[发明专利]一种钢筋锈蚀监测用长效参比电极及其制备方法

说明书

本发明属于电化学传感器技术领域，具体涉及一种钢筋锈蚀监测用长效参比电极及其制备方法。本发明制备方法包括以下步骤：(1)在金属泡沫上沉积二氧化锰，随后将二氧化锰部分还原为MnOOH，获得负载MnO₂/MnOOH的金属泡沫；(2)将多巴胺通过自氧化聚合在负载MnO₂/MnOOH的金属泡沫表面生成聚多巴胺，将聚多巴胺碳化，获得MnO₂/MnOOH/碳纳米粒子复合电极；(3)将复合电极引出导线，封装电极，即可获得长效参比电极。本发明能够将锰活性材料均匀且紧密的负载在集流体泡沫镍上，导电碳化聚多巴胺骨架避免了不导电粘结剂的使用，降低了接触电阻，展现了良好的电化学可逆性和抗极化能力，能够在钢筋锈蚀状态和氯离子渗透速率的长期监测中高稳定性服役。

技术领域

本发明属于电化学传感器技术领域，具体涉及一种钢筋锈蚀监测用长效参比电极及其制备方法。

背景技术

钢筋混凝土结构的劣化通常包括混凝土保护层的劣化和钢筋的锈蚀，两者相互关联影响并互相促进，是造成钢混结构设施提前失效的主要原因。钢筋发生锈蚀，会导致与混凝土的粘结力下降，降低结构的承载能力。由于钢筋混凝土的劣化腐蚀通常难以发现，易造成设施结构破坏，严重时甚至引起突发安全事故，而后期对于结构的修复难度大，成本代价高。如果能设计相应的内置传感器装置，对混凝土结构设施的服役情况进行现场实时监测，有效的监测混凝土内部化学成分及钢筋的腐蚀状态变化，根据各种参数综合判断混凝土钢筋的服役情况，对于混凝土结构的科学维护、结构的安全性评价、服役寿命的预估都具有重大的实际工程意义。

CN211478144U公开了一种混凝土用二氧化锰埋入式长效参比电极，包括多孔圆环底座、绝缘材料和导线；多孔圆环底座为若干孔的圆环；绝缘材料固设于多孔圆环底座上；绝缘材料内由下至上依次填充多孔砂浆层、碱性导电浆体层、二氧化锰粉末层和环氧密封层；导线一端连接于二氧化锰粉末层内部，贯穿环氧密封层延伸在外部。该技术方案使用了碱性导电浆体层、多孔砂浆层，碱性导电浆体层采用聚丙烯酸钠高分子与模拟孔隙液制作而成，避免了电解质溶液外渗到混凝土结构中造成污染，但集流体采用铜导线插入到锰环体中，可能会有接触性不足，长期使用铜导线可能会发生腐蚀，降低参比电极的稳定性。

CN109252172B公开了一种二氧化锰固态参比电极及其制备方法，具体公开了将二氧化锰粉末放入设置有锰丝的压制模具内，压制形成穿设有锰丝的电极柱，并使得锰丝的一端延伸到电极柱的第一端面外；将导线的一端与延伸到电极柱外的锰丝连接；将电极柱与导线设置于保护管体内，并使导线的另一端延伸到保护管体外；将未固化的树脂从保护管体的一端注入，以将电极柱的一端与导线封装于保护管体内，树脂固化后形成密封层。该技术利用Mn/MnO₂产生的半电极电位，制备工艺简单，可根据实际使用年限设计不同体积的参比电极，损耗掉的物质转化为二氧化锰，但是该技术方案锰丝与二氧化锰粉末刚性连接，锰丝与二氧化锰的接触面积较少，锰丝损失后接触面积还会持续降低，长期服役的稳定性还存在不足。

综上所述，现有技术仍缺乏一种实时监测混凝土内部钢筋服役状态的高稳定性参比电极。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷，本发明通过合成一种柔性电极材料，增加集流体与活性锰材料间的有效电接触，提供了一种满足钢筋混凝土结构电化学监测所需的柔性的MnO₂/MnOOH/碳化聚多巴胺纳米粒子参比电极，其目的在于降低了接触电阻，具有良好的电化学可逆性和抗极化能力，由此解决稳定性不足的技术问题。本发明的技术方案如下所述。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种钢筋锈蚀监测用长效参比电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)在金属泡沫上沉积二氧化锰，随后将二氧化锰部分还原为MnOOH，获得负载MnO₂/MnOOH的金属泡沫；