CN104849326B - 一种混凝土钢筋腐蚀状态判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混凝土钢筋腐蚀状态判定方法，包括步骤：1)将待测钢筋作为电极，另取一惰性电极作为对电极，同置于氢氧化钙溶液中组成电化学池；2)测量待测钢筋表面钝化膜的电阻和电容；3)将电化学池放置一定时间后再次测量待测钢筋表面钝化膜的电阻和电容；4)重复步骤3)多次，并判断测量的电阻和电容是否均随放置时间的增长而变小，若为是，则判定被测钢筋已被腐蚀，若为否，则判定被测钢筋未被腐蚀。与现有技术相比，本发明通过将待测钢筋与惰性电极作为对电极的方式进行钝化膜的电阻和电容的测量，并将测量得到的钝化膜的电阻和电容作为依据进行钢筋腐蚀状态的判定，直观简便。

Description

一种混凝土钢筋腐蚀状态判定方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土结构钢筋腐蚀检测技术，尤其是涉及一种混凝土钢筋腐蚀状态判定方法。

背景技术

混凝土的耐久性一直是混凝土建筑和工程的最重要的问题，长期以来一直是混凝土研究中最重要的课题。混凝土的耐久性在很大程度上取决于混凝土中钢筋的腐蚀状态，我国现有各种大中小型混凝土工程，包括各种建筑物(用于居住、办公以及各种工、农、商业)以及道路、隧道、桥梁及其它交通实施，除此以外还有各种国防军事工程，它们的寿命及在寿命期内的安全使用都与混凝土中钢筋的腐蚀状态密切相关。钢筋的腐蚀状态由其表面的钝化膜的状态来决定，可以通过对其表面钝化膜电性能的测定来了解和预估钢筋的腐蚀状态，从而判断混凝土工程的寿命及其安全性。钢筋表面钝化膜为致密的氧化铁化合物，其化学式可写为FexOy，是一种非化学计量的化合物(non-stoichiometric compound)，在各种不同化学环境下2≤x≤3，3≤y≤4。本发明为采用电化学方法对钝化膜的电性能进行测定。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种混凝土钢筋腐蚀状态判定方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种混凝土钢筋腐蚀状态判定方法，包括步骤：

1)将待测钢筋作为电极，另取一惰性电极作为对电极，同置于氢氧化钙溶液中组成电化学池；

2)测量待测钢筋表面钝化膜的电阻和电容；

3)将电化学池放置一定时间后再次测量待测钢筋表面钝化膜的电阻和电容；

4)重复步骤3)多次，并判断测量的电阻和电容是否均随放置时间的增长而变小，若为是，则判定被测钢筋已被腐蚀，若为否，则判定被测钢筋未被腐蚀。

所述步骤2)具体包括步骤：

201)在两个电极之间施加正弦交流电压，得到两个电极之间的响应电流，并根据施加的正弦交流电压和得到的相应电流计算得到两个电极之间的表观复阻抗；

202)改变正弦交流电压的频率，再次测量两个电极之间的表观复阻抗；

203)重复步骤202)多次，根据所有测量得到的表观复阻抗制作阻抗复平面图，并计算待测钢筋表面钝化膜的电阻和电容。

所述步骤201)中施加的正弦交流电压信号的振幅为5mV。

所述步骤202)重复20次，正弦交流电压的频率自10Hz至100kHz，每个数量级取5个测量频率点。

所述惰性电极为铂电极、铜电极或石墨电极。

所述待测钢筋表面覆盖有混凝土，所述惰性电极与该混凝土连接。

所述氧化钙溶液为饱和氢氧化钙溶液。

所述步骤2)重复三次，放置时间分别为30天、60天和180天。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明通过将待测钢筋与惰性电极作为对电极的方式进行钝化膜的电阻和电容的测量，并将测量得到的钝化膜的电阻和电容作为依据进行钢筋腐蚀状态的判定，直观简便。

2)通过一定频率正弦交流电压下的表观复阻抗来计算得到钝化膜的电阻和电容，可以利用电化学工作站来时间，操作简便，便于实现。

3)正弦交流电压信号的振幅为5mV，正弦交流电压小，能保证测得的结果是线性的。

4)正弦交流电压的频率自10Hz至100kHz，每个数量级取5个测量频率点，高于100kHz时，试验数据不稳定，低于10Hz时测试时间过长，一方面造成测量的不方便，另一方面，时间太长容易引起环境条件的变化，造成测试误差。

5)氧化钙溶液为饱和氢氧化钙溶液，因为一方面氢氧化钙在水中溶解度低，把固体氧化钙放入水中，稍过片刻，就形成饱和氢氧化钙溶液，其成分稳定不变，另一方面，饱和氢氧化钙溶液的成分恰巧与混凝土中孔溶液的成分相同，能最真实地模拟实际的环境。

6)放置时间分别为30天、60天和180天，混凝土中的钢筋在一般情况下不易锈蚀，放置30天，60天与180天应无明显变化，如在恶劣的环境条件下，或因钢筋本身质量不佳，则在此期间因表面锈蚀，电阻，电容发生明显改变，可以藉此判断钢筋的锈蚀状态。

附图说明

图1为本发明的主要步骤流程图；

图2为本发明实施例一电化学池的等效电路图；

图3为本发明实施例一表观复阻抗的阻抗复平面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一：

一种混凝土钢筋腐蚀状态判定方法，如图1所示，包括步骤：

1)将待测钢筋样本一与一惰性电极作为对电极，并置于氧化钙溶液中组成电化学池，其中的氧化钙溶液为饱和氢氧化钙溶液，惰性电极为铂电极、铜电极或石墨电极，优选为铂电极，待测钢筋样本一表面覆盖有混凝土，惰性电极与该混凝土连接；

2)测量待测钢筋样本一表面钝化膜的电阻和电容，具体包括步骤：

201)在两个电极之间施加振幅为5mV的正弦交流电压，得到两个电极之间的响应电流，并根据施加的正弦交流电压和得到的相应电流计算得到两个电极之间的表观复阻抗；

202)改变正弦交流电压的频率，再次测量两个电极之间的表观复阻抗；

203)重复步骤202)20次，正弦交流电压的频率自10Hz至100kHz，每个数量级取5个测量频率点，具体的，从10Hz到100kHz总共4个数量级，每个数量级取5个测量频率点，即a₁×10¹Hz、a₂×10¹Hz、a₃×10¹Hz、a₄×10¹Hz、a₅×10¹Hz、a₆×10²Hz、a₇×10²Hz、a₈×10²Hz、a₉×10²Hz、a₁₀×10²Hz、a₁₁×10³Hz、a₁₂×10³Hz、a₁₃×10³Hz、a₁₄×10³Hz、a₁₅×10³Hz、a₁₆×10⁴Hz、a₁₇×10⁴Hz、a₁₈×10⁴Hz、a₁₉×10⁴Hz和a₂₀×10⁴Hz，其中的a₁,…a₂₀的取值范围均为[1,10)。

如图3所示，根据所有测量得到的表观复阻抗制作阻抗复平面图，并计算待测钢筋样本一表面钝化膜的电阻和电容。

具体的，由于电化学池的等效电路如图2所示，其中的R_s电化学池中氢氧化钙溶液的电阻，为已知量，R_c为混凝土的电阻，C_c为混凝土的电容，R和C分别为钝化膜的电阻和电容，计算得到混凝土电阻R_c为85mΩ·m²，R为48mΩ·m²，C为19mF/m²。

3)将电化学池放置一定时间后再次测量待测钢筋样本一表面钝化膜的电阻和电容；

4)重复步骤3)三次，放置时间分别为30天、60天和180天，并判断测量的电阻和电容是否均随放置时间的增长而变小，若为是，则判定被测钢筋已被腐蚀，若为否，则判定被测钢筋未被腐蚀。

本实施例中，测试结果如表1所示：

表1样本一不同放置时间下的钢筋钝化膜电阻和电容

	30d	60d	180d
				R(mΩ·m2)	20	15	5
C(mF/m2)	14	11	9

由于R和C随着放置时间的增加逐步减小，因此待测钢筋样本一已经发生腐蚀。

实施例二：

本实施例中选择待测钢筋样本二进行测试，测试结果如表2所示：

表2样本二不同放置时间下的钢筋钝化膜电阻和电容

	0d	30d	60d	180d
					R(mΩ·m2)	55	56	54	55
C(mF/m2)	23	22	23	24

由于R和C随着放置时间的增加基本不变，因此待测钢筋样本二未发生腐蚀

实施例三：

本实施例中将待测钢筋样本一和待测钢筋样本二，在对电极之间施加正弦交流电压的同时，也施加直流电压进行极化，分别为+0.1V(表示阳极极化)和-0.1V(表示阴极极化)，用同样方法测量钝化膜电阻，钝化膜电容，测得的结果如表3所示：

表3直流极化下待测钢筋样本二钝化膜电阻和电容

由于钢筋的电位是在一定范围内随机漂移的，故用本发明的方法，可以测量在电位涨落的情况下钝化膜的稳定性，从而判断钢筋的耐腐蚀性。

钢筋极与电池正极相连时称为阳极极化，如果相反，钢筋极与电池负极相连，则称为阴极极化。一般情况下，阳极极化促使金属溶解，阴极极化则对金属起到保护作用，但钢筋由于表面钝化膜存在，在控制阳极极化为较小时其情况刚好相反，阳极极化使钢筋表面钝化膜加厚加密，阴极极化则减少钝化膜的厚度，降低钝化膜的致密性。通过对钢筋施加阳极极化及阴极极化，改变其钝化膜的状态，同时再进行交流阻抗的测量，可以看到钢筋在不同极化状态下，电阻R和电容C是不同的。

另外，从表3中数据可以看到，样本一在两种极化下都变差了，这样的样品在环境变化时容易不稳定；相反，样本二在阳极极化下钝化膜更致密，所以，采用在不同直流极化下的电阻和电容的测试还可以用来对钢筋钝化膜的质地进行判断。

Claims (5)

1.一种混凝土钢筋腐蚀状态判定方法，其特征在于，包括步骤：

1)将待测钢筋作为电极，另取一惰性电极作为对电极，同置于氢氧化钙溶液中组成电化学池，

2)测量待测钢筋表面钝化膜的电阻和电容，

3)将电化学池放置一定时间后再次测量待测钢筋表面钝化膜的电阻和电容，

4)重复步骤3)多次，并判断测量的电阻和电容是否均随放置时间的增长而变小，若为是，则判定被测钢筋已被腐蚀，若为否，则判定被测钢筋未被腐蚀；

所述步骤2)具体包括步骤：

201)在两个电极之间施加正弦交流电压，得到两个电极之间的响应电流，并根据施加的正弦交流电压和得到的相应电流计算得到两个电极之间的表观复阻抗，

202)改变正弦交流电压的频率，再次测量两个电极之间的表观复阻抗，

203)重复步骤202)多次，根据所有测量得到的表观复阻抗制作阻抗复平面图，并计算待测钢筋表面钝化膜的电阻和电容；

所述步骤201)中施加的正弦交流电压信号的振幅为5mV；

所述步骤202)重复20次，正弦交流电压的频率自10Hz至100kHz，每个数量级取5个测量频率点。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土钢筋腐蚀状态判定方法，其特征在于，所述惰性电极为铂电极、铜电极或石墨电极。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土钢筋腐蚀状态判定方法，其特征在于，所述待测钢筋表面覆盖有混凝土，所述惰性电极与该混凝土连接。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土钢筋腐蚀状态判定方法，其特征在于，所述氧化钙溶液为饱和氢氧化钙溶液。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土钢筋腐蚀状态判定方法，其特征在于，所述步骤2)重复三次，放置时间分别为30天、60天和180天。