混凝土中钢筋脱钝氯离子阈值快速测定方法

摘要

本发明公开了一种混凝土中钢筋脱钝氯离子阈值快速测定方法，步骤主要为：浇注测试试块，在其钢筋保护层的上表面上放置底部敞口的小水槽并将两者交界处密封；小水槽内置第一导电板，将小水槽和测试试块置于大水槽中的第二导电板上；将第一导电板和第二导电板分别与恒电源的负极接口和正极接口相连；向大水槽内注水直到水位与钢筋保护层的上表面齐平；在小水槽内注入氯盐溶液；确定钢筋阳极极化电位值；微调电压值使得钢筋的半电位稳定于钢筋阳极极化电位值；持续通电并定时观测钢筋半电位的变化，当钢筋半电位发生急剧降低时关闭恒电源，取出测试试块；最后测定使钢筋脱钝的氯离子阈值。本发明的优点是大大缩短测试时间，适于工程应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土中钢筋脱钝氯离子阈值快速测定方法。

背景技术

氯离子阈值的研究是混凝土结构耐久性领域的热点问题。在进行混凝土结构耐久性设计时，氯离子阈值的确定是关键参数之一。目前国内外已进行了大量关于混凝土内钢筋锈蚀阈值的研究，总结起来有以下几种方法：(1)混凝土模拟孔隙液法。该方法通过将几种化学试剂混合配制一定pH值的碱性溶液来简单模拟混凝土内部的碱性环境，与真实的情况存在较大差异，测试结果只能定性地反应钢筋在不同碱性环境下的电化学表征，不能用于氯离子阈值的确定。(2)掺氯盐法。该方法是在试块制作时掺入不同含量的氯离子，通过测定试块中钢筋在不同氯离子含量情况下的电化学特性，大致确定引起钢筋脱钝的氯离子浓度范围。该方法同样存在与实际情况不相符的缺陷，且工作量较大，一般很少采用。(3)自然渗透法。该方法是以自然浸泡的方式使氯离子渗透至钢筋表面引起钢筋脱钝，从而确定氯离子阈值。该方法与实际侵蚀情况最为相符，所得结果也较为可靠，唯一的缺点就是氯离子自然渗透过程非常缓慢，试验周期很长，至少需要几个月时间。(4)电场加速法。该方法是Castellote等首先提出的试验方法，在外加电场的作用下氯离子能够快速迁移至钢筋表面，从而大大缩短了试验时间，但是该方法存在以下两点不足之处：1)试验过程中所施加的外加电场电压较大，到达13V。在如此高的外加电场作用下，通过钢筋的外极化电流会使钢筋的钝化膜击穿。因此必须适当调整外加电压的大小，防止钢筋钝化膜提前被击穿。2)试验过程中为确定钢筋是否脱钝，需每隔一段时间切断外电源，对钢筋进行半电位以及锈蚀电流密度测试以确定钢筋是否脱钝。如此一来延长了测试时间，因为通常在切断外电源后，为使在测试之前钢筋已完全恢复至自然状态，需至少将试样静置一天，如此一来便增加了测试时间。

发明内容

本发明的目的是提出一种快速测定混凝土中钢筋脱钝氯离子阈值的测定方法。

本发明以电场加速氯离子渗透为基础，在合理选取外电源电压值后能对钢筋脱钝情况进行连续监测，且测试方法方便快捷，适合于工程应用。一般只需几天便能对钢筋脱钝氯离子阈值进行测定，大大缩短了测试时间。

为实现本发明的目的，本发明采取的技术方案是：该混凝土中钢筋脱钝氯离子阈值快速测定方法主要包括如下步骤：

(1)根据实际工程所使用的混凝土的详细配合比及钢筋品种，浇注与上述混凝土配合比及钢筋品种相应的用于测定钢筋脱钝氯离子阈值测试试块；

(2)在测试试块的钢筋保护层的上表面上放置一个底部敞口的小水槽，然后将小水槽与钢筋保护层的上表面的交界处密封；将第一导电板放入小水槽中；将放置有所述小水槽的测试试块置于一个大水槽中的第二导电板上；之后，将所述第一导电板与恒电源的负极接口相连，将第二导电板与恒电源的正极接口相连；接着向大水槽内注水，直到大水槽内的水位与钢筋保护层的上表面齐平；在小水槽内注入氯化钠溶液或其他氯盐溶液；

(3)确定钢筋阳极极化电位值；

(4)然后开启恒电源，微调电压值使得钢筋的半电位稳定于所述钢筋阳极极化电位值；持续通电并定时观测钢筋半电位的变化，当钢筋半电位发生急剧降低时表明钢筋已脱钝，此时关闭恒电源，取出测试试块；

(5)最后测定使钢筋脱钝的氯离子阈值。

进一步地，本发明所述测试试块的钢筋保护层的厚度等于实际工程所使用的混凝土的粗骨料最大粒径的3/4。

进一步地，本发明在所述步骤(1)中，当实际工程所使用的混凝土的粗骨料最大粒径的3/4大于1.5cm时，所述测试试块所使用的材料为水泥砂浆。

进一步地，本发明所述步骤(2)中，在将放置有所述小水槽的测试试块放置在大水槽中的第二导电板上之前，先对所述测试试块进行饱水。

进一步地，本发明所述第二导电板所用材料为惰性金属。

进一步地，本发明在步骤(3)中，所述钢筋阳极极化电位值的确定是使用断电观测钢筋半电位变化的方法。

与现有技术相比，本发明的优点是：以电场加速氯离子渗透为基础，在合理选取恒电源电压值后能对钢筋脱钝情况进行连续监测，且测试方法方便快捷，适合于工程应用。一般只需几天便能对钢筋脱钝氯离子阈值进行测定，大大缩短了测试时间。

附图说明

图1为本发明测试试块的正视示意图；

图2为本发明测试试块的左视示意图；

图3为本发明测试试块的俯视示意图；

图4为本发明钢筋脱钝氯离子阈值快速测试装置的结构示意图。

具体实施方式

以下具体说明本发明钢筋脱钝氯离子阈值快速测定试验方法的具体实施过程。包括如下步骤：

(1)获取实际工程所使用的混凝土的详细配合比及钢筋品种资料，根据测试试块1的钢筋保护层5的厚度等于实际工程所使用的混凝土粗骨料最大粒径的3/4的原则确定所浇注测试试块1的钢筋保护层5的厚度。当实际工程所使用的混凝土粗骨料最大粒径的3/4大于1.5cm时可在浇注测试试块1时不加入粗骨料，而使用水泥砂浆来制作测试试块1，此时测试试块1的钢筋保护层5的厚度可定为1.5cm。在确定钢筋保护层5的厚度后，根据实际工程所使用的混凝土的详细配合比及钢筋品种制作测试试块1，钢筋2的一端焊接导线3，然后使用环氧树脂将钢筋2露出测试试块1的部分进行密封，防止钢筋2露出测试试块1的部分发生锈蚀。

(2)在测试试块1的钢筋保护层5的上表面上放置一个底部敞口的小水槽4，然后将小水槽4与钢筋保护层5的上表面的交界处密封，保证小水槽内的溶液能与钢筋保护层5的上表面完全接触且不发生渗漏。如将放置有所述小水槽4的测试试块1浸没于水中浸泡3-4天，使测试试块1饱水，可确保在测试过程中通过测试试块1的电流较为稳定。本发明可以考虑使用真空饱水设备对测试试块1进行快速饱水。将第一导电板9放入小水槽4中，将放置有所述小水槽4的测试试块1放置在一个大水槽7中的第二导电板8上，为防止测试过程中第二导电板8过度锈蚀，选用了惰性金属如不锈钢来制作第二导电板8。之后，将所述第一导电板9与恒电源10的负极接口相连，将所述第二导电板8与恒电源10的正极接口相连。接着向大水槽7中注水，直到大水槽7中的水位与钢筋保护层5的上表面齐平，在小水槽4内注入浓度为15％的氯化钠溶液6。然后，将置于小水槽4中的参比电极11的引线以及导线3的另一端连接至电化学工作站12相应的接口，并将电化学工作站的数据接口14与电脑13连接，由电脑13自动采集钢筋2的半电位测试数据。若不具备使用电化学工作站测试仪器的条件，可以使用其他测试半电位的仪器来代替。

(3)测试正式开始前需确定钢筋2的阳极极化电位值，防止恒电源10的电压值过大致使钢筋2的钝化膜被击穿。开启恒电源10前先测定钢筋2的初始半电位。然后开启恒电源10，一般而言，可以微调恒电源10的电压值使得钢筋2的半电位稳定于600mv(SCE)左右的阳极极化电位值，并且持续通电24小时。之后，关闭恒电源10观察钢筋2的半电位变化，即使用断电观测钢筋半电位变化的方法来确定钢筋阳极极化电位值：若较快稳定后的钢筋2的半电位大于钢筋2的初始半电位，表明钢筋2钝化膜未被击穿，可以进行正式测试，此阳极极化电位值即为需要确定的钢筋2阳极极化电位值；若稳定后的钢筋2的半电位远低于钢筋2的初始半电位，通常可以将钢筋2的半电位小于-400mv(SCE)视为在此恒电源10的电压值下钢筋2钝化膜已击穿，此时需要适当降低恒电源10的电压值，并重复上述钢筋2的阳极极化电位值确定步骤，直到确定钢筋2的阳极极化电位值为止。

(4)确定钢筋2的阳极极化电位值之后，测试正式开始进行。开启恒电源10，微调恒电源10的电压值使得钢筋2半电位稳定在先前确定的阳极极化电位值。持续通电，并且定时对钢筋2的半电位进行测试，当发现钢筋2的半电位急剧降低时，表明钢筋2表面氯离子浓度的积累已经达到致使钢筋2脱钝的氯离子阈值。此时，关闭恒电源10，通常钢筋2的半电位会急剧降低至-400mv(SCE)以下。从大水槽7中取出并劈裂测试试块1，磨取钢筋2表面的混凝土粉末。

(5)使用化学滴定法或其他精确测试方法对粉末中的氯离子含量进行测试，即可得到致使钢筋2脱钝的氯离子阈值。