CN102353705A - 钢筋腐蚀监测用梳状传感单元的制备方法 - Google Patents
钢筋腐蚀监测用梳状传感单元的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102353705A CN102353705A CN2011101758111A CN201110175811A CN102353705A CN 102353705 A CN102353705 A CN 102353705A CN 2011101758111 A CN2011101758111 A CN 2011101758111A CN 201110175811 A CN201110175811 A CN 201110175811A CN 102353705 A CN102353705 A CN 102353705A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- pectination
- preparation
- comb
- adopt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 54
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 47
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 36
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 36
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 32
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 32
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims description 16
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 12
- 229910021647 smectite Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 11
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 10
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 10
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims description 9
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 8
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 6
- 239000011440 grout Substances 0.000 claims description 6
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 6
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 5
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 claims description 4
- 230000036571 hydration Effects 0.000 claims description 4
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 claims description 4
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical group [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000979 O alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 claims description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 claims description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 3
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910003455 mixed metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims 2
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 claims 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 claims 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 claims 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 abstract 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 12
- 230000006870 function Effects 0.000 description 10
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 5
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 5
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 235000007926 Craterellus fallax Nutrition 0.000 description 2
- 240000007175 Datura inoxia Species 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001294 Reinforcing steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Abstract
本发明提供一种钢筋腐蚀监测用梳状传感单元的制备方法。步骤包括：采用EB-PVD技术制备功能芯，应用蒙脱石复合材料制备碱性导电功能层，架构具有5层结构的集成化固态参比电极；采用线切割制备梳状工作电极，电极的材料为与被监测对象相同的材料，梳状电极各齿宽度为2mm，齿间距为4mm；采用线切割制备梳状辅助电极，电极的材料为高惰性的石墨、不锈钢或Ta，梳状辅助电极各齿的宽度为2mm，齿间距为4mm；本发明的梳状结构确保了腐蚀监测过程中激励或者感知的电流在工作与辅助电极之间导通，同时固态参比电极能够确保监测工作电极表面的电位变化。梳状传感单元是适用于钢混结构钢筋腐蚀监测用的经典三电极体系，为腐蚀监测提供硬件支撑。
Description
(一)技术领域
本发明涉及土木工程技术，具体说就是一种钢筋腐蚀监测用梳状传感单元的制备方法。
(二)背景技术
钢混结构是现今及以后相当长的时间内仍将采用的主要结构型式之一，钢筋腐蚀是引起钢混结构耐久性降低的最主要原因。美国国家材料顾问委员会调查表明，近253000座混凝土桥面板出现严重腐蚀现象；日本约有21.4％的钢混结构损坏是由钢筋腐蚀引起的；我国2002年底仅公路危桥就达9597座，而耗资4000万元的山东烟台汽车站，更是在建成5年后的2009年即成危楼，其中钢筋腐蚀是引起结构服役性能严重劣化的主要原因之一。近期，我国再次投入数以万亿计的资金发展基础设施建设，占据相当比例的钢混结构的耐久性问题，势必成为影响国民经济发展和社会和谐稳定的战略性课题。钢筋腐蚀的危害之大出乎意料，随着全球气候与环境的恶化，这一问题势必呈现出日益加剧的态势，钢混结构钢筋腐蚀问题正引起全世界高度关注。
在混凝土环境下，由于混凝土的多孔性，水分与氧气可以沿着孔隙和裂纹迁移，这恰好是低碳钢和高强度合金钢等钢材腐蚀的必要条件。在大多数情形下没有发生腐蚀的原因是这些孔隙中由于水泥的水化过程形成了高浓度的钙、钠和钾的氢氧化物，从而保持了PH值在12-13之间，这一高碱度环境是钢材钝化，形成致密的γ型氧化铁防止了钢材的快速腐蚀。然而当Cl-(来自除冰盐或者海水)经过混凝土表面在钢筋表面进行聚集或者由于CO2(来自大气，也是造成全球气候变暖的重要因素之一)的作用使孔溶液PH值降低的情况下，钝化膜遭到破坏，混凝土对钢筋的保护作用失效，在O2以及H2O充足的情况下钢筋截面积减小或者出现蚀点，造成钢混结构耐久性严重劣化。
随着钢混结构钢筋腐蚀问题引起全世界的广泛关注，国内外针对耦合腐蚀作用下的材料、构件到结的性能进行了大量、系统的研究，这些研究建立了腐蚀状态与材料、构件及结构性能之间宝贵的数据库。钢筋腐蚀监测系统一旦成功构建，将在结构腐蚀状态与结构服役性能之间架设“桥梁”，实时掌握结构的耐久性状态，并最终为结构服役安全性的评定、合理化腐蚀控制措施与维修加固方案的提出及全寿命设计等提供科学依据。钢混结构钢筋腐蚀监测系统研究工作的开展势在必行，这一工作具有显著的经济效益和潜在的、重要的社会效益。
土木工程中绝大多数(除了部分高温氧化反应外)钢材的腐蚀过程都是电化学过程，所以电化学方法成为监测结构中钢材腐蚀的最本质的方法。纵观国内外应用电化学理论研究钢混体系钢筋腐蚀的相关工作，可分为两方面内容：腐蚀状态的电化学表征；腐蚀测量器件。过去数十年来，国内外基于电化学原理对金属的腐蚀问题进行了大量、深入地研究。不难发现，这些研究主要集中在实验室状态下，钢混体系腐蚀电化学反应与钢混结构的特殊性决定了以往的研究对实现大规模钢混结构钢筋腐蚀监测还存在较大距离。首先，对于土木工程结构中钢筋/混凝土体系腐蚀的电化学机理了解得不够充分，从而使许多研究结果存在较大差异。混凝土是典型的多相非均质体，由于水泥水化造成复杂的化学组分及微观结构，使得钢筋在混凝土内的腐蚀过程较为复杂，而复杂的电极过程常受到吸脱附、前置或后继化学反应、吸附剂结构、钝化膜以及固相产物生成等因素的影响。所以，针对钢混结构钢筋腐蚀过程的特殊性、复杂性，进一步发展适于钢筋腐蚀监测的电化学方法，是实现钢筋腐蚀监测的理论基础，是关系到监测结果是否准确有效的关键问题之一；其次，需要创新发展能够满足大规模钢混基础结构钢筋腐蚀网络式监测用的腐蚀传感器。腐蚀传感器为丰富的电化学测量技术提供硬件支持，是各种腐蚀监测方法能够在实际工程中得以应用的载体和平台，适于钢混结构钢筋腐蚀监测用的电化学腐蚀传感器系统研究的匮乏，是阻碍基于电化学原理的钢筋腐蚀监测方法在实际工程应用的关键问题之二，电化学传感器平台的成功构建将使丰富的电化学测试技术彻底摆脱实验室研究状态，走向实际工程应用。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种钢筋腐蚀监测用梳状传感单元的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：所述的梳状传感单元包括：集成化固态参比电极、梳状工作电极和梳状辅助电极；采用NiFe2O4、MnO2、IrO2、石墨、Ag/AgCl形式的集成化固态参比电极；采用与所监测钢筋等同的材料制备梳状工作电极；采用石墨、不锈钢、Ta制备梳状辅助电极；采用直接浇筑环氧树脂制备梳状传感单元的壳体，制备方法具体步骤如下：
步骤一：集成化固态参比电极的制备
首先采用EB-PVD技术制备二元合金的混合金属氧化物功能芯，然后应用具有优异空间结构的蒙脱石复合材料制备碱性导电功能层，最后集成上述成果，架构具有5层结构的集成化固态参比电极；步骤如下：
(一)制备集成化固态参比电极功能芯
集成化固态参比电极功能芯的制备包括EB-PVD态和氧化态两个过程，通过优化EB-PVD沉积工艺参数，在Ti棒上得到制备态二元合金膜；进而，通过控制氧分压对制备态的合金膜进行氧化处理，采用双源蒸发EB-PVD制备合金膜，通过调整基板温度、沉积速率、靶基距、蒸汽入射角优化制备工艺，基板温度Ts与蒸发材料的熔点Tm的比值由低至高的变化过程中，形成的膜层由非晶态经柱状晶向轴晶转变，选定0.3＜Ts/Tm＜0.5与0.5＜Ts/Tm＜1两个基板温度区；选定EB-PVD控制参数见表1
表1EB-PVD沉积功能膜层的控制参数
将EB-PVD制备完成后的二元合金膜，在高温炉内进行氧化处理，氧化温度为760℃，持载时间为20min，升温速率为5℃/min；
(二)制备集成化固态参比电极导电功能层
以蒙脱石作为集成化固态参比电极导电功能层的载体材料，进行层间离子夹杂，形成具有良好导电性的参比电极导电层，交换阳离子与H2O以微弱的氢键相连接，形成水合状态，从而减小H2O分子的流动性，进而在层间结构中使得阳离子以稳定的溶液状态存在，采用蒙脱石∶导电粒子∶水为1∶0.6∶0.3，制备过程中采用直径≤100μm的蒙脱石与导电粒子进行干粉料预混30min，然后加入蒸馏水再次搅拌30min，将最终制备的导电浆液注入到参比电极的壳体内；
(三)水泥过渡层的制备
在传感器壳体底端注入P.O.42.5水泥∶水＝1∶0.4的水泥浆液，采用1MPa压力压实，形成高度为0.5cm的水泥浆柱体，在温度为80℃、适度90％状态下养护7天；
(四)集成化固态参比电极的封装
在Ti棒轴心预留的孔内焊接Cu导线，然后在参比电极的PVC壳体内注入环氧树脂密封，环氧树脂层厚度为0.5cm，在环氧树脂固化后，将PVC壳体的端冒拧紧；
(五)集成化固态参比电极的保存
采用医用酒精擦拭，然后放入采用医用棉团包裹密封在真空盒中，真空盒一经打开，集成化固态参比电极需立即安装在所需监测的结构位置，进入服役期；
步骤二：采用线切割制备梳状工作电极，电极的材料为与被监测对象相同的材料，如典型的Q235碳钢，梳状电极各齿宽度为2mm，齿间距为4mm；
步骤三：采用线切割制备梳状辅助电极，电极的材料为高惰性的石墨、不锈钢或Ta，梳状辅助电极各齿的宽度为2mm，齿间距为4mm；
步骤四：梳状传感单元最终要采用直接注塑模具成型，注塑模具所用材料为PVC塑料，注塑模具由边框、下底板及上盖板组成；注塑具体过程如下：在注塑过程中，首先在注塑模具下地板上铺设塑料保鲜膜，以防止注塑后的环氧树脂与下底板粘结，不利于脱模；其次，采用双面胶带将梳状工作电极、辅助电极固定在注塑模具下底板上，需要注意的是确保工作电极与辅助电极之间良好交叉且不接触；再次，将带有支撑件的注塑模具上盖板落下，将梳状工作电极及辅助电极紧密压实；第四，旋紧注塑模具四个对角线上的螺栓，确保注塑模具能够紧固梳状工作电极与辅助电极，且确保注塑过程中模具内无引起环氧树脂泄露点；采用医用注射器分批次在注塑模具上盖板上预留的注塑孔内连续注入环氧树脂，在所注入的环氧树脂高度达到梳状工作电极的高度时，停止注入，等待环氧树脂固化，在环氧树脂固化后，去掉注塑模具的上盖，揭去固定梳状电极的双面胶带，然后继续注入环氧树脂，直到环氧树脂的高度达到注塑模具的边框高度；在环氧树脂完全固化后，将固化了模具边框的梳状传感元件下底面的塑料保鲜膜去掉，曝露出清洁的表面，采用脱脂棉蘸丙酮擦拭梳状传感元件的表面，然后将传感元件放置在干燥的脱脂棉环境中；
步骤五：在钢混结构腐蚀监测与控制系统中使用梳状传感单元时，将集成化固态参比电极放置于梳状工作电极所在位置，或在步骤四中梳状传感单元壳体注塑过程中一并将集成化固态参比电极固化在梳状传感单元内部。
本发明一种钢筋腐蚀监测用梳状传感单元的制备方法，为大规模钢混基础结构钢筋腐蚀监测系统提供硬件平台-梳状腐蚀传感元件，应用该传感元件搭载丰富的电化学测试技术，实时监测钢混结构钢筋的腐蚀状态，为结构的安全评定、维修加固与全寿命涉及提供科学依据。本发明的梳状传感单元采用的梳状结构确保了腐蚀监测过程中激励或者感知的电流在工作与辅助电极之间导通，同时固态参比电极能够确保监测工作电极表面的电位变化。梳状传感单元是适用于钢混结构钢筋腐蚀监测用的经典三电极体系，为腐蚀监测提供硬件支撑。
(四)附图说明
图1为腐蚀电化学测试三电极体系示意图；
图2为本发明的梳状工作电极示意图；
图3为本发明的梳状辅助电极示意图；
图4为本发明的梳状传感单元结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1：结合图1-图4，本发明所述的梳状传感单元包括：集成化固态参比电极、梳状工作电极和梳状辅助电极。采用NiFe2O4、MnO2、IrO2、石墨、Ag/AgCl形式的固态参比电极；采用与所监测钢筋等同的材料制备梳状工作电极；采用石墨、不锈钢、Ta制备梳状辅助电极；采用直接浇筑环氧树脂制备梳状传感单元的壳体。制备方法具体步骤如下：
步骤一：集成化固态参比电极的制备
首先采用EB-PVD技术制备二元合金的混合金属氧化物功能芯，然后应用具有优异空间结构的蒙脱石复合材料制备碱性导电功能层，最后集成上述成果，架构具有5层结构的集成化固态参比电极；步骤如下：
(一)制备集成化固态参比电极功能芯
集成化固态参比电极功能芯的制备包括EB-PVD态和氧化态两个过程，通过优化EB-PVD沉积工艺参数，在Ti棒上得到制备态二元合金膜；进而，通过控制氧分压对制备态的合金膜进行氧化处理，采用双源蒸发EB-PVD制备合金膜，通过调整基板温度、沉积速率、靶基距、蒸汽入射角优化制备工艺，基板温度Ts与蒸发材料的熔点Tm的比值由低至高的变化过程中，形成的膜层由非晶态经柱状晶向轴晶转变，选定0.3＜Ts/Tm＜0.5与0.5＜Ts/Tm＜1两个基板温度区；选定EB-PVD控制参数见表1
表1EB-PVD沉积功能膜层的控制参数
将EB-PVD制备完成后的二元合金膜，在高温炉内进行氧化处理，氧化温度为760℃，持载时间为20min，升温速率为5℃/min；
(二)制备集成化固态参比电极导电功能层
以蒙脱石作为集成化固态参比电极导电功能层的载体材料，进行层间离子夹杂，形成具有良好导电性的参比电极导电层，交换阳离子与H2O以微弱的氢键相连接，形成水合状态，从而减小H2O分子的流动性，进而在层间结构中使得阳离子以稳定的溶液状态存在，采用蒙脱石∶导电粒子∶水为1∶0.6∶0.3，制备过程中采用直径≤100μm的蒙脱石与导电粒子进行干粉料预混30min，然后加入蒸馏水再次搅拌30min，将最终制备的导电浆液注入到参比电极的壳体内；
(三)水泥过渡层的制备
在传感器壳体底端注入P.O.42.5水泥∶水＝1∶0.4的水泥浆液，采用1MPa压力压实，形成高度为0.5cm的水泥浆柱体，在温度为80℃、适度90％状态下养护7天；
(四)集成化固态参比电极的封装
在Ti棒轴心预留的孔内焊接Cu导线，然后在参比电极的PVC壳体内注入环氧树脂密封，环氧树脂层厚度为0.5cm，在环氧树脂固化后，将PVC壳体的端冒拧紧；
(五)集成化固态参比电极的保存
采用医用酒精擦拭，然后放入采用医用棉团包裹密封在真空盒中，真空盒一经打开，参比电极需立即安装在所需监测的结构位置，进入服役期；
步骤二：采用线切割制备梳状工作电极，电极的材料为与被监测对象相同的材料，如典型的Q235碳钢，梳状电极各齿宽度为2mm，齿间距为4mm；
步骤三：采用线切割制备梳状辅助电极，电极的材料为高惰性的石墨、不锈钢或Ta，梳状辅助电极各齿的宽度为2mm，齿间距为4mm；
步骤四：梳状传感单元最终要采用直接注塑模具成型，注塑模具所用材料为PVC塑料，注塑模具由边框、下底板及上盖板组成；注塑具体过程如下：在注塑过程中，首先在注塑模具下地板上铺设塑料保鲜膜，以防止注塑后的环氧树脂与下底板粘结，不利于脱模；其次，采用双面胶带将梳状工作电极、辅助电极固定在注塑模具下底板上，需要注意的是确保工作电极与辅助电极之间良好交叉且不接触；再次，将带有支撑件的注塑模具上盖板落下，将梳状工作电极及辅助电极紧密压实；第四，旋紧注塑模具四个对角线上的螺栓，确保注塑模具能够紧固梳状工作电极与辅助电极，且确保注塑过程中模具内无引起环氧树脂泄露点；采用医用注射器分批次在注塑模具上盖板上预留的注塑孔内连续注入环氧树脂，在所注入的环氧树脂高度达到梳状工作电极的高度时，停止注入，等待环氧树脂固化，在环氧树脂固化后，去掉注塑模具的上盖，揭去固定梳状电极的双面胶带，然后继续注入环氧树脂，直到环氧树脂的高度达到注塑模具的边框高度；在环氧树脂完全固化后，将固化了模具边框的梳状传感元件下底面的塑料保鲜膜去掉，曝露出清洁的表面，采用脱脂棉蘸丙酮擦拭梳状传感元件的表面，然后将传感元件放置在干燥的脱脂棉环境中；
步骤五：在钢混结构腐蚀监测与控制系统中使用梳状传感单元时，将集成化固态参比电极放置于梳状工作电极所在位置，或在步骤四中梳状传感单元壳体注塑过程中一并将集成化固态参比电极固化在梳状传感单元内部。
实施例2：本发明所述的集成固态参比电极、梳状工作电极与梳状辅助电极是构建电化学测试系统中的经典三电极体系，为丰富的腐蚀电化学监测技术提供硬件基础。本发明采用NiFe2O4、MnO2、IrO2、石墨、Ag/AgCl等形式的固态参比电极；采用与所监测钢筋等同的材料制备梳状工作电极；采用石墨、不锈钢、Ta等高惰性金属材料制备梳状辅助电极；采用直接浇筑环氧树脂制备梳状传感单元的壳体。本发明的基本原理是构建适于钢混结构腐蚀电化学测试的经典三电极体系，为了保证电极之间电路的良好畅通以及有效反映钢材的腐蚀状态，采用梳状的工作电极和辅助电极以增加电极之间的作用面积。其中，梳状工作电极表面的电位变化通过固态参比电极进行测试；辅助电极在电化学测试过程中导通工作电极产生的或者外部施加的激励响应信号。最终，通过分析工作电极本身腐蚀产生的电化学噪声信号或者由于激励产生的响应信号，识别钢材的腐蚀状态。
Claims (1)
1.一种钢筋腐蚀监测用梳状传感单元的制备方法，其特征在于：所述的梳状传感单元包括：集成化固态参比电极、梳状工作电极和梳状辅助电极；采用NiFe2O4、MnO2、IrO2、石墨、Ag/AgCl形式的集成化固态参比电极；采用与所监测钢筋等同的材料制备梳状工作电极；采用石墨、不锈钢、Ta制备梳状辅助电极；采用直接浇筑环氧树脂制备梳状传感单元的壳体，制备方法具体步骤如下：
步骤一：集成化固态参比电极的制备
首先采用EB-PVD技术制备二元合金的混合金属氧化物功能芯，然后应用具有优异空间结构的蒙脱石复合材料制备碱性导电功能层，最后集成上述成果，架构具有5层结构的集成化固态参比电极，步骤如下：
(一)制备集成化固态参比电极功能芯
集成化固态参比电极功能芯的制备包括EB-PVD态和氧化态两个过程，通过优化EB-PVD沉积工艺参数，在Ti棒上得到制备态二元合金膜，进而，通过控制氧分压对制备态的合金膜进行氧化处理，采用双源蒸发EB-PVD制备合金膜，通过调整基板温度、沉积速率、靶基距、蒸汽入射角优化制备工艺，基板温度Ts与蒸发材料的熔点Tm的比值由低至高的变化过程中，形成的膜层由非晶态经柱状晶向轴晶转变，选定0.3＜Ts/Tm＜0.5与0.5＜Ts/Tm＜1两个基板温度区，选定EB-PVD控制参数见表1
表1EB-PVD沉积功能膜层的控制参数
将EB-PVD制备完成后的二元合金膜，在高温炉内进行氧化处理，氧化温度为760℃，持载时间为20min，升温速率为5℃/min；
(二)制备集成化固态参比电极导电功能层
以蒙脱石作为集成化固态参比电极导电功能层的载体材料，进行层间离子夹杂，形成具有良好导电性的参比电极导电层，交换阳离子与H2O以微弱的氢键相连接，形成水合状态，从而减小H2O分子的流动性，进而在层间结构中使得阳离子以稳定的溶液状态存在，采用蒙脱石∶导电粒子∶水为1∶0.6∶0.3，制备过程中采用直径≤100μm的蒙脱石与导电粒子进行干粉料预混30min，然后加入蒸馏水再次搅拌30min，将最终制备的导电浆液注入到参比电极的壳体内；
(三)水泥过渡层的制备
在传感器壳体底端注入P.O.42.5水泥∶水＝1∶0.4的水泥浆液，采用1MPa压力压实，形成高度为0.5cm的水泥浆柱体，在温度为80℃、适度90％状态下养护7天；
(四)集成化固态参比电极的封装
在Ti棒轴心预留的孔内焊接Cu导线，然后在参比电极的PVC壳体内注入环氧树脂密封，环氧树脂层厚度为0.5cm，在环氧树脂固化后，将PVC壳体的端冒拧紧；
(五)集成化固态参比电极的保存
采用医用酒精擦拭，然后放入采用医用棉团包裹密封在真空盒中，真空盒一经打开，集成化固态参比电极需立即安装在所需监测的结构位置，进入服役期；
步骤二：采用线切割制备梳状工作电极，电极的材料为与被监测对象相同的材料，如典型的Q235碳钢，梳状电极各齿宽度为2mm，齿间距为4mm；
步骤三：采用线切割制备梳状辅助电极，电极的材料为高惰性的石墨、不锈钢或Ta，梳状辅助电极各齿的宽度为2mm，齿间距为4mm；
步骤四：梳状传感单元最终要采用直接注塑模具成型，注塑模具所用材料为PVC塑料，注塑模具由边框、下底板及上盖板组成；注塑具体过程如下：在注塑过程中，首先在注塑模具下地板上铺设塑料保鲜膜，以防止注塑后的环氧树脂与下底板粘结，不利于脱模，其次，采用双面胶带将梳状工作电极、辅助电极固定在注塑模具下底板上，需要注意的是确保工作电极与辅助电极之间良好交叉且不接触，再次，将带有支撑件的注塑模具上盖板落下，将梳状工作电极及辅助电极紧密压实，第四，旋紧注塑模具四个对角线上的螺栓，确保注塑模具能够紧固梳状工作电极与辅助电极，且确保注塑过程中模具内无引起环氧树脂泄露点，采用医用注射器分批次在注塑模具上盖板上预留的注塑孔内连续注入环氧树脂，在所注入的环氧树脂高度达到梳状工作电极的高度时，停止注入，等待环氧树脂固化，在环氧树脂固化后，去掉注塑模具的上盖，揭去固定梳状电极的双面胶带，然后继续注入环氧树脂，直到环氧树脂的高度达到注塑模具的边框高度，在环氧树脂完全固化后，将固化了模具边框的梳状传感元件下底面的塑料保鲜膜去掉，曝露出清洁的表面，采用脱脂棉蘸丙酮擦拭梳状传感元件的表面，然后将传感元件放置在干燥的脱脂棉环境中；
步骤五：在钢混结构腐蚀监测与控制系统中使用梳状传感单元时，将集成化固态参比电极放置于梳状工作电极所在位置，或在步骤四中梳状传感单元壳体注塑过程中一并将集成化固态参比电极固化在梳状传感单元内部。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110175811 CN102353705B (zh) | 2011-06-28 | 2011-06-28 | 钢筋腐蚀监测用梳状传感单元的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110175811 CN102353705B (zh) | 2011-06-28 | 2011-06-28 | 钢筋腐蚀监测用梳状传感单元的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102353705A true CN102353705A (zh) | 2012-02-15 |
| CN102353705B CN102353705B (zh) | 2013-04-17 |
Family
ID=45577309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110175811 Expired - Fee Related CN102353705B (zh) | 2011-06-28 | 2011-06-28 | 钢筋腐蚀监测用梳状传感单元的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102353705B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103558077A (zh) * | 2013-11-06 | 2014-02-05 | 上海电机学院 | 电化学测试样品的封装方法 |
| CN103983565A (zh) * | 2014-05-20 | 2014-08-13 | 宁波工程学院 | 一种混凝土结构钢筋锈蚀可视化试验装置及其操作方法 |
| CN109252172A (zh) * | 2018-09-14 | 2019-01-22 | 浙江钰烯腐蚀控制股份有限公司 | 一种二氧化锰固态参比电极及其制备方法 |
| CN110044976A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-07-23 | 淮阴师范学院 | 用于检测q235碳钢腐蚀的叉指电容式传感器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0192652A (ja) * | 1987-10-05 | 1989-04-11 | Fuji Electric Co Ltd | 大気腐食モニタ |
| CN101144790A (zh) * | 2007-09-14 | 2008-03-19 | 哈尔滨工业大学 | 混凝土中钢筋锈蚀监测用全固态参比电极及其制备方法 |
| CN101144769A (zh) * | 2007-09-29 | 2008-03-19 | 哈尔滨工业大学 | 五电极钢筋锈蚀监测传感器及其制备方法 |
| CN101299018A (zh) * | 2007-09-24 | 2008-11-05 | 哈尔滨工业大学 | 全固态束流式钢筋锈蚀监测传感器及其制备方法 |
| CN102087202A (zh) * | 2010-11-17 | 2011-06-08 | 哈尔滨工业大学 | 钢筋腐蚀监测用全固态参比电极的制备方法 |
-
2011
- 2011-06-28 CN CN 201110175811 patent/CN102353705B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0192652A (ja) * | 1987-10-05 | 1989-04-11 | Fuji Electric Co Ltd | 大気腐食モニタ |
| CN101144790A (zh) * | 2007-09-14 | 2008-03-19 | 哈尔滨工业大学 | 混凝土中钢筋锈蚀监测用全固态参比电极及其制备方法 |
| CN101299018A (zh) * | 2007-09-24 | 2008-11-05 | 哈尔滨工业大学 | 全固态束流式钢筋锈蚀监测传感器及其制备方法 |
| CN101144769A (zh) * | 2007-09-29 | 2008-03-19 | 哈尔滨工业大学 | 五电极钢筋锈蚀监测传感器及其制备方法 |
| CN102087202A (zh) * | 2010-11-17 | 2011-06-08 | 哈尔滨工业大学 | 钢筋腐蚀监测用全固态参比电极的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| GUOFU QIAO ET AL: "Corrosion monitoring of reinforcing steel in cement", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103558077A (zh) * | 2013-11-06 | 2014-02-05 | 上海电机学院 | 电化学测试样品的封装方法 |
| CN103558077B (zh) * | 2013-11-06 | 2016-03-02 | 上海电机学院 | 电化学测试样品的封装方法 |
| CN103983565A (zh) * | 2014-05-20 | 2014-08-13 | 宁波工程学院 | 一种混凝土结构钢筋锈蚀可视化试验装置及其操作方法 |
| CN103983565B (zh) * | 2014-05-20 | 2017-01-04 | 宁波工程学院 | 一种混凝土结构钢筋锈蚀可视化试验装置及其操作方法 |
| CN109252172A (zh) * | 2018-09-14 | 2019-01-22 | 浙江钰烯腐蚀控制股份有限公司 | 一种二氧化锰固态参比电极及其制备方法 |
| CN109252172B (zh) * | 2018-09-14 | 2020-12-08 | 浙江钰烯腐蚀控制股份有限公司 | 一种二氧化锰固态参比电极及其制备方法 |
| CN110044976A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-07-23 | 淮阴师范学院 | 用于检测q235碳钢腐蚀的叉指电容式传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102353705B (zh) | 2013-04-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102353705B (zh) | 钢筋腐蚀监测用梳状传感单元的制备方法 | |
| Al-Mahmoud et al. | Bond strength of different strengthening systems–Concrete elements under freeze–thaw cycles and salt water immersion exposure | |
| CN101144769B (zh) | 五电极钢筋锈蚀监测传感器及其制备方法 | |
| CN106770519B (zh) | 一种提升电化学修复混凝土效率的装置及方法 | |
| CN101607804A (zh) | 混凝土防腐阻锈抗渗剂 | |
| CN101144790A (zh) | 混凝土中钢筋锈蚀监测用全固态参比电极及其制备方法 | |
| CN102087241B (zh) | 基于EB-PVD与Sol-Gel的全固态参比电极制备方法 | |
| CN105807035A (zh) | 混凝土内部微环境参数原位动态监测系统 | |
| CN107740114B (zh) | 一种缺陷混凝土电化学电渗修复加固装置 | |
| CN106948488A (zh) | 复合型钢‑混凝土组合梁的制备方法、组合梁及监测装置 | |
| Yuan et al. | Chloride binding isotherm from migration and diffusion tests | |
| CN114014602A (zh) | 一种自修复水泥基材料及其制备方法和测试方法 | |
| CN101226164B (zh) | 一种钢筋混凝土腐蚀监/检测用埋置式参比电极 | |
| CN106894647B (zh) | 一种用于混凝土结构加固与钢筋锈蚀保护的方法 | |
| CN102087202B (zh) | 钢筋腐蚀监测用全固态参比电极的制备方法 | |
| CN201115981Y (zh) | 碳化钢筋混凝土的电化学再碱化装置 | |
| Yu et al. | Electrochemical and semiconducting properties of passive films on steel surfaces in alkali-activated slag extraction solution | |
| CN109553256A (zh) | 一种快速固化淤泥的方法 | |
| CN105237035B (zh) | 应用磷酸镁水泥和碳纤维布铺设电化学除盐外部阳极的方法 | |
| CN103693209B (zh) | 一种飞行器腐蚀环境监测方法及其实现装置 | |
| CN205538970U (zh) | 混凝土内部微环境参数原位动态监测系统 | |
| Farhana et al. | A study on corrosion behavior of reinforcement Bar embedded in Geopolymer paste by open circuit potential | |
| Parthiban et al. | Influence of sacrificial cathodic protection on the chloride profile in concrete | |
| Ni et al. | In situ Monitoring of pH at the Electrode| Electrolyte Interface During the Anodic Dissolution of Iron in Acidic Solutions | |
| CN207439986U (zh) | 外包aem的嵌固式混凝土氯离子传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130417 |