CN108469410A - 混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法 - Google Patents

混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法 Download PDF

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CN108469410A CN201810129665.0A CN201810129665A CN108469410A CN 108469410 A CN108469410 A CN 108469410A CN 201810129665 A CN201810129665 A CN 201810129665A CN 108469410 A CN108469410 A CN 108469410A
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corrosion
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曹忠露
米胜东
陈浩宇
李沛
苏忠纯
王娜
张鹏
杨建军
雷周
周晓朋
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CCCC First Harbor Engineering Co Ltd
Tianjin Port Engineering Institute Ltd of CCCC Frst Harbor Engineering Co Ltd
Tianjin Harbor Engineering Quality Inspection Center Co Ltd
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Tianjin Port Engineering Institute Ltd of CCCC Frst Harbor Engineering Co Ltd
Tianjin Harbor Engineering Quality Inspection Center Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/02—Electrochemical measuring systems for weathering, corrosion or corrosion-protection measurement

Abstract

本发明公布混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法，使用的检测装置包括两个钢筋混凝土腐蚀测试单元，钢筋设置在混凝土试块的中央位置；在钢筋伸出混凝土试块的部位设置密封层；钢筋的一端与导线相连；在混凝土试块上设置孔道，孔道的两端分别与管道密封相连；两个钢筋混凝土腐蚀测试单元设置在同一个盛放容器中，并在盛放容器中设置水，两个钢筋混凝土腐蚀测试单元的导线连通并设置开关；检测时一个钢筋混凝土腐蚀测试单元中的钢筋为阳极钢筋，另一个钢筋混凝土腐蚀测试单元中的钢筋为阴极钢筋。本发明操作方便、分析方法简单，能对钢筋的微电池腐蚀效果和宏电池腐蚀效果进行全面综合评价，阐明各腐蚀环境下钢筋宏电池腐蚀的控制模式。

Description

混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法
本申请是母案申请“混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测装置与方法”的分案申请，母案申请的申请号为2016103976946，申请日为2016年6月5日。
技术领域
本发明属于钢筋腐蚀防护技术领域，更具体地说，涉及混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测装置与方法。
背景技术
钢筋混凝土材料因其成本低、易施工和具有良好的可塑性和耐久性，从而被广泛应用于各种工业民用建筑、水工或海工构造物中。通常在混凝土结构中，水泥水化产生的高碱性环境，可使钢筋表面形成一层能够抵抗钢筋腐蚀的铁氧化物保护层。然而，随着氯离子，硫酸根离子和二氧化碳等有害物不断从外部环境往混凝土中渗透以及外部环境和载荷引起的混凝土结构裂缝的开展，该铁氧化物保护层逐渐变得的不稳定而遭破坏，进而激发钢筋的锈蚀。
目前对混凝土结构中钢筋腐蚀的研究，主要基于微电池腐蚀理论，通过分析钢筋的半电池电位和腐蚀速度来评价其腐蚀状况，很少基于宏电池腐蚀理论，通过分析阴极钢筋和阳极钢筋的宏电池极化特性来评价其腐蚀状况。半电池电位的评价依据是ASTM C876标准，该标准针对钢筋是否处于钝化状态或者腐蚀状态，仅仅给出了一个概率性判定，且该判定遭受干湿环境的影响很大；其次，该标准仅适用于碱性混凝土结构，对于碳化混凝土结构并不适用，而且当混凝土结构中存在宏电池腐蚀时，使用半电池电位法将引起较大的误判。由线性极化阻抗法、电化学阻抗图谱法或电化学噪音法获得的钢筋腐蚀速度，通常作为微电池腐蚀速度，该腐蚀速度仅在宏电池腐蚀被忽略时才接近于钢筋的真实腐蚀速度。由于钢筋真实腐蚀速度是微电池腐蚀速度和宏电池腐蚀速度之和，又由于在现役混凝土结构中钢筋的宏电池腐蚀是普遍存在的，所以使用线性极化阻抗法和电化学阻抗图谱法将会低估钢筋的腐蚀速度，影响钢筋腐蚀防护效果的合理评价。因此基于微电池腐蚀理论，通过分析钢筋的半电池电位和腐蚀速度来评价其腐蚀状况是不准确和不可靠的。
在微电池腐蚀中，阴极区和阳极区是交互共存的，腐蚀也是均匀的；而在现实的混凝土结构中，阴极区和阳极区是分开的且相距较远，腐蚀是不均为的，这就易于导致钢筋宏电池腐蚀的形成。当钢筋处于宏电池腐蚀状态下时，阳极钢筋腐蚀释放的电子被转移至阴极钢筋并被阴极钢筋所消耗，从而形成从阴极钢筋流向阳极钢筋的宏电池电流，进而导致阳极钢筋的腐蚀电位朝着正电位方向增加(阳极钢筋的宏电池极化)和阴极钢筋的腐蚀电位朝着负方向降低(阴极钢筋的宏电池极化)。因此评价混凝土结构中钢筋的腐蚀应考虑其宏电池腐蚀的极化特性和控制机理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对上述问题，提出针对混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测装置与方法。本发明结构简单、易于操作，能够实现钢筋的微电池腐蚀状态和宏电池腐蚀状态的交替循环变化，直观地分析阴极钢筋和阳极钢筋之间的宏电池电位差、宏电池腐蚀电流、阴极钢筋和阳极钢筋的极化比率和极化斜率，能有效的评价各腐蚀防护技术对钢筋宏电池腐蚀的抑制效果，还能够阐明各种腐蚀环境下钢筋宏电池腐蚀的控制机理。
为实现上述技术目的，本发明提出如下技术方案：
一种钢筋混凝土复合结构，包括混凝土试块和钢筋，其中：钢筋设置在混凝土试块的中央位置；沿混凝土试块长度方向，钢筋贯穿整个混凝土试块，且钢筋两端伸出混凝土试块；在混凝土试块上设置孔道，所述孔道均匀设置在一个以设置在混凝土试块中央位置的钢筋为圆心的圆周上，且沿混凝土试块长度方向，孔道贯穿整个混凝土试块。
在上述技术方案中，孔道的数量为2—6个，优选4—6个。
在上述技术方案中，混凝土试块长度为160-200mm，宽度为60-100mm，高度为60-100mm。
在上述技术方案中，孔道的直径为6-20mm，孔道中心距离钢筋中心的距离为6-20mm。
采用上述技术方案，将钢筋和孔道进行位置配合，结构简单、使用方便且能够有效地模拟钢筋的腐蚀环境，便于对钢筋腐蚀的研究。
用于腐蚀测试的钢筋混凝土复合结构，包括钢筋混凝土复合结构、管道、导线，其中：钢筋混凝土复合结构，包括混凝土试块和钢筋，钢筋设置在混凝土试块的中央位置；沿混凝土试块长度方向，钢筋贯穿整个混凝土试块，且钢筋两端伸出混凝土试块；在钢筋的两端设置密封层，钢筋的一端与导线相连；
在混凝土试块上设置孔道，所述孔道均匀设置在一个以设置在混凝土试块中央位置的钢筋为圆心的圆周上，且沿混凝土试块长度方向，孔道贯穿整个混凝土试块；孔道的两端分别与管道密封相连；管道竖直向上开口，且管道开口高于混凝土试块，以实现液体充满孔道。
在上述技术方案中，孔道的数量为2—6个，优选4—6个。
在上述技术方案中，混凝土试块长度为160-200mm，宽度为60-100mm，高度为60-100mm。
在上述技术方案中，孔道的直径为6-20mm，孔道中心距离钢筋中心的距离为6-20mm。
在上述技术方案中，在钢筋的一端设置螺丝和垫圈，螺丝穿过垫圈拧入钢筋内部，导线与螺丝或者垫圈相连，以实现导线与钢筋的测试线路的联通；且导线穿出密封层。
在上述技术方案中，密封层为聚苯乙烯树脂层。
在上述技术方案中，密封层覆盖伸出混凝土试块的钢筋的两端，且延伸至混凝土试块中覆盖混凝土试块内的钢筋。
在上述技术方案中，在混凝土试块中，密封层覆盖的钢筋长度为30-50mm。
采用上述技术方案，利用竖直向上开口的管道向混凝土试块加载溶液(例如氯离子溶液、水、砂浆等)，并利用连通器原理使管道内液面高于混凝土试块，以维持溶液在混凝土试块中的扩散，进而连续测试钢筋的腐蚀情况，结构简单、使用方便且能够有效地模拟钢筋的腐蚀环境，便于对钢筋腐蚀的研究。
一种钢筋混凝土腐蚀测试单元，包括钢筋混凝土复合结构、管道、导线，其中：钢筋混凝土复合结构，包括混凝土试块和钢筋，钢筋设置在混凝土试块的中央位置；沿混凝土试块长度方向，钢筋贯穿整个混凝土试块，且钢筋两端伸出混凝土试块；在钢筋的两端设置密封层，钢筋的一端与导线相连；
在混凝土试块上设置孔道，所述孔道均匀设置在一个以设置在混凝土试块中央位置的钢筋为圆心的圆周上，且沿混凝土试块长度方向，孔道贯穿整个混凝土试块；孔道的两端分别与管道密封相连；管道与储液箱相连，并在管道上设置泵和流量计，以实现将储液箱中液体由孔道的一端进入混凝土试块，另一端流出并回流至储液箱，同时利用泵和流量计的配合，实现对液体在管道和孔道内流速的控制和调整。
在上述技术方案中，孔道的数量为2—6个，优选4—6个。
在上述技术方案中，混凝土试块长度为160-200mm，宽度为60-100mm，高度为60-100mm。
在上述技术方案中，孔道的直径为6-20mm，孔道中心距离钢筋中心的距离为6-20mm。
在上述技术方案中，在钢筋的一端设置螺丝和垫圈，螺丝穿过垫圈拧入钢筋内部，导线与螺丝或者垫圈相连，以实现导线与钢筋的测试线路的联通；且导线穿出密封层。
在上述技术方案中，密封层为聚苯乙烯树脂层。
在上述技术方案中，密封层覆盖伸出混凝土试块的钢筋的两端，且延伸至混凝土试块中覆盖混凝土试块内的钢筋。
在上述技术方案中，在混凝土试块中，密封层覆盖的钢筋长度为30-50mm。
采用上述技术方案，利用管道、泵和流量计向混凝土试块加载溶液(例如氯离子溶液、水、砂浆等)，并实现对流速的直接控制，简介控制溶液在混凝土试块中的扩散，进而连续测试钢筋的腐蚀情况，结构简单、使用方便且能够有效地模拟钢筋的腐蚀环境，便于对钢筋腐蚀的研究。
混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测装置，包括两个钢筋混凝土腐蚀测试单元，盛放容器，其中两个钢筋混凝土腐蚀测试单元设置在同一个盛放容器中，并在盛放容器中设置水；两个钢筋混凝土腐蚀测试单元结构相同，且每个钢筋混凝土腐蚀测试单元，包括钢筋混凝土复合结构、管道和导线，两个钢筋混凝土腐蚀测试单元选择第一种钢筋混凝土腐蚀测试单元的结构或者第二种钢筋混凝土腐蚀测试单元的结构：其中
在第一种钢筋混凝土腐蚀测试单元的结构中，钢筋混凝土复合结构，包括混凝土试块和钢筋，钢筋设置在混凝土试块的中央位置；沿混凝土试块长度方向，钢筋贯穿整个混凝土试块，且钢筋两端伸出混凝土试块；在钢筋的两端设置密封层，钢筋的一端与导线相连；在混凝土试块上设置孔道，所述孔道均匀设置在一个以设置在混凝土试块中央位置的钢筋为圆心的圆周上，且沿混凝土试块长度方向，孔道贯穿整个混凝土试块；孔道的两端分别与管道密封相连；管道竖直向上开口，且管道开口高于混凝土试块，以实现液体充满孔道；
在第二种钢筋混凝土腐蚀测试单元的结构中，钢筋混凝土复合结构，包括混凝土试块和钢筋，钢筋设置在混凝土试块的中央位置；沿混凝土试块长度方向，钢筋贯穿整个混凝土试块，且钢筋两端伸出混凝土试块；在钢筋的两端设置密封层，钢筋的一端与导线相连；在混凝土试块上设置孔道，所述孔道均匀设置在一个以设置在混凝土试块中央位置的钢筋为圆心的圆周上，且沿混凝土试块长度方向，孔道贯穿整个混凝土试块；孔道的两端分别与管道密封相连；管道与储液箱相连，并在管道上设置泵和流量计，以实现将储液箱中液体由孔道的一端进入混凝土试块，另一端流出并回流至储液箱，同时利用泵和流量计的配合，实现对液体在管道和孔道内流速的控制和调整；
两个钢筋混凝土腐蚀测试单元之间设置开关，开关分别与两个钢筋混凝土腐蚀测试单元中的导线相连。
在上述技术方案中，孔道的数量为2—6个，优选4—6个。
在上述技术方案中，混凝土试块长度为160-200mm，宽度为60-100mm，高度为60-100mm。
在上述技术方案中，孔道的直径为6-20mm，孔道中心距离钢筋中心的距离为6-20mm。
在上述技术方案中，在钢筋的一端设置螺丝和垫圈，螺丝穿过垫圈拧入钢筋内部，导线与螺丝或者垫圈相连，以实现导线与钢筋的测试线路的联通；且导线穿出密封层。
在上述技术方案中，密封层为聚苯乙烯树脂层。
在上述技术方案中，密封层覆盖伸出混凝土试块的钢筋的两端，且延伸至混凝土试块中覆盖混凝土试块内的钢筋。
在上述技术方案中，在混凝土试块中，密封层覆盖的钢筋长度为30-50mm。
混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法，一个钢筋混凝土腐蚀测试单元中的钢筋为阳极钢筋，另一个钢筋混凝土腐蚀测试单元中的钢筋为阴极钢筋，按照下列步骤进行：
步骤1，使用平底器皿中的水对两个钢筋混凝土腐蚀测试单元进行润湿，以使两个钢筋混凝土腐蚀测试单元之间形成电通性；
在步骤1中，将两个钢筋混凝土腐蚀测试单元中混凝土试块全部或者部分浸入水中，以模拟不同湿度或水下混凝土的宏电池腐蚀，例如将两个钢筋混凝土腐蚀测试单元中混凝土试块浸入水中3-5mm。
步骤2，通过管道向混凝土试块的孔道内注入实验液体；
在步骤2中，实验液体为氯离子溶液或阻锈剂溶液。
步骤3，使用测定装置与钢筋混凝土腐蚀测试单元相连；
所述的步骤3中，测定装置为腐蚀诊断仪器或钢筋锈蚀仪或电化学工作站或零电阻电流计，在实际使用中，根据各个测定装置的使用要求进行连接即可。
步骤4：断开阴极钢筋与阳极钢筋之间的导线，持续测定阴极钢筋的微电池腐蚀电位Emi-c和微电池腐蚀电流密度imi-c，阳极钢筋的微电池腐蚀电位Emi-a和微电池腐蚀电流密度imi-a；
步骤5：连接阴极钢筋与阳极钢筋之间的导线，持续测量阴极钢筋的宏电池腐蚀单位Ema-c、阳极钢筋的宏电池腐蚀电位Ema-a、阴极钢筋和阳极钢筋之间流动的宏电池腐蚀电流密度ima＝ima-c＝ima-a；
步骤6：将步骤4和步骤5作为一个循环周期，重复步骤4和步骤5进行试验。
所述的步骤4中，阳极钢筋和阴极钢筋断开状态(即微电池腐蚀状态)的时间为2—4周(即一周为7天，每天为24小时)，以便于阴极钢筋和阳极钢筋之间微电池腐蚀状态的恢复和稳定。
所述的步骤5中，阳极钢筋和阴极钢筋连接状态(即宏电池腐蚀)的时间为2—4周(即一周为7天，每天为24小时)，以便于流经阴极钢筋和阳极钢钢筋之间的宏电池腐蚀电流的稳定，以及宏电池极化的稳定。
在所述步骤6中，将步骤4和步骤5作为一个循环周期，一个阳极钢筋和阴极钢筋断开状态和一个阳极钢筋和阴极钢筋连接状态组成一个循环周期，时间为4—8周(即一周为7天，每天为24小时)。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：本发明结构简单、操作方便、分析方法简单明了，能够对钢筋的微电池腐蚀效果和宏电池腐蚀效果进行全面综合的评价，能够阐明各腐蚀环境下钢筋宏电池腐蚀的控制模式。
附图说明
图1为本发明中的钢筋混凝土复合结构的结构示意图(1)。
图2为本发明中的钢筋混凝土复合结构的结构示意图(2)。
图3为本发明的用于腐蚀测试的钢筋混凝土复合结构的结构示意图。
图4为本发明的钢筋混凝土腐蚀测试单元的结构示意图。
图5为混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测装置中的阴极钢筋与阳极钢筋断开连接结构示意图。
图6为混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测装置中的阴极钢筋与阳极钢筋连接结构示意图。
图7为混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法示意图(1)。
图8为混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法示意图(2)。
其中1为混凝土试块，2为孔道，3为钢筋，4密封层，5为螺丝，6为平垫圈，7为导线，8为塑料管道，9为平底器皿，10为阴极钢筋，11为阳极钢筋，12为储液箱，13为泵，14为流量计，15为开关。
具体实施方式
下面结合附图与具体的实施方式对本发明作进一步详细描述：
如附图1和2所示，本发明的钢筋混凝土复合结构，包括混凝土试块和钢筋，其中：钢筋设置在混凝土试块的中央位置；沿混凝土试块长度方向，钢筋贯穿整个混凝土试块，且钢筋两端伸出混凝土试块；在混凝土试块上设置孔道，所述孔道均匀设置在一个以设置在混凝土试块中央位置的钢筋为圆心的圆周上，且沿混凝土试块长度方向，孔道贯穿整个混凝土试块。
在上述技术方案中，孔道的数量为4个，分别位于钢筋的正上方、正下方、正左方和正右方，直径为6mm，孔道中心距离钢筋中心的距离为8mm；混凝土试块长度为160mm，宽度为80mm，高度为80mm。
如图3所示，本发明的用于腐蚀测试的钢筋混凝土复合结构，包括如图1和2所示的钢筋混凝土复合结构、管道、导线，其中：钢筋混凝土复合结构，包括混凝土试块和钢筋，钢筋设置在混凝土试块的中央位置；沿混凝土试块长度方向，钢筋贯穿整个混凝土试块，且钢筋两端伸出混凝土试块；在钢筋的两端设置密封层，钢筋的一端与导线相连；
在混凝土试块上设置孔道，所述孔道均匀设置在一个以设置在混凝土试块中央位置的钢筋为圆心的圆周上，且沿混凝土试块长度方向，孔道贯穿整个混凝土试块；孔道的两端分别与管道密封相连；管道竖直向上开口，且管道开口高于混凝土试块，以实现液体充满孔道。
在上述技术方案中，孔道的数量为4个，分别位于钢筋的正上方、正下方、正左方和正右方，直径为6mm，孔道中心距离钢筋中心的距离为8mm；混凝土试块长度为160mm，宽度为80mm，高度为80mm。
在上述技术方案中，在钢筋的一端设置螺丝和垫圈，螺丝穿过垫圈拧入钢筋内部，导线与螺丝或者垫圈相连，以实现导线与钢筋的测试线路的联通；且导线穿出密封层。
在上述技术方案中，密封层为聚苯乙烯树脂层，密封层覆盖伸出混凝土试块的钢筋的两端，且延伸至混凝土试块中覆盖混凝土试块内的钢筋。在混凝土试块中，密封层覆盖的钢筋长度为30mm。
如图4所示，一种钢筋混凝土腐蚀测试单元，包括如图1和2所示的钢筋混凝土复合结构、管道、导线，其中：钢筋混凝土复合结构，包括混凝土试块和钢筋，钢筋设置在混凝土试块的中央位置；沿混凝土试块长度方向，钢筋贯穿整个混凝土试块，且钢筋两端伸出混凝土试块；在钢筋的两端设置密封层，钢筋的一端与导线相连；
在混凝土试块上设置孔道，所述孔道均匀设置在一个以设置在混凝土试块中央位置的钢筋为圆心的圆周上，且沿混凝土试块长度方向，孔道贯穿整个混凝土试块；孔道的两端分别与管道密封相连；管道与储液箱相连，并在管道上设置泵和流量计，以实现将储液箱中液体由孔道的一端进入混凝土试块，另一端流出并回流至储液箱，同时利用泵和流量计的配合，实现对液体在管道和孔道内流速的控制和调整。
在上述技术方案中，孔道的数量为4个，分别位于钢筋的正上方、正下方、正左方和正右方，直径为6mm，孔道中心距离钢筋中心的距离为8mm；混凝土试块长度为160mm，宽度为80mm，高度为80mm。
在上述技术方案中，在钢筋的一端设置螺丝和垫圈，螺丝穿过垫圈拧入钢筋内部，导线与螺丝或者垫圈相连，以实现导线与钢筋的测试线路的联通；且导线穿出密封层。
在上述技术方案中，密封层为聚苯乙烯树脂层，密封层覆盖伸出混凝土试块的钢筋的两端，且延伸至混凝土试块中覆盖混凝土试块内的钢筋。在混凝土试块中，密封层覆盖的钢筋长度为30mm。
如图1—6所示，混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测装置，包括两个钢筋混凝土腐蚀测试单元，盛放容器，其中两个钢筋混凝土腐蚀测试单元设置在同一个盛放容器中，并在盛放容器中设置水；两个钢筋混凝土腐蚀测试单元结构相同，且每个钢筋混凝土腐蚀测试单元，包括钢筋混凝土复合结构、管道和导线，两个钢筋混凝土腐蚀测试单元选择第一种钢筋混凝土腐蚀测试单元的结构或者第二种钢筋混凝土腐蚀测试单元的结构：其中
在第一种钢筋混凝土腐蚀测试单元的结构中，钢筋混凝土复合结构，包括混凝土试块和钢筋，钢筋设置在混凝土试块的中央位置；沿混凝土试块长度方向，钢筋贯穿整个混凝土试块，且钢筋两端伸出混凝土试块；在钢筋的两端设置密封层，钢筋的一端与导线相连；在混凝土试块上设置孔道，所述孔道均匀设置在一个以设置在混凝土试块中央位置的钢筋为圆心的圆周上，且沿混凝土试块长度方向，孔道贯穿整个混凝土试块；孔道的两端分别与管道密封相连；管道竖直向上开口，且管道开口高于混凝土试块，以实现液体充满孔道；
在第二种钢筋混凝土腐蚀测试单元的结构中，钢筋混凝土复合结构，包括混凝土试块和钢筋，钢筋设置在混凝土试块的中央位置；沿混凝土试块长度方向，钢筋贯穿整个混凝土试块，且钢筋两端伸出混凝土试块；在钢筋的两端设置密封层，钢筋的一端与导线相连；在混凝土试块上设置孔道，所述孔道均匀设置在一个以设置在混凝土试块中央位置的钢筋为圆心的圆周上，且沿混凝土试块长度方向，孔道贯穿整个混凝土试块；孔道的两端分别与管道密封相连；管道与储液箱相连，并在管道上设置泵和流量计，以实现将储液箱中液体由孔道的一端进入混凝土试块，另一端流出并回流至储液箱，同时利用泵和流量计的配合，实现对液体在管道和孔道内流速的控制和调整；
两个钢筋混凝土腐蚀测试单元之间设置开关，开关分别与两个钢筋混凝土腐蚀测试单元中的导线相连。
在上述技术方案中，孔道的数量为4个，分别位于钢筋的正上方、正下方、正左方和正右方，直径为6mm，孔道中心距离钢筋中心的距离为8mm；混凝土试块长度为160mm，宽度为80mm，高度为80mm。
在上述技术方案中，在钢筋的一端设置螺丝和垫圈，螺丝穿过垫圈拧入钢筋内部，导线与螺丝或者垫圈相连，以实现导线与钢筋的测试线路的联通；且导线穿出密封层。
在上述技术方案中，密封层为聚苯乙烯树脂层，密封层覆盖伸出混凝土试块的钢筋的两端，且延伸至混凝土试块中覆盖混凝土试块内的钢筋。在混凝土试块中，密封层覆盖的钢筋长度为30mm。
混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法，一个钢筋混凝土腐蚀测试单元中的钢筋为阳极钢筋，另一个钢筋混凝土腐蚀测试单元中的钢筋为阴极钢筋，按照下列步骤进行：
步骤1，使用平底器皿中的水对两个钢筋混凝土腐蚀测试单元进行润湿，以使两个钢筋混凝土腐蚀测试单元之间形成电通性；
在步骤1中，将两个钢筋混凝土腐蚀测试单元中混凝土试块全部或者部分浸入水中，以模拟不同湿度或水下混凝土的宏电池腐蚀，例如将两个钢筋混凝土腐蚀测试单元中混凝土试块浸入水中3-5mm。
步骤2，通过管道向混凝土试块的孔道内注入实验液体；
在步骤2中，实验液体为氯离子溶液或阻锈剂溶液。
步骤3，使用测定装置与钢筋混凝土腐蚀测试单元相连；
所述的步骤3中，测定装置为腐蚀诊断仪器或钢筋锈蚀仪或电化学工作站或零电阻电流计，在实际使用中，根据各个测定装置的使用要求进行连接即可。
步骤4：断开阴极钢筋与阳极钢筋之间的导线，持续测定阴极钢筋的微电池腐蚀电位Emi-c和微电池腐蚀电流密度imi-c，阳极钢筋的微电池腐蚀电位Emi-a和微电池腐蚀电流密度imi-a；
步骤5：连接阴极钢筋与阳极钢筋之间的导线，持续测量阴极钢筋的宏电池腐蚀单位Ema-c、阳极钢筋的宏电池腐蚀电位Ema-a、阴极钢筋和阳极钢筋之间流动的宏电池腐蚀电流密度ima＝ima-c＝ima-a；
步骤6：将步骤4和步骤5作为一个循环周期，重复步骤4和步骤5进行试验。
所述的步骤4中，阳极钢筋和阴极钢筋断开状态(即微电池腐蚀状态)的时间为2—4周(即一周为7天，每天为24小时)，以便于阴极钢筋和阳极钢筋之间微电池腐蚀状态的恢复和稳定。
所述的步骤5中，阳极钢筋和阴极钢筋连接状态(即宏电池腐蚀)的时间为2—4周(即一周为7天，每天为24小时)，以便于流经阴极钢筋和阳极钢钢筋之间的宏电池腐蚀电流的稳定，以及宏电池极化的稳定。
在所述步骤6中，将步骤4和步骤5作为一个循环周期，一个阳极钢筋和阴极钢筋断开状态和一个阳极钢筋和阴极钢筋连接状态组成一个循环周期，时间为4—8周(即一周为7天，每天为24小时)。
在进行检测时，腐蚀电位，通常也称为半电池电位，由腐蚀诊断仪器或钢筋锈蚀仪或电化学工作站测得。微电池腐蚀电流密度imi，由Stern-Geary等式计算获得，即：imi＝B/Rp，式中：Rp是钢筋阻抗(kΩ.cm2)，B是Stern-Geary常数。钢筋阻抗Rp由腐蚀诊断仪器或钢筋锈蚀仪或电化学工作站测得。宏电池腐蚀电流密度ima，由下式计算获得：ima＝Ima/Aa，式中：Ima是宏电池腐蚀电流(μA)，Aa是阳极钢筋的腐蚀面积(一般为钢筋径向横截面街，cm2)。阳极钢筋被定义为释放电子的钢筋，可从宏电流的流动方向进行判断得出。宏电池腐蚀电流Ima使用零电阻电流计测得。
在断开状态下，测量阴极钢筋的微电池腐蚀电位Emi-c和微电池腐蚀电流密度imi-c、阳极钢筋的微电池腐蚀电位Emi-a和微电池腐蚀电流密度imi-a；在连接状态下，测量阴极钢筋的宏电池腐蚀单位Ema-c、阳极钢筋的宏电池腐蚀电位Ema-a、阴极钢筋和阳极钢筋之间流动的宏电池腐蚀电流密度ima＝ima-c＝ima-a。
在一个循环周期或者几个循环周期内检测得到上述电流和电位信号进行分析测评，给出的测定参数如下：
断开状态(微电池腐蚀状态)下阴极钢筋和阳极钢筋之间的电位差ΔEcorr1＝/Emi-c-Emi-a/；
连接状态(宏电池腐蚀状态)下阴极钢筋和阳极钢筋之间的电位差ΔEcorr4＝/Ema-c-Ema-a/；
阴极钢筋的极化电位差即其在断开(微电池)状态和连接(宏电池)状态下的电位差ΔEcorr2＝/Emi-c-Ema-c/；
阳极钢筋的极化电位差即其在断开(微电池)状态和连接(宏电池)状态下的电位差ΔEcorr3＝/Ema-a-Emi-a/，且ΔEcorr1＝ΔEcorr2+ΔEcorr3+ΔEcorr4；
阴极钢筋的宏电池腐蚀极化比率PRsteel-c＝ΔEcorr2/ΔEcorr1；
阳极钢筋的宏电池腐蚀极化比率PRsteel-a＝ΔEcorr3/ΔEcorr1；
混凝土阻抗的宏电池腐蚀极化比率PRcon＝ΔEcorr4/ΔEcorr1，且PRsteel-c+PRsteel-a+PRcon＝1；
阴极钢筋的宏电池腐蚀极化斜率βma-c＝ΔEcorr2/[log(imi-c)-log(ima-c)]；
阳极钢筋的宏电池腐蚀极化斜率βma-a＝ΔEcorr3/[log(ima-a)-log(imi-a)]。
基于上述参数的测定，评价出混凝土中钢筋宏电池腐蚀的控制模式如下：
(1)阴极钢筋控制模式(即PRsteel-c≥60％、PRsteel-a≤30％、PRcon<10％)；
(2)阳极钢筋控制模式(即PRsteel-c≤30％、PRsteel-a≥60％、PRcon<10％)；
(3)混合控制模式(即30％<PRsteel-c<60％、30％<PRsteel-a<60％、PRcon<40％)；
(4)混凝土阻抗控制模式(即PRsteel-c≤30％、PRsteel-a≤30％、PRcon≥40％)。
在混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测和分析评价中，电位差，是决定宏电池腐蚀电流大小的主要因素之一，通过分析电位差ΔEcorr1、ΔEcorr2、ΔEcorr3和ΔEcorr4与宏电池腐蚀电流密度ima的关系，能够更好的评价阴极钢筋、阳极钢筋和混凝土阻抗对宏电池腐蚀电流的影响。极化比率，通过下述方式获得，即：以横坐标为ΔEcorr1、纵坐标为ΔEcorr i(i＝2,3,4)绘制散点图，并用线性函数进行拟合，则直线的斜率分别被定义为阴极钢筋的极化比率、阳极钢筋的极化比率和混凝土的极化比率。极化比率，能够评价阴极钢筋、阳极钢筋和混凝土阻抗对宏电池腐蚀的相对贡献程度；能够阐明各腐蚀环境下钢筋宏电池腐蚀的控制模式；反映出阳极和阴极钢筋在宏电池腐蚀状态下极化释放电子和极化消耗电子的能力，能够评价阴极钢筋和阳极钢筋在宏电池腐蚀状态下抵抗腐蚀能力的强弱。
在具体实施中，钢筋是指混凝土结构中的普通钢筋(如HPB300，HRB335，HRBF335，HRB400，HRBF400，HRB500，HRBF500)。所述混凝土的强度等级为C20～C60。本实施例选用的是HPB300光圆钢筋和强度等级为C30混凝土，具体实施如下。
本实施例选用的是HPB300光圆钢筋，直径20mm、长180mm，钢筋两端部40mm长的部位均用聚苯乙烯树脂密封涂裹，钢筋被浇筑于80×80×160mm混凝土试块的正中心位置，且四周均匀分布着4个直径6mm的小孔。混凝土浇筑时在小孔位置预置4根直径6mm的HPB300光圆钢筋，在混凝土凝结硬化前抽出以形成小孔，待混凝土试块硬化后，将试块端部的小孔与塑料吸管用聚苯乙烯树脂密封连接。
所用混凝土强度等级为C30，其配合比为水泥:粉煤灰:河砂:碎石:外加剂:水＝1:0.43:3.11:3.8:0.014:0.6。阴极混凝土试块在浇筑时掺入0％Cl-(占胶凝材料质量)，阳极混凝土试块在浇筑时掺入3％Cl-(占胶凝材料质量)，以使阴极钢筋和阳极钢筋之间呈现出显著的腐蚀电位差，便于在宏电池腐蚀状态下，能够清晰的观测到阴极钢筋和阳极钢筋的极化行为。
阴极混凝土试块和阳极混凝土试块均在浇筑1天后脱模，然后继续放在20℃的恒温室中进行水中养护至龄期。之后取出，将一个阴极试块和一个阳极试块放置于含有少量水的平底塑料器皿中，器皿中的水刚好超过试块的下边缘3-5mm左右。然后将其在室温中放置2周，使试块的湿度与室内的湿度保持相对稳定。
本实施例中使用的腐蚀诊断器为新日铁技研会社开发的CM-SE1型腐蚀诊断器，使用的零电阻电流计为北斗电工株式会社的HM-103A型零电阻电流计。
首先，阴极钢筋试块的导线和阳极钢筋试块的导线先处于断开状态2周，此时阴极钢筋和阳极钢筋分别处于微电池腐蚀状态；使用CM-SE1腐蚀诊断器分别测量阴极钢筋和阴极钢筋在微电池状态下的腐蚀电位Emi-c和Emi-a、腐蚀阻抗Rp-c和Rp-a、以及砂浆(即混凝土试块)的电阻抗Rcon；测量的时间间隔为1天，以便获得各腐蚀参数的时变曲线；测量过程中，饱水脱脂棉放置于腐蚀诊断器探头和混凝土试块表面之间，以确保良好的电流传导性；阴极钢筋和阴极钢筋在断开状态下的腐蚀电流密度称之为微电池腐蚀电流密度imi-c和imi-a，可由Stern-Geary等式计算获得，即：imi＝B/Rp，式中，imi是微电池腐蚀电流密度(μA/cm2)，Rp是钢筋阻抗(kΩ.cm2)，B是Stern-Geary常数，当钢筋处于腐蚀状态是取值为26mV，当钢筋处于钝化状态时取值为52mV。试验测量数据见表1。
然后，阴极钢筋试块的导线和阳极钢筋试块的导线再处于连接状态2周，此时阴极钢筋和阳极钢筋分别处于宏电池腐蚀状态；使用CM-SE1腐蚀诊断器分别测量阴极钢筋和阴极钢筋在宏电池状态下的腐蚀电位Ema-c和Ema-a；使用HM-103A型零电阻电流计测得流经阴极钢筋和阳极钢筋间的电流，即宏电流；宏电池腐蚀电流密度由下式计算获得，即：ima＝ima-c＝ima-a＝Ima/Aa，式中，ima是宏电池腐蚀电流密度(μA/cm2)，Ima是宏电池腐蚀电流(μA)，Aa是阳极钢筋的腐蚀面积(cm2)；阳极钢筋被定义为释放电子的钢筋，可从宏电流的流动方向进行判断得出；测量的时间间隔为1天，以便获得各腐蚀参数的时变曲线。
断开状态2周和连接状态2周，这4周被定义为1次试验循环，本实施例在进行6次试验循环后，往阳极试块的小孔中注入8mol/L的亚硝酸离子溶液(NaNO2)，然后继续进行试验循环至20次。试验测量数据见表1。
计算断开(微电池)状态下阴极钢筋和阳极钢筋之间的电位差ΔEcorr1＝/Emi-c-Emi-a/，连接(宏电池)状态下阴极钢筋和阳极钢筋之间的电位差ΔEcorr4＝/Ema-c-Ema-a/，阴极钢筋的极化电位差即其在断开(微电池)状态和连接(宏电池)状态下的电位差ΔEcorr2＝/Emi-c-Ema-c/，阳极钢筋的极化电位差即其在断开(微电池)状态和连接(宏电池)状态下的电位差ΔEcorr3＝/Ema-a-Emi-a/，阴极钢筋的宏电池腐蚀极化比率PRsteel-c＝ΔEcorr2/ΔEcorr1，阳极钢筋的宏电池腐蚀极化比率PRsteel-a＝ΔEcorr3/ΔEcorr1，混凝土阻抗的宏电池腐蚀极化比率PRcon＝ΔEcorr4/ΔEcorr1，阴极钢筋的宏电池腐蚀极化斜率βma-c＝ΔEcorr2/[log(imi-c)-log(ima-c)]，阳极钢筋的宏电池腐蚀极化斜率βma-a＝ΔEcorr3/[log(ima-a)-log(imi-a)]。计算结果见表1。
分析电位差ΔEcorr1、ΔEcorr2、ΔEcorr3和ΔEcorr4与宏电池腐蚀电流密度ima的关系，评价阴极钢筋、阳极钢筋和混凝土(砂浆)阻抗对宏电池腐蚀电流的影响。由表1可知，当阳极试块的小孔中注入8mol/L的亚硝酸离子溶液后，随着宏电池电位差逐渐减小，宏电池腐蚀电流密度亦随之降低，亚硝酸离子对钢筋宏电池腐蚀的抑制效果得以确认。
分析极化比率，评价阴极钢筋、阳极钢筋和混凝土(砂浆)阻抗对宏电池腐蚀的相对贡献程度，阐明该腐蚀环境下钢筋宏电池腐蚀的控制模式。由表1可知，本实施例中阴极钢筋的极化比率较大，在宏电池腐蚀中起主要贡献，故本实施例中钢筋的宏电池腐蚀控制模式为阴极钢筋控制。
分析极化斜率，评价阳极钢筋和阴极钢筋在宏电池腐蚀状态下极化释放电子和极化消耗电子的能力，评价阴极钢筋和阳极钢筋在宏电池腐蚀状态下抵抗腐蚀能力的强弱。由表1可知，当阳极试块的小孔中注入8mol/L的亚硝酸离子溶液后，阳极钢筋的极化斜率逐渐逆时针方向增大，对宏电池腐蚀的抑制能力逐渐增强，亚硝酸离子对钢筋宏电池腐蚀的抑制效果得以确认。
表1实施例数据及结果分析
注：本实施例在进行6次试验循环后，往阳极试块的小孔中注入8mol/L的亚硝酸离子溶液(NaNO2)，然后继续进行试验循环至20次。表中给出的数据Emi-c、Emi-a、Rp-c、Rp-a、Rcon、Ema-c、Ema-a、ima、ima-c、ima-a，均为各个阶段所测数据的平均值。
以上所述，仅为本发明的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法，其特征在于，采用混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测装置进行检测，检测装置包括两个钢筋混凝土腐蚀测试单元，盛放容器，其中两个钢筋混凝土腐蚀测试单元设置在同一个盛放容器中，并在盛放容器中设置水；两个钢筋混凝土腐蚀测试单元结构相同，且每个钢筋混凝土腐蚀测试单元，包括钢筋混凝土复合结构、管道和导线，两个钢筋混凝土腐蚀测试单元选择第一种钢筋混凝土腐蚀测试单元的结构或者第二种钢筋混凝土腐蚀测试单元的结构：其中：
在第一种钢筋混凝土腐蚀测试单元的结构中，钢筋混凝土复合结构，包括混凝土试块和钢筋，钢筋设置在混凝土试块的中央位置；沿混凝土试块长度方向，钢筋贯穿整个混凝土试块，且钢筋两端伸出混凝土试块；在钢筋的两端设置密封层，钢筋的一端与导线相连；在混凝土试块上设置孔道，所述孔道均匀设置在一个以设置在混凝土试块中央位置的钢筋为圆心的圆周上，且沿混凝土试块长度方向，孔道贯穿整个混凝土试块；孔道的两端分别与管道密封相连；管道竖直向上开口，且管道开口高于混凝土试块，以实现液体充满孔道；
在第二种钢筋混凝土腐蚀测试单元的结构中，钢筋混凝土复合结构，包括混凝土试块和钢筋，钢筋设置在混凝土试块的中央位置；沿混凝土试块长度方向，钢筋贯穿整个混凝土试块，且钢筋两端伸出混凝土试块；在钢筋的两端设置密封层，钢筋的一端与导线相连；在混凝土试块上设置孔道，所述孔道均匀设置在一个以设置在混凝土试块中央位置的钢筋为圆心的圆周上，且沿混凝土试块长度方向，孔道贯穿整个混凝土试块；孔道的两端分别与管道密封相连；管道与储液箱相连，并在管道上设置泵和流量计，以实现将储液箱中液体由孔道的一端进入混凝土试块，另一端流出并回流至储液箱，同时利用泵和流量计的配合，实现对液体在管道和孔道内流速的控制和调整；两个钢筋混凝土腐蚀测试单元之间设置开关，开关分别与两个钢筋混凝土腐蚀测试单元中的导线相连；
一个钢筋混凝土腐蚀测试单元中的钢筋为阳极钢筋，另一个钢筋混凝土腐蚀测试单元中的钢筋为阴极钢筋，按照下列步骤进行：
步骤1，使用平底器皿中的水对两个钢筋混凝土腐蚀测试单元进行润湿，以使两个钢筋混凝土腐蚀测试单元之间形成电通性；
步骤2，通过管道向混凝土试块的孔道内注入实验液体；
步骤3，使用测定装置与钢筋混凝土腐蚀测试单元相连；
步骤4：断开阴极钢筋与阳极钢筋之间的导线，持续测定阴极钢筋的微电池腐蚀电位Emi-c和微电池腐蚀电流密度imi-c，阳极钢筋的微电池腐蚀电位Emi-a和微电池腐蚀电流密度imi-a；
步骤5：连接阴极钢筋与阳极钢筋之间的导线，持续测量阴极钢筋的宏电池腐蚀单位Ema-c、阳极钢筋的宏电池腐蚀电位Ema-a、阴极钢筋和阳极钢筋之间流动的宏电池腐蚀电流密度ima＝ima-c＝ima-a；
步骤6：将步骤4和步骤5作为一个循环周期，重复步骤4和步骤5进行试验。
2.根据权利要求1所述的混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法，其特征在于，在混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测装置中，在钢筋的一端设置螺丝和垫圈，螺丝穿过垫圈拧入钢筋内部，导线与螺丝或者垫圈相连，以实现导线与钢筋的测试线路的联通；且导线穿出密封层。
3.根据权利要求1所述的混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法，其特征在于，在混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测装置中，所述的密封层为聚苯乙烯树脂层，密封层覆盖伸出混凝土试块的钢筋的两端，且延伸至混凝土试块中覆盖混凝土试块内的钢筋，在混凝土试块中，密封层覆盖的钢筋长度为30-50mm。
4.根据权利要求1所述的混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法，其特征在于，在混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测装置中，所述的孔道的数量为2—6个，孔道的直径为6-20mm，孔道中心距离钢筋中心的距离为6-20mm；所述的混凝土试块长度为160-200mm，宽度为60-100mm，高度为60-100mm。
5.根据权利要求1所述的混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法，其特征在于，所述的步骤1中，将两个钢筋混凝土腐蚀测试单元中混凝土试块全部或者部分浸入水中，以模拟不同湿度或水下混凝土的宏电池腐蚀，例如将两个钢筋混凝土腐蚀测试单元中混凝土试块浸入水中3-5mm；所述的步骤2中，实验液体为氯离子溶液或阻锈剂溶液。
6.根据权利要求1所述的混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法，其特征在于，所述的步骤3中，测定装置为腐蚀诊断仪器或钢筋锈蚀仪或电化学工作站或零电阻电流计。
7.根据权利要求1所述的混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法，其特征在于，所述的步骤4中，阳极钢筋和阴极钢筋断开状态(即微电池腐蚀状态)的时间为2—4周，以便于阴极钢筋和阳极钢筋之间微电池腐蚀状态的恢复和稳定；所述的步骤5中，阳极钢筋和阴极钢筋连接状态(即宏电池腐蚀)的时间为2—4周，以便于流经阴极钢筋和阳极钢钢筋之间的宏电池腐蚀电流的稳定，以及宏电池极化的稳定；所述步骤6中，将步骤4和步骤5作为一个循环周期，一个阳极钢筋和阴极钢筋断开状态和一个阳极钢筋和阴极钢筋连接状态组成一个循环周期，时间为4—8周。
8.根据权利要求1所述的混凝土中钢筋宏电池腐蚀的检测方法，其特征在于，在断开状态下，测量阴极钢筋的微电池腐蚀电位Emi-c和微电池腐蚀电流密度imi-c、阳极钢筋的微电池腐蚀电位Emi-a和微电池腐蚀电流密度imi-a；在连接状态下，测量阴极钢筋的宏电池腐蚀单位Ema-c、阳极钢筋的宏电池腐蚀电位Ema-a、阴极钢筋和阳极钢筋之间流动的宏电池腐蚀电流密度ima＝ima-c＝ima-a；
在一个循环周期或者几个循环周期内检测得到上述电流和电位信号进行分析测评，给出的测定参数如下：
断开状态(微电池腐蚀状态)下阴极钢筋和阳极钢筋之间的电位差ΔEcorr1＝/Emi-c-Emi-a/；
连接状态(宏电池腐蚀状态)下阴极钢筋和阳极钢筋之间的电位差ΔEcorr4＝/Ema-c-Ema-a/；
阴极钢筋的极化电位差即其在断开(微电池)状态和连接(宏电池)状态下的电位差ΔEcorr2＝/Emi-c-Ema-c/；
阳极钢筋的极化电位差即其在断开(微电池)状态和连接(宏电池)状态下的电位差ΔEcorr3＝/Ema-a-Emi-a/，且ΔEcorr1＝ΔEcorr2+ΔEcorr3+ΔEcorr4；
阴极钢筋的宏电池腐蚀极化比率PRsteel-c＝ΔEcorr2/ΔEcorr1；
阳极钢筋的宏电池腐蚀极化比率PRsteel-a＝ΔEcorr3/ΔEcorr1；
混凝土阻抗的宏电池腐蚀极化比率PRcon＝ΔEcorr4/ΔEcorr1，且PRsteel-c+PRsteel-a+PRcon＝1；
阴极钢筋的宏电池腐蚀极化斜率βma-c＝ΔEcorr2/[log(imi-c)-log(ima-c)]；
阳极钢筋的宏电池腐蚀极化斜率βma-a＝ΔEcorr3/[log(ima-a)-log(imi-a)]；
基于上述参数的测定，评价出混凝土中钢筋宏电池腐蚀的控制模式如下：
(1)阴极钢筋控制模式(即PRsteel-c≥60％、PRsteel-a≤30％、PRcon<10％)；
(2)阳极钢筋控制模式(即PRsteel-c≤30％、PRsteel-a≥60％、PRcon<10％)；
(3)混合控制模式(即30％<PRsteel-c<60％、30％<PRsteel-a<60％、PRcon<40％)；
(4)混凝土阻抗控制模式(即PRsteel-c≤30％、PRsteel-a≤30％、PRcon≥40％)。
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