混凝土钢筋锈蚀速率测量

1、混凝土钢筋锈蚀速率测量华中科技大学化学与化工系 董泽华一. 前言二. 电化学方法具有测试速度快、灵敏度高、可连续跟踪、原位测量和非破坏性等优点，在实验室已成功地用于检测混凝土试样中钢筋的锈蚀状况和瞬时锈蚀速度。但是，现场测量中，由于所有钢筋互联在一起，所以其极化面积无法确定。应用电化学方法评价时，小面积辅助电极的电力线会随着与辅助电极距离的增加而流向辅助电极外侧，导致测量二腐蚀速率偏大，为了获得较真实的钢筋腐蚀速率，一般要采用护环电极技术，但对于室内测量，因为钢筋的面积是确定的，因此可以采用常规的电化学方法测量。腐蚀速率测量混凝土钢筋锈蚀测量可以用动电位扫描方法进行测量，对于小块的混凝土（20

2、×20×100），可以直接将混凝土块浸入到溶液中测量，电解池中各电极的接线示意图如下图1所示，其中的容器可以用一个大的塑料桶代替，至于电极的固定则可几个夹子固定在桶边。如果找不到鲁金毛细管（即盐桥），也可以直接将参比电极进入到溶液中，但要保证参比电极尖端紧贴混凝土块，对电极一般采用平板式不锈钢，电极的连接示意图见图1：图 1.混凝土腐蚀检测的电极连接示意图测量需要注意：1）埋入式钢筋与导线连接处一定要用环氧树脂进行密封，否则焊接点可能会影响测量结果。2）恒电位仪一定要接地（请检查电源线的地线是否与大地相连），如果采用的两线式电源线，则需要外加一根粗导线将控制用PC机的外壳良

3、好接地（比如金属水管）。3）混凝土块最好与大地绝缘，否则可能会有测量电流泄漏到大地，而无法测量准确结果。可以将试块至于塑料容器中，或者将金属容器底部垫在泡沫板上。而对体积较大或者不能采用浸入式测量的试样，可以采用如下图2方法。图2中辅助电极为一中间开孔的园形不锈钢片，其下为包含盐水的海绵，让后将二者直接放置在混凝土块上，中间开孔处放置参比电极 （SCE,饱和甘汞电极），而混凝土块内的钢筋则通过鳄鱼夹连接到工作电极，测量需要注意：1） 混凝土块必须要与大地绝缘，否则由于工作电极的虚地，会造成没有极化时仪器的电流表中出现电流。2） 混凝土必须先湿水或者直接将试块浸泡在水中，在2040min后才能测

4、量，且在辅助电极下面必须放置含水海绵。三. 测量参数设置由于混凝土是一个封闭的体系，粒子的迁移与扩散非常缓慢，因此钢筋锈蚀测量一般不能采用较大的极化电位范围，而采用较小的接近线性区的极化范围。一般选用CorrTest中的动电位扫描可以测量钢筋的腐蚀速率，极化范围可以是-10-20）mV(相对开来电位)到+10+20mV(相对开来电位)，扫描速率设为0.167mV/s,测量完成后采用Cview中的Rp拟合进行腐蚀速率计算。1. 步骤如下a)从“稳态方法”中选择“动电位扫描（F4）”,如下图3所示。图3.线性极化扫描测试方法设置b)然后点击恒电位仪按钮，设置其参数如下图4所示：图3.仪器参数设置c

5、)按确定后，退出窗口，并开始测量，如下图5所示，图5.线性极化扫描测量曲线d)测量结束后，从测试方法中选择“Cview绘图”，并将数据文件加入到右边列表框中，如下图6。图6.数据分析软件中如何加入测量数据e)数据加入到分析软件中后,可以进行绘图和线性拟合,如图7所示,图7.线性拟合图形坐标,(注意要选择坐标为电位电流)f)从工具菜单中选择”数据拟合”,弹出窗口见图8所示,图8.选择Rp拟合g)从图8中选择Rp拟合，再选择“拟合”按钮，得到图9的结果，其中的corrosion rate 即为腐蚀速率，图9.拟合计算结果h)再将拟合计算结果通过鼠标右键拖放到数据图形中，如下图10所示，图10.线性

6、拟合计算结果四. 混凝土电阻测量1. 溶液(混凝土)电阻测量及补偿当测试某些高阻体系时，参比电极Luggin 毛细管尖端与工作电极之间有较大的溶液电阻（特别是当测试混凝土或带涂层试样时），必须加以补偿。其原理如下： ,其中为恒恒电位仪的控制，为工作电极相对于参比电极的极化电位，I为流过电解池的电流,Rs为溶液或者界面电阻。当较小时，也很小，实际上的极化电位几乎等于外部控制电位，不须补偿。否则，实际上的极化电位，不进行补偿时，测量的表观极化电阻，所以要得到真实的Rp，必须减去溶液（包括固体阻挡层界面）电阻Rs。采用恒电流阶跃，先设定电流为并保持一段时间，直到极化电位基本稳定，立刻阶跃到电流（如果

7、采用断电流法，可将I2设为0。根据下图11中的电极等效电路：图11. 工作电极等效电路在电流变化的一瞬间，双电层电容Cdl两端的电位可以认为保持不变，所以此时极化电位的增加完全来自于混凝土电阻的贡献：（如图12所示）。随着电荷不断流入双电层电容，其两端的电位也逐渐增加，直到完全充满后达到一个稳定的值，即：，注意:线性极化电阻Rp的成立，要求极化电位不要超过10mV。否则电位与电流之间并不是线性关系。因此，溶液（界面）电阻，极化电阻图12.恒电流阶跃测试计算溶液电阻的示意图2. 测量方法混凝土本身的电阻也是混凝土性能评价的一个重要因素，它会随着碳化速率，Cl-侵蚀深度以及含水量而发生变化，测量混

8、凝土Rs要通过恒电流阶跃方法进行测量。从菜单中选择“暂态方法”-“恒电流阶跃”，设置“初始电流为100500uA"或一个适当的值（根据混凝土本身的电阻大小有关），,阶跃电流为”0“，通过采用这种断电流方法，既可测量出介质电阻，然后通过软件可以将介质电阻引起的误差扣除掉，具体参数设置参见下图13所示，其中仪器设置中模拟低通（M）要打开。设置的阶跃“初始电流”应该为0.10.5mA,“阶跃电流1”设置为0,即采用断电流方法来测量。测量的结果见图14。图13恒电流阶跃参数设置图图14.恒电流阶跃实验结果图15. 恒电流阶跃测量结果（铝合金在自来水中）在恒电流阶跃（断电流法）测量结束后，从图

9、15中单击按钮可以用于计算介质（溶液或者混凝土）电阻，计算前先通过鼠标双击来选点电位阶跃段的起始点和终止点（图中绿线段），然后点击按钮即可计算出溶液电阻，计算结果自动显示于图形中，如图16所示。图16.恒电流阶跃的测试结果（局部）进一步，通过对阶跃段后电位时间曲线（如图14）进行指数拟合，可得到时间常数，再由计算出双层电容。可见根据恒电流/电位阶跃可以得到较多的电化学信息。不过该方法测试过程较快，因此很难反映扩散控制相关的电化学信息，与稳态方法测量的结果有一些差异（比如交流阻抗技术和动电位扫描技术等）。一般地，暂态方法测试的Cdl和Rp要小于交流阻抗测试的结果，前者仅反应了紧密双电层的特征，而后者还包括扩散相关的其它元件。计算出溶液电阻（实际上是混凝土电阻与溶液电阻之和）后，就可以在“测试方法”>“动电位扫描”>“恒电位仪设置”中输入溶液电阻值，或者通过CorrView中的数据修正来通过软件方式补偿溶液电阻。从CorrView的“工具”菜单中选取“数据修改”，弹出如下对话框（图17）。只要在数值框中输入实际测量的