應(yīng)力腐蝕
多年來,我國基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展,更加成熟的新技術(shù)不斷應(yīng)用于新的建設(shè)項目中。為增加構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)強度,預應(yīng)力鋼絲、預應(yīng)力鋼絞線、預應(yīng)力鋼棒等預應(yīng)力鋼材被廣泛用于預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),起到調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)預應(yīng)力狀態(tài)的作用。
但隨著時間的推移,由于預應(yīng)力筋遭受腐蝕破壞導致混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件耐久性失效的事故偶有發(fā)生,且很大一部分呈現(xiàn)無任何征兆的脆性破壞,給相關(guān)方造成了嚴重的經(jīng)濟損失。為了找出其中原因,以便采取積極的應(yīng)對及防范措施,通過對不同事故進行分析,不難發(fā)現(xiàn)應(yīng)力腐蝕在其中扮演著非常重要的角色。
應(yīng)力腐蝕是指材料、機械零件或構(gòu)件在靜應(yīng)力(主要是拉應(yīng)力)和腐蝕的共同作用下產(chǎn)生的失效現(xiàn)象,一般認為有陽極溶解和氫致開裂兩種。應(yīng)力腐蝕一般均穿過晶粒,即所謂穿晶腐蝕,是由殘余或外加應(yīng)力導致的應(yīng)變和腐蝕聯(lián)合作用產(chǎn)生的材料破壞過程。
發(fā)生機理
常見應(yīng)力腐蝕的機理是:零件或構(gòu)件在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下,表面的氧化膜被腐蝕而受到破壞,破壞的表面和未破壞的表面分別形成陽極和陰極,陽極處的金屬成為離子而被溶解,產(chǎn)生電流流向陰極。由于陽極面積比陰極的小得多,陽極的電流密度很大,進一步腐蝕已破壞的表面。加上拉應(yīng)力的作用,破壞處逐漸形成裂紋,裂紋隨時間逐漸擴展直到斷裂。這種裂紋不僅可以沿著金屬晶粒邊界發(fā)展,而且還能穿過晶粒發(fā)展。
條件因素
應(yīng)力腐蝕形成一般主要有以下三大因素:
1、一定拉應(yīng)力的存在;
2、金屬本身對應(yīng)力腐蝕的敏感性;
3、處于應(yīng)力腐蝕環(huán)境之中(包含溫度、腐蝕性介質(zhì)等)。
此外,還會有一些其他方面的因素,多種因素共同促成應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。
破壞特征
應(yīng)力腐蝕裂紋首先產(chǎn)生在與腐蝕介質(zhì)接觸的金屬表面,然后會由表面逐漸向內(nèi)部延伸。應(yīng)力腐蝕裂紋首先產(chǎn)生在與腐蝕介質(zhì)接觸的金屬表面,然后會由表面逐漸向內(nèi)部延伸,但并不會導致明顯的塑性變形。應(yīng)力腐蝕裂紋走向與所受拉應(yīng)力垂直,從表面看呈直線狀、樹枝狀及放射狀等多種形態(tài),而深入金屬內(nèi)部的應(yīng)力腐蝕裂紋成干枯的樹根狀,裂紋斷口為典型的脆性斷口。
應(yīng)力腐蝕具有非常大的危害性。金屬材料在特定的腐蝕環(huán)境中,應(yīng)力水平越高,破裂時間就越短,由應(yīng)力腐蝕引起的斷裂會在沒有明顯宏觀變形,也沒有任何征兆的情況下發(fā)生,其破壞具有突發(fā)性。不僅如此,應(yīng)力腐蝕還往往深入到金屬內(nèi)部,一旦有應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象發(fā)生,很難修復,甚至會導致工程整體結(jié)構(gòu)遭受致命的破壞。
應(yīng)力腐蝕試驗
為了檢驗預應(yīng)力鋼材在使用時的應(yīng)力腐蝕情況,GB/T 21839-2019《預應(yīng)力混凝土用鋼材試驗方法》中規(guī)定,采用硫氰酸鹽溶液對預應(yīng)力混凝土用鋼材進行應(yīng)力腐蝕試驗,用來測定試樣在一恒定拉力情況下,浸在給定的恒定溫度的硫氰酸鹽溶液中直至斷裂時所用的時間。
試驗時,有溶液A和溶液B兩種規(guī)定溶液可供選擇,兩種溶液分別為高濃度和低濃度的硫氰酸鹽溶液。但需要注意的是,兩種溶液給出的結(jié)果沒有互比性,具體選用哪種溶液,需要依據(jù)產(chǎn)品標準來確定。
具體過程中,將根據(jù)方法要求制備好的試樣從容器中穿過,放到機架中對試樣進行加載,并按規(guī)定進行記錄和力值確認。試驗中應(yīng)保證試驗溶液的溫度符合要求,并在加載完成后及時密封容器,當發(fā)生斷裂(鋼絞線為鋼絲斷裂)或達到規(guī)定時間,試驗即完成,根據(jù)試驗數(shù)據(jù)計算最終結(jié)果。但是,如果試樣的斷裂是發(fā)生在測試長度以外,試驗判定無效。
注意事項
1、加載作用力前設(shè)備保護罩一定要安裝,避免誤操作試樣飛出傷人;
2、試驗用溶液屬于危廢品,應(yīng)統(tǒng)一收集統(tǒng)一處理,禁止隨意傾倒;
3、進行試驗操作時應(yīng)穿戴好防護用品,如乳膠手套,勞保鞋等,做好自身安全防護;
4、腐蝕樣品應(yīng)盡量避免摩擦損傷,如有明顯損傷,應(yīng)確認是否試驗;
5、為保證試驗結(jié)果的準確性,硫氰酸鹽溶液應(yīng)攪拌均勻后再使用。
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