CN113832468A - Az91镁合金件在检测钢筋混凝土碳化以及对钢筋提供阴极保护中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了AZ91镁合金件在检测钢筋混凝土碳化以及对钢筋提供阴极保护中的应用。本发明将AZ91镁合金件作为碳化感知器埋在混凝土中，对该其在混凝土中进行开路电位测试，可以非常方便地得知混凝土是否发生碳化。本发明使用AZ91镁合金件作为牺牲阳极，能够为收到碳化混凝土腐蚀的钢筋提供适当阴极电流进行保护。

Description

AZ91镁合金件在检测钢筋混凝土碳化以及对钢筋提供阴极保 护中的应用
技术领域
本发明属于钢筋混凝土检测领域，具体涉及AZ91镁合金件在检测钢筋混凝土碳化以及对钢筋提供阴极保护中的应用。
背景技术
钢筋混凝土是一种广泛应用于道路、桥梁、隧道及钻井平台等重大工程中的结构材料，其耐久性问题在经济不断发展的今天日益突出，具体表现在大量钢筋混凝土结构在未达到设计年限时就已丧失力学性能，因此相关的耐久性研究不仅能够推动钢筋混凝土结构设计的进步，减少其服役过程中由于耐久性问题所带来的经济损失，还能保障人民生命财产安全。
钢筋混凝土结构材料在设计服役年限一般为几十年甚至上百年，其在服役过程中一般会受到氯盐侵蚀和碳化等外部环境的影响，使得钢筋在服役过程中受到腐蚀而导致力学性能下降。在完好的混凝土空隙中存在着饱和氢氧化钙溶液，该溶液pH在室温下为12.5左右，在这种强碱性环境中，钢筋表面会生成完整的钝化膜，但氯盐的侵蚀会破坏钢筋表面的钝化膜，使得钢筋锈蚀而力学性能下降，该过程一般发生在混凝土服役前期。与氯盐侵蚀产生的破坏相比，碳化过程主要是外部环境中的二氧化碳等气体与孔隙液中的饱和氢氧化钙反应，导致混凝土孔隙液的pH下降，其pH值能降到10左右。与氯盐侵蚀相比，混凝土碳化虽然需要的时间更长，但由碳化引起的破坏同样不可小觑，碳化过程会使钢筋的腐蚀由钝化状态进入活化状态，大大降低引起钢筋产生锈蚀的临界氯离子浓度，从而加速钢筋混凝土结构的破坏。目前的相关研究主要集中在由氯盐侵蚀带来的破坏及防护上，如氯离子浓度检测技术等相关研究已有大量报道，但对碳化过程引起的破坏则重视程度远远不够。在全球二氧化碳排放逐渐增加的今天，由碳化过程引起的钢筋混凝土的破坏尤为重要，相关的检测方法也亟待进一步开发，这将为钢筋混凝土耐久性设计提供重要的科学依据。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供AZ91镁合金件在检测钢筋混凝土碳化中的应用。
本发明的另一目的在于提供AZ91镁合金件在为钢筋混凝土中的钢筋提供阴极保护中的应用。
本发明的技术方案之一如下：
AZ91镁合金件在检测钢筋混凝土碳化中的应用。
在本发明的一个优选实施方案中，将所述AZ91镁合金件作为碳化感知器埋于钢筋混凝土中，然后对该AZ91镁合金件进行开路电位测试。
本发明的技术方案之二如下：
一种检测钢筋混凝土碳化的方法，包括：将AZ91镁合金件作为碳化感知器埋于钢筋混凝土中，然后对该AZ91镁合金件进行开路电位测试。
在本发明的一个优选实施方案中，所述钢筋混凝土中的pH为10.5-12.63，氯离子的浓度为0.01-0.6mol/L。
本发明的技术方案之三如下：
AZ91镁合金件在为钢筋混凝土中的钢筋提供阴极保护中的应用。
在本发明的一个优选实施方案中，所述AZ91镁合金件作为牺牲阳极。
进一步优选的，包括将AZ91镁合金件作为牺牲阳极埋于钢筋混凝土中，并与其中的钢筋接触；在该钢筋处于钝化状态无需保护时，不对该钢筋提供保护；在混凝土碳化并对该钢筋发生腐蚀时，该牺牲阳极根据被碳化混凝土的腐蚀性大小为该钢筋提供阴极电流进行保护。
本发明的技术方案之四如下：
一种为钢筋混凝土中的钢筋提供阴极保护的方法，包括将AZ91镁合金件作为牺牲阳极埋于钢筋混凝土中，并与其中的钢筋接触；在该钢筋处于钝化状态无需保护时，不对该钢筋提供保护；在混凝土碳化并对该钢筋发生腐蚀时，该牺牲阳极根据被碳化混凝土的腐蚀性大小为该钢筋提供阴极电流进行保护。
在本发明的一个优选实施方案中，所述钢筋混凝土中的pH为10.5-12.63。
进一步优选的，所述钢筋混凝土中的氯离子的浓度为0.01-0.6mol/L。
本发明的有益效果是：
1、本发明将AZ91镁合金件作为碳化感知器埋在混凝土中，对该其在混凝土中进行开路电位测试，可以非常方便地得知混凝土是否发生碳化。
2、本发明使用AZ91镁合金件作为牺牲阳极，能够为收到碳化混凝土腐蚀的钢筋提供适当阴极电流进行保护。
附图说明
图1为本发明实施例1中铝、锌和AZ91镁合金件在不同pH值的混凝土模拟液中的开路电位测试结果图，其中混凝土模拟液中氯离子的浓度为0.04mol/L。
图2为本发明实施例2中铝、锌和AZ91镁合金件在不同pH值的混凝土模拟液中与碳钢的电偶测试结果，其中混凝土模拟液中氯离子的浓度为0.04mol/L。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
将AZ91镁合金件埋在混凝土中，通过测试其开路电位的变化情况，可直接得知混凝土的碳化情况。所用的AZ91镁合金件的化学成分质量百分比为：A1：8.8％，Zn：0.8％，Mn：0.3％，Cu：0.01％，其于杂质含量＜0.01％，余量为Mg。
作为对比，用纯铝件和纯锌件代替AZ91镁合金件，纯铝件和纯锌件的纯度分别为99.999％和99.99％。
将本实施例中的材料在不同碳化程度的含相同氯离子浓度的混凝土模拟液中用电化学工作站进行开路电位测试，观察碳化程度对开路电位的影响。
混凝土模拟液pH范围为10.5-12.63。氯离子浓度为0.04mol/L。由图1(a)发现，铝在不同pH的混凝土模拟液中开路电位变化很大，总体上开路电位随着测试时间的延长其开路电位向正方向移动，但由误差棒可以发现铝的开路电位波动很大，在不同pH中的混凝土模拟液中其开路电位还有重合的情况，因此Al的开路电位不能用来作为检测钢筋混凝土是否发生碳化的信号。由图1(b)可以发现，锌的开路电位随pH的下降先提高后降低，其开路电位在不同pH的混凝土模拟液中的开路电位波动也很大，因此通过检测锌的开路电位也不能检测混凝土是否发生碳化。由图1(c)可以发现，锌在完好的混凝土中(pH＝12.63)的开路电位非常正，且随着随着测时间的延长而继续向正方向移动，一旦测试溶液的pH值降低，其开路电位就迅速降低，这意味着AZ91镁合金件的开路电位对混凝土碳化非常敏感，可以用通过检测AZ91镁合金件的开路电位的方法来判断混凝土是否发生碳化。
实施例2
将上述AZ91镁合金件与碳钢连接，测试其在碳化前后与钢的电偶电流密度和电偶电位，观察其是否能为碳钢提供足够的阴极保护。
作为对比，用纯铝件和纯锌件代替AZ91镁合金件，纯铝件和纯锌件的纯度分别为99.999％和99.99％。
将本实施例中的材料在不同碳化程度的含相同氯离子浓度的混凝土模拟液中与钢进行偶合，测试碳化前后不同材料与钢的电偶电流和电偶电位，从而表征它们的保护性能。具体的测试过程为：将钢与AZ91合金用外导线连接起来，外导线在测试溶液之外，将钢和Zn-11Mg浸入溶液中，两者之间的距离是3cm，用电化学工作站测试电偶电流和电偶电位。
混凝土模拟液pH范围为10.5-12.63。氯离子浓度为0.04mol/L。
在实施例1的基础上，测试了纯锌和锌镁合金与钢的电偶电位和电偶电流，结果总结于图2。图2(a)的测试结果表明，铝在完好的混凝土中(pH＝12.63)的电偶电位迅速提高，电偶电流密度在测试过程中由一千多μA/cm2迅速下降至几μA/cm2，表明其在混凝土碳化前不能给钢提供足够的阴极保护，同样的情况也可以在图2(b)中锌的测试结果中发现，但锌在完好的混凝土中能够提供的阴极电流更小，保护性更差，而AZ91镁合金件在不同碳化程度的混凝土模拟液中均可以提供阴极保护电流，其能提供的阴极保护电流高达几千μA/cm2。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.AZ91镁合金件在检测钢筋混凝土碳化中的应用。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于：包括：将所述AZ91镁合金件作为碳化感知器埋于钢筋混凝土中，然后对该AZ91镁合金件进行开路电位测试。
3.一种检测钢筋混凝土碳化的方法，其特征在于：包括：将AZ91镁合金件作为碳化感知器埋于钢筋混凝土中，然后对该AZ91镁合金件进行开路电位测试。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述钢筋混凝土中的pH为10.5-12.63，氯离子的浓度为0.01-0.6mol/L。
5.AZ91镁合金件在为钢筋混凝土中的钢筋提供阴极保护中的应用。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于：所述AZ91镁合金件作为牺牲阳极。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于：包括将AZ91镁合金件作为牺牲阳极埋于钢筋混凝土中，并与其中的钢筋接触；在该钢筋处于钝化状态无需保护时，不对该钢筋提供保护；在混凝土碳化并对该钢筋发生腐蚀时，该牺牲阳极根据被碳化混凝土的腐蚀性大小为该钢筋提供阴极电流进行保护。
8.一种为钢筋混凝土中的钢筋提供阴极保护的方法，其特征在于：包括将AZ91镁合金件作为牺牲阳极埋于钢筋混凝土中，并与其中的钢筋接触；在该钢筋处于钝化状态无需保护时，不对该钢筋提供保护；在混凝土碳化并对该钢筋发生腐蚀时，该牺牲阳极根据被碳化混凝土的腐蚀性大小为该钢筋提供阴极电流进行保护。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述钢筋混凝土中的pH为10.5-12.63。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述钢筋混凝土中的氯离子的浓度为0.01-0.6mol/L。
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