钢筋混凝土加速锈蚀时通电效率的在线监测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于钢筋混凝土无损检测领域，并具体公开了一种钢筋混凝土加速锈蚀时通电效率的在线监测装置和方法，其包括侵蚀溶液、极化回路和测试回路，侵蚀溶液用于放置钢筋混凝土并使钢筋发生腐蚀反应；极化回路用于给混凝土中的钢筋施加恒电流，包括直流电源和导电板，直流电源的正极接钢筋，负极接导电板，该导电板环绕在混凝土周围并与侵蚀溶液接触；测试回路用于在极化回路施加恒电流时测试钢筋的电化学参数，包括电化学工作站、参比电极和辅助电极，电化学工作站分别与钢筋、参比电极、辅助电极连接，参比电极和辅助电极置于侵蚀溶液中。本发明专利技术实现了在通电加速锈蚀过程中的电化学测试，能够实时在线测得钢筋表面的真实腐蚀速率和通电效率。速率和通电效率。速率和通电效率。

【技术实现步骤摘要】
钢筋混凝土加速锈蚀时通电效率的在线监测装置和方法


[0001]本专利技术属于钢筋混凝土无损检测领域，更具体地，涉及一种钢筋混凝土加速锈蚀时通电效率的在线监测装置和方法。

技术介绍

[0002]现代建筑面临的服役环境日益严峻，钢筋腐蚀已成为威胁建筑工程项目最主要、最普遍的病害，针对钢筋锈蚀问题的研究是土木工程混凝土结构耐久性领域长久以来的焦点。为了解钢筋锈蚀对结构性能的影响，从而预测或设计混凝土结构的寿命，试验研究中通常需要制作锈蚀钢筋混凝土构件来进行后续的力学性能或耐久性能测试。然而，自然条件下钢筋锈蚀是一个非常缓慢的过程，即使是极端恶劣的侵蚀环境中，钢筋的锈蚀速率也不超过0.01mA/cm2，导致获取锈蚀钢筋混凝土试件的时间成本大大增加，甚至可以长达数年之久。同时，取自实际工程中的锈蚀钢筋混凝土构件不仅不易获取，并且各种参数记录不详尽，不利于后续分析。这给锈蚀钢筋混凝土结构的试验研究带来了极大障碍。
[0003]针对上述问题，试验中通常采用加速锈蚀的方法来提高锈蚀速率，从而在短时间内获取锈蚀试件，例如：内掺氯盐法、人工模拟气候(盐雾喷洒、干湿循环、加速碳化室等)、通电加速锈蚀法。其中，内掺氯盐法和人工气候法的可控性较差，无法通过调节时间和环境参数来达到预期锈蚀量，在试验研究中鲜有应用；通电加速锈蚀法建立在法拉第定律的理论基础上，如式(1)所示，通过调节电流密度和通电时间，能够比较准确地控制钢筋的锈蚀量。
[0004][0005]式中，Δm
F
为根据法拉第定理计算得到的钢筋的理论质量损失；M为铁的摩尔质量且等于56g/mol；I为电流密度；n是反应电极化学价，即失去的电子数，n＝2；t为通电时间；F为法拉第常数，其值为96500A/s。
[0006]实际操作时，仅需将钢筋混凝土构件全浸泡或半浸泡在NaCl溶液中，将钢筋连接直流电源的正极，另用不锈钢或铜片/网连接电源负极，控制电流和时间，即可确定钢筋的锈蚀量。可见，通电加速锈蚀法易于操作、设备简单、原理明确，成为了当下应用最广泛的试验方法。
[0007]虽然通电加速锈蚀技术已有几十年的应用历史，但是其通电效率(真实锈蚀量与预期锈蚀量的比值)一直饱受争议，无法达成共识。大量的试验研究结果发现通电加速得到的试件锈蚀量与预期值存在较大偏差，通电效率从5％到120％均有报道，不仅变化范围极大，且影响因素并不明确，给通电加速锈蚀技术的推广使用带来许多实际困难。在实际应用中，为了得知钢筋的真实锈蚀量，研究人员不得不将通电加速锈蚀后的钢筋混凝土试件剖开，这种做法不仅费时费力，而且属于破损试验，无法对试件进行后续试验研究(例如加固、锈蚀保护等)。因此，亟需一种能够在不破损试件的前提下实时、准确获知钢筋的真实锈蚀量(或通电加速锈蚀方法的通电效率)的方法。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种钢筋混凝土加速锈蚀时通电效率的在线监测装置和方法，其目的在于，在不损坏试件的情况下，获取钢筋混凝土加速锈蚀过程中的准确通电效率。
[0009]为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提出了一种钢筋混凝土加速锈蚀时通电效率的在线监测装置，包括侵蚀溶液、极化回路和测试回路，其中：
[0010]所述侵蚀溶液用于放置钢筋混凝土并使钢筋发生腐蚀反应；
[0011]所述极化回路用于给混凝土中的钢筋施加恒电流，其包括直流电源和导电板，所述直流电源的正极接钢筋，负极接所述导电板，该导电板环绕在混凝土周围并与所述侵蚀溶液接触；
[0012]所述测试回路用于在极化回路施加恒电流时测试钢筋的电化学参数，其包括电化学工作站、参比电极和辅助电极，所述电化学工作站分别与钢筋、参比电极、辅助电极连接，所述参比电极和辅助电极均置于所述侵蚀溶液中。
[0013]作为进一步优选的，所述侵蚀溶液具体为NaCl溶液。
[0014]作为进一步优选的，所述辅助电极为Pt片，所述参比电极为饱和甘汞电极。
[0015]作为进一步优选的，所述导电板具体为铜网。
[0016]按照本专利技术的另一方面，提供了一种钢筋混凝土加速锈蚀时通电效率的在线监测方法，其采用上述装置实现，包括如下步骤：
[0017]将钢筋混凝土放置在侵蚀溶液中；通过极化回路对混凝土中的钢筋施加恒电流使钢筋加速锈蚀，令钢筋达到预期锈蚀量；同时通过测试回路实时观察钢筋电位，电位稳定后对钢筋进行电化学测试，获取钢筋表面的锈蚀动力学信息，进而得到钢筋加速锈蚀时的通电效率。
[0018]作为进一步优选的，所述电化学测试具体为动电位扫描、电化学阻抗谱测试。
[0019]作为进一步优选的，通过电化学工作站每隔一段时间测试钢筋的线性极化电阻，直至通电结束；根据线性极化电阻计算得到腐蚀电流密度，进而得到用于钢筋腐蚀的电荷量，根据该用于钢筋腐蚀的电荷量和通电所施加的总电荷量，得到加速锈蚀的通电效率。
[0020]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0021]1.本专利技术通过极化回路给钢筋施加恒电流，实现通电加速锈蚀，同时测试回路测试钢筋电极的电化学参数，两个回路仅共用被测的钢筋电极，彼此独立、互不干扰，同时该两回路的方法测得的电化学阻抗谱数据符合Kramers
‑
Kronig关系，数据准确、可靠；因此本专利技术可在短时间内快速获取锈蚀钢筋混凝土试件，并在不破损试件的前提下准确获取通电效率以及钢筋的锈蚀量，具有广泛的应用前景。
[0022]2.传统的电化学测试需要断开所施加的直流电，等待钢筋电位达到稳定，在开路电位下进行测试，该过程依据电流密度或介质等因素会持续几小时至几十小时不等，不仅耗时，而且不同时间所测得的数据差异性很大；同时断开电流所测得的电化学参数，也即是开路电位下的电化学参数，只能表征通电加速锈蚀之后钢筋的自然腐蚀状态，而不能表征通电过程中钢筋的加速腐蚀状态，二者之间的差异巨大，根据所施加的电流不同，二者测得的腐蚀速率在几十、上百倍以上。而本专利技术通过双回路的设计实现了在通电加速锈蚀过程
中的电化学测试，能够实时在线测得钢筋表面的真实腐蚀速率，得知通电加速锈蚀的作用效率，从而及时调整后续的通电方案，得到预期锈蚀率的钢筋混凝土试件，解决了通电加速锈蚀技术在实际应用中的过程不可控、预期锈蚀量与实际锈蚀量差异大等问题。
[0023]3.本专利技术极化回路中采用铜网，其具有优异的导电性能且便于布置；测试回路中辅助电极采用Pt片，其在电极化作用下电化学稳定性好，参比电极采用饱和甘汞电极，其在NaCl溶液中电势稳定，有利于提高电化学测试准确性。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例钢筋混凝土加速锈蚀时通电效率的在线监测装置结构示意图；
[0025]图2中(a)、(b)分别为本专利技术实施例通电加速锈蚀过程中所测得的线性极化电阻和腐蚀电流密度；
[0026]图3为本专利技术实施例通电效率随时间的变化示意图。
[0027]在所有附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢筋混凝土加速锈蚀时通电效率的在线监测装置，其特征在于，包括侵蚀溶液、极化回路和测试回路，其中：所述侵蚀溶液用于放置钢筋混凝土并使钢筋发生腐蚀反应；所述极化回路用于给混凝土中的钢筋施加恒电流，其包括直流电源和导电板，所述直流电源的正极接钢筋，负极接所述导电板，该导电板环绕在混凝土周围并与所述侵蚀溶液接触；所述测试回路用于在极化回路施加恒电流时测试钢筋的电化学参数，其包括电化学工作站、参比电极和辅助电极，所述电化学工作站分别与钢筋、参比电极、辅助电极连接，所述参比电极和辅助电极均置于所述侵蚀溶液中。2.如权利要求1所述的钢筋混凝土加速锈蚀时通电效率的在线监测装置，其特征在于，所述侵蚀溶液具体为NaCl溶液。3.如权利要求2所述的钢筋混凝土加速锈蚀时通电效率的在线监测装置，其特征在于，所述辅助电极为Pt片，所述参比电极为饱和甘汞电极。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的钢筋混凝土加速锈蚀时通电效率的在线监测装...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世顺，胡霁月，陈娥，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：