腐蝕環(huán)境下鋼筋焊接性能影響的試驗(yàn)研究

成兆寧

(佛山市三水區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測(cè)站 528100)

腐蝕環(huán)境下鋼筋焊接性能影響的試驗(yàn)研究

成兆寧

(佛山市三水區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測(cè)站 528100)

近幾年，常遇到水閘、渡槽、橋梁、建筑等因鋼筋腐蝕環(huán)境下被腐蝕而造成混凝土保護(hù)層脫落，使得結(jié)構(gòu)承載力下降，有些甚至發(fā)生坍塌，給國(guó)家經(jīng)濟(jì)和人民財(cái)產(chǎn)安全造成了極大的危害，所以我們應(yīng)該重視起來，吸取其后果教訓(xùn)，努力提高鋼筋的抗腐蝕能力，所以本文將簡(jiǎn)要分析腐蝕環(huán)境下對(duì)鋼筋焊接性能影響并做一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)研究。

腐蝕環(huán)境；鋼筋焊接性能；試驗(yàn)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各項(xiàng)基礎(chǔ)配套設(shè)施不斷建造，包括鐵路公路、建筑、橋梁等，鋼筋是各種設(shè)施建造的支撐上起到核心作用，而最近幾年時(shí)有因鋼筋腐蝕而發(fā)生的事故，鋼筋被腐蝕受很多因素的影響，而鋼筋焊接性能對(duì)于鋼筋腐蝕的影響是絕對(duì)不容忽視的，而焊接性能在很大程度上又受焊接工藝的影響，下面本文將首先簡(jiǎn)單介紹一下焊接工藝。

1 焊接工藝

鋼筋閃光對(duì)焊的焊接工藝主要包括閃光－預(yù)熱閃光焊、預(yù)熱閃光焊和連續(xù)閃光焊等；點(diǎn)焊工藝，有預(yù)壓、通電、鍛壓等施工過程。通電后產(chǎn)生高溫，接觸點(diǎn)變大，固態(tài)金屬膨脹，在壓力作用鋼筋發(fā)生了塑形形變后開始向工作隙縫靠近，持續(xù)通電繼續(xù)加熱，熔化點(diǎn)開始出現(xiàn)并擴(kuò)大，達(dá)到想要尺寸時(shí)就斷開電流停止加熱。電弧焊工藝，其熔焊方法是利用焊接電流產(chǎn)生的電弧焊然后以焊條和鋼筋各為一個(gè)板面的工藝。主要接頭形焊接，包括熔槽幫條焊、坡口焊、搭接焊和幫條焊等。鋼筋氣壓焊有壓接、頂壓、加熱等工序，會(huì)用三次加壓法、二次加壓法和等壓法等焊接方法，根據(jù)鋼筋直徑和焊接設(shè)備等條件。這只是幾種主要的鋼筋焊接工藝，鋼筋焊接時(shí)要具體鋼筋的實(shí)際情況焊接方法，比如鋼筋硬度、直徑、延展性的等。

2 腐蝕環(huán)境

想要弄清腐蝕環(huán)境下鋼筋焊接性能的影響，就要先明白腐蝕環(huán)境對(duì)鋼筋腐蝕的形成機(jī)理和腐蝕的種類。

2.1鋼筋腐蝕的形成機(jī)理

腐蝕環(huán)境對(duì)鋼筋腐蝕的形成機(jī)理從微觀上看主要是是電化學(xué)過程，而腐蝕環(huán)境中鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕的必要條件，電解質(zhì)溶液和其中含有的氧氣。一般情況下鋼筋表現(xiàn)有一層厚厚的尖晶石固熔體膜，使電化學(xué)反應(yīng)從活躍狀態(tài)轉(zhuǎn)到沉寂癥狀，使鋼筋處于鈍化狀態(tài)不會(huì)腐蝕，但是腐蝕環(huán)境中還含有氯離子或者將鈍化膜碳化，使鋼筋周圍環(huán)境的堿性大幅度降低，導(dǎo)致鈍化膜局部或全部破壞，鋼筋表面的不同部位因?yàn)樾纬杀容^大的電位差而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

從宏觀上看，腐蝕后鋼筋容易故障的因素有以下幾種，第一是腐蝕造成鋼筋平均截面積減少形成的幾何因素，第一是不均勻腐蝕形成腐蝕坑處產(chǎn)生應(yīng)力集中的物理因素，第三是腐蝕會(huì)改變鋼筋內(nèi)部的晶格結(jié)果，再加上鋼筋內(nèi)應(yīng)力的存在，使鋼筋性能發(fā)生變化的材質(zhì)因素。

2.2鋼筋腐蝕形態(tài)的分類

鋼筋腐蝕形態(tài)的分類主要包括均勻腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕和腐蝕疲勞等幾個(gè)方面。

均勻腐蝕使整個(gè)鋼筋表面都發(fā)生均勻的腐蝕，逐漸導(dǎo)致鋼筋表現(xiàn)的材料均勻減少而失去原有的強(qiáng)度。這是腐蝕速度最大的一種，人們可以通過一些措施預(yù)防這種腐蝕。

縫隙腐蝕是局部腐蝕，在電解質(zhì)溶液中，鋼筋結(jié)構(gòu)件存在狹窄的隙縫，縫隙間的物質(zhì)交流受到阻礙，留存下來慢慢形成濃差電池，進(jìn)而腐蝕，會(huì)使鋼筋表面被氧化膜覆蓋，破壞鋼筋的鈍化保護(hù)膜，經(jīng)常發(fā)生在表面的別點(diǎn)上，因此也被稱為坑腐蝕，腐蝕速度很快。點(diǎn)腐蝕有大有小，其深度經(jīng)常要比直徑大。

應(yīng)力腐蝕是因?yàn)殇摻钤诟g條件下受到應(yīng)力作用發(fā)生滯后裂紋甚至斷裂。有時(shí)候鋼筋發(fā)生應(yīng)力腐蝕時(shí)其腐蝕產(chǎn)物很少有時(shí)人眼很難發(fā)現(xiàn)，但是一旦應(yīng)力超過某一極限值，鋼筋就會(huì)發(fā)生斷裂，是一種破壞性極大的腐蝕。

晶間腐蝕是鋼筋在腐蝕環(huán)境的介質(zhì)中，沿著鋼筋的晶粒間界進(jìn)行腐蝕，使鋼筋晶粒之間失去結(jié)合力而使鋼筋失去強(qiáng)度。

3 腐蝕試驗(yàn)

3.1鋼筋的腐蝕程度標(biāo)準(zhǔn)

腐蝕鋼筋的重量損失率K，鋼筋腐蝕錢重量為N1，鋼筋腐蝕后重量為N2，那么

K=（N2-N1）/N1，如果在計(jì)算之中沒有鋼筋腐蝕前的重量，可以利用鋼筋的直徑理論計(jì)算出腐蝕前重量。

截面損失率，它反映了鋼筋腐蝕后最薄弱部位的削弱，是利用平均稱重面積和鋼筋腐蝕后的最小剩余面積的差值再除以平均稱重面積求出來的。

有效直徑比，利用鋼筋腐蝕前后的直徑求出來的。

強(qiáng)度損失率 分為抗拉強(qiáng)度損失率和屈服強(qiáng)度損失率，分別用鋼筋腐蝕前與腐蝕后的抗拉強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度的差值再除以腐蝕前抗拉強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度。

伸長(zhǎng)損失率，是鋼筋腐蝕前后的伸長(zhǎng)率差值再和腐蝕前伸長(zhǎng)率的比值。其中強(qiáng)度率和伸長(zhǎng)率如果沒有數(shù)據(jù)，可以用規(guī)范的最小值進(jìn)行代替。

3.2腐蝕實(shí)驗(yàn)

由于鋼筋自然腐蝕速度過于緩慢，所以本文使用一定的方法加快鋼筋在腐蝕環(huán)境中的腐蝕速度，以便檢驗(yàn)腐蝕環(huán)境下對(duì)鋼筋焊接性能的影響。本次實(shí)驗(yàn)采用鈹銅低碳鋼扎條調(diào)制制成的鋼筋，取3個(gè)鋼筋以便豐富數(shù)據(jù)，調(diào)高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，要求其直徑為6mm，鋼筋表面不能出現(xiàn)缺陷。然后磨出一個(gè)大概30毫米的平面，使用工具為砂輪，并將每條鋼筋編號(hào)記號(hào)。接著用12%鹽酸溶液清洗鋼筋表面，利用清水洗凈后再利用石灰水中和鹽酸溶液殘留物，最后利用清水擦洗干凈后放在干燥器中對(duì)鋼筋進(jìn)行干燥，時(shí)間至少要在4個(gè)小時(shí)以上。干燥結(jié)束之后利用天平秤稱量鋼筋的最初的重量，要求精確到小數(shù)點(diǎn)后四位，然后再放入干燥劑中等待備用。這個(gè)過程主要是去除鋼筋表面的其他雜物，以免影響腐蝕數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

鋼筋式樣在成型前應(yīng)該放置在緊貼試模個(gè)端板的定位板試模上，安置完成之后要使用丙酮溶液清理鋼筋表面以免試模上的隔離劑污染鋼筋試樣。然后將鋼筋放入潮濕環(huán)境中，等待60天之后將鋼筋取出，取出之后先測(cè)定鋼筋的碳化程度，然后再按照實(shí)驗(yàn)前的清洗步驟進(jìn)行清洗，最后利用清水擦洗干凈后放在干燥器中對(duì)鋼筋進(jìn)行干燥，時(shí)間至少要在4個(gè)小時(shí)以上，，再使用天平進(jìn)行稱量，計(jì)算銹蝕失重。得出有效直徑比，伸長(zhǎng)損失率、截面損失率、伸長(zhǎng)損失率等，使用各種儀器測(cè)定鋼筋焊接性能的影響。

4 鋼筋焊接性能的力學(xué)測(cè)試方法

鋼筋焊接性能的拉伸測(cè)試儀器使用CMT5205型萬能電子拉伸機(jī)用來來測(cè)量鋼筋焊接的斷裂延伸、彈性模量、彎曲強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、最大力和壓縮強(qiáng)度等物力參量。使。另外鋼筋焊接性能的抗彎曲實(shí)驗(yàn)儀器使用XJ828焊接彎曲試驗(yàn)機(jī)。鋼筋焊接性能的抗沖擊使用自動(dòng)沖擊試驗(yàn)機(jī)，其目的是評(píng)定鋼筋斷裂韌性的程度，參照標(biāo)準(zhǔn)是GB/T2649，尺寸10X10X55(mm),鋼筋焊接性能的表面硬度實(shí)驗(yàn)采用HV-5型維氏硬度測(cè)試儀，對(duì)鋼筋的表面硬度進(jìn)行測(cè)試分析，主要分析部位是焊接接頭縫隙區(qū)和熱影響區(qū)域金屬材料，目的是對(duì)鋼筋的焊接性進(jìn)行間接判斷。分別比較鋼筋腐蝕前后的焊接性能變化。

5 結(jié)果分析

腐蝕環(huán)境的碳化回收鋼筋中的含碳量增多，其抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)會(huì)有所升高，但是降低了鋼筋的耐腐蝕能力，鋼筋的塑形和沖擊性會(huì)有所降低，鋼筋的焊接性能也會(huì)變差。

腐蝕環(huán)境中含磷會(huì)增加鋼筋的冷脆性，降低鋼筋的可塑性，使鋼筋的焊接性能變化變差。是有害元素。

腐蝕環(huán)境中的硫元素會(huì)降低鋼筋的韌性和延展性，降低鋼筋的耐腐蝕性，而且使鋼筋產(chǎn)生冷脆性，對(duì)鋼筋的焊接能力也起到負(fù)面影響。

總結(jié)

本文概述了鋼筋的焊接工藝，總計(jì)了腐蝕環(huán)境對(duì)鋼筋腐蝕的形成機(jī)理和腐蝕的種類，并把腐蝕標(biāo)準(zhǔn)獵獵出來然后進(jìn)行電化學(xué)試驗(yàn)分析腐蝕環(huán)境下鋼筋焊接性能的影響，大概總結(jié)了腐蝕環(huán)境中的幾個(gè)主要有害因素，希望能夠?yàn)楦纳聘g環(huán)境對(duì)鋼筋焊接性能的影響提供一點(diǎn)思路。

[1]安新正. 腐蝕環(huán)境下再生混凝土結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京),2012.

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[3]陳才生. 重載及腐蝕損傷下鋼筋混凝土梁疲勞性能試驗(yàn)研究[D].浙江大學(xué),2015.

G322

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1007-6344（2017）05-0294-01

成兆寧，男，1986.5，漢，佛山市，本科，畢業(yè)學(xué)校：電子科技大學(xué)中山學(xué)院，職稱：助理工程師，研究方向：建筑工程管理