專利名稱：鋼筋腐蝕監(jiān)測用梳狀傳感單元的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土木工程技術(shù)，具體說就是一種鋼筋腐蝕監(jiān)測用梳狀傳感單元的制備方法。
背景技術(shù)：
鋼混結(jié)構(gòu)是現(xiàn)今及以后相當長的時間內(nèi)仍將采用的主要結(jié)構(gòu)型式之一，鋼筋腐蝕是引起鋼混結(jié)構(gòu)耐久性降低的最主要原因。美國國家材料顧問委員會調(diào)查表明，近253000 座混凝土橋面板出現(xiàn)嚴重腐蝕現(xiàn)象；日本約有21. 4%的鋼混結(jié)構(gòu)損壞是由鋼筋腐蝕引起的；我國2002年底僅公路危橋就達9597座，而耗資4000萬元的山東煙臺汽車站，更是在建成5年后的2009年即成危樓，其中鋼筋腐蝕是引起結(jié)構(gòu)服役性能嚴重劣化的主要原因之一。近期，我國再次投入數(shù)以萬億計的資金發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，占據(jù)相當比例的鋼混結(jié)構(gòu)的耐久性問題，勢必成為影響國民經(jīng)濟發(fā)展和社會和諧穩(wěn)定的戰(zhàn)略性課題。鋼筋腐蝕的危害之大出乎意料，隨著全球氣候與環(huán)境的惡化，這一問題勢必呈現(xiàn)出日益加劇的態(tài)勢，鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕問題正引起全世界高度關(guān)注。在混凝土環(huán)境下，由于混凝土的多孔性，水分與氧氣可以沿著孔隙和裂紋遷移，這恰好是低碳鋼和高強度合金鋼等鋼材腐蝕的必要條件。在大多數(shù)情形下沒有發(fā)生腐蝕的原因是這些孔隙中由于水泥的水化過程形成了高濃度的鈣、鈉和鉀的氫氧化物，從而保持了 PH值在12-13之間，這一高堿度環(huán)境是鋼材鈍化，形成致密的γ型氧化鐵防止了鋼材的快速腐蝕。然而當Cl—(來自除冰鹽或者海水)經(jīng)過混凝土表面在鋼筋表面進行聚集或者由于 CO2 (來自大氣，也是造成全球氣候變暖的重要因素之一)的作用使孔溶液PH值降低的情況下，鈍化膜遭到破壞，混凝土對鋼筋的保護作用失效，在A以及H2O充足的情況下鋼筋截面積減小或者出現(xiàn)蝕點，造成鋼混結(jié)構(gòu)耐久性嚴重劣化。隨著鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕問題引起全世界的廣泛關(guān)注，國內(nèi)外針對耦合腐蝕作用下的材料、構(gòu)件到結(jié)的性能進行了大量、系統(tǒng)的研究，這些研究建立了腐蝕狀態(tài)與材料、構(gòu)件及結(jié)構(gòu)性能之間寶貴的數(shù)據(jù)庫。鋼筋腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)一旦成功構(gòu)建，將在結(jié)構(gòu)腐蝕狀態(tài)與結(jié)構(gòu)服役性能之間架設(shè)“橋梁”，實時掌握結(jié)構(gòu)的耐久性狀態(tài)，并最終為結(jié)構(gòu)服役安全性的評定、合理化腐蝕控制措施與維修加固方案的提出及全壽命設(shè)計等提供科學依據(jù)。鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)研究工作的開展勢在必行，這一工作具有顯著的經(jīng)濟效益和潛在的、重要的社會效益。土木工程中絕大多數(shù)(除了部分高溫氧化反應外)鋼材的腐蝕過程都是電化學過程，所以電化學方法成為監(jiān)測結(jié)構(gòu)中鋼材腐蝕的最本質(zhì)的方法?？v觀國內(nèi)外應用電化學理論研究鋼混體系鋼筋腐蝕的相關(guān)工作，可分為兩方面內(nèi)容腐蝕狀態(tài)的電化學表征；腐蝕測量器件。過去數(shù)十年來，國內(nèi)外基于電化學原理對金屬的腐蝕問題進行了大量、深入地研究。不難發(fā)現(xiàn)，這些研究主要集中在實驗室狀態(tài)下，鋼混體系腐蝕電化學反應與鋼混結(jié)構(gòu)的特殊性決定了以往的研究對實現(xiàn)大規(guī)模鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕監(jiān)測還存在較大距離。首先，對于土木工程結(jié)構(gòu)中鋼筋/混凝土體系腐蝕的電化學機理了解得不夠充分，從而使許多研究結(jié)果存在較大差異?；炷潦堑湫偷亩嘞喾蔷|(zhì)體，由于水泥水化造成復雜的化學組分及微觀結(jié)構(gòu)，使得鋼筋在混凝土內(nèi)的腐蝕過程較為復雜，而復雜的電極過程常受到吸脫附、前置或后繼化學反應、吸附劑結(jié)構(gòu)、鈍化膜以及固相產(chǎn)物生成等因素的影響。所以，針對鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕過程的特殊性、復雜性，進一步發(fā)展適于鋼筋腐蝕監(jiān)測的電化學方法，是實現(xiàn)鋼筋腐蝕監(jiān)測的理論基礎(chǔ)，是關(guān)系到監(jiān)測結(jié)果是否準確有效的關(guān)鍵問題之一；其次，需要創(chuàng)新發(fā)展能夠滿足大規(guī)模鋼混基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕網(wǎng)絡(luò)式監(jiān)測用的腐蝕傳感器。腐蝕傳感器為豐富的電化學測量技術(shù)提供硬件支持，是各種腐蝕監(jiān)測方法能夠在實際工程中得以應用的載體和平臺，適于鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕監(jiān)測用的電化學腐蝕傳感器系統(tǒng)研究的匱乏，是阻礙基于電化學原理的鋼筋腐蝕監(jiān)測方法在實際工程應用的關(guān)鍵問題之二，電化學傳感器平臺的成功構(gòu)建將使豐富的電化學測試技術(shù)徹底擺脫實驗室研究狀態(tài)，走向?qū)嶋H工程應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋼筋腐蝕監(jiān)測用梳狀傳感單元的制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的所述的梳狀傳感單元包括集成化固態(tài)參比電極、 梳狀工作電極和梳狀輔助電極；采用NiF%04、Mn02、IrO2、石墨、Ag/AgCl形式的集成化固態(tài)參比電極；采用與所監(jiān)測鋼筋等同的材料制備梳狀工作電極；采用石墨、不銹鋼、Ta制備梳狀輔助電極；采用直接澆筑環(huán)氧樹脂制備梳狀傳感單元的殼體，制備方法具體步驟如下步驟一集成化固態(tài)參比電極的制備首先采用EB-PVD技術(shù)制備二元合金的混合金屬氧化物功能芯，然后應用具有優(yōu)異空間結(jié)構(gòu)的蒙脫石復合材料制備堿性導電功能層，最后集成上述成果，架構(gòu)具有5層結(jié)構(gòu)的集成化固態(tài)參比電極；步驟如下(一 )制備集成化固態(tài)參比電極功能芯集成化固態(tài)參比電極功能芯的制備包括EB-PVD態(tài)和氧化態(tài)兩個過程，通過優(yōu)化 EB-PVD沉積工藝參數(shù)，在Ti棒上得到制備態(tài)二元合金膜；進而，通過控制氧分壓對制備態(tài)的合金膜進行氧化處理，采用雙源蒸發(fā)EB-PVD制備合金膜，通過調(diào)整基板溫度、沉積速率、 靶基距、蒸汽入射角優(yōu)化制備工藝，基板溫度I1S與蒸發(fā)材料的熔點Tm的比值由低至高的變化過程中，形成的膜層由非晶態(tài)經(jīng)柱狀晶向軸晶轉(zhuǎn)變，選定0. 3 < Ts/Tm < 0. 5與0. 5 < Ts/ Tm < 1兩個基板溫度區(qū)；選定EB-PVD控制參數(shù)見表1表IEB-PVD沉積功能膜層的控制參數(shù)
權(quán)利要求
1. 一種鋼筋腐蝕監(jiān)測用梳狀傳感單元的制備方法，其特征在于所述的梳狀傳感單元包括集成化固態(tài)參比電極、梳狀工作電極和梳狀輔助電極；采用NiF%04、Mn02、Ir02、石墨、 Ag/AgCl形式的集成化固態(tài)參比電極；采用與所監(jiān)測鋼筋等同的材料制備梳狀工作電極； 采用石墨、不銹鋼、Ta制備梳狀輔助電極；采用直接澆筑環(huán)氧樹脂制備梳狀傳感單元的殼體，制備方法具體步驟如下步驟一集成化固態(tài)參比電極的制備首先采用EB-PVD技術(shù)制備二元合金的混合金屬氧化物功能芯，然后應用具有優(yōu)異空間結(jié)構(gòu)的蒙脫石復合材料制備堿性導電功能層，最后集成上述成果，架構(gòu)具有5層結(jié)構(gòu)的集成化固態(tài)參比電極，步驟如下(一)制備集成化固態(tài)參比電極功能芯集成化固態(tài)參比電極功能芯的制備包括EB-PVD態(tài)和氧化態(tài)兩個過程，通過優(yōu)化 EB-PVD沉積工藝參數(shù)，在Ti棒上得到制備態(tài)二元合金膜，進而，通過控制氧分壓對制備態(tài)的合金膜進行氧化處理，采用雙源蒸發(fā)EB-PVD制備合金膜，通過調(diào)整基板溫度、沉積速率、 靶基距、蒸汽入射角優(yōu)化制備工藝，基板溫度I1S與蒸發(fā)材料的熔點Tm的比值由低至高的變化過程中，形成的膜層由非晶態(tài)經(jīng)柱狀晶向軸晶轉(zhuǎn)變，選定0. 3 < Ts/Tm < 0. 5與0. 5 < Ts/ Tm < 1兩個基板溫度區(qū)，選定EB-PVD控制參數(shù)見表1 表IEB-PVD沉積功能膜層的控制參數(shù)
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋼筋腐蝕監(jiān)測用梳狀傳感單元的制備方法。步驟包括采用EB-PVD技術(shù)制備功能芯，應用蒙脫石復合材料制備堿性導電功能層，架構(gòu)具有5層結(jié)構(gòu)的集成化固態(tài)參比電極；采用線切割制備梳狀工作電極，電極的材料為與被監(jiān)測對象相同的材料，梳狀電極各齒寬度為2mm，齒間距為4mm；采用線切割制備梳狀輔助電極，電極的材料為高惰性的石墨、不銹鋼或Ta，梳狀輔助電極各齒的寬度為2mm，齒間距為4mm；本發(fā)明的梳狀結(jié)構(gòu)確保了腐蝕監(jiān)測過程中激勵或者感知的電流在工作與輔助電極之間導通，同時固態(tài)參比電極能夠確保監(jiān)測工作電極表面的電位變化。梳狀傳感單元是適用于鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕監(jiān)測用的經(jīng)典三電極體系，為腐蝕監(jiān)測提供硬件支撐。
文檔編號G01N27/26GK102353705SQ20111017581
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者喬國富, 歐進萍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學