金屬和合金的腐蝕 海洋環(huán)境全腐蝕區(qū)混凝土結構中鋼筋銹蝕測定及評定方法 編制說明

《金屬和合金的銹蝕海洋環(huán)境全銹蝕區(qū)混凝土結構中鋼筋銹蝕測定及評定方法》編制說明一、工作簡況根據(jù)國標委綜合[2023]63號“國家標準化管理委員會關于下達2023年第四批推薦性國家標準計劃及相關標準外文版計劃的通知”的要求，《金屬和合金的銹蝕海洋環(huán)境全銹蝕區(qū)混凝土結構中鋼筋銹蝕測定及評定方法》（20232242-T-605）啟動編制，主要起草單位為中國二十冶集團有限公司、冶金工業(yè)信息標準研究院等。2、編制理由鋼筋混凝土結構耐久性劣化已成為全球性問題，其主要原因在于環(huán)境影響因素，尤其是在海洋環(huán)境中，氯離子侵蝕導致鋼筋銹蝕加劇，致使大量鋼筋混凝土結構未達到設計使用年限便提前失效。沿海地區(qū)大量混凝土建構筑物（如碼頭、橋梁和橋墩等）都受到多種環(huán)境作用的影響。在同一地區(qū)海洋環(huán)境垂直向可分為大氣區(qū)、浪濺區(qū)、潮汐區(qū)、全浸區(qū)和海泥區(qū)。當混凝土結構暴露于不同垂直區(qū)域的腐蝕環(huán)境，尤其是在不同的深度和高度，鋼筋的銹蝕速率不盡相同，同一根鋼筋垂直向劣化不均勻，極大地影響結構的整體使用壽命，對海洋環(huán)境全腐蝕鋼筋銹蝕問題研究十分必要。應用本標準提出腐蝕測定和評定方法：（1）全腐蝕區(qū)鋼筋銹蝕模擬比常規(guī)一維傳輸銹蝕模擬更真實、更準確?；炷两Y構中鋼筋銹蝕實為多維傳輸，目前在模擬海洋環(huán)境中對鋼筋銹蝕的研究主要集中在對鋼筋處于某一特定環(huán)境區(qū)域的詳細研究上，尤其是飛濺區(qū)，由于該區(qū)域干濕交替，鋼筋的銹蝕相對嚴重。但這樣模擬鋼筋銹蝕的結果并不十分準確，因為氯鹽僅進行一維傳輸，即水平傳輸，無法充分反映實際情況。本標準重點關注氯化物鹽的多維同時傳輸，即水平和垂直傳輸，更準確地模擬最惡劣的情況，獲得更真實的銹蝕特性。（2）在考慮所有銹蝕區(qū)域的情況下鋼筋材料選擇比僅在某個銹蝕區(qū)域選擇更合適。由于模擬了多維傳輸，可以確定鋼筋的最不利銹蝕情況，為鋼筋的選擇提供依據(jù)，從而保護甚至延長混凝土結構的使用壽命。（3）沿?；炷两Y構的設計成本更低。如果僅使用某個銹蝕區(qū)域的鋼筋不利銹蝕結果來設計混凝土結構，那么諸如橋墩和柱子之類的構件會做得非常厚，屬于過度保護，會造成經(jīng)濟損失。當鋼筋暴露于所有銹蝕區(qū)域時，經(jīng)濟耐久性指標（例如混凝土結構不同部位保護層厚度的變化）可以指導如何減少混凝土的過度保護，實現(xiàn)有效設計。例如，不同區(qū)域結構的橫截面是不同的，在銹蝕嚴重區(qū)域會采用更大的橫截面。此外，基于現(xiàn)有特定環(huán)境區(qū)域中鋼材銹蝕的評估方法，并結合垂直向多銹蝕段的環(huán)境影響，可提出一種適用于所有銹蝕區(qū)域的鋼材銹蝕綜合評估方法。測試結果為混凝土結構的壽命預測和評估以及新結構的耐久性設計提供了依據(jù)。（4）混凝土保護和修復的范圍更加精確。業(yè)內通常需要采取額外的防護措施來延緩沿海混凝土結構中鋼筋的銹蝕。本標準可獲取垂直向不同銹蝕區(qū)域混凝土結構中鋼筋的銹蝕程度和對應范圍。針對不同的銹蝕區(qū)域，可以對結構采用多樣化的保護方法，確保整個結構使用壽命一致，實現(xiàn)更經(jīng)濟的防護。此外，隨著信息技術的發(fā)展，鋼筋銹蝕檢測方法進一步更新，結合傳統(tǒng)鋼筋重量損失率法，選擇三維掃描測量技術作為主要檢測手段，以準確描述和驗證鋼筋的三維銹蝕情況，自動計劃獲取不同截面的銹蝕值。本標準基于上述問題和目的開展了相關實驗，呈現(xiàn)了暴露于多個銹蝕區(qū)域的混凝土中鋼筋的銹蝕分布情況，并提出了測定及評定方法。本標準描述了標準構件的尺寸、標準配置方法和測試標準流程，較為真實地反映鋼筋混凝土構件中鋼筋沿縱向不同氯鹽環(huán)境的影響。根據(jù)本文件提出的裝置和程序，可以測試海洋環(huán)境中所有銹蝕區(qū)的鋼筋銹蝕情況并開展銹蝕評定。3、主要工作過程標準制訂計劃下達后，2023年12月成立了起草工作組，由中國二十冶集團有限公司為組長單位，負責主要起草工作。工作組對國內外鋼筋銹蝕測定及評定問題進行全面調研和資料收集、整理、分析，查閱現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，結合實際工程經(jīng)驗，對比分析試驗結果，于2024年4月20日形成標準草案。2024年4月29日，組織專家對標準草案進行評審。2024年5月-12月，編制組內部召開多次討論會對標準草案進行修改。2025年2月形成征求意見稿。4、主要參加單位和工作組成員及其所做的工作本標準由中國二十冶集團有限公司、冶金工業(yè)信息標準研究院等單位共同起草。主要成員：主要成員：所做的工作：二、標準編制原則本標準以海洋環(huán)境全腐蝕區(qū)鋼筋銹蝕為研究對象，通過開展具體試驗研究和數(shù)據(jù)分析，給出了模擬海洋環(huán)境全腐蝕區(qū)的環(huán)境箱制作方法和環(huán)境模擬機制，提出了混凝土試件設計和三維掃描技術測量鋼筋銹蝕速率的方法。本著先進性、真實性、科學性、合理性和可操作性以及標準的目標、統(tǒng)一性、協(xié)調性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來進行本標準的修訂工作。本標準按照新版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(guī)則》的規(guī)定進行了標準化表述的修改。1）參考GB/T31933《模擬海洋環(huán)境耐蝕試驗方法》。2）考慮全球海洋環(huán)境參數(shù)。3）考慮模擬海洋環(huán)境室的尺寸、設備、維護條件限制等。4）試件設計考慮模擬海洋環(huán)境室條件、計劃試驗時間等。5）三維掃描測量方法基于現(xiàn)有的常見三維掃描測量設備的測量精度和操作方法。本標準規(guī)定了海洋環(huán)境全腐蝕區(qū)混凝土結構中鋼筋銹蝕的測試方法，包括裝置、材料、試件、步驟和結果。2規(guī)范性引用文件本標準引用了鋼筋、混凝土材料領域部分現(xiàn)行國家標準和行業(yè)標準。3術語和定義模擬海洋環(huán)境試驗裝置包括模擬海洋環(huán)境室和環(huán)境參數(shù)控制室。4裝置4.1模擬海洋環(huán)境室模擬海洋環(huán)境室應能夠模擬海洋環(huán)境全腐蝕環(huán)境，或者根據(jù)需要模擬部分腐蝕區(qū)域，并且環(huán)境參數(shù)可設定、監(jiān)控和調節(jié)。考慮的環(huán)境參數(shù)包括溫度、濕度、鹽霧濃度、溶液氯化物濃度、pH值及液位。如為了試驗制作模擬海洋環(huán)境裝置，需綜合考慮環(huán)境參數(shù)和試件尺寸、數(shù)量、放置、運輸?shù)葐栴}進行裝置尺寸和結構設計。附錄A提供了一種模擬海洋環(huán)境室形式。圖1環(huán)境試驗箱圖2模擬海洋環(huán)境室（標準環(huán)境）圖3模擬海洋環(huán)境室（加速環(huán)境）4.2環(huán)境參數(shù)控制室環(huán)境參數(shù)控制室應設置控制模擬海洋環(huán)境室內環(huán)境參數(shù)的必要設備，是試驗過程中試驗人員主要操作的空間。圖4環(huán)境參數(shù)控制室（電控箱、溫濕度控制箱、環(huán)境溫度調節(jié)器）4.3大氣區(qū)：鹽霧噴淋裝置大氣區(qū)通過鹽霧裝置進行氯離子噴淋，可采用超聲波霧化器，應盡量保證鹽霧均勻噴淋到每個試驗件上。鹽霧噴淋可采用兩種機制：一是恒定的溫濕度，多數(shù)學者采用該方法，二是根據(jù)晝夜溫濕度變化，設定溫度循環(huán)機制，更準確地模擬海洋環(huán)境。圖5鹽霧裝置示例4.4浪濺區(qū)：浪濺裝置浪濺裝置應能激起水面波動到一定高度，可采用PVC管路+水泵的浪濺裝置，溶液由泵泵入PVC管至一定高度后拍打試件側壁。4.5潮汐區(qū)：潮汐裝置潮汐裝置應能根據(jù)漲落潮規(guī)律保證液面水位呈周期性變化，可利用水泵在低水位時將試驗池中溶液抽入到容器中，高水位時將容器中溶液倒灌回試驗池模擬潮汐現(xiàn)象。圖7潮汐模擬器4.6全浸區(qū)全浸區(qū)應保證試件該區(qū)段浸沒入溶液中。4.7海泥區(qū)全浸區(qū)應保證試件該區(qū)段浸沒入海泥溶液中。本標準建議各腐蝕區(qū)高度依據(jù)實際海洋環(huán)境進行等比例縮尺，并參考了現(xiàn)有國內外學者進行全腐蝕區(qū)試驗的相關文獻資料，綜合考慮試驗條件、便利性和試件尺寸等因素設定浪濺區(qū)、潮汐區(qū)、全浸區(qū)和海泥區(qū)分別為200mm、400mm、100mm、100mm。5材料采用工程常用帶肋鋼筋，符合GB1499.2規(guī)定。本標準同樣適用于熱軋光圓鋼筋和不銹鋼筋等特殊性能鋼筋等有耐蝕性能檢測需求的鋼筋。5.2混凝土混凝土材料采用工程常用混凝土材料，水泥符合GB8076規(guī)定，骨料符合JGJ52規(guī)定。根據(jù)JGJ55進行混凝土配合比設計。為了加快鋼筋銹蝕速率，混凝土強度等級采用C30。若本試驗目的在于研究不同混凝土對全腐蝕區(qū)鋼筋銹蝕的影響，則需要對混凝土成分進行測試。5.3工業(yè)用鹽考慮到本試驗需溶液量大、試驗周期長且混凝土材料也為工業(yè)用材，試驗中采用工業(yè)用氯鹽。5.4試驗用水考慮到本試驗需溶液量大、試驗周期長且混凝土材料也為工業(yè)用材，除進行化學成分分析外試驗中采用自來水。5.5氯離子濃度和溶液溫度本試驗模擬海洋環(huán)境裝置設有2個不同環(huán)境參數(shù)的模擬海洋環(huán)境室，分別為常規(guī)環(huán)境和加速環(huán)境，具體參數(shù)如下：氯離子濃度：常規(guī)環(huán)境3%，加速環(huán)境10%。溶液溫度：常規(guī)環(huán)境15±3℃,加速環(huán)境25±2℃。6試件6.1鋼筋除銹處理鋼筋除銹處理需遵照GB/T16545的要求。6.2混凝土試件澆筑混凝土可采用棱柱體或圓柱體試件，保護層厚度可按照實際結構設計要求選取，也可為了加快腐蝕速率，采用15mm。養(yǎng)護遵照GB50204的要求。7試驗過程7.1試件放置應保證所有試件所有外表面處于同一銹蝕環(huán)境下，以獲得正確的試驗結果。7.2試驗維護試驗過程需保證鹽霧濃度和溶液濃度始終保持在初始設定值，需設置監(jiān)測裝置定時測量和反饋，以便及時補充和更換。8測試步驟8.1試驗前初次測試在試驗開始前需對鋼筋依次進行機械性能和成分、鋼筋尺寸、鋼筋3D掃描模型、鋼筋重量測試。3D掃描測試的精度應根據(jù)試驗精度要求和現(xiàn)有儀器設備情況確定，建議不低于0.02mm。對混凝土進行強度和氯離子濃度測試，氯離子濃度測試應至少針對混凝土外表面和鋼筋周圍區(qū)域，沿構件垂直向設置多個測量點，以作為鋼筋銹蝕程度的輔助驗證數(shù)據(jù)。8.2周期性測試試驗開始后定期開展銹蝕測試，試驗前期每4周檢測一次，后期每2周檢測一次。每次測試時可根據(jù)需要取1個試件，并測量處于相同銹蝕狀態(tài)的平行鋼筋試件至少3個。試件破型前后和鋼筋除銹前后需分別拍照留存。鋼筋除銹后依次開展如下測試：機械性能和成分（可選）、鋼筋尺寸、鋼筋3D掃描模型、鋼筋重量測試、氯離子濃度。9試驗結果借助計算機軟件自動分析3D掃描模型，軟件自動將鋼筋切割成薄的鋼筋段，獲取每一鋼筋段的體積損失，計算出鋼筋的銹蝕速率。鋼筋重量測試作為3D掃描測試的