{首页主词},&

科學家們研究發現：鋼筋混凝土的試驗樣品往往太小！

2018-07-03 10:49:34 作者： Vince 來源：腐蝕與防護分享至：

根據一個來自蘇黎世聯邦理工學院研究小組的說法，混凝土內部的鋼筋會經常出現局部腐蝕現象；

圖片來源：蘇黎世聯邦理工學院Ueli Angst教授。

來自蘇黎世聯邦理工學院的Ueli Angst和Bernhard Elsener教授發表了關于在實驗室內測量腐蝕速率的尺寸效應和與實際條件相比存在的潛在缺點的研究發現。

“在我們的研究項目中，我們檢查了各種尺寸的鋼筋混凝土樣本，發現腐蝕性氯化物濃度在較小的樣本中要明顯得多，并且波動比較大尺寸的樣本要大，”Angst在發布的新聞稿中說道。

引發腐蝕的氯化物最低濃度

據Angst稱，混凝土中氯化物引起的鋼筋銹蝕是混凝土基礎設施腐蝕的最主要原因，其中局部點蝕和縫隙腐蝕是最為普遍的形式，這些通常都是由于有害的環境影響而造成的，例如大氣中的二氧化碳（CO2）和除冰鹽等。多年來，鹽中的氯化物會不斷滲透到混凝土中直至對鋼筋進行腐蝕。

在以前，科學家們總是試圖通過確定引發腐蝕所需的氯化物濃度水平高低來評估腐蝕速率。“所有用于預測混凝土中引起鋼筋銹蝕的氯化物濃度的模型和方法都是基于這個概念之上”，這些教授說道。

除了視覺評估和使用無損檢測方法外，通常還要通過提取混凝土樣品進行一些其他測試以對腐蝕現象進行檢測。

“樣品中的氯離子濃度是在實驗室計算的”，Elsener說道：“如果樣品中測定的含量超過了水泥重量的0.4％這個臨界值，人們的看法是：不僅在表面附近，而且在更深的水平上，腐蝕將很快就會出現，材料將需要進行修復”。

然而，該研究小組成員認為，這些測試的準確性與暴露的鋼表面積大小密切相關，更小的樣本將導致結果的準確性偏差更大。據他們所說，目前測量的典型混凝土樣品的尺寸范圍大約是從50到200毫米。

小樣品與大樣品

在該研究小組進行的實驗中，研究人員發現，對于具有100mm暴露鋼筋長度的混凝土試樣，所觀察到的引發腐蝕的氯化物最低值為水泥質量的0.9％至2.1％不等。在所研究的最小樣品（10mm）中，在測試期間未觀察到腐蝕，而在鋼的深度方向上，相應的引發腐蝕的最低氯化物濃度是水泥質量的2.4%。對于從同一地點提取的1000mm長的試樣，發現水泥的氯化物濃度僅為0.6-1.2％就足以引發腐蝕。

據研究人員介紹，這種差異可能是因為混凝土作為復合材料的不均勻性所導致的。他們解釋說，工程結構中的鋼筋混凝土界面可能會顯示出在某些局部特性上具有不同的差異，這些特性主要是起因于局部存混凝土裂縫、蜂巢、不同來源的空洞、間距器、連接線、密件、原生鐵銹層和鋼表面污染物等引起的。這些特性中的許多都被認為是混凝土中的薄弱環節，而且會引發腐蝕，比如會引起工廠腐蝕的空氣孔洞或裂縫。

“混凝土不是同質的”，Angst說道：“腐蝕的尺寸效應可以直接由這些差異來解釋。只有對一個較大的標本進行分析，比如一米長，才能對腐蝕情況進行更為全面的評估”。

但是，這些較大的樣品并不總是非常容易提取或帶到實驗室。因此，這些研究人員建議使用數學公式來解釋規模差異，而不是簡單地堅持使用0.4％這一固定閾值。

例如，如果一個1000毫米（1米）的樣本不能被提取，他們建議采取組合較小的樣本以達到相同的尺寸，比如10個尺寸為100毫米的樣本。然后，可以使用10個較小試樣中最小值處的腐蝕開始時的氯離子濃度作為計算的基礎。研究人員將這稱為“最薄弱環節理論”。

“最終，將最薄弱環節理論應用于混凝土中氯化物引起的腐蝕現象可能有助于將實驗室結果成功轉化以及應用與工程結構上”，他們寫道。

研究結果與所用傳感器有關

研究人員解釋說，他們的發現也與所使用的傳感器有關，這些傳感器一般內置在鋼筋混凝土結構中以監測腐蝕現象。通常情況下，采用傳感器的方法是基于嵌入在混凝土覆蓋層深處的碳鋼樣本之上，監測這些樣品直到在一定深度的探頭處發生腐蝕。然而，據這些教授所說，實際使用的大多數探頭的表面積范圍從100平方毫米至5000平方毫米左右。因此，傳感器尺寸包含的表面積小于他們研究后推薦的1米尺寸。根據研究人員的說法，這可以通過增加給定深度處的傳感器數量或通過應用所需尺寸轉換的最薄弱環節理論來抵消。

展望未來，教授們表示需要采取進一步的研究以更好地量化實際條件下的尺寸效應，例如模擬施工現場的實際條件進行測試，并將傳感器嵌入到實際使用中的混凝土中以對鋼筋樣品進行更為準確的測試。研究小組說，像他們這樣的實驗室進行的研究往往是很有限的，因為工程結構在實際條件下的腐蝕與實驗室內的條件總是有所不同的。

研究人員說道：“在這些結構中，尺寸效應往往是非常重要的，我們認為通過實驗驗證這一點是具有重要意義的，這將有助于對實際情況下的尺寸效應進行量化”。

更多關于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內外最新動態，我們網站會不斷更新。希望大家一直關注中國腐蝕與防護網http://www.ecorr.org

責任編輯：韓鑫

《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事
投稿聯系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414