混凝土鋼筋銹蝕速率測(cè)量

1、混凝土鋼筋銹蝕速率測(cè)量華中科技大學(xué)化學(xué)與化工系 董澤華一. 前言二. 電化學(xué)方法具有測(cè)試速度快、靈敏度高、可連續(xù)跟蹤、原位測(cè)量和非破壞性等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)室已成功地用于檢測(cè)混凝土試樣中鋼筋的銹蝕狀況和瞬時(shí)銹蝕速度。但是，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中，由于所有鋼筋互聯(lián)在一起，所以其極化面積無(wú)法確定。應(yīng)用電化學(xué)方法評(píng)價(jià)時(shí)，小面積輔助電極的電力線會(huì)隨著與輔助電極距離的增加而流向輔助電極外側(cè)，導(dǎo)致測(cè)量二腐蝕速率偏大，為了獲得較真實(shí)的鋼筋腐蝕速率，一般要采用護(hù)環(huán)電極技術(shù)，但對(duì)于室內(nèi)測(cè)量，因?yàn)殇摻畹拿娣e是確定的，因此可以采用常規(guī)的電化學(xué)方法測(cè)量。腐蝕速率測(cè)量混凝土鋼筋銹蝕測(cè)量可以用動(dòng)電位掃描方法進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于小塊的混凝土（20

2、×20×100），可以直接將混凝土塊浸入到溶液中測(cè)量，電解池中各電極的接線示意圖如下圖1所示，其中的容器可以用一個(gè)大的塑料桶代替，至于電極的固定則可幾個(gè)夾子固定在桶邊。如果找不到魯金毛細(xì)管（即鹽橋），也可以直接將參比電極進(jìn)入到溶液中，但要保證參比電極尖端緊貼混凝土塊，對(duì)電極一般采用平板式不銹鋼，電極的連接示意圖見(jiàn)圖1：圖 1.混凝土腐蝕檢測(cè)的電極連接示意圖測(cè)量需要注意：1）埋入式鋼筋與導(dǎo)線連接處一定要用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行密封，否則焊接點(diǎn)可能會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。2）恒電位儀一定要接地（請(qǐng)檢查電源線的地線是否與大地相連），如果采用的兩線式電源線，則需要外加一根粗導(dǎo)線將控制用PC機(jī)的外殼良

3、好接地（比如金屬水管）。3）混凝土塊最好與大地絕緣，否則可能會(huì)有測(cè)量電流泄漏到大地，而無(wú)法測(cè)量準(zhǔn)確結(jié)果?？梢詫⒃噳K至于塑料容器中，或者將金屬容器底部墊在泡沫板上。而對(duì)體積較大或者不能采用浸入式測(cè)量的試樣，可以采用如下圖2方法。圖2中輔助電極為一中間開(kāi)孔的園形不銹鋼片，其下為包含鹽水的海綿，讓后將二者直接放置在混凝土塊上，中間開(kāi)孔處放置參比電極 （SCE,飽和甘汞電極），而混凝土塊內(nèi)的鋼筋則通過(guò)鱷魚夾連接到工作電極，測(cè)量需要注意：1） 混凝土塊必須要與大地絕緣，否則由于工作電極的虛地，會(huì)造成沒(méi)有極化時(shí)儀器的電流表中出現(xiàn)電流。2） 混凝土必須先濕水或者直接將試塊浸泡在水中，在2040min后才能測(cè)

4、量，且在輔助電極下面必須放置含水海綿。三. 測(cè)量參數(shù)設(shè)置由于混凝土是一個(gè)封閉的體系，粒子的遷移與擴(kuò)散非常緩慢，因此鋼筋銹蝕測(cè)量一般不能采用較大的極化電位范圍，而采用較小的接近線性區(qū)的極化范圍。一般選用CorrTest中的動(dòng)電位掃描可以測(cè)量鋼筋的腐蝕速率，極化范圍可以是-10-20）mV(相對(duì)開(kāi)來(lái)電位)到+10+20mV(相對(duì)開(kāi)來(lái)電位)，掃描速率設(shè)為0.167mV/s,測(cè)量完成后采用Cview中的Rp擬合進(jìn)行腐蝕速率計(jì)算。1. 步驟如下a)從“穩(wěn)態(tài)方法”中選擇“動(dòng)電位掃描（F4）”,如下圖3所示。圖3.線性極化掃描測(cè)試方法設(shè)置b)然后點(diǎn)擊恒電位儀按鈕，設(shè)置其參數(shù)如下圖4所示：圖3.儀器參數(shù)設(shè)置c

5、)按確定后，退出窗口，并開(kāi)始測(cè)量，如下圖5所示，圖5.線性極化掃描測(cè)量曲線d)測(cè)量結(jié)束后，從測(cè)試方法中選擇“Cview繪圖”，并將數(shù)據(jù)文件加入到右邊列表框中，如下圖6。圖6.數(shù)據(jù)分析軟件中如何加入測(cè)量數(shù)據(jù)e)數(shù)據(jù)加入到分析軟件中后,可以進(jìn)行繪圖和線性擬合,如圖7所示,圖7.線性擬合圖形坐標(biāo),(注意要選擇坐標(biāo)為電位電流)f)從工具菜單中選擇”數(shù)據(jù)擬合”,彈出窗口見(jiàn)圖8所示,圖8.選擇Rp擬合g)從圖8中選擇Rp擬合，再選擇“擬合”按鈕，得到圖9的結(jié)果，其中的corrosion rate 即為腐蝕速率，圖9.擬合計(jì)算結(jié)果h)再將擬合計(jì)算結(jié)果通過(guò)鼠標(biāo)右鍵拖放到數(shù)據(jù)圖形中，如下圖10所示，圖10.線性

6、擬合計(jì)算結(jié)果四. 混凝土電阻測(cè)量1. 溶液(混凝土)電阻測(cè)量及補(bǔ)償當(dāng)測(cè)試某些高阻體系時(shí)，參比電極Luggin 毛細(xì)管尖端與工作電極之間有較大的溶液電阻（特別是當(dāng)測(cè)試混凝土或帶涂層試樣時(shí)），必須加以補(bǔ)償。其原理如下： ,其中為恒恒電位儀的控制，為工作電極相對(duì)于參比電極的極化電位，I為流過(guò)電解池的電流,Rs為溶液或者界面電阻。當(dāng)較小時(shí)，也很小，實(shí)際上的極化電位幾乎等于外部控制電位，不須補(bǔ)償。否則，實(shí)際上的極化電位，不進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，測(cè)量的表觀極化電阻，所以要得到真實(shí)的Rp，必須減去溶液（包括固體阻擋層界面）電阻Rs。采用恒電流階躍，先設(shè)定電流為并保持一段時(shí)間，直到極化電位基本穩(wěn)定，立刻階躍到電流（如果

7、采用斷電流法，可將I2設(shè)為0。根據(jù)下圖11中的電極等效電路：圖11. 工作電極等效電路在電流變化的一瞬間，雙電層電容Cdl兩端的電位可以認(rèn)為保持不變，所以此時(shí)極化電位的增加完全來(lái)自于混凝土電阻的貢獻(xiàn)：（如圖12所示）。隨著電荷不斷流入雙電層電容，其兩端的電位也逐漸增加，直到完全充滿后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的值，即：，注意:線性極化電阻Rp的成立，要求極化電位不要超過(guò)10mV。否則電位與電流之間并不是線性關(guān)系。因此，溶液（界面）電阻，極化電阻圖12.恒電流階躍測(cè)試計(jì)算溶液電阻的示意圖2. 測(cè)量方法混凝土本身的電阻也是混凝土性能評(píng)價(jià)的一個(gè)重要因素，它會(huì)隨著碳化速率，Cl-侵蝕深度以及含水量而發(fā)生變化，測(cè)量混

8、凝土Rs要通過(guò)恒電流階躍方法進(jìn)行測(cè)量。從菜單中選擇“暫態(tài)方法”-“恒電流階躍”，設(shè)置“初始電流為100500uA"或一個(gè)適當(dāng)?shù)闹担ǜ鶕?jù)混凝土本身的電阻大小有關(guān)），,階躍電流為”0“，通過(guò)采用這種斷電流方法，既可測(cè)量出介質(zhì)電阻，然后通過(guò)軟件可以將介質(zhì)電阻引起的誤差扣除掉，具體參數(shù)設(shè)置參見(jiàn)下圖13所示，其中儀器設(shè)置中模擬低通（M）要打開(kāi)。設(shè)置的階躍“初始電流”應(yīng)該為0.10.5mA,“階躍電流1”設(shè)置為0,即采用斷電流方法來(lái)測(cè)量。測(cè)量的結(jié)果見(jiàn)圖14。圖13恒電流階躍參數(shù)設(shè)置圖圖14.恒電流階躍實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖15. 恒電流階躍測(cè)量結(jié)果（鋁合金在自來(lái)水中）在恒電流階躍（斷電流法）測(cè)量結(jié)束后，從圖

9、15中單擊按鈕可以用于計(jì)算介質(zhì)（溶液或者混凝土）電阻，計(jì)算前先通過(guò)鼠標(biāo)雙擊來(lái)選點(diǎn)電位階躍段的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)（圖中綠線段），然后點(diǎn)擊按鈕即可計(jì)算出溶液電阻，計(jì)算結(jié)果自動(dòng)顯示于圖形中，如圖16所示。圖16.恒電流階躍的測(cè)試結(jié)果（局部）進(jìn)一步，通過(guò)對(duì)階躍段后電位時(shí)間曲線（如圖14）進(jìn)行指數(shù)擬合，可得到時(shí)間常數(shù)，再由計(jì)算出雙層電容?？梢?jiàn)根據(jù)恒電流/電位階躍可以得到較多的電化學(xué)信息。不過(guò)該方法測(cè)試過(guò)程較快，因此很難反映擴(kuò)散控制相關(guān)的電化學(xué)信息，與穩(wěn)態(tài)方法測(cè)量的結(jié)果有一些差異（比如交流阻抗技術(shù)和動(dòng)電位掃描技術(shù)等）。一般地，暫態(tài)方法測(cè)試的Cdl和Rp要小于交流阻抗測(cè)試的結(jié)果，前者僅反應(yīng)了緊密雙電層的特征，而后者還包括擴(kuò)散相關(guān)的其它元件。計(jì)算出溶液電阻（實(shí)際上是混凝土電阻與溶液電阻之和）后，就可以在“測(cè)試方法”>“動(dòng)電位掃描”>“恒電位儀設(shè)置”中輸入溶液電阻值，或者通過(guò)CorrView中的數(shù)據(jù)修正來(lái)通過(guò)軟件方式補(bǔ)償溶液電阻。從CorrView的“工具”菜單中選取“數(shù)據(jù)修改”，彈出如下對(duì)話框（圖17）。只要在數(shù)值框中輸入實(shí)際測(cè)量的