金屬和合金的腐蝕模擬海洋環境中鋼筋應力腐蝕敏感性試驗方法2023-08-06發布國家市場監督管理總局國家標準化管理委員會I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國鋼鐵工業協會提出。本文件由全國鋼標準化技術委員會(SAC/TC183)歸口。本文件起草單位：中冶建筑研究總院有限公司、冶金工業信息標準研究院、中國科學院寧波材料技術與工程研究所、青島鋼研納克檢測防護技術有限公司、中冶檢測認證有限公司。汪海波。1金屬和合金的腐蝕模擬海洋環境中鋼筋應力腐蝕敏感性試驗方法1范圍本文件規定了鋼筋在模擬海洋環境中應力腐蝕敏感性試驗方法的原理、試驗溶液、試樣、試驗步驟和試驗報告。本文件適用于模擬大氣區、浪濺區、潮差區(水位變動區)、海水浸泡區等海洋環境中的鋼筋在混凝土孔隙液條件下，采用恒載荷單軸加載拉伸、慢應變速率方法進行應力腐蝕敏感性測試。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T1499.1鋼筋混凝土用鋼第1部分：熱軋光圓鋼筋GB/T1499.2鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋GB/T10123金屬和合金的腐蝕術語GB/T15970.1金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗第1部分：試驗方法總則GB/T15970.4金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗第4部分：單軸加載拉伸試樣的制備和應用GB/T15970.7金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗第7部分：慢應變速率試驗GB/T16825.1—2022金屬材料靜力單軸試驗機的檢驗與校準第1部分：拉力和(或)壓力試驗機測力系統的檢驗與校準3術語和定義GB/T10123、GB/T15970.1和GB/T15970.7界定的術語和定義適用于本文件。應力腐蝕開裂是金屬在拉應力和腐蝕介質共同作用下，經過一段時間后所產生的應力脆斷現象。在鋼筋混凝土結構中，由于混凝土呈強堿性，會令鋼筋表面形成一層致密的鈍化膜，使鋼筋處于不被腐蝕的鈍化狀態。但是，鈍化膜一旦遭到破壞，鋼筋就會處于脫鈍狀態，在有足夠水和氧氣的條件下，便會發生電化學反應而導致鋼筋腐蝕。鋼筋表面局部形成的孔、坑、裂紋等缺陷往往是應力腐蝕斷裂的裂紋源。由于在鋼筋表面呈現不連續的腐蝕坑，導致裂紋的形成、擴展和最終斷裂。本方法通過對鋼筋暴露在模擬海洋環境中進行恒載荷或慢應變速率試驗，依據破斷時間或試驗進行至規定時間后，測試裂紋數目、剩余強度或斷后伸長率等指標，來評定鋼筋的應力腐蝕敏感性。5試驗溶液除非另有規定，所用試劑應為分析純化學試劑。試驗用水應為蒸餾水或去離子水。所用的水在225℃±2℃下的電導率不高于2mS/m(等于20μS/cm)。不應使用含防結塊劑的氯化鈉，因為這些添加劑可能起到緩蝕劑或促進劑的作用。試驗溶液要求見表1。表1試驗溶液要求海洋環境氯化鈉質量分數%大氣區浪濺區38.5～9.5潮差區(水位變動區)海水浸泡區3注：在10℃~35℃的室溫下進行溶液配制，通過加入氫氧化鈣調節pH。6試樣6.1一般要求6.1.1應采用符合GB/T1499.1、GB/T1499.2規定的鋼筋。鋼筋橫截面通常為圓形，鋼筋表面為光圓或帶肋，規格為6mm～50mm。6.1.2若試驗機滿足要求，建議采用鋼筋原材進行試驗。推薦試樣規格為16mm,長度2000mm。可對鋼筋夾持端進行加工來滿足試驗機要求。夾持部位之間的平行長度表面不應進行任何加工處理。6.1.3經試驗雙方協商，也可對鋼筋表面進行切削加工。加工中應避免外加應力集中的影響，試樣的形狀和尺寸應符合GB/T15970.4的要求。例如，規格16mm的鋼筋加工后試樣尺寸的標距可為50mm,截面尺寸10.0mm。也可采用小截面試樣，標距大于10mm,截面尺寸小于3.0mm。6.1.4試驗前應對試樣進行外觀檢驗，無目視可見裂紋或其他可能影響斷裂的缺陷。6.1.5試樣數量一般為3個～5個，或按相關產品標準規定或經試驗雙方協商。6.2試樣制備對鋼筋進行處理，可在10℃~35℃的室溫條件下采用10%的硫酸洗10min～15min,并用蒸餾水或去離子水沖洗至表面顯露金屬本色，吹風機熱風吹干。鋼筋原材試樣在進入容器內至少50mm長的部分應用涂漆等防腐蝕方法進行防護。試樣宜打上永久的識別標記或數字。為了避免影響試驗結果，要注意標記在試樣上的位置，應盡可能地遠離試驗區域。試樣制備過程中應避免過熱或過壓，否則會在表面引起殘余應力或冶金學上的變化，熱處理、化學拋光或電解拋光在某些情況下可用于克服這種效應。還應注意減少拋光殘留物對表面的污染。其他要求應符合GB/T15970.1、GB/T15970.4的規定。7恒載荷單軸加載拉伸應力腐蝕試驗7.1腐蝕溶液的選擇根據試驗目的，按第5章要求選擇配制對應的試驗溶液。試驗溶液需現用現配，不可重復使用。37.2原材試樣試驗步驟試驗容器制作材料在60℃時應能抵抗試驗溶液浸蝕。與試驗接觸的結構材料應不受腐蝕劑的影響，避免污染溶液并改變溶液的腐蝕性。如可行，推薦使用惰性材料。容器應在試驗中保持封閉并避免空氣進入。容器應為圓柱形，內徑尺寸的設計應保證與溶液接觸的試樣每100mm2表面積至少含有5mL溶液。容器應具有足夠的長度，使得浸在溶液中的測試長度不小于200mm。容器的設計應使試樣穿過，同時試樣末端應充分暴露在容器之外，以便施加拉力。試驗容器示意圖見圖1。標引序號說明：1——密封端；2——涂層防護；3——試驗溶液進口；4——鋼筋試樣；5——施加力值；6——試驗溶液出口。圖1試驗容器示意圖應使用剛性機架，使用杠桿、液壓或機械裝置進行加載，載荷作用于封閉框架的水平方向或垂直方向。試驗力應平穩無沖擊地施加在試樣上，應避免加載裝置對試樣施加彎曲和扭曲載荷。測力裝置應按照GB/T16825.1—2022進行校準，校準及使用中的精確度至少為±2%。時間測量裝置能精確到±1min,能自動控制，能停止、保留或記錄斷裂時的時間，也可以人工記錄斷裂前的最終斷裂時間。47.2.2加載要求及試驗時間內加載至初始力。在整個試驗期間試驗力的變化應保持在初始力±2%之內。推薦加載初始力值及規定的試驗時間見表2。表2加載初始力值及規定的試驗時間初始力值試驗時間d注：Fn為鋼筋原材最大力實測值，選用同批鋼筋2支試樣進行測試獲得。加載及試驗時間設定完成之后，容器應密封好以防泄露，試驗溶液應預先加熱到試驗溫度，再注入容器中。溶液的填充應在1min內完成。溶液填充完成后試驗計時開始。在試驗開始5min內，溶液溫度應調整到試驗溫度±2℃以內，在試驗過程中溫度應保持在設定溫度±2℃以內。推薦海洋環境各區域溶液試驗溫度見表3,或由試驗雙方協商確定。表3推薦溶液試驗溫度海洋環境試驗溫度℃大氣區浪濺區潮差區(水位變動區)海水浸泡區7.2.5無外加應力對比試驗按6.2要求制備對比鋼筋樣品，浸入同配置的溶液并設定相同的試驗溫度，不加載外加應力，經歷相同的試驗時間，以比較所得結果，證實外加應力的影響。7.2.6試驗的終止試樣發生破斷時，試驗完成，應及時取下試樣，保護斷口，必要時對斷口進行觀察。試驗進行至規定時間后，即使試樣沒有破斷，也可中止試驗。此時試樣可能已包含裂紋，但還沒有擴展到完全破斷的程度。所有未破斷的試樣，都應進行裂紋檢查。試樣用清水洗凈表面殘留物，吹風機熱風吹干。在放大倍數8倍～16倍下進行外觀檢查，選取腐蝕最嚴重區域，記錄試樣表面1cm及以上5長度裂紋的數目。也可截取裂紋最嚴重區域截面，測量最長裂紋的長度，必要時用金相顯微鏡或掃描電鏡工具測量。如果需要去除試樣表面腐蝕產物，可采用GB/T16545中所述方法。對于無裂紋的試樣，截取試樣的溶液浸泡區域和無外加應力對比試驗后的鋼筋在同一條件下進行拉伸試驗，對抗拉強度、斷后伸長率進行比較，差值分別記為剩余強度和剩余斷后伸長率。注：試驗終止時無外加應力對比鋼筋試樣不應斷裂，否則此試驗條件不適用于應力腐蝕敏感性的測試。7.3加工試樣試驗加工試樣加載要求及試驗時間按7.2.2要求，試驗溫度按7.2.4要求，其他要求應符合GB/T15970.4的規定。7.4結果評定試驗結果評定如下：a)試樣斷裂時，應力腐蝕敏感性可采用試樣完全破斷的時間表示。b)若試樣未斷裂，可采用試樣表面1cm及以上長度裂紋的數目、最長裂紋長度進行評定。c)若試樣未斷裂，也可將腐蝕后鋼筋進行拉伸試驗，通過剩余強度和剩余斷后伸長率進行評定。8慢應變速率應力腐蝕試驗8.1試驗裝置采用可控制拉伸速率為10-3S-1～10-7S-'的應力腐蝕試驗機，或對拉伸試驗機改進，試樣通過腐蝕槽與試驗機的兩個夾具連接，各項拉伸參數，如載荷、位移、時間等，均由連接試驗機的微機系統控制采集。8.2試驗步驟鋼筋試樣按第6章要求進行加工與制樣，試驗可在開路條件下進行，也可通過恒電位或恒電流方法對試樣施加陰極極化。試樣斷裂后，應及時取下試樣，保護斷口，必要時對斷口進行觀察。其他步驟按照GB/T15970.7要求進行。8.3非溶液環境試驗在一般大氣環境下進行試驗，不添加腐蝕溶液和不控制試驗溫度，其他試驗條件與測試鋼筋試樣要求相同。8.4結果評定可用將暴露在試驗環境中和暴露在非溶液環境中的相同試樣進行比較的方法來評定應力腐蝕敏感性。比值偏離越遠，則開裂敏感性越高，比值計算方法按式(1)。結果可用同一初始應變速率下的一個或多個參數來表示：——斷裂時間；——斷裂塑性應變；——延性，用斷面收縮率或斷后伸長率評定；——達到的最大