一种钢筋混凝土中钢筋锈蚀程度的电化学监测方法技术

本发明专利技术公开了一种钢筋混凝土中钢筋锈蚀程度的电化学监测方法。将待测混凝土试样中的钢筋、对电极和参比电极分别与电化学工作站对应连接，饱和甘汞电极作为参比电极，铂电极为辅助电极，钢筋电极片为工作电极；采用恒电流脉冲法获得电位‑时间曲线；在电位衰减曲线上找两点满足ηt2/ηt1＝0.37，则其时间差就为所求时间常数τ；其中，ηt2、ηt1是电流中断后时间t2和t1的极化电位。恒电流脉冲技术相对于线性极化和电化学阻抗谱在测试钢筋的腐蚀速率方面具有较好的相关性，但在具体应用时须根据实际情况合理选取初始参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木工程
，具体涉及一种混凝土中钢筋锈蚀程度的电化学检测方法。
技术介绍
混凝土结构中钢筋锈蚀是伴随砼结构全寿命周期内不断发展的化学反应过程，在自然环境条件下，通常使用一定的年限会发生锈蚀，进而影响到建筑安全。因此，需要对混凝土结构中钢筋锈蚀的程度和速率进行测量判定，以便于及时维护；所以，对钢筋锈蚀的正确检测与评价可以对构件的剩余使用寿命和可能的维修提供十分重要的数据和建议。目前，半电池法和电阻率法能快速地检测混凝土内部钢筋腐蚀的概率，但这两种方法只能定性地表征钢筋腐蚀的热力学趋势，无法获取定量的腐蚀动力学参数，且均受混凝土保护层厚度和相对湿度的影响，测试结果不能完全反映真实情况。鉴于此，基于Stern-Geary公式的线性极化法(LPR)得到广泛推广，但是LPR法在使用过程也中会出现诸多不确定因素，如Stern-Geary公式中的常数B值以及极化面积等，都影响了测试结果的准确性。电化学阻抗谱方法的原理是通过测量所得的频率范围很宽的阻抗谱来研究锈蚀电极系统，优点是能够比其它常规的电化学测量方法得到更多动力学信息及电极界面结构的信息。但是，该技术方案的不足之处在于：测试耗时较长至少约一小时，且需要具备较高的电化学理论知识和专业背景，因此具有使用局限性。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种钢筋混凝土中钢筋锈蚀程度的电化学监测方法。为达到上述目的，采用技术方案如下：一种钢筋混凝土中钢筋锈蚀程度的电化学监测方法，包括以下步骤：1)将待测混凝土试样中的钢筋、对电极和参比电极分别与电化学工作站对应连接，饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，铂电极为辅助电极，钢筋电极片为工作电极；2)采用恒电流脉冲(GPM)法测试对腐蚀体系施加1-50mA的阴极恒电流脉冲，采样频率10-500Hz，脉冲维持1-10s后中断电流，获得电位-时间曲线；当电流中断后，电位会瞬间下降，充电的双电层电容开始向钢筋腐蚀反应放电，电位以近指数形式衰减；3)在电位衰减曲线上找两点满足ηt2/ηt1＝0.37，则其时间差就为所求时间常数τ；其中，ηt2、ηt1是电流中断后时间t2和t1的极化电位。本专利技术提供的混凝土中钢筋锈蚀程度的电化学检测方法有益效果如下：恒电流脉冲法通过时间常数τ和双电层电容Cdl得出与钢筋腐蚀相关的极化电阻Rp，是一种具有较大应用前景的电化学方法。恒电流脉冲技术可快速获取钢筋腐蚀界面腐蚀动力学参数，且对体系扰动小，不受钢筋真实暴露面积的影响，有较强的适应性。钝化钢筋的时间常数和极化电阻均大于活化腐蚀钢筋，而本专利技术钝化钢筋的双电层电容值比活化腐蚀钢筋小。恒电流脉冲技术相对于线性极化和电化学阻抗谱在测试钢筋的腐蚀速率方面具有较好的相关性，且测量结果真实可靠，测试仪器价格便宜，但在具体应用时须根据实际情况合理选取初始参数。附图说明图1：测试装置示意图；图2：恒电流脉冲脉冲获得的E-t图。具体实施方式以下实施例进一步阐释本专利技术的技术方案，但不作为对本专利技术保护范围的限制。本专利技术钢筋混凝土中钢筋锈蚀程度的电化学监测方法如下：将待测混凝土试样中的钢筋、对电极和参比电极分别与电化学工作站对应连接，饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，铂电极为辅助电极，钢筋电极片为工作电极；如图1所示。采用恒电流脉冲(GPM)法测试对腐蚀体系施加1-50mA的阴极恒电流脉冲，采样频率10-500Hz，脉冲维持1-10s后中断电流，获得电位-时间曲线；当电流中断后，电位会瞬间下降，充电的双电层电容开始向钢筋腐蚀反应放电，电位以近指数形式衰减；如图2所示。其中，恒电流脉冲(GPM)法得到极化电阻Rp，并通过下面的Stern-Geary公式由Rp求得钢筋腐蚀电流密度icorr：icorr＝B/Rp (1)式中：icorr为钢筋腐蚀电流密度，μA·cm-2；Rp为钢筋的极化电阻，kΩ·cm2；B为Stern-Geary常数，mV。根据阴阳极Tafel常数βc和βa(Tafel曲线)，可以求出B值。B＝(βa·βc)/2.303(βa+βc) (2)本专利技术采用修正的Randles等效电路对钢筋-模拟混凝土孔溶液体系进行拟合。其中，Rs为溶液电阻，Cdl和Rp分别为钢筋表面的双电层电容和极化电阻。用饱和Ca(OH)2溶液来模拟混凝土孔隙溶液，通过NaHCO3和NaOH来调节pH。对该电路施加脉冲电流ΔI时，其电位极化η为： η = Δ I · R s + Δ I · R p [ 1 - exp ( - t C d l R p ) ] - - - ( 3 ) ]]>GPM电位响应曲线由双电层电容的充电过程及放电过程两部分组成。在施加电流的瞬间，电位有一直线上升段ΔI·Rs，之后电位变化是双电层电容的充电过程。当足够长平衡时间te后，电位达到稳态，也即最大极化电位ηmax。ηmax＝ΔI·Rs+ΔI·Rp(t→∞) (4)则由式(3)和式(4)可得： η m a x - η = Δ I · R p · exp ( - t C d l R p ) - - - ( 5 ) ]]>对式(5)两端取自然对数可得： l n ( η m a x - η ) = l n ( Δ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢筋混凝土中钢筋锈蚀程度的电化学监测方法，其特征在于包括以下步骤：1)将待测混凝土试样中的钢筋、对电极和参比电极分别与电化学工作站对应连接，饱和甘汞电极作为参比电极，铂电极为辅助电极，钢筋电极片为工作电极；2)采用恒电流脉冲法测试对腐蚀体系施加1‑50mA的阴极恒电流脉冲，采样频率10‑500Hz，脉冲维持1‑10s后中断电流，获得电位‑时间曲线；当电流中断后，电位会瞬间下降，充电的双电层电容开始向钢筋腐蚀反应放电，电位以近指数形式衰减；3)在电位衰减曲线上找两点满足ηt2/ηt1＝0.37，则其时间差就为所求时间常数τ；其中，ηt2、ηt1是电流中断后时间t2和t1的极化电位。

【技术特征摘要】
1.一种钢筋混凝土中钢筋锈蚀程度的电化学监测方法，其特征在于包括以下步骤：1)将待测混凝土试样中的钢筋、对电极和参比电极分别与电化学工作站对应连接，饱和甘汞电极作为参比电极，铂电极为辅助电极，钢筋电极片为工作电极；2)采用恒电流脉冲法测试对腐蚀体系施加1-50mA的阴极恒电流脉冲，采样频率10-500Hz，脉冲维持1-10s后中断电流，获得电位-时间曲线；当电流中断后，电位会瞬间下降，充电的双电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炜，朱书武，张弘，褚威，黄珂超，刘东，
申请(专利权)人：湖北省交通运输厅黄黄高速公路管理处，
类型：发明
国别省市：湖北;42