[发明专利]一种测定水泥基材料中钢筋脱钝临界氯离子浓度的装置和方法

说明书

一种测定水泥基材料中钢筋脱钝临界氯离子浓度的装置和方法，装置包括：待测试件、氯离子电迁移装置和电化学测试装置。方法包括：氯离子电迁移循环试验、腐蚀电流密度特征参数测定、钢筋电极测试面脱钝量化判定准则。利用氯离子电迁移装置开展氯离子电迁移循环试验，利用电化学测试装置测定并计算腐蚀电流密度特征参数，根据钢筋电极测试面脱钝量化判定准则判定水泥基材料中钢筋电极的测试面是否发生脱钝。本发明不仅能够加速氯离子在水泥基材料中的传输，显著缩短试验测试周期，而且可以同时量化判定待测试件中多根钢筋电极的测试面是否发生脱钝，从而快速准确地测定水泥基材料中钢筋脱钝的临界氯离子浓度。

技术领域

本发明涉及一种水泥基材料中钢筋耐蚀性能测试的装置和方法。

背景技术

砂浆、混凝土等水泥基材料广泛应用于建筑、桥梁、大坝和港口等工程结构中。外部环境中的侵蚀性氯离子通过扩散、对流、迁移等方式不断地向水泥基材料内部传输，在氧气和水分充足的条件下，当水泥基材料中钢筋表面的氯离子浓度达到临界氯离子浓度时，钢筋钝化膜就会发生破坏，致使钢筋发生腐蚀，从而影响工程结构的正常使用功能和承载安全性。因此，准确测定水泥基材料中钢筋脱钝的临界氯离子浓度，对于工程结构的耐久性评估和服役寿命预测具有重要意义。

目前，国内外有关水泥基材料中钢筋脱钝临界氯离子浓度的试验测试方法主要包括自然暴露法、自然渗透法和电场加速法等。其中，自然暴露法将待测试件暴露在真实自然环境中，通常需要耗费几年甚至几十年时间才能获取测试数据，由于试验测试周期太长，实际应用较少；自然渗透法将待测试件浸泡在高浓度氯盐溶液中，通过提高浸泡溶液的氯离子浓度来加速氯离子向水泥基材料内部传输，由于氯离子的自然渗透过程非常缓慢，导致该方法的试验测试周期仍然较长，通常需要半年甚至更长时间才能获取测试数据，难以满足实际工程需求；电场加速法利用外加电场的方式加速外部溶液中的氯离子向水泥基材料内部迁移，通常仅需几天时间就可以获取测试数据，所以得到广泛应用。中国专利201010039690.3公开了一种内置电极模拟混凝土中钢筋非均匀锈蚀的加速试验方法，该方法利用预埋不锈钢片的混凝土试件作为待测试件，通过电渗处理、干湿循环和恒电流通电处理等方式加速氯离子传输和钢筋腐蚀，但是该方法无法测试钢筋脱钝的临界氯离子浓度；中国专利201710233766.8公开了一种外渗电加速钢筋锈蚀测试装置，该方法将预埋单根钢筋段的混凝土试件作为待测试件，在钢筋段内部的半圆形凹槽中粘贴应变片，在试件顶部预留凹槽盛装海水，整个待测试件放置在盛满自来水的玻璃凹槽内，将钢筋的环面作为测试面，该方法虽然可以通过应变片的测试数据来判断钢筋的腐蚀情况，但是无法测试钢筋脱钝的临界氯离子浓度；中国专利200810057844.4公开了一种快速测定钢筋锈蚀临界氯离子浓度的方法，该方法将预埋参比电极和钢筋电极的混凝土试件作为待测试件，在待测试件的左侧盛放阳极溶液，右侧盛放阴极溶液，将预埋在待测试件中的单根钢筋电极的环面作为工作电极测试面，根据工作电极和参比电极构成的宏电池电流来判别钢筋电极的腐蚀状态；类似地，中国专利200910152758.6公开了一种混凝土中钢筋脱钝氯离子阈值快速测定方法，该方法在测试试件顶部的小水槽盛放阴极溶液，在测试试件下侧的大水槽中盛放阳极溶液，并将预埋在测试试件中的单根钢筋电极的环面作为工作电极测试面，然后根据半电池电位的变化来判别钢筋电极的腐蚀状态。通过分析可知，上述测试方法存在以下技术缺陷：(1)由于钢筋电极环面上各点离待测试件暴露面的距离不同，导致工作电极测试面上各点的氯离子浓度和脱钝时刻不同，所以上述方法采用钢筋电极的环面作为工作电极的测试面，会显著降低钢筋脱钝临界氯离子浓度的测试精度；(2)由于砂浆、混凝土等水泥基材料为非均质材料，上述方法的每个待测试件仅预埋单根工作电极，利用单根工作电极的测试结果难以准确测定水泥基材料中钢筋脱钝的临界氯离子浓度；(3)上述方法根据所测参数的具体取值或变化趋势来定性判断钢筋的腐蚀状态，难以准确判断钢筋的真实腐蚀状况，因而无法准确测定水泥基材料中钢筋脱钝的临界氯离子浓度。因此，有必要研发一种能够快速准确测定水泥基材料中钢筋脱钝临界氯离子浓度的试验装置和方法。

发明内容