氯盐环境下混凝土中钢筋锈蚀的梯形电极监测.pdf

第 1 7卷第 6期 2 0 1 4年 1 2月 建筑材料学报 J 0URNAL 0F BUI LDI NG MATERI AL S Vo l _ 17 NO 6 De c ， 2 O1 4 文章编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 4 ) 0 6 0 9 8 9 0 5 氯盐环境 下混凝土 中钢筋锈蚀 的梯形 电极监测 赵铁 军 ， 毕 忠华 张 鹏 ， 王鹏 刚 ， 姜福 香 ( 青岛理工大学 土木工程学院，山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ) 摘 要 ： 基 于 自然 电位 法设 计 了梯 形 电极监 测 系统 ， 然后 通过钢 筋锈 蚀加 速 试验 ， 对 2种 水 灰 比混 凝 土试件 中沿保 护层 厚度 方 向梯 形 分 布 的 各层 光 圆钢 筋 锈 蚀 进行 了监 测 结果 表 明 ： 沿保 护 层 厚 度 方 向梯 形 分布 的各 层 光 圆钢 筋依 次发 生锈 蚀 ， 各层 光 圆钢 筋开 始锈 蚀 时 间 间 隔渐 次增加 ； 光 圆钢 筋开 始锈 蚀 时 间与保 护 层 厚 度 之 间 关 系可采 用指 数 函数 方 程 拟 合 ， 拟 合 结 果 与试 验 数 据 吻 合 良 好 ； 2种 水灰 比 混凝 土 中各层 光 圆钢 筋开始 锈蚀 时的 临界 氯 离子含 量 ( 质量 分数 ) 为 0 3 nO 5 梯形电极监测 系统可有效追踪混凝土中的钢筋锈蚀行为， 对混凝土结构安全性提供及时预警 关 键 词 ：混凝 土 ； 钢 筋锈 蚀 ； 梯 形 分布 ；氯 离子 ；监 测 中 图分 类 号 ： TU5 2 8 0 文 献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 4 0 6 0 0 9 La d d e r - S ha pe d El e c t r o d e M o ni t o r i n g f o r Co r r o s i o n o f S t e e l Ba r i n Co nc r e t e u nd e r Ch l o r i d e Env i r o n me n t ZHAO Ti e j ， BI Z h o n g h u a， ZHANG Pe n g， WANG Pe n g g a n g， JI ANG Fu xi a n g ( S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Qi n g d a o Te c h n o l o g i c a l Un i v e r s i t y ，Qi n g d a o 2 6 6 0 3 3 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：La dd e r s ha p e d e l e c t r o de moni t o r i ng s ys t e m wa s de s i g ne d b a s e d o n t he s e l f - p ot e nt i a l m e t ho d t o s t ud y t he c or r os i o n pr o c e s s e s of pl a i n s t e e l b a r s whi c h we r e e mbe dd e d a t di f f e r e n t de pt h s i n c o nc r e t e Re s u l t s i nd i c a t e t h a t t he e mbe d de d p l a i n s t e e l ba r s c o r r od e i n t u r n wi t h t he i nc r e a s i ng of c o v e r t h i c kne s s The i n t e r v a 1 b e t we e n t h e i n i t i a l c o r r o s i o n t i me s o f t WO a d j a c e n t p l a i n s t e e l b a r s g r o ws g r a d u a l l y Th e r e l a t i o n s hi p b e t we e n t he i n i t i a l c o r r o s i on t i me a n d c o ve r t h i c k ne s s c a n be f i t t e d by e xp o ne n t i a l e qu a t i onThe f i t t e d r e s ul t s c oi n c i de wi t h e x pe r i m e nt a l d a t a we l 1 The c r i t i c a l c hl o r i d e i on c o nt e nt s f o r p l a i n s t e e l b a r c o r r os i o n a r e 0 3 O 5 ( b y ma s s )i n t wo t y p e s o f c o n c r e t e Th e l a d d e r s h a p e d e l e c t r o d e mo n i t o r i n g s y s t e m c a n t r a c e t he c o r r os i o n p r oc e s s o f s t e e l b a r i n c o nc r e t e I n t hi s wa y i t p r ov i d e s e a r l y wa r n i ng i n t i m e a g a i ns t p o t e nt i a l s a f e t y l os s of c on c r e t e s t r uc t ur e s Ke y wo r d s ：c o n c r e t e ；c o r r o s i o n o f s t e e l b a r ；l a d d e r s h a p e d d i s t r i b u t i o n；c h l o r i d e i o n；mo n i t o r i n g 钢筋锈蚀是导致混凝土结构耐久性下降的主要 因素之一 在海洋和除冰盐环境等严酷条件下服役 的混凝土结构， 钢筋锈蚀后体积膨胀 2 7倍 ， 造成 混凝土保护层沿顺筋方 向开裂 ， 钢筋与混凝土的界 面黏结力降低 ， 钢筋受力面积削减 ， 钢筋混凝土结构 承载力下降和延性 降低 ， 最终影 响了混凝土整体结 构 的耐久 性 和安 全性 1 对 混凝 土结 构 进 行长 期 的 耐久性健康监测得到了国内外学者和工程技术人员 的逐步重视 ， 而发展在役混凝土结构中钢筋锈蚀 的 无 损检 测技 术 已成为 该领 域 的研究 热点 混 凝土 中 的钢 筋 锈 蚀 过程 是 一 种 电化 学 过 程 ， 可以通过 检 测钢 筋 的 电化 学 参 数 了解 其腐 蚀 行 为 目前 ， 主要 的钢 筋 锈 蚀 电化 学 检 测 方 法 有 ： 半 电池 电位 法 、 线 性 极 化法 、 宏 电池 电流法 、 电化 学 阻 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 6 0 5 ；修 订 日期 ： 2 0 1 3 0 8 2 1 基金 项 目： 国家重点基础研究发展计划( 9 7 3计划) 项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) ； 国家 自然科学基 金资助项 目( 5 1 2 7 8 2 6 0 ， 5 1 0 0 8 1 6 5 ) ； 国家 自然科 学基 金重点国际合作项 目( 5 1 4 2 0 1 0 5 0 1 5 ) ； 铁道部科技研究开发计划项 目( 2 0 1 0 G 0 2 4 ) 第一作者 ： 赵铁军( 1 9 6 1 一) ， 男 ， 辽宁 昌图人 ， 青岛理工大学教授 ， 博士生导师 ， 博士 E ma i l ： z t j g p 2 6 3 n e t 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 赵铁军 ， 等 ： 氯 盐环境下混凝土 中钢筋锈蚀 的梯形 电极监测 9 9 3 2 3 4 5 6 7 施锦杰 ， 孙伟 混凝 土 中钢 筋锈 蚀研究 现状 与热点 问 题分 析 J 硅酸盐学报 ， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 9 ) ： 1 7 5 3 1 7 6 4 S HI J i n j i e ， S UN W e i Re c e n t r e s e a r c h s t e e l c o r r o s i o n i n c o n c r e t e J J Ch i n C e r a m S o c ， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 9 ) ： 1 7 5 3 1 7 6 4 ( i n C h i n e s e ) 欧进萍 重大工程结构智能传 感 网络 与健康 监测系统 的研究 与应用 J 中国科学基金 ， 2 0 0 5 ， 1 9 ( 1 ) ： 8 - 1 2 OU J i n p i n g Re s e a r c h a n d p r a c t i c e o f s ma r t s e ns o r n e t wo r k s a n d h e a l t h mo n i t o r i n g s y s t e ms f o r c i v i l i nf r a s t r u c t u r e s i n ma i n l a n d C h i n a J B u l l e t i n o f Na t i o n a l Na t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f Ch i n a， 2 0 0 5， 1 9 ( 1 )： 8 - 1 2 ( i n Chi n e s e ) 曹楚南 腐蚀 电化学 原理 M 3版 北京 ： 化学 工业 出版社 ， 2 0 0 8： 7 4 9 8 C AO C h u n a n P r i n c i p l e s o f e l e c t r o c h e mi s t r y o f c o r r o s i o n M 3 r d e d B e ij i n g ： Ch e mi c a l I n d u s t r y P r e s s ， 2 0 0 8 ： 7 4 9 8 ( i n Ch i ne s e ) 贺鸿珠 ， 崔 玉理 ， 史美伦 ， 等 混 凝土 中钢 筋锈蚀 的实 时监 测 J 建筑材料学报 ， 2 0 1 3 ， 1 6 ( 1 ) ： 5 0 5 4 HE Ho n gz h u， CU I Yu l i ， SHI M e i l u n， e t a 1 Re a l t i me mo n i t o r i n g o f c o r r o s i o n o f r e b a r i n c o n c r e t e J J o u r n a l o f B u i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 1 3， 1 6 ( 1 )： 5 O 一 5 4 ( in Chi n e s e ) 陈海燕 ， 李欢 园， 陈丕茂 ， 等 钢筋在混凝 土模拟液 中的电化 学 腐蚀行为 J 建 筑材料 学报， 2 0 1 3 ， 1 6 ( 1 ) ： 1 3 卜1 3 7 CH EN Ha i y a n，LI Hu a n y u a n， CHEN Pi ma o， e t a 1 El e c t r o c h e mi c a l c o r r o s i o n b e h a v i o r o f r e i n f o r c i n g s t e e l i n s i mu l a t e d c o n c r e t e p o r e s o l u t i o n J J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 3， l 6( 1 )： 1 31 - 1 3 7 ( i n Ch i n e s e ) FELI U S， G0NZALEZ J A， MI RANDA J M ， e t a 1 P o s s i b i l i 一 8 9 E l 0 1 1 1 2 I 3 t i e s a n d p r o b l e ms o f i n s i t u t e c h ni q u e s f o r me a s u r i n g s t e e l c o r r o s i o n r a t e s i n l a r g e r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s J C o r r o s i o n Sc i e n c e ， 2 0 0 5， 4 7( 1 )： 2 1 7 - 2 3 8 BRO0M FI ELD J P， KEVI N D B， HLADKY KTh e u s e o f p e r ma n e n t c o r r o s i o n m o n i t o r i n g i n n e w a n d e x i s t i n g r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s J C e me n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s， 2 0 02， 2 4 ( 1 )： 27 3 4 S ONG H W ， S ARAS W ATH Y V Co r r o s i o n mo n i t o r i n g o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s - A r e v i e w J I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f El e c t r o c he mi c a l S c i e n c e ， 2 0 0 7， 2 ( 1 )： 1 2 8 青 岛国信胶 州湾交通有 限公司 青 岛胶州 湾隧道工程 科研与 实践 M 北 京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 1 1 ： 1 7 8 1 8 3 Qi n g d a o Gu o x i n J i a o z h o u Ba y Tr a ns p 0 r t a t i o n Co Lt d Re s e a r c h a n d p r a c t i c e o n t h e c o ns t r u c t i o n o f J i a o z h ou b a y h a r b o u r t u n n e l M B e i j i n g ： C h i n a C o mmu n i c a t i o n s P r e s s ， 2 0 1 1 ： 1 7 8 1 8 3 ( i n Ch i n e s e ) 徐健 光 嵌入式钢 筋锈蚀监 测传感 器 的研究 D 山东 ： 青 岛 理工 大学 ， 2 0 1 1 XU J i a n g u a n g I n v e s t i g a t i o n o n e mbe d d e d mo n i t o r i n g s e ns o r f o r r e i n f o r c e me n t c o r r o s i o n D S h a n d o n g ： Qi n g d a o Te c h n o l o gi c a l U n i v e r s i t y ， 2 01 1 ( i n Chi n e s e ) 柳俊哲 ， 冯奇 ， 李玉顺 混凝 土中钢筋宏 电池腐 蚀电流 的研 究 口 建筑 材料学报 ， 2 0 0 5 ， 8 ( 1 ) ： 9 O 一 9 3 LI U J u n z h e FENG Qi 。 LI Yu s h un S t u d y o n ma c r o c e l l c o r r o s i o n c u r r e n t o f s t e e l b a r i n c o n c r e t e J J o u r n a l o f B u i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 5， 8 ( 1 ) ： 9 0 9 3 ( i n Ch i n e s e ) ASTM C8 7 6 - 2 o o 9 S t a n d a r d t e s t me t ho d f o r c o r r o s ion p o t e n t i a l s o f u n c o a t e d r e i n f o r c i n g s t e e l i n c o n c r e t e S ( 上接第 9 8 8页 ) 4 HO NG H， KI M S K， KI M Y S Ac c u r a c y i mp r o v e me n t o f T h i s t or y m e t h o d f o r me a s u r i n g h e a t o f f us i o n o f v a r i o us ma t e r i a l s J I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f Re f r i g e r a t i o n ， 2 0 0 4， 2 7( 4 ) ： 3 6 0 3 6 6 5 J ONG H P， KI M J J ， KANG C， e t a 1 A s t u d y o f a c c u r a t e l a t e nt h e a t me a s u r e m e nt f o r a PCM wi t h a l o w me l t i n g t e m p e r a t u r e u s i n g T h i s t o r y me t h o d J I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f Re f r i g e r a t i o n， 2 0 0 6， 2 9( 7) ： 1 2 2 5 1 2 3 2 r 6 KRAVVARI TI S E D， ANTONOPOULOS K A， TZI VANI DI S CI mp r o v e m e n t s t o t h e me a s u r e me nt o f t h e t h e r ma l p r o p e r t i e s o f p h a s e c h a n g e ma t e r i a l s J Me a s u r e me n t S c i e nc e a n d Te c h n ol o g y， 2 0 1 0， 2 1 ( 4 )： 1 - 9 7 牛彝 相变墙 体 夏季 工况 运 行特 性 的数值 计 算 与实 验研 究 D 成都 ： 西南交通大学 ， 2 0 1 1 NI U Be n Nu me r i c a l c a l c u l a t i o n a nd e x p e r i m e nt i nv e s t i g a t i o n o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f p h a s e c h a n g e wa l l i n s u mm e r c o n d i t i o n s D Ch e n g d u： S o u t h we s t J i a o t o n g Un i v e r s i t y ， 2 0 1 1 ( in Chine s e ) 8 陈旭东 ， 冯 国会 ， 曹广宇 ， 等 相变墙房 间复合墙板性 能优 化研 9 1 0 1 1 究 J 沈 阳 建 筑 大 学 学 报 ：自然 科 学 版 ， 2 0 0 5 ， 2 1( 3 ) ： 2 5 3 2 5 6 CH EN Xu d o n g， FENG Gu oh u i ， CAO Gu a n g y u， e t a 1 Op t i m i z a t i o n o f p e r f o r m a nc e o f he a t s t o r a ge a n d t r a n s f e r e n c e f o r c o mp o n e n t s o f p h a s e c h a n g e t h e r ma l s t o r a g e J J o u r n a l o f Sh e ny a n g J i a n z h u Un i v e r s i t y： Na t u r a l Sc i e n c e ， 2 0 0 5， 2 1( 3)： 2 5 3 2 5 6 ( i n Ch i n e s e ) STOVALL T K， TOMLI NS ON J J W h a t a r e p o t e n t i a l be n e f i t s o f i n c l u d i n g l a t e n t s t o r a g e i n c o mmo n wa l l b o a r d ? J J o ur n a l o f So l a r Ene r g y En g i n e e r i ng。 1 9 9 5 ， 1 1 7 ( 4)： 31 8 3 2 5 J G J 7 5 2 O O 3 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准 s J GJ 7 5 2 O O 3 De s i g n s t a n d a r d f o r e n e r gy e f f i c i e n c y o f r e s i d e n t i a l b u il d i n g s i n h o t s u mme r a n d wa r m wi n t e r z o n e S ( in Chi n e s e ) J G J 1 3 4 2 O O 1 夏热冬冷地 区居住建筑节能设计 标准 s J GJ 1 3 4 2 O 0 1 De s i g n s t a n d a r d f o r e n e r gy e f f i c i e nc y o f r e s i d e n t i a l b u i l d i n g s i n h o t s u mme r a n d c o l d w i n t e r z o n e S ( i n Chi n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m