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鋼筋銹蝕檢測法：什么是半電池電位測試？
發(fā)布時間：2023-06-07 瀏覽次數(shù)：40684 來源：歐美大地



作者：ARAH DE CARUFEL，Giatec

當CO2或者氯化物透過混凝土滲透至鋼筋時，混凝土結構自然就會出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。這可能會導致嚴重的耐久性及安全問題，所以，使用精確可靠的方法來檢測、監(jiān)測銹蝕就非常重要。
半電池電位測試是ASTM C876-15：“混凝土中無涂層鋼筋銹蝕電位測試方法”唯一推薦的銹蝕檢測技術。該方法常被用來判斷鋼筋混凝土結構中鋼筋出現(xiàn)銹蝕的可能性。本文力求詳細描述以下技術細節(jié)：混凝土銹蝕，半電池電位技術用于測試混凝土銹蝕，半電池電位測試數(shù)據(jù)的解讀。

混凝土銹蝕的基本原理
在鋼筋混凝土結構中，鋼筋表面會自動形成一個保護膜，可防止鋼筋銹蝕。但隨著時間的推移，氯化物（化冰鹽或暴露于海洋環(huán)境）和/或CO2會滲透到混凝土中，并破壞保護層。氯化物會讓保護層變得不穩(wěn)定，從而可能出現(xiàn)局部破壞；而CO2則會降低混凝土的PH值，也會降低保護層的穩(wěn)定性。如果同時還有氧氣和水的存在，則會發(fā)生電化學反應，導致銹蝕。

銹蝕過程可以用圖1進行展示，金屬（鋼筋）會在溶液（可存在于混凝土孔隙中）中發(fā)生反應，并在陽極（發(fā)生氧化反應）釋放電子，至陰極（此處發(fā)生電位降低）。陽極表面的陽離子發(fā)生反應，并產(chǎn)生銹蝕產(chǎn)物。這一電化學反應，將在鋼筋的陽極區(qū)和陰極區(qū)之間形成電位差，以及隨之而來的腐蝕電流。在進行半電池電位測試時，我們感興趣的正是沿鋼筋分布的電流或電位。



圖1：鋼筋混凝土銹蝕反應

半電池電位技術
圖2為一個電池的示意圖，每一邊則可視作一個半電池。每個半電池用一個浸泡在溶液（電解液）中的電極表示，兩個半電池被連接在一起。因為其中一個電極相比另一個有更高的銹蝕趨勢，所以這個電極（陽極）就發(fā)生氧化并輸出電子。
為了保持系統(tǒng)的平衡以及電解液的電量平衡，兩邊的電子將通過鹽橋產(chǎn)生交換。這樣，在兩個電極之間就可以用電壓表測得電位差（電壓），而這也預示著陽極分解的速度。

如果想將這一原理應用于混凝土檢測，來判斷銹蝕可能性，我們需要一個已知電位的參考電極。通常來說，對于鋼筋混凝土結構，我們一般使用銅/硫酸銅（Cu/CuSO4）或銀/氯化銀（Ag/AgCl）作為半電池的參考電極。參考電極會連接至另外半個電池，混凝土中內(nèi)埋的鋼筋（圖2b）。通過將參考電極連接到鋼筋，并將參考電極放置于混凝土表面，就可能測量到兩個半電池之間的電位差。



圖2：半電池電位測試

ASTM C876就如何進行該測試提供了指導，也為測試的電位與銹蝕可能性的關系提供了參考。判定結果是定性的，并且是以硫酸銅電極（CSE）為基礎的。表1就是ASTM建議的判定標準，測試的電位被劃分為三類，銹蝕可能性大于90%，低于10%，或不確定。

表1：電位值與銹蝕可能性的關系

（摘自ASTM C876）




解讀半電池電位測試數(shù)據(jù)
乍一看，這一測試非常簡單，主要包含以下步驟：
  1. 確定鋼筋位置；
  2. 連接鋼筋（如果鋼筋之間不是都連接在一起的話，可能需要多次連接）；
  3. 將混凝土表面弄濕，為測試做準備。
測試很快，因為電位值只需要幾秒鐘就能穩(wěn)定，然后就可以進行下一組測試。不過，在進行數(shù)據(jù)解讀時，有一些重要的限制條件需要進行考慮。
混凝土本身的狀況（干濕度），氯化物的存在，鋼筋表面缺少氧氣（因為處于飽和狀態(tài)），混凝土保護層厚度，混凝土電阻率，以及溫度，這些都會影響測試結果，使其數(shù)據(jù)產(chǎn)生正向或負向的偏移，如表2所示。這就使得在參考ASTM C876（表1）進行數(shù)據(jù)解讀時，存在很大的困難，尤其是當數(shù)據(jù)靠近某一臨界值時。

表2：混凝土內(nèi)鋼筋半電池電位測試典型值
（摘自RILEM TC-154，2003）


此外，半電池測試還被認為是一個區(qū)域性的測試，因為他會將周圍的電位值取平均值。圖3就是一個例子，實測的電位是將某一距離的電位取了平均，這樣，即便是有銹蝕電位圖，想要確定銹蝕發(fā)生的具體位置也是比較困難的。

圖3：實際VS測量半電池電位

盡管如此，該技術還是得到了廣泛應用，因為這是ASTM唯一提供標準化指導的銹蝕檢測方法。Giatec的XCell銹蝕測試儀采用的是氯化銀電極，而不是其他半電池設備常用的硫酸銅電極，這使得其測試更穩(wěn)定，也更精確。這在進行快速評估及識別可能存在較高銹蝕活動的區(qū)域時將非常有用。不過，銹蝕檢測的輸出結果仍然是定性的，因為他只能提供銹蝕活動存在的可能性信息，而像銹蝕速度這種定量數(shù)據(jù)是無法提供的。定量數(shù)據(jù)對于制定鋼筋銹蝕修復或延緩銹蝕計劃是很有用的。



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