结构混凝土钢筋腐蚀电位原位监测系统研究.pdf

江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 江苏建筑 11年第1期(总第 3 9期 收稿日期 10 12 07 作者简介高秀利 江苏省建筑科学研究院有限公司 0 引言 纵观国 内重大工 程结构混 凝土其中许多的 混凝土结 构经过多年 服役 已相继进入 老化阶段 与此同 时 越来越 多的新结构建造于严酷的环境和介质中从而使混凝土结 构的耐久性问题日益突出因耐久性问题造成的经济损失 十分巨大1-3分析影响混凝土结构耐久性的因素可以得出 钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要原因之一因此 分析研究混凝土结构锈蚀状态对判断混凝土结构耐久性 状态至关重要若能实现混凝土结构腐蚀电位原位长期监 测将是一项重大突破对诊断混凝土结构耐久性健康状态 意义十分重大 1混凝土腐蚀电位原位监测原理 钢筋腐 蚀时在钢筋表面形成阳极 区和阴极区,在这些 具有不同电位的区域之间,混凝土的内部将产生电流 4-6钢 筋表面层上某一点的电位可以通过和参比电极的电位作比 较来确定7-8美国 混凝土中钢筋的半电池电位试验标准 (A N SI/ A STMC87 6-91)严格规 定了钢 筋腐蚀电 位的测 试方 法其半电池电位法是利用混凝土中钢筋锈蚀的电化学反 应引起的电位变化来测定钢筋锈蚀状态的一种方法通过 测定钢 筋/混凝土半 电池电 极与参考 电极之 间的电位 差的 大小评定混凝土中钢筋的锈蚀活化程度 9-10 目前国内外现场测试钢筋腐蚀电位 大多采用外置参比 电极的方法用这种方法测量钢筋锈蚀程度将受到钢筋保 护层的 厚度空隙结构空隙水 等因素的影 响使 测定的锈 蚀程度可能出现较大的误差采用外置参比电极测腐蚀电 位的原理图如图 1 所示 11-15 因此根据外置电极测腐蚀电位 的优缺点引进 了国外先进的 埋入式长寿命M O 2参比电 极 旨在建立内置参比电极 腐蚀电位法 其测试原理如图2 结 构 混 凝 土 钢 筋 腐 蚀 电 位 原 位 监 测 系 统 研 究 高秀利周华新刘建忠 江苏省建筑科学研究院有限公司江苏南京2 10 0 08 摘 要基于高端的单片机电子测试技术,引进先进的埋入式M O 2参比电极设计了联机控制的多通道开路电位自动采 集体系建立了结构混凝土钢筋腐蚀电位原位监测系统试验结果表明多通道开路电位自动采集系统能够很好地测出钢筋 腐蚀电位利用结构混凝土 钢筋腐蚀电位原位监测系统更能有效地监测混凝土内部 钢筋的腐蚀电位为评判钢 筋混凝土耐 久性能提供有利依据 关键词 原位监测系统腐蚀电位混凝土耐久性 中图分类号TU 5 0 2.5 文献标识码A文章编号10 05 -6270(20 110 1-0 10 5 -0 3 - G A O X - ZH O U H - LIU J - (J R I B S C ., L N J 210 00 8 C ) :B , M O 2 , - O - , , - . T . . : - - ; 图 1外置 SCE 参比电极测 腐蚀电位 示意图 图 2内置 E R E2 0参比 电极测 腐蚀电位 示意图 105 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 江苏建筑 1 1年第1期( 总第 3 9期 所示 2开路电位自动采集系统的开发 自制联机控 制的多 通路数据 采集系 统是由A D C数据 采集板和数据处理软件等部分组成A D C数据采集有8个 通道可同时采集 8 个样品的 电位数据 系统主 模块功能 是设置实验参数采集电位数据 模式和数据显示(如电压- 时间关系等)多通路数据采集系统设有简单方便的操作界 面可实时将采 集的数据用 图形表示 数据还可转化 成 O IG IN软件 的数 据 格式利 用O IG IN软 件处 理 实验 结 果多通路感应电位A D C数据采集 板和采集系统操 作界 面如图 3所示 3 模拟溶液中腐蚀电位的测试结果及及分析 3.1测试方案 测试过 程中主要 采用两种 模拟溶液进 行测 试第一种 是0.001 / L (饱 和 C ( OH )2溶液主要是模拟 混凝土内部 孔溶液第 二种是 0.001 / L ( 饱和 C( OH )2+ 0.6 / L (3 .5 %N C溶液 目的是模 拟有氯 离子存 在时 的复合 溶 液 3.2试验方法及主要仪器 模拟测试过程中 主要采用饱 和甘汞电极( CE)和M O2 电极( E E20)作为 参比电极 进行 对比测 试采用 的测 试仪 器为 P 6 型钢 筋腐蚀测 定仪和 自行开发 的开 路电位 自 动采集设备 3.3 测试结果及分析 按上面的试验方案进行试 验每隔 1 测试 一次腐蚀 电位测 试时温度控制在20 3 ,试验 测试结果如图4 图5所示 由上面 试验结果 可以得出 在饱和 C (OH )2溶液中 以饱和甘汞和E E20作为参比电极不锈钢片作 为辅助电 极时采用 开路电位 自动采 集系统( OCP测试 的结果比 钢 筋腐蚀 测量 仪( P -6 小 1 0 1 即 负的 越多 以 E E20 作为参比电极时其腐蚀测试结果比 CE作为参比小1 93 1 即负1 93 1 在饱和C ( OH )2+ 3%N C溶液中同样 可以得出以饱和甘汞和 E E20作为参比电极 不锈钢片作 为辅 助电极时 采用开路 电位自 动采集系 统(OCP 测试的 结果比钢 筋腐蚀测量 仪( P -6 小1 0 1 但是以E E20 作为参比电极时 其腐蚀测试结果比 CE 作为参比 小 1 6 4 1 即负1 6 4 1 4 混凝土试件中钢筋腐蚀电位的测试结果及分析 4.1测试方案 所用水泥为小野田牌P.O5 2.5/ C=0 .4利用水泥净 浆 试件 模 拟 混凝 土 试 件进 行 试 验试 件 尺 寸 1 5 0 1 5 0 1 5 0 试件成型及钢筋腐蚀电位测试方法见表 1 4.2 测试结果及分析 按以上试验方案进行试验试验测试结果如图 6 和图 7所示由测试结果 可以得出在 饱和氢氧化钙溶液中以 饱和甘汞和E E20作为外 置参比电极不锈钢片作为内置 辅助电极时 采用 OCP 自动采集系统测 试的结果比钢筋腐 蚀测量仪( P -6 小1 0 1 即负的越多这和模拟溶液中 测试结 果基本相 近以E E20作为外置 参比电 极时其腐 蚀测试结果比 CE 作为外置参 比小 1 6 0 1 在饱和氢 氧化钙和3%N C复合溶 液中 采用外置E E20作为参比 电极和内置E E20作为参 比电极其腐 蚀电位测试结果偏 ( )原理图( )操作界面 图3多通道开路电位自动采集系统 图4饱和氢氧化钙溶液中钢筋腐蚀测试结果 图5饱和氢氧化钙+ 3 .5 %N C溶液中腐蚀电位测试 表1钢 筋腐蚀电位 测试方案 试件编号拌和水养护方式养护温度腐蚀测试方式 1 2 自来水 ( 3.5 % N C 浸泡在饱和C (OH )2溶液中 浸泡在饱和C (O H )2+ 3%N C溶 液中 20 3 20 3 P -6 OCP 1 06 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 江苏建筑 11年第1期 总第 39期 差绝对值相差很大差值为130 V左右也就是说当 外界 条件变化时 如构 件周围溶液 浓度 环境温湿度 等 采用外 置参比电极测出来的腐蚀电位和内部相差很大因此采用 内置参比电极法测得的电位值是最接近实际值从试验结 果还可以发现 在饱和氢氧化钙和 3%N aC 复合溶液中 以 E R E 20作为 参比电 极时 P S -6测试结 果与O C P偏差相 比 绝对值只小10 V 5 结论 1 自制联机 控制的多通 道开路 电位自动 采集系 统能 够很好地测 出钢筋腐蚀 电位 操作简单 携带方 便 适 合于 实际工程现场腐蚀电位检测 2 无论是在 模拟溶液中 还是混 凝土试件 里面都 能采 用埋入 式长寿命M O2电极( E R E 20)作为参比 电极进 行腐 蚀电位的测试 3 实际工 程中混凝 土构件周 围溶液浓度 环境温湿度 等是实时变化的采用外置参比电极测出来的腐蚀电位和 内部相差很大采用内置参比电极法即结构混凝土钢筋腐 蚀电位原位监测系统测得的电位值更最接近实际值 参考文献 1M .F. M e , A . M . P . S ea d M . G. S . Fe e a. C de- d cedc e f c ee :f e f da e a e ec e J . C ee & C c e e C e .2003( 25): 49 15 02. 2胡融刚, 黄若双, 杜荣归, 林昌健.氯离子侵蚀下钢筋在混 凝土 中腐 蚀行 为的E IS研究 J.物理 化 学学 报, 2003, 19 ( 1) : 46-50. 3洪乃丰.混凝土中钢筋腐蚀与结构物的耐久性 J .公路, 2001( 2): 66-69 . 4B. E e e . H a f -ce e a a a e e a R C c e J . C c a d B d M a e a 2001( 15 ):133-139 . 5S .Fe ,J. A .G _a e ,J. M .M a da a d V.Fe . P b ea d b e f ec ef ea eec a e a e e f ced c c e e c e . C S c e ce,47 ( 2005 ) :217238 . 6S a aM a d a a,Tae-H H a a d Je -H Bae. E ec c e ca d e e e f a - ce c a ac e c f d e a e a de ef e e ce e f c c e e e e . S e a d A c a B 113 ( 2006) :18 7 19 3. 7 J P , B f e d,K e Da ea d K a e H ad .T e e f e a e c ea d e e f ced c c e e c e J . C e e & C c e e C e 24 ( 2002) : 27 34. 8 J.A .G a e ,J. M . M a da a d S .Fe . C de a e d c b f e aa d c a e ea e e e f ced c c e e J. 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