金属和合金的腐蚀 海洋环境全腐蚀区混凝土结构中钢筋锈蚀测定及评定方法 编制说明

《金属和合金的锈蚀海洋环境全锈蚀区混凝土结构中钢筋锈蚀测定及评定方法》编制说明一、工作简况根据国标委综合[2023]63号“国家标准化管理委员会关于下达2023年第四批推荐性国家标准计划及相关标准外文版计划的通知”的要求，《金属和合金的锈蚀海洋环境全锈蚀区混凝土结构中钢筋锈蚀测定及评定方法》（20232242-T-605）启动编制，主要起草单位为中国二十冶集团有限公司、冶金工业信息标准研究院等。2、编制理由钢筋混凝土结构耐久性劣化已成为全球性问题，其主要原因在于环境影响因素，尤其是在海洋环境中，氯离子侵蚀导致钢筋锈蚀加剧，致使大量钢筋混凝土结构未达到设计使用年限便提前失效。沿海地区大量混凝土建构筑物（如码头、桥梁和桥墩等）都受到多种环境作用的影响。在同一地区海洋环境垂直向可分为大气区、浪溅区、潮汐区、全浸区和海泥区。当混凝土结构暴露于不同垂直区域的腐蚀环境，尤其是在不同的深度和高度，钢筋的锈蚀速率不尽相同，同一根钢筋垂直向劣化不均匀，极大地影响结构的整体使用寿命，对海洋环境全腐蚀钢筋锈蚀问题研究十分必要。应用本标准提出腐蚀测定和评定方法：（1）全腐蚀区钢筋锈蚀模拟比常规一维传输锈蚀模拟更真实、更准确。混凝土结构中钢筋锈蚀实为多维传输，目前在模拟海洋环境中对钢筋锈蚀的研究主要集中在对钢筋处于某一特定环境区域的详细研究上，尤其是飞溅区，由于该区域干湿交替，钢筋的锈蚀相对严重。但这样模拟钢筋锈蚀的结果并不十分准确，因为氯盐仅进行一维传输，即水平传输，无法充分反映实际情况。本标准重点关注氯化物盐的多维同时传输，即水平和垂直传输，更准确地模拟最恶劣的情况，获得更真实的锈蚀特性。（2）在考虑所有锈蚀区域的情况下钢筋材料选择比仅在某个锈蚀区域选择更合适。由于模拟了多维传输，可以确定钢筋的最不利锈蚀情况，为钢筋的选择提供依据，从而保护甚至延长混凝土结构的使用寿命。（3）沿海混凝土结构的设计成本更低。如果仅使用某个锈蚀区域的钢筋不利锈蚀结果来设计混凝土结构，那么诸如桥墩和柱子之类的构件会做得非常厚，属于过度保护，会造成经济损失。当钢筋暴露于所有锈蚀区域时，经济耐久性指标（例如混凝土结构不同部位保护层厚度的变化）可以指导如何减少混凝土的过度保护，实现有效设计。例如，不同区域结构的横截面是不同的，在锈蚀严重区域会采用更大的横截面。此外，基于现有特定环境区域中钢材锈蚀的评估方法，并结合垂直向多锈蚀段的环境影响，可提出一种适用于所有锈蚀区域的钢材锈蚀综合评估方法。测试结果为混凝土结构的寿命预测和评估以及新结构的耐久性设计提供了依据。（4）混凝土保护和修复的范围更加精确。业内通常需要采取额外的防护措施来延缓沿海混凝土结构中钢筋的锈蚀。本标准可获取垂直向不同锈蚀区域混凝土结构中钢筋的锈蚀程度和对应范围。针对不同的锈蚀区域，可以对结构采用多样化的保护方法，确保整个结构使用寿命一致，实现更经济的防护。此外，随着信息技术的发展，钢筋锈蚀检测方法进一步更新，结合传统钢筋重量损失率法，选择三维扫描测量技术作为主要检测手段，以准确描述和验证钢筋的三维锈蚀情况，自动计划获取不同截面的锈蚀值。本标准基于上述问题和目的开展了相关实验，呈现了暴露于多个锈蚀区域的混凝土中钢筋的锈蚀分布情况，并提出了测定及评定方法。本标准描述了标准构件的尺寸、标准配置方法和测试标准流程，较为真实地反映钢筋混凝土构件中钢筋沿纵向不同氯盐环境的影响。根据本文件提出的装置和程序，可以测试海洋环境中所有锈蚀区的钢筋锈蚀情况并开展锈蚀评定。3、主要工作过程标准制订计划下达后，2023年12月成立了起草工作组，由中国二十冶集团有限公司为组长单位，负责主要起草工作。工作组对国内外钢筋锈蚀测定及评定问题进行全面调研和资料收集、整理、分析，查阅现场实测数据，结合实际工程经验，对比分析试验结果，于2024年4月20日形成标准草案。2024年4月29日，组织专家对标准草案进行评审。2024年5月-12月，编制组内部召开多次讨论会对标准草案进行修改。2025年2月形成征求意见稿。4、主要参加单位和工作组成员及其所做的工作本标准由中国二十冶集团有限公司、冶金工业信息标准研究院等单位共同起草。主要成员：主要成员：所做的工作：二、标准编制原则本标准以海洋环境全腐蚀区钢筋锈蚀为研究对象，通过开展具体试验研究和数据分析，给出了模拟海洋环境全腐蚀区的环境箱制作方法和环境模拟机制，提出了混凝土试件设计和三维扫描技术测量钢筋锈蚀速率的方法。本着先进性、真实性、科学性、合理性和可操作性以及标准的目标、统一性、协调性、适用性、一致性和规范性的原则来进行本标准的修订工作。本标准按照新版GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定进行了标准化表述的修改。1）参考GB/T31933《模拟海洋环境耐蚀试验方法》。2）考虑全球海洋环境参数。3）考虑模拟海洋环境室的尺寸、设备、维护条件限制等。4）试件设计考虑模拟海洋环境室条件、计划试验时间等。5）三维扫描测量方法基于现有的常见三维扫描测量设备的测量精度和操作方法。本标准规定了海洋环境全腐蚀区混凝土结构中钢筋锈蚀的测试方法，包括装置、材料、试件、步骤和结果。2规范性引用文件本标准引用了钢筋、混凝土材料领域部分现行国家标准和行业标准。3术语和定义模拟海洋环境试验装置包括模拟海洋环境室和环境参数控制室。4装置4.1模拟海洋环境室模拟海洋环境室应能够模拟海洋环境全腐蚀环境，或者根据需要模拟部分腐蚀区域，并且环境参数可设定、监控和调节。考虑的环境参数包括温度、湿度、盐雾浓度、溶液氯化物浓度、pH值及液位。如为了试验制作模拟海洋环境装置，需综合考虑环境参数和试件尺寸、数量、放置、运输等问题进行装置尺寸和结构设计。附录A提供了一种模拟海洋环境室形式。图1环境试验箱图2模拟海洋环境室（标准环境）图3模拟海洋环境室（加速环境）4.2环境参数控制室环境参数控制室应设置控制模拟海洋环境室内环境参数的必要设备，是试验过程中试验人员主要操作的空间。图4环境参数控制室（电控箱、温湿度控制箱、环境温度调节器）4.3大气区：盐雾喷淋装置大气区通过盐雾装置进行氯离子喷淋，可采用超声波雾化器，应尽量保证盐雾均匀喷淋到每个试验件上。盐雾喷淋可采用两种机制：一是恒定的温湿度，多数学者采用该方法，二是根据昼夜温湿度变化，设定温度循环机制，更准确地模拟海洋环境。图5盐雾装置示例4.4浪溅区：浪溅装置浪溅装置应能激起水面波动到一定高度，可采用PVC管路+水泵的浪溅装置，溶液由泵泵入PVC管至一定高度后拍打试件侧壁。4.5潮汐区：潮汐装置潮汐装置应能根据涨落潮规律保证液面水位呈周期性变化，可利用水泵在低水位时将试验池中溶液抽入到容器中，高水位时将容器中溶液倒灌回试验池模拟潮汐现象。图7潮汐模拟器4.6全浸区全浸区应保证试件该区段浸没入溶液中。4.7海泥区全浸区应保证试件该区段浸没入海泥溶液中。本标准建议各腐蚀区高度依据实际海洋环境进行等比例缩尺，并参考了现有国内外学者进行全腐蚀区试验的相关文献资料，综合考虑试验条件、便利性和试件尺寸等因素设定浪溅区、潮汐区、全浸区和海泥区分别为200mm、400mm、100mm、100mm。5材料采用工程常用带肋钢筋，符合GB1499.2规定。本标准同样适用于热轧光圆钢筋和不锈钢筋等特殊性能钢筋等有耐蚀性能检测需求的钢筋。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规定，骨料符合JGJ52规定。根据JGJ55进行混凝土配合比设计。为了加快钢筋锈蚀速率，混凝土强度等级采用C30。若本试验目的在于研究不同混凝土对全腐蚀区钢筋锈蚀的影响，则需要对混凝土成分进行测试。5.3工业用盐考虑到本试验需溶液量大、试验周期长且混凝土材料也为工业用材，试验中采用工业用氯盐。5.4试验用水考虑到本试验需溶液量大、试验周期长且混凝土材料也为工业用材，除进行化学成分分析外试验中采用自来水。5.5氯离子浓度和溶液温度本试验模拟海洋环境装置设有2个不同环境参数的模拟海洋环境室，分别为常规环境和加速环境，具体参数如下：氯离子浓度：常规环境3%，加速环境10%。溶液温度：常规环境15±3℃,加速环境25±2℃。6试件6.1钢筋除锈处理钢筋除锈处理需遵照GB/T16545的要求。6.2混凝土试件浇筑混凝土可采用棱柱体或圆柱体试件，保护层厚度可按照实际结构设计要求选取，也可为了加快腐蚀速率，采用15mm。养护遵照GB50204的要求。7试验过程7.1试件放置应保证所有试件所有外表面处于同一锈蚀环境下，以获得正确的试验结果。7.2试验维护试验过程需保证盐雾浓度和溶液浓度始终保持在初始设定值，需设置监测装置定时测量和反馈，以便及时补充和更换。8测试步骤8.1试验前初次测试在试验开始前需对钢筋依次进行机械性能和成分、钢筋尺寸、钢筋3D扫描模型、钢筋重量测试。3D扫描测试的精度应根据试验精度要求和现有仪器设备情况确定，建议不低于0.02mm。对混凝土进行强度和氯离子浓度测试，氯离子浓度测试应至少针对混凝土外表面和钢筋周围区域，沿构件垂直向设置多个测量点，以作为钢筋锈蚀程度的辅助验证数据。8.2周期性测试试验开始后定期开展锈蚀测试，试验前期每4周检测一次，后期每2周检测一次。每次测试时可根据需要取1个试件，并测量处于相同锈蚀状态的平行钢筋试件至少3个。试件破型前后和钢筋除锈前后需分别拍照留存。钢筋除锈后依次开展如下测试：机械性能和成分（可选）、钢筋尺寸、钢筋3D扫描模型、钢筋重量测试、氯离子浓度。9试验结果借助计算机软件自动分析3D扫描模型，软件自动将钢筋切割成薄的钢筋段，获取每一钢筋段的体积损失，计算出钢筋的锈蚀速率。钢筋重量测试作为3D扫描测试的