骤S4中，将11个钢筋混凝土圆柱体试件分组进行编号；其中不通电的试块编为U0，其他10个试块分为2组，每组5个；组1编号为C0.1、C0.15、C0.2、C0.25、C0.3；组2编号为ZC0.1、ZC0.15、ZC0.2、ZC0.25、ZC0.3；将除U0试件以外的其他10个试件通直流电源以加速其内钢筋的锈蚀；通电要求及裂缝宽度如表2所示，通电初期测量裂缝宽度间隔时间可以较长，通电一段时间后需不断减小测量裂缝时间间隔；

表2钢筋混凝土圆柱体试块通电要求(mm)

步骤S5中，钢筋混凝土圆柱体试件混凝土表面设计的最大锈胀裂缝宽度如表2所示。

步骤S6中，将全部钢筋混凝土圆柱体试块浸泡于模拟海水中，浸泡4天后使用CS电化学工作站测试试件内钢筋的开路电位和极化曲线，其中钢筋为工作电极，石墨棒为参比和辅助电极；晾晒3天，7天为一个干湿循环周期；测量5个循环；

步骤S7中，经5个干湿循环后，将组2中的钢筋混凝土圆柱体试件进行CFRP包裹前期内钢筋的防腐处理，处理方法如表3所示；

表3锈胀开裂钢筋混凝土圆柱体试块防腐处理方法

步骤S8中，使用CFRP包裹组1和组2中的钢筋混凝土圆柱体试件，CFRP覆盖试件中混凝土全部侧表面；

步骤S9中，钢筋混凝土圆柱体试件中，试件U0未通电、未包裹CFRP；其他试件均为CFRP包裹。对以上试件进行模拟海水干湿循环，每个干湿循环的湿循环结束时，采用电化学工作站测测试试件内钢筋的开路电位和极化曲线，其中钢筋为工作电极，石墨棒为参比和辅助电极。