CN102359983B

CN102359983B - 一种钢筋锈蚀临界[Cl -]/[OH -]的测量装置和方法

Info

Publication number: CN102359983B
Application number: CN 201110200194
Authority: CN
Inventors: 李中华; 冯树荣; 苏超
Original assignee: Hohai University HHU; Hydrochina Zhongnan Engineering Corp
Current assignee: Hohai University HHU; PowerChina Zhongnan Engineering Corp Ltd; Hydrochina Zhongnan Engineering Corp
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2031-07-19
Also published as: CN102359983A

Abstract

本发明涉及测量钢筋锈蚀的装置和方法，特别涉及一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量装置和方法。一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量装置由阴极室、阳极室、混凝土试件、混凝土试件固定装置组成。一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量方法，以上述装置为基础，具体包括如下步骤a、通过孔在阳极室注入Ca(OH)₂溶液，通过孔在阴极室注入NaCl溶液；b、将辅助电极、工作电极和参比电极的接线柱分别接入CS300电化学测试系统中；c、阴极室中的Cl^-在电场的作用下，通过混凝土试件扩散到阳极室中，加速钢筋的锈蚀；同时检测工作电极极化电阻的变化规律，当极化电阻明显降低时立刻停止试验，并测定阳极室中的pH值和Cl^-摩尔浓度，计算[Cl^-]/[OH^-]，确定钢筋锈蚀的临界[Cl^-]/[OH^-]。

Description

一种钢筋锈蚀临界[Cl -]/[OH -]的测量装置和方法

技术领域

本发明涉及测量钢筋锈蚀的装置，特别涉及一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量装置和方法。

背景技术

目前，钢筋锈蚀是海上风电平台等钢筋混凝土结构劣化的主要因素和表现形式。在混凝土中pH值一般在11.5-12.5左右，甚至更高。在此环境下，钢筋表面形成钝化膜，阻止了钢筋锈蚀的发生。当外界环境中的Cl^-侵入混凝土内部，并达到一定浓度时能够破坏钢筋表面钝化膜，对钢筋锈蚀起加速作用。钢筋腐蚀过程中阳极反应生成的Fe²⁺与Cl^-和OH^-的反应是一对竞争反应，Fe²⁺与Cl^-生成的产物是可溶的，能扩散到阳极区以外，破坏有保护作用的Fe(OH)₂层，使得腐蚀过程得以继续。离开阳极区一定距离后，产物又能发生分解，沉淀出Fe(OH)₂，释放出的Cl^-又能继续与Fe²⁺(阳极产生的)生成可溶性络合物，这种过渡络合物形成、分解、形成使钢筋不断遭受腐蚀。Cl^-不构成腐蚀产物，在腐蚀过程中也不消耗，而是作为腐蚀的中间产物促进了腐蚀的发生，对混凝土中钢筋的腐蚀起到了催化作用。因此决定钢筋锈蚀的是混凝土中钢筋附近孔溶液中[Cl^-]/[OH^-]，采用正确的方法测量钢筋锈蚀的临界[Cl^-]/[OH^-]能够真实反映钢筋的锈蚀机理和锈蚀情况，对研究钢筋混凝土工程的劣化及改善措施具有重要意义。

专利申请号：200520110540公开了一种钢筋锈蚀综合测量装置，该装置由主机系统、连接电缆和传感器组成，一连接电缆连接传感器与主机系统，另一连接电缆将混凝土中的钢筋与主机系统连接起来，该装置用半电池电位法测量锈蚀电位，用四电极法测量混凝土电阻率，并能运用线性极化法对锈蚀率进行测量，从而实现绘制锈蚀图、测量空气中的混凝土结构和测量水浸中或潮湿的混凝土结构的锈蚀状况功能。

专利申请号200610026463提供了一种混凝土氯离子渗透性能的快速-锈蚀测试方法是：将中间设有一钢筋网片的混凝土试件，浸泡于由NaCl和0.3M NaOH、蒸馏水配制成的3.0％化学纯质量百分比NaCl和0.3M NaOH的混合水溶液中，在环境温度为23左右、浸泡用NaCl水溶液应每1个星期更换一次，并在试验过程中及试验结束后检查浸泡溶液的NaCl浓度；应用60±0.1伏的外加直流电，在测试周期不大于24小时内定期记录电流值，并在增长率超过10％/24小时，应用NT BUILD208，AAHSTO T260进行精确测定，测定混凝土粉末样品中酸溶性氯化物的氯离子含量，其氯离子含量测量精度应该达到0.001％。

专利申请号200810057844公开了属于钢铁腐蚀程度检测技术领域的一种快速测定钢筋锈蚀临界氯离子浓度的方法。该方法将制备的包含非浸泡参比电极和浸泡工作电极的混凝土试件，置于电渗池中，在混凝土试件两边施加电压3-20伏的直流电压，然后对浸泡工作电极和非浸泡参比电极构成的宏电池电流进行检测，如果宏电池电流达到腐蚀萌发的电流值时停止电渗试验，否则继续重复“施加电压-停止加电-宏电池电流检测”过程，直到宏电池电流达到腐蚀萌发的电流值，停止电渗试验。在电渗试验结束后，采用电位滴定的方法测定混凝土中氯离子浓度。

发明内容

现有技术采用浸泡钢筋附近砂浆的方法所测得Cl^-往往包括混凝土内部已被固化的Cl^-，并非引起钢筋锈蚀的活性Cl^-；测得的pH值也非钢筋表面接触的孔溶液的pH值，因此，针对现有技术的不足，本发明提供了一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量装置和方法，通过测量钢筋附近孔溶液中[Cl^-]/[OH^-]，反映钢筋的锈蚀机理和锈蚀情况，对研究钢筋混凝土工程的劣化及改善措施具有重要意义。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量装置，包括混凝土试件，由阴极室、阳极室、混凝土试件、混凝土试件固定装置组成；阴极室带有辅助电极和孔，其中辅助电极连接在接线柱上，并固定在阴极室上；阳极室带有工作电极、参比电极和孔，其中工作电极和参比电极连接在接线柱上，并固定在阳极室上；混凝土试件固定在试件固定装置中的固定室内，阴极室、阳极室分别插入试件固定装置的环形凹槽中固定。

所述固定室以及环形凹槽处分别用密封胶密封。

一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量方法，以上述装置为基础，具体包括如下步骤：

a、在阳极室注入Ca(OH)₂溶液，在阴极室注入NaCl溶液；

b、将辅助电极、工作电极和参比电极的接线柱分别接入CS300电化学测试系统中；

c、阴极室中的Cl^-在电场的作用下，通过混凝土试件扩散到阳极室中，加速钢筋的锈蚀；同时检测工作电极极化电阻的变化规律，当极化电阻明显降低时立刻停止试验，并测定阳极室中的pH值和Cl^-摩尔浓度，计算[Cl^-]/[OH^-]，确定钢筋锈蚀的临界[Cl^-]/[OH^-]。

下面对本发明做进一步的解释和说明：

将水泥、中砂、石、掺合料及外加剂等按所设计的配合比成型的混凝土试件，养护至所需龄期后，切割成直径

厚为50mm的混凝土试件3，将其真空饱水2h。在4-4处加入密封圈后将饱和面干的混凝土试件3装入混凝土固定装置4、5部分中的凹槽4-2中。

事先将辅助电极1-1装入阴极室1中，并与接线柱1-6连接；将工作电极2-1和参比电极2-2装入阳极室2中。

将阴极室1和阳极室2分别装入4、5部分的凹槽4-1中，接触处用密封胶密封。然后通过螺栓1-4及螺丝1-3将阴极室1、阳极室2、混凝土试件3、4和5部分固定。

通过孔2-3在阳极室2注入Ca(OH)₂溶液，通过孔1-2在阴极室1注入NaCl溶液，溶液的浓度根据需要来定。将辅助电极1-1、工作电极2-1和参比电极2-2的接线柱分别接入CS300电化学测试系统(现有设备)中；阴极室1中的Cl^-在电场的作用下，通过混凝土试件3扩散到阳极室2中，加速钢筋的锈蚀；同时检测工作电极2-1极化电阻的变化规律，当极化电阻明显降低时立刻停止试验，并测定阳极室2中的pH值和Cl^-摩尔浓度，计算[Cl^-]/[OH^-]，确定钢筋锈蚀的临界[Cl^-]/[OH^-]。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

通过本发明所述的一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量装置和方法能够更真实、快速的模拟钢筋锈蚀环境和过程，准确测量出导致钢筋锈蚀孔溶液中Cl^-的浓度以及和OH^-浓度，进而计算出和钢筋锈蚀的临界[Cl^-]/[OH^-]。

附图说明

图1是本发明测量钢筋锈蚀的装置的结构示意图；

图2是图1中阴极室1部分的结构示意图；

图3是2的A向视图；

图4是图2的B向视图；

图5是图1中阳极室2部分的结构示意图；

图6是图5的C向示意图；

图7是图5的D向示意图；

图8是图1中试件固定装置4部分的结构示意图；

图9是图8的E向示意图；

图10是图8的F向示意图；

图1中试件固定装置4部分和试件固定装置5部分为相同结构；

其中：

1为阴极室，2为阳极室，3为混凝土构件，4和5为试件固定装置，

1-1为辅助电极，1-2为孔，1-3为螺丝，1-4为螺栓，1-5为孔，1-6为接线柱，2-1为工作电极，2-2为参比电极，2-3和2-4为孔，2-5和2-6为接线柱，4-1为凹槽，4-2为试件3的固定室，4-3为试件3与Ca(OH)₂或NaCl溶液接触的通道；

另外：

1-1部分的辅助电极，其材质可分别为铜或石墨或不锈钢或钛；

2-1部分的工作电极，为钢筋；

2-2部分的参比电极，为饱和甘汞电极或二氧化锰电极或Ag/AgCl电极。

具体实施方式

实施例1：

一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量装置，如图1-图10所示，包括混凝土试件，由阴极室1、阳极室2、混凝土试件3、混凝土试件固定装置4和5组成；阴极室带有辅助电极1-1和孔1-2，其中辅助电极1-1连接在接线柱1-6上，并固定在阴极室上；阳极室带有工作电极2-1、参比电极2-2和孔2-3，其中工作电极2-1和参比电极2-2连接在接线柱2-5、2-6上，并固定在阳极室上；混凝土试件3固定在试件固定装置4和5中的固定室4-2内，阴极室1、阳极室2分别插入试件固定装置4和5的环形凹槽4-1中固定。

实施例2：

一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量方法，以实施例1的装置为基础，具体步骤如下：通过孔2-3在阳极室2注入Ca(OH)₂溶液，通过孔1-2在阴极室1注入NaCl溶液，溶液的浓度根据需要来定。将辅助电极1-1、工作电极2-1和参比电极2-2的接线柱分别接入CS300电化学测试系统(现有设备)中；阴极室1中的Cl^-在电场的作用下，通过混凝土试件3扩散到阳极室2中，加速钢筋的锈蚀；同时检测工作电极2-1极化电阻的变化规律，当极化电阻明显降低时立刻停止试验，并测定阳极室2中的pH值和Cl^-摩尔浓度，计算[Cl^-]/[OH^-]，确定钢筋锈蚀的临界[Cl^-]/[OH^-]。

实施例3：

通过实施例2所述的方法，测得不同pH值孔溶液下钢筋锈蚀的临界[Cl^-]/[OH^-]，见表1。

表1不同pH值孔溶液下钢筋锈蚀的临界[Cl^-]/[OH^-]

模拟孔溶液pH值	12.5	12.7	13.0	13.4
					临界[Cl^-]/[OH^-]	0.1	0.11	0.11	0.15

Claims

1.一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量方法，其特征是，以一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量装置为基础，具体包括如下步骤：

a、在阳极室（2）注入Ca(OH)₂溶液，在阴极室（1）注入NaCl溶液；

b、将辅助电极（1-1）、工作电极（2-1）和参比电极（2-2）的接线柱分别接入CS300电化学测试系统中；

c、阴极室（1）中的Cl^-在电场的作用下，通过混凝土试件（3）扩散到阳极室（2）中，加速钢筋的锈蚀；同时检测工作电极（2-1）极化电阻的变化规律，当极化电阻明显降低时立刻停止试验，并测定阳极室（2）中的pH值和Cl^-摩尔浓度，计算[Cl^-]/[OH^-]，确定钢筋锈蚀的临界[Cl^-]/[OH^-]；

所述一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量装置，包括混凝土试件，其特征是，由阴极室（1）、阳极室（2）、混凝土试件（3）、混凝土试件固定装置（4和5）组成；阴极室带有辅助电极（1-1）和孔（1-2），其中辅助电极（1-1）连接在阴极接线柱（1-6）上；阳极室带有工作电极（2-1）、参比电极（2-2）和孔（2-3），其中工作电极（2-1）和参比电极（2-2）分别连接在工作接线柱（2-5）和参比接线柱(2-6）上；混凝土试件（3）固定在试件固定装置（4和5）中的固定室（4-2）内，阴极室（1）和阳极室（2）插入试件固定装置（4和5）的环形凹槽（4-1）中固定。

2.根据权利要求1所述一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量方法，其特征是，所述固定室（4-2）以及环形凹槽（4-1）处分别用密封胶密封。