1 研究現狀
1.1 研究方法
目前對銹蝕鋼材性能的研究主要以試驗研究為主,通過對不同銹蝕程度酌鋼材進行試驗,統計其力學性能的變化情況。銹蝕鋼材的獲取通常有3種方法:1)實際工程中拆換下來的銹蝕鋼試件;2)大氣環境巾自然裸露銹蝕鋼試件;3)實驗室模擬銹蝕鋼試件,如鹽霧試驗等。第1種方法能夠真實反映工程實際情況,但是相應的零銹蝕率的對比試件往往難以獲得,給鋼材銹蝕率的確定以及銹蝕鋼材力學性能變化程度的確定帶來了難度,此外,不同年代的鋼材由于其化學成分、加工工藝不同,銹蝕鋼材力學性能退化規律也有所不同。第2種方法由于銹蝕機理與銹蝕形態隨暴露環境不同,且難以獲得銹蝕率較大的鋼試件。第3種方法獲取銹蝕鋼筋的周期短,相應的同批零銹蝕率試件也較易獲得,但是其與實際工程中自然銹蝕的相關性有待研究;銹蝕鋼材表面銹坑的復雜性缺乏相應的統計分析。
1.2銹蝕程度袁征方法
對于銹蝕程度的表征,現在通行的做法是采用銹蝕率或損失厚度,但兩者都只能反映均勻銹蝕的影響,很難反映出銹坑的影響,而銹坑對結構安全的影響是不可忽略的。
文獻[1 -3]在銹蝕程度表征方面做了一些嘗試,提出用分形維數來表征銹蝕后的表面,但數據量較少,統計得出的關系式也難以有說服力。
1.3銹蝕程度檢測
對在役鋼結構進行安全評價,其最重要一點就是銹蝕程度的檢測,如銹坑深度,銹蝕率等。目前,銹坑的測量主要有光學顯微鏡觀察和X射線透視法。
光學顯微鏡觀察法由于本身的限制很難測量試樣內部的空洞,或由表面開始向試樣內部斜向延伸的斜坑;而X射線透視法的最大缺陷是不適用于斜坑,無法反映斜坑的走向及其深度。
文獻[4]基于X射線透射造影術的基本原理,提出了一種簡易的X射線斜透射測量技術,用以測量金屬板材上腐蝕坑的最大深度。這種方法操作起來十分簡便,對儀器的要求也很低,對于銹坑深度的測量精確度也令人滿意。但由于該方法通過平面圖像進行,缺乏對銹坑形狀變化的描述。
文獻[5 -6]采用粗糙度檢測儀測量表面銹坑,此方法僅用于實驗室研究,不具有工程應用價值。
文獻[7 -9]采用數字圖像分析技術,用圖像分維探討了腐蝕圖像特征與表面腐蝕坑分布特征的關系。此方法適合于工程應用.但相關性還有待進一步研究。
1.4銹蝕鋼材力學性能
現有的文獻主要針對銹蝕鋼筋的力學性能進行研究。文獻[10 - 20]通過力學試驗或有限元數值模擬,得出銹蝕鋼材的屈服強度、極限強度隨銹蝕率增大而減小,極限伸長率也隨之降低;文獻[21]對銹蝕鋼筋的力學性能進行了總結。
文獻[2]通過運用5種室內加速腐蝕方法:酸性土壤、鹽性土壤、酸性大氣、鹽性大氣和濕熱循環獲得了銹蝕鋼板,首次進行了鋼板試件的拉伸試驗。通過試驗得出銹蝕鋼材的屈服強度、極限強度隨銹蝕率增大而線性減小,伸長率呈冪關系降低。但由于試驗試件的銹蝕率有限,未能反映出銹蝕率較大時的力學性能退化情況,因此還需要進行大量的研究工作。
1.5 銹蝕鋼構件承載力
對于構件承載力的研究,主要集中在一些國外文獻上,相比之下,國內相關文獻資料要少得多。日本學者Yamamotol22_等人一直致力于坑蝕構件承載力的研究,撰寫了很多關于這方面的文章。在文獻[22]中,以某銹蝕船艙為研究對象,對銹蝕構件的銹坑形狀、大小進行了詳細描述。在銹蝕的研究中,采用人工打孔方式模擬銹坑,通過對比人工銹坑構件與天然銹坑構件的拉伸性能,認為人工銹坑構件與天然銹蝕構件有著較為完美的相做性。同時,在銹蝕構件銹坑深度、密度與試件拉伸性能的關系上,該文獻也做了一些定性分析。文獻[23]的下半部分主要圍繞著工字鋼的受壓屈曲進行了一定的研究,這部分仍然沿用了上面所述人工銹坑代替天然銹坑,通過對因銹坑深度、分布不同而導致承載力及屈曲形態不同的現象分析,得出了銹坑
深度、分布與銹蝕構件受壓屈曲承載力的關系。
文獻[24]沿用了文獻[23]的試驗方法,用人工打孔的方法對工字梁腹板不同位置進行人工銹蝕,通過一系列的4點彎曲測試對腹板銹蝕部位不同時引起的承載力改變及構件變形進行了詳細探討。文獻[24]認為坑蝕的極限荷載值等于或略小于普通腐蝕的極限荷載值。而實際情況下,構件的平均厚度可以作為評估腹板坑蝕的一個重要參數‘25]。
文獻[6]通過自然暴露銹蝕的H型鋼梁受彎承載性能試驗,揭示了銹蝕H型鋼梁受彎性能退化規律,用等效缺陷面積建立了銹蝕H型鋼構件受彎承載力退化模型。文獻[5]通過自然暴露銹蝕的槽鋼梁受彎承載性能試驗,并結合有限元軟件,揭示出銹蝕對槽鋼梁受彎性能的影響,提出平均厚度的概念,并指出隨著銹蝕量的增大,僅平均厚度減小而不影響鋼材強度。