使用环境对混凝土氯离子传感器工作性能的影响

论文摘要

氯盐侵入是混凝土结构钢筋锈蚀破坏的主要因素之一，因此能够实时、准确监测混凝土中氯离子分布的电化学传感器是近年来发展起来的一种新技术。然而在实际工程中，钢筋混凝土结构会受到不同环境因素的作用，从而可能对埋入混凝土中的氯离子传感器的工作稳定性产生影响。因此，本课题以基于电化学原理的全固态氯离子传感器（以Ag/AgCl电极为工作电极，MnO2电极为参比电极）为基础，研究其埋入不同氯盐含量混凝土中的电化学性能及其在不同外界环境条件下的工作稳定性，从而为推广此技术的工程应用，为正确评估、预测实际混凝土结构受氯盐侵蚀程度提供理论依据。通过系统地研究此传感器在不同氯盐掺量的砂浆试件中的能斯特响应性能和电化学性能，研究表明：在不同氯盐掺量（1%、2%、3%）的砂浆环境中，氯离子传感器的电位输出值与氯离子浓度对数之间的线性关系与能斯特理论相吻合；恒电流极化测试中，不同氯盐掺量的砂浆中氯离子传感器的电位漂移值较大，电位恢复时间缓慢，抗极化性能较差；不同氯盐掺量的砂浆环境中的各传感器的CV曲线都存在阳极氧化峰和阴极还原峰，且CV曲线上氧化峰电流和还原峰电流的比值均接近于1，即在测试过程中传感器上发生了可逆的化学反应。设计了不同强度等级且不同掺盐量的混凝土及砂浆，研究外加荷载、冻融循环、硫酸盐侵蚀、不同湿度环境以及附加电场对埋入混凝土及砂浆试件中的氯离子传感器工作性能的影响。结果表明：对混凝土施加0～50%的抗压强度值的荷载时，氯离子传感器的工作性能基本不受影响，当外加荷载达到60%以上的抗压强度值后，传感器工作性能开始失效；混凝土所处环境中的相对湿度越高，埋入的氯离子传感器输出的电位值变化量越小，传感器的实时监测性能良好；氯离子传感器在PH=12.5的混凝土环境中的监测性能良好，随着混凝土中PH值降低，传感器的监测能力逐渐变差；经过20次冻融循环后，埋入混凝土中的氯离子传感器的工作性良好，随着冻融循环次数的增加，氯离子传感器工作性变差。通过对埋有氯离子传感器的砂浆进行电化学除氯试验发现：不同氯盐掺量的砂浆中的氯离子传感器所监测的电位值均随除氯时间的延长呈增大的趋势，随着除氯时间的延长氯离子传感器所在位置处（即钢筋附近）的氯离子浓度越来越小，且最终的氯离子传感监测值与混凝土中的氯离子含量非常接近，从而证明此氯离子传感器也可用于电化学除氯过程中的氯离子浓度原位监测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.1.1 混凝土钢筋锈蚀的重要性
• 1.1.2 混凝土中钢筋锈蚀的原因
• 1.1.3 混凝土氯离子含量实时监测技术
• 1.2 环境因素对混凝土结构耐久性的影响
• 1.2.1 冻融循环作用
• 1.2.2 碳化与混凝土中性化
• 1.2.3 硫酸盐侵蚀破坏
• 1.2.4 氯盐侵蚀与电化学除氯技术
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 原材料性能及试验方法
• 2.1 原材料
• 2.1.1 电极制作所用材料
• 2.1.2 混凝土、砂浆所用原材料
• 2.1.3 试验所用其他原材料
• 2.2 实验使用仪器
• 2.3 实验方案
• 2.3.1 锰环体模具优化
• 2.3.2 参比电极的制备
• 2.3.3 氯离子传感的制备
• 2.3.4 氯离子传感器性能的测试方案
• 第3章 氯离子传感器电化学性能
• 3.1 模拟孔溶液中氯离子传感器的能斯特响应
• 3.2 混凝土环境中氯离子传感器的能斯特响应
• 3.3 混凝土环境中氯离子传感器性能测试
• 3.3.1 恒电流极化性能测试
• 3.3.2 塔菲尔（Tafel） 曲线测试
• 3.3.3 循环伏安法（CV）测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 不同环境条件下氯离子传感器的工作性能
• 4.1 荷载对氯离子传感器工作性能的影响
• 4.1.1 抗压荷载作用
• 4.1.2 反复荷载作用
• 4.2 不同湿度环境对氯离子传感器工作性能的影响
• 4.3 中性化对氯离子传感器工作性能的影响
• 4.4 冻融循环对氯离子传感器工作性能的影响
• 4.5 硫酸盐侵蚀对氯离子传感器工作性能的影响
• 4.6 附加电场作用下氯离子传感器的响应能力
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢