專利名稱：一種木材或混凝土等表面涂層性能的測試裝置及其評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種木材或混凝土等表面涂層性能的測試裝置及其評價方法。
背景技術(shù)：
混凝土被廣泛應(yīng)用于工業(yè)/民用建筑、道路、橋梁、隧道和海洋工程等。隨著混凝土在各種不同環(huán)境下的大量使用，混凝土和混凝土結(jié)構(gòu)受到各種惡劣環(huán)境的腐蝕和破壞，在給世界各國人民帶來了巨大損失的同時，也給人民的生活帶來了諸多不利的影響。僅我國每年耗費在混凝土結(jié)構(gòu)上的費用就已超過千億元，因此混凝土的耐久性問題日益嚴峻。涂層防護是混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕和劣化修復(fù)的重要措施之一。所以混凝土保護涂層技術(shù)作為一種能有效提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的方法，優(yōu)勢明顯，性價比高而逐漸受到人們的關(guān)注。但是當(dāng)前有關(guān)混凝土保護涂層材料的性能和防護效果的測試及評價方法還不成熟，嚴重制約了這類材料的健康發(fā)展和應(yīng)用。目前測試的對于涂層性能的測試方法主要有:電化學(xué)阻抗法，擴散池法、電化學(xué)噪聲法，掃描Kelvin探針法等。其中大部分測試的對象都是涂層/金屬體系或涂層/鋼筋混凝土體系，對于涂層/混凝土或涂層/木材體系中測試涂層性能的方法不多。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，克服涂層/混凝土或涂層/木材體系測試的缺陷，本發(fā)明提供一種木材或混凝土等表面涂層性能的測試裝置及其評價方法，本發(fā)明是通過電化學(xué)方法對涂層性能進行快速檢測，其制作過程簡單，能夠準確的確定測試面積，快速得到涂層性能信息。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn):一種木材或混凝土等表面涂層性能的測試裝置及其評價方法，包括涂層性能測試裝置和使用該裝置進行涂層性能的評價方法。包括:支架、底板、碳鋼、離子導(dǎo)體層、被測體、第一密封圈、容器、第二密封圈、頂板、參比電極和輔助電極，所述支架為四根螺絲釘，分別與底板和頂板固定連接，可選擇不銹鋼螺絲釘或者具有一定強度的塑料螺絲釘，通過螺絲帽予以固定；所述底板上依次設(shè)置有碳鋼、離子導(dǎo)體層、被測體、第一密封圈、容器、第二密封圈和頂板；所述底板和頂板選擇絕緣材料,例如聚氯乙烯(PVC)板；所述碳鋼設(shè)置于底板上，用作工作電極；所述離子導(dǎo)體層設(shè)置在碳鋼的上面并與其接觸，用于導(dǎo)通離子溶液和碳鋼，能夠?qū)崿F(xiàn)離子和氧的擴散，同時有一定的機械力學(xué)支持性能，例如浸潤溶液(與容器里的溶液一致)的多孔陶瓷、竹炭或者木炭；
所述被測體為木材或者混凝土，在進行放置時，將被測體上涂有涂料的一面(涂層面)向上，另一面(非涂層面)直接與離子導(dǎo)電層接觸；所述第一密封圈和第二密封圈選擇橡皮密封圈，其中第一密封圈設(shè)置在被測體涂有涂料的一面上，用于和容器的一端接觸；所述容器的另一端與第二密封圈接觸；所述第二密封圈直接與頂板接觸；所述容器為圓筒，選擇為有機玻璃圓筒，兩端開口，用于盛裝離子導(dǎo)體溶液，兩端與密封圈接觸后能夠?qū)崿F(xiàn)對溶液的密封，避免外溢；所述頂板上設(shè)置有用于安裝參比電極和輔助電極的安裝孔，所述參比電極為飽和甘汞電極，所述輔助電極為鉬電極，所述安裝孔直徑為10_，能夠用于注入溶液介質(zhì)和放置輔助電極以及參比電極。在進行組裝時，首先將底板、碳鋼、離子導(dǎo)體層、被測體、第一密封圈、容器、第二密封圈、頂板依次彼此接觸，然后通過支架(即螺絲釘和螺絲帽)將上述結(jié)構(gòu)予以固定，最后通過安裝孔導(dǎo)入離子導(dǎo)體溶液，并安裝參比電極和輔助電極。通過頂板的小孔將有機玻璃管內(nèi)注滿離子導(dǎo)體溶液，靜置一段時間(例如24小時)待離子導(dǎo)體溶液滲透被測體系涂層面、被測體系木材面(或混凝土)、離子導(dǎo)體，最后滲透到碳鋼表面。然后進行電化學(xué)阻抗測試得到時間常數(shù)(τ g = Rt.Cdl)，進而評價涂層性能。本發(fā)明的技術(shù)方案，利用上述裝置進行測試，通過離子導(dǎo)體材料對離子溶液的傳導(dǎo)作用，使得涂層與碳鋼導(dǎo)通，最終使得輔助電極與被測體在注滿離子導(dǎo)體溶液時構(gòu)成一個導(dǎo)電回路。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:通過本發(fā)明能夠快速準確地得到木材或混凝土等表面涂層的性能，制作工藝簡單。有機玻璃管底部的橡皮密封圈能夠很好達到密封電流和溶液介質(zhì)的作用，有機玻璃管的底面積是固定的能夠保證所有測試面積的一致性并且方便計算。測試方法簡單可行，測試結(jié)果易分析，便于對涂層性能做出快速準確的評價。


圖1本發(fā)明的測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖(一)，其中I為支架，2為底板，3為碳鋼，4為離子導(dǎo)體層，5為被測體的非涂層面，6為被測體的涂層面，7-1為第一密封圈，8為容器，9為頂板，10為參比電極，11為輔助電極。圖2本發(fā)明的測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖(二)，其中I為支架，2為底板，3為碳鋼，4為離子導(dǎo)體層，5為被測體的非涂層面，6為被測體的涂層面，7-1為第一密封圈，7-2為第二密封圈，8為容器，9為頂板,10為參比電極,11為輔助電極。圖3利用本發(fā)明技術(shù)方案進行性能測試的bode圖(一)。圖4利用本發(fā)明技術(shù)方案進行性能測試的bode圖(二)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細地描述。如附圖1和2所示，本發(fā)明的測試裝置，包括:支架(螺絲釘)1、底板2、碳鋼(工作電極)3、離子導(dǎo)體層(浸潤離子溶液的多孔陶瓷)4、被測體的非涂層面5、被測體的涂層面6、橡皮密封圈7-1和7-2、有機玻璃管8、頂板9、參比電極10、輔助電極11，其中
碳鋼3置于所述底板2上作為工作電極；離子導(dǎo)體層4是置于碳鋼3上面，用于導(dǎo)通離子溶液和碳鋼；被測體的非涂層面5置于離子導(dǎo)體層上，被測體的涂層面6與橡皮密封圈7-1接觸，有機玻璃管8置于橡皮密封圈7-1上并通過橡皮密封圈7-2與頂板相接觸，頂板2上開有兩個直徑為IOmm的安裝孔，安裝孔是為了用于注入溶液介質(zhì)和放置輔助電極11以及參比電極10 ;整個裝置通過支架I (四根長螺絲釘)固定，使得各個部分緊密相連組成一個整體。通過頂板9的安裝孔將有機玻璃管8內(nèi)注滿離子溶液，靜置24小時待離子溶液滲透被測體的涂層面6、被測體的非涂層面5、離子導(dǎo)體層4，最后滲透到碳鋼3表面。使用本發(fā)明的測試裝置測試木材或混凝土等表面涂層性能的步驟及評價方法如下:(I)實驗溶液介質(zhì):將濃度為 5mmol/LCaCl2、18mmol/L NaCl>9.38mmol/L Na2SO4 的水溶液作為離子導(dǎo)體溶液注入裝置(有機玻璃管內(nèi))，靜置24小時待溶液介質(zhì)滲透涂層和混凝土后進行電化學(xué)測試。

(2)實驗參數(shù)設(shè)置:采用美國的AMETEK子公司Princeton Applied Research公司生產(chǎn)的PARSTAT2273電化學(xué)測試系統(tǒng)進行電化學(xué)阻抗測試，正弦波電壓激勵幅值為20mV，掃描頻率為IMHz 20mHz，每倍頻程為8步，4次重復(fù)取平均值。(3)通過電化學(xué)阻抗譜測試，得到時間常數(shù)(τ g = Rt.Cdl)，評價涂層性能。使用本發(fā)明一種木材或混凝土等表面涂層性能的測試裝置及其評價方法。當(dāng)裝置注入離子溶液時，通過離子導(dǎo)體材料對離子溶液的傳導(dǎo)作用使得輔助電極與被體系構(gòu)成一個導(dǎo)電回路，通過電化學(xué)阻抗測試，得到時間常數(shù)評價涂層性能。對由華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司提供的現(xiàn)場掛片試驗混凝土涂層試塊進行表面涂層性能測試，涂層編號分別為1、2、3，得到bode圖如附圖3和4所示。阻抗數(shù)據(jù)采用Zsimpwin軟件進行處理，選擇R(CR)(曹楚南，張鑒清，電化學(xué)阻抗譜導(dǎo)論[M](第二版).北京，科學(xué)出版社，2002:163-178)等效電路對測試結(jié)果進行擬合結(jié)果如下:表IR(CR)等效電路擬合結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種木材或混凝土等表面涂層性能的測試裝置，其特征在于，包括支架、底板、碳鋼、離子導(dǎo)體層、被測體、第一密封圈、容器、第二密封圈、頂板、參比電極和輔助電極，其中所述支架為四根螺絲釘，分別與底板和頂板固定連接；所述底板上依次設(shè)置有碳鋼、離子導(dǎo)體層、被測體、第一密封圈、容器、第二密封圈和頂板；所述碳鋼設(shè)置于底板上，用作工作電極；所述離子導(dǎo)體層設(shè)置在碳鋼的上面并與其接觸，用于導(dǎo)通離子溶液和碳鋼；所述被測體為木材或者混凝土，在進行放置時，將被測體上涂有涂料的涂層面向上，非涂層面直接與離子導(dǎo)電層接觸；所述第一密封圈設(shè)置在被測體的涂層面上，用于和容器的一端接觸；所述容器的另一端與第二密封圈接觸；所述第二密封圈直接與頂板接觸；所述頂板上設(shè)置有用于安裝參比電極和輔助電極的安裝孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木材或混凝土等表面涂層性能的測試裝置，其特征在于，所述參比電極為飽和甘汞電極，所述輔助電極為鉬電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木材或混凝土等表面涂層性能的測試裝置，其特征在于，所述第一密封圈和第二密封圈選擇橡皮密封圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木材或混凝土等表面涂層性能的測試裝置，其特征在于，所述底板和頂板選擇絕緣材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木材或混凝土等表面涂層性能的測試裝置，其特征在于，所述底板和頂板為PVC板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木材或混凝土等表面涂層性能的測試裝置，其特征在于，所述支架選擇不銹鋼螺絲釘或者塑料螺絲釘，通過螺絲帽予以固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的一種木材或混凝土等表面涂層性能的測試裝置，其特征在于，所述離子導(dǎo)體層為浸潤溶液的多孔陶瓷、竹炭或者木炭，所述溶液與設(shè)置在容器中的溶液組成一致。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木材或混凝土等表面涂層性能的測試裝置，其特征在于，所述容器為圓筒，選擇為有機玻璃圓筒，兩端開口，用于盛裝離子導(dǎo)體溶液，兩端與密封圈接觸后能夠?qū)崿F(xiàn)對溶液的密封，避免外溢。
9.一種利用如權(quán)利要求1所述的測試裝置進行表面涂層性能的評價方法，其特征在于，首先將底板、碳鋼、離子導(dǎo)體層、被測體、第一密封圈、容器、第二密封圈、頂板依次彼此接觸，然后通過支架將上述結(jié)構(gòu)予以固定，最后通過安裝孔導(dǎo)入離子導(dǎo)體溶液，并安裝參比電極和輔助電極；通過頂板的小孔將有機玻璃管內(nèi)注滿離子導(dǎo)體溶液，靜置待離子導(dǎo)體溶液滲透被測體的涂層面、被測體的非涂層面、離子導(dǎo)體層，最后滲透到碳鋼表面，通過離子導(dǎo)體材料對離子溶液的傳導(dǎo)作用，使得涂層與碳鋼導(dǎo)通，最終使得輔助電極與被測體在注滿離子導(dǎo)體溶液時構(gòu)成一個導(dǎo)電回路；然后進行電化學(xué)阻抗測試得到時間常數(shù)Tg =Rt.Cdl，進而評價涂層性能，τ g值越大，涂層性能越好，其中Cdl的綱量為F/cm2，Rt的綱量為 Ω.cm2, τ g = Rt.Cdl 綱量為 S。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的進行表面涂層性能的評價方法，其特征在于，將濃度為5mmol/L CaCl2> 18mmol/L NaCl>9.38mmol/L Na2SO4的水溶液作為離子導(dǎo)體溶液進行注入，靜置24小時待溶液介質(zhì)滲透涂層和混凝土后進行電化學(xué)測試；采用美國的AMETEK子公司Princeton Applied Research公司生產(chǎn)的PARSTAT2273電化學(xué)測試系統(tǒng)進行電化學(xué)阻抗測試，正弦波電壓激勵幅值為20mV，掃描頻率為IMHz 20mHz，每倍頻程為8步，4次重復(fù)取平均值；阻抗數(shù)據(jù)采用Zsimpwin軟件進行處理，選擇R(CR)等效電路對測試結(jié)果進行擬合結(jié)果，以得到時間 常數(shù)
全文摘要
本發(fā)明公開一種木材或混凝土等表面涂層性能的測試裝置及其評價方法，包括支架、底板、碳鋼、離子導(dǎo)體層、被測體、密封圈、有機玻璃管、頂板，其中碳鋼置于底板上作為工作電極；離子導(dǎo)體材料置于碳鋼上；被測體系木材面置于離子導(dǎo)體材料上；密封圈置于被測體系涂層面上；所述有機玻璃管置于橡皮密封圈上；頂板上開有小孔，用于注入溶液介質(zhì)和放置輔助電極以及參比電極；整個裝置通過支架固定，使得各個部分緊密相連組成一個整體。通過頂板的小孔將有機玻璃管內(nèi)注滿離子導(dǎo)體溶液，待離子導(dǎo)體溶液滲透被測體系涂層面、被測體系、離子導(dǎo)體材料，滲透到碳鋼表面，進行電化學(xué)阻抗測試得到時間常數(shù)，進而評價涂層性能。
文檔編號G01N27/26GK103149254SQ20131005852
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者高志明, 文麗娟, 修妍, 劉永長 申請人:天津大學(xué)