CN104713820A - 一种检测金属在混凝土中腐蚀状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测金属在混凝土中腐蚀状态的方法，包括多阵列耦合电极、混凝土试块、氯化钠溶液、参比电极、多通道ZRA模式腐蚀测试仪、计算机。本发明多阵列耦合电极选用金属棒为电子，金属棒等间距固定在混凝土试块中，间隔为3-30mm。金属棒成5行20列或10行10列排列于所述的混凝土试块中。解决了由于测试周期长、操作繁琐、使用范围局限的问题，多阵列耦合电极法测定金属在混凝土中腐蚀状态，本发明适合对各种硬化水泥浆、混凝土中金属的腐蚀状态进行检测，特别适合于海洋混凝土体系。且不需要破坏金属试样，是一种无损原位的检测技术。简单、易于操作，同时节约大量的时间成本和劳动工作量。

Description

一种检测金属在混凝土中腐蚀状态的方法

技术领域

本发明涉及到一种检测金属在混凝土中腐蚀状态的方法，适合对各种硬化水泥浆、混凝土中金属的腐蚀状态进行检测，特别适合于海洋混凝土体系。

背景技术

具有子钝化特性的金属，例如不锈钢，铝以及铝合金等在含氯离子的介质中，经常会发生点蚀。在许多含有氯离子的环境中，碳钢也会出现点蚀现象。钝化膜的局部破坏主要发生在局部的成分不均匀处，进而引起点蚀。氯离子的侵蚀是导致海洋建筑物中钢筋锈蚀的最主要原因。许多研究表明，即使混凝土碳化的程度较浅，较高的氯离子含量也会使钢筋遭到破坏。氯离子的穿透力非常强，当钢筋周围混凝土孔隙液中氯离子含量达到一定的值会对不锈钢表面钝化膜造成破坏形成点蚀，点蚀进一步的萌生扩展会导致不锈钢发生局部腐蚀，破坏钢筋结构的稳定性，对建筑物安全产生严重影响。

由此可见，对于在混凝土环境中服役的金属材料来讲，能够实时的掌握其腐蚀状态并且根据服役情况对建筑物进行整修与维护，对于对于深入了解金属材料在混凝土中的腐蚀破坏机理，预防因腐蚀破坏发生的损失具有深远的意义。但是目前传统的检测方式包括电化学阻抗谱、极化曲线、开路电位等检测手段；开路电位检测存在一定的误差，仅凭电位变化有时并不能完全掌握金属详细的腐蚀状态，开路电位检测无法得到局部的腐蚀信息，只能得到均匀的腐蚀信息，所以对于金属开始发生微小的局部腐蚀阶段使用开路电位检测手段并不能检测出腐蚀信息，具有一定的局限性。使用极化曲线的手段可以检测到金属的平均腐蚀速率等信息，但是由于极化曲线采用外加极化电位的手段对金属进行测试，对于检测被金属会造成不可逆的破坏，所以其测试不具备可重复性，不能对金属在混凝土中的腐蚀状态进行实时监测。电化学阻抗谱作为一种施加小信号扰动的测试方式具有对金属试样破坏小，检测方便等优势，但是由于阻抗谱的解析往往具有不确定性，相同的图谱往往具有多种解析方式，因此对于确定其腐蚀状态具有不确定性和复杂性。所以传统的检测无法实现数据的实时监测与传输，而且操作起来较为复杂，不易应用于检测金属在混凝土中复杂的腐蚀状况。

丝束电极(Wire Beam Electrode,WBE)测量，将相互绝缘的金属丝阵列，有序紧密排列用于模拟整个金属表面的多电极技术。通过循环扫描丝束电极表面的电位与电流分布，用于表征裸露或涂层下的金属表面局部腐蚀分布特征和非均匀电化学溶解过程。目前使用的CST520等丝束电极腐蚀测试仪内置高阻电压跟随器和零阻电流计，可以精确测量任一单电极的电极电位以及短路原电池电流，无需担心外部极化可能会破坏微区腐蚀环境，因而特别适合于金属在非扰动状态下自发腐蚀行为研究。CST520由高品质CMOS和集成电路组成，采用高速单片机工业级控制芯片，以及高精度AD转换器，前端采用低偏流运算放大器，内置二阶低通滤波器和EMI滤波器，可以防止浪涌电压冲击对设备的损坏，保障仪器在工业环境中的正常使用。CST520内置自动电流量程功能，设备固件采用watchdog来提高程序可靠性。仪器采用高亮度LCD显示电极行列位置以及测量的电流与电位值，并可将测量数据实时传送到上位机，具有测量精度高，稳定性好的优点。

但对于测量金属在混凝土中腐蚀检测，所使用的电极是不可以用的，怎样利用这种设备测试金属在混凝土中腐蚀性，是我们需要解决的问题。

发明内容

本发明所述方法是可以解决金属在混凝土中腐蚀检测困难的问题，提供一种简单方便且可以调整以适应试样大小的装置，对于不同大小的混凝土试块具有很好的适应性，实现对金属在混凝土中腐蚀状态的实时监测与检测。本发明提供的技术能够提供电极表面各点电化学参数的分布信息，进而有效的表征电极/溶液界面的电化学不均一性，并且可以实现实时监测，为金属材料在混凝土中的腐蚀研究提供了一个新的途径。

本发明通过以下技术方案进行实现：

本发明多阵列耦合电极选用金属棒为电子，金属棒等间距固定在混凝土试块中，优选间隔为3-30mm。

具体说明如下:

一种检测金属在混凝土中腐蚀状态的方法，包括多阵列耦合电极、混凝土试块、氯化钠溶液、参比电极、多通道ZRA模式腐蚀测试仪。

所述多阵列耦合电极和参比电极与多通道ZRA模式腐蚀测试仪连接，腐蚀测试仪与所述计算机连接，进行数据输出。

所述多阵列耦合电极的制作方法为：根据优选金属棒成5行20列或10行10列，金属棒等间距固定在混凝土试块中，间隔3-30mm排列于所述的混凝土试块中。

所述金属棒的直径为优选0.5mm-8mm。

多阵列耦合电极置于待测混凝土或水泥试块下。

所述参比电极为饱和甘汞电极或饱和硫酸铜电极，置于氯化钠溶液中NaCl浓度为2mol/L-5mol/L。

所述混凝土试块浸入氯化钠溶液中，氯化钠溶液存在于混凝土试块的孔隙中。

一种检测金属在混凝土中腐蚀状态的方法，包括如下步骤：

步骤1，加入一定浓度的氯化钠溶液，将参比电极置于氯化钠溶液中，打开多通道ZRA模式腐蚀测试仪进行电位扫描，扫描速度为1-5秒/点，不间断测量，测量结束导出测试数据使用matlab等软件进行电位和电流分布绘图；

步骤2，根据获得的电流分布图，计算出数量为Na的阳极区电流值的总和i_tot；

步骤3，求出阳极电流的最大值I_max；

步骤4，根据Y.J.Tan在其研究中(Y.J.Tan,N.N.Aung,T.Liu,Evaluating localisedcorrosion intensity using the wire beam electrode,Corros Sci,63(2012)379-386)定义局部腐蚀强度指数T＝I_max/i_tot I_max为检测到的最大电流，i_tot为所有电极检测到的电流总和，当T＞0.1时候说明此时电极表面发生了局部腐蚀，当T≤0.1时，没有发生局部腐蚀，此时电极表面状态完好。通过计算T的变化来判断此时电极的腐蚀状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明解决了由于测试周期长、操作繁琐、使用范围局限的问题，多阵列耦合电极法测定金属在混凝土中腐蚀状态，适用范围广，且不需要破坏金属试样，是一种无损原位的检测技术。简单、易于操作，同时节约大量的时间成本和劳动工作量。

附图说明

图1为一种检测金属在混凝土中腐蚀状态的装置示意图；

图2为多阵列耦合电极横截面示意图；

图3为浸泡10天的电流分布图；

图4为浸泡30天的电流分布图；

图5阵列5行20列耦合电极2插入混凝土试块1中示意图；

其中：

1：水泥或混凝土试块  2：多阵列耦合电极

3：参比电极          4：多通道ZRA模式腐蚀测试仪

5：计算机            6：氯化钠溶液

7：金属棒。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了快速便捷测量混凝土中金属腐蚀状况，本发明实施例提供了一种测量混凝土金属腐蚀状况的装置，参见图1，详见下文描述：

实施例1：

该装置包括：水泥或混凝土试块1、多阵列耦合电极2、参比电极3、多通道ZRA模式腐蚀测试仪4、计算机5。

多阵列耦合电极2和参比电极3与多通道ZRA模式腐蚀测试仪4连接，多通道ZRA模式腐蚀测试仪4输出端与所述计算机5连接，进行数据输出。

参见图2，多阵列耦合电极2插入混凝土试块1中。其中多阵列耦合电极2由100根304型号的不锈钢金属棒7等间距固定在混凝土试块1中，成10行10列，等间隔3mm排列于混凝土试块1中，所述金属棒7的直径为0.5mm。

参比电极3为饱和甘汞电极，置于氯化钠溶液6中，NaCl的浓度为2mol/L-5mol/L

打开多通道ZRA模式腐蚀测试仪4接通电路，对多阵列耦合电极2的电电流布进行测量，可多次进行测量，观察电位变化情况。

在测试10天在测试30天后得到电流分布图，参见图3，可以看出阳极电流分布呈现随机状态，说明此区域电极为阳极，阳极电流密度较大，在浸泡的过程中比较容易发生腐蚀。附图3经过计算此时电极的腐蚀指数T值为0.03，小于0.1的临界值，说明此时电极状态完好没有发生局部腐蚀。

在测试30天后得到电流分布图，参见图4，可以看出电流分布在矩阵2-3位置出现较大值，说明此区域电极为阳极，阳极电流密度较大，在浸泡的过程中比较容易发生腐蚀。附图4经过计算此时电极的腐蚀指数T值为0.2，大于0.1的临界值，说明此时电极发生了局部腐蚀。

实施例2：

该装置包括：水泥或混凝土试块1、多阵列耦合电极2、参比电极3、多通道ZRA模式腐蚀测试仪4、计算机5。

多阵列耦合电极2和参比电极3与多通道ZRA模式腐蚀测试仪4连接，多通道ZRA模式腐蚀测试仪4输出端与所述计算机5连接，进行数据输出。

参见图5，多阵列耦合电极2插入混凝土试块1中。其中多阵列耦合电极2由100根301型号的不锈钢金属棒7等间距固定在混凝土试块1中，成5行20列，等间隔2mm排列于混凝土试块1中，所述金属棒7的直径为1mm。

参比电极3为饱和甘汞电极，置于氯化钠溶液6中，NaCl的浓度为2mol/L-5mol/L

打开多通道ZRA模式腐蚀测试仪4接通电路，对多阵列耦合电极2的电电流布进行测量，可多次进行测量，观察电位变化情况。

综上所述，本发明实施例中的方法可以比较便捷地测量混凝土中金属的腐蚀状态。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种检测金属在混凝土中腐蚀状态的方法，包括多阵列耦合电极、混凝土试块、氯化钠溶液、参比电极和多通道ZRA模式腐蚀测试仪；其特征是多阵列耦合电极为金属棒；金属棒等间距固定在混凝土试块中，间隔为3-30mm。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述多阵列耦合电极和参比电极与多通道ZRA模式腐蚀测试仪连接，腐蚀测试仪与所述计算机连接，进行数据输出。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是金属棒成5行20列或10行10列。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述金属棒的直径为0.5mm-8mm。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是多阵列耦合电极置于待测混凝土或水泥试块下。

6.如权利要求1所述的方法，其特征是所述参比电极为饱和甘汞电极或饱和硫酸铜电极。

7.如权利要求1所述的方法，其特征是所述氯化钠溶液中NaCl浓度为2mol/L-5mol/L。