本發(fā)明涉及氯離子選擇電極領域，尤其是涉及混凝土中氯離子遷移量和速率的監(jiān)測裝置、方法及應用。

背景技術：

混凝土作為一種建筑材料，其耐久性一直是研究的熱點。雖然微裂縫對構(gòu)件的承載能力不會產(chǎn)生大的影響，但在橋梁工程的氯鹽環(huán)境下，氯離子會透過保護層的裂縫到達鋼筋表面，加速鋼筋的腐蝕。腐蝕產(chǎn)物膨脹進一步加速裂縫的開展，直至對構(gòu)件產(chǎn)生破壞。因此，混凝土中氯離子滲透性的測定有著重要的意義。

目前氯離子滲透性試驗方法可分為三大類：自然擴散法、外加電場加速擴散法和壓力滲透法。自然擴散法需要的時間較長，相比之下，外加電場加速擴散法快速，是目前應用最廣泛的方法。外加電場加速擴散法主要包括ACTM C 1202試驗方法及其改進方法和RCM試驗方法。ACTM C 1202法通過測定一定的電場下混凝土通過的總電量來評價混凝土中氯離子的滲透性，由于孔隙溶液中離子的濃度、溫度等因素對測量結(jié)果有較大的影響，容易產(chǎn)生誤差，而混凝土氯離子擴散系數(shù)儀（RCM）通過在劈裂面上噴灑硝酸銀，根據(jù)氯化銀的產(chǎn)物的位置推算氯離子擴散系數(shù)。這種測定方法不適合高滲型混凝土，也不能跟蹤氯離子跨混凝土的遷移過程，得到氯離子遷移量和遷移速率與時間的關系。此外，RCM法需要劈裂試件，對試件產(chǎn)生破壞，試件不能重復使用。

目前仍未有一種簡單、準確、直觀的測定混凝土中氯離子遷移量的方法及裝置。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種氯離子跨混凝土遷移量的監(jiān)測裝置、方法及應用。本發(fā)明所采用的技術方案是在附加電場的作用下，通過電化學工作站測定混凝土表面銀-氯化銀電極與參比電極的電位差，根據(jù)氯離子濃度和電位差的半對數(shù)標準曲線得到氯離子跨混凝土的遷移量與時間的關系。

本發(fā)明一方面提供一種氯離子跨混凝土遷移量的監(jiān)測裝置，

包括貯液池、膠套管、上蓋板、電極、鹽橋、支架；

所述上蓋板設置于膠套管上端；

所述膠套管外封混凝土試件后置于貯液池底部的支架上，使位于混凝土試件下端的貯液池作為陰極室，位于混凝土試件上端、膠套管及上蓋板之間的空腔作為陽極室；

所述電極包括鎳電極、鈦電極、銀-氯化銀電極和飽和甘汞電極，所述鎳電極通過支架固定于貯液池底部的陰極室中，所述鈦電極通過支架固定于陽極室內(nèi)，所述銀-氯化銀電極和飽和甘汞電極固定于上蓋板，向下延伸并穿過鈦電極的兩個通孔到達混凝土試件上表面，所述飽和甘汞電極末端接上鹽橋與銀-氯化銀電極隔間隙相望。

進一步地，所述上蓋板中部設有方便鈦電極接通外部電路的插口，所述貯液池的池壁設有用于固定及方便鎳電極接通外部電路的插口。

進一步地，所述上蓋板、膠套管、混凝土試件、支架、電極的連接采用環(huán)氧樹脂膠粘、搭接或卡位方式固定連接。

進一步地，所述上蓋板、貯液池和膠套管均采用透明材料制作。

進一步地，所述貯液池、膠套管為圓柱體。

進一步地，所述的鎳電極、鈦電極為圓形網(wǎng)格板。

本發(fā)明同時提供了一種基于氯離子跨混凝土的遷移量的監(jiān)測方法，采用所述監(jiān)測裝置，包括以下步驟：

（1）將混凝土試件浸泡于KNO₃和KOH溶液中，拿出后用膠套管密封試件側(cè)表面；

（2）將適量的NaCl、KNO₃和KOH溶液加入陰極室中； KNO₃和KOH溶液通過上蓋板加入陽極室中；

（3）在鹽橋中加入相同濃度的KNO₃溶液；

（4）將陽極室中的飽和甘汞電極和銀-氯化銀電極分別與電化學儀器的參比電極和工作電極相連接，將鈦電極和鎳電極分別與穩(wěn)壓直流電源的正負極相連接；

（5）通入恒定電壓，通過電化學工作站測定混凝土試件表面銀-氯化銀電極與參比電極的電位差隨時間的變化，再根據(jù)氯離子濃度和電位差的半對數(shù)標準曲線推得氯離子跨混凝土遷移量與時間的關系。

進一步地，所述NaCl、KNO₃和KOH的濃度區(qū)間分別為1~4mol/L、0.1~1mol/L、0.05~0.3mol/L。

進一步地，所述穩(wěn)壓直流電源的電壓范圍為10~60V。

更進一步地，本發(fā)明還提供了上述監(jiān)測方法應用于評定混凝土中氯離子滲透性上。

與現(xiàn)有技術相比，該本發(fā)明具有適用范圍廣、成本低、操作簡便、可以實時監(jiān)測、對試件不產(chǎn)生破壞等特點，實現(xiàn)無損檢測，包括：

（1）適用范圍廣：氯離子擴散系數(shù)儀或ACTM C 1202法只適合評價一定密實度范圍內(nèi)混凝土中氯離子的滲透性，而本發(fā)明裝置及方法測定的是氯離子的遷移過程，不受時間和混凝土滲透性能的限制。

（2）成本低：RCM方法使用昂貴的硝酸銀檢測氯離子，作為耗材，成本高，而本發(fā)明方法通過測定電極電位差來測定氯離子遷移量，耗材少，成本低。

（3）操作簡便：RCM實驗需要劈開實驗試件，觀察劈裂面的氯化銀分布推算混凝土氯離子擴散系數(shù)，操作繁瑣復雜，而本發(fā)明方法測定的是跨過混凝土到達上表面的氯離子濃度，無需劈開試件。

（4）實時監(jiān)測：相比于最后只能推得一個氯離子擴散系數(shù)，本發(fā)明裝置及方法可以直觀地通過測定電極的電位差得到氯離子遷移量和遷移速率隨時間的變化關系，反映氯離子在外電場下跨混凝土遷移的全過程。

（5）對試件不產(chǎn)生破壞：本發(fā)明方法不會對試件產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性的破壞，試件在反向電場的作用下，內(nèi)部的氯離子全部遷移出，試件可以循環(huán)使用。

附圖說明

圖1本發(fā)明實施例1的裝置外觀結(jié)構(gòu)圖。

圖2本發(fā)明實施例1的裝置透視圖。

圖3本發(fā)明實施例1的裝置中上蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4本發(fā)明實施例1的裝置中鎳電極的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5本發(fā)明實施例1的裝置中鈦電極的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6本發(fā)明實施例1的裝置中銀-氯化銀電極的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7本發(fā)明實施例1的裝置中飽和甘汞電極的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8本發(fā)明實施例1的裝置中支架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9本發(fā)明實施例2所得的氯離子跨混凝土遷移量隨時間變化的曲線。

圖中所示：1為貯液池，2為膠套管，3為上蓋板，4為銀-氯化銀電極，5為飽和甘汞電極，6為鈦電極，7為鎳電極，8為支架，9為混凝土試件。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

實施例1

如圖1至圖8所示，一種氯離子跨混凝土遷移量的監(jiān)測裝置，

包括貯液池1、膠套管2、上蓋板3、電極、鹽橋、支架8，所述上蓋板3、貯液池1和膠套管2均采用透明材料制作。

所述上蓋板3和膠套管2均為圓柱形，所述上蓋板3設置于膠套管2上端，采用卡位固定連接方式與膠套管2相連接；

所述膠套管2外封混凝土試件9后置于通過環(huán)氧樹脂等膠粘結(jié)固定在圓柱形貯液池1底部的支架8上，使位于混凝土試件9下端的貯液池1作為陰極室，位于混凝土試件9上端、膠套管及上蓋板3之間的空腔作為陽極室；從而保證陰極室的氯離子只能通過混凝土下表面向上遷移；

所述電極包括鎳電極7、鈦電極6、銀-氯化銀電極4和飽和甘汞電極5，所述鎳電極7通過支架8固定于貯液池底部的陰極室中，優(yōu)選形狀為圓形的網(wǎng)格板；所述鈦電極6通過支架8固定于陽極室內(nèi)，優(yōu)選形狀為圓形的網(wǎng)格板；本領域技術人員根據(jù)具體情況，也可選擇鈦電極6代替鎳電極7。所述銀-氯化銀電極4和飽和甘汞電極5固定于上蓋板3，向下延伸并穿過鈦電極6的兩個通孔到達混凝土試件9上表面，所述飽和甘汞電極5末端接上鹽橋與銀-氯化銀電極4隔間隙相望。本實施例中，銀-氯化銀電極4和飽和甘汞電極5分別固定于上蓋板3中心左右兩側(cè)，銀-氯化銀電極4的外形沒有嚴格的要求，優(yōu)選細長的圓柱體，電極尖端與混凝土試件9上表面處于同一水平線上，飽和甘汞電極5通過鹽橋與銀-氯化銀電極4相靠近。

所述上蓋板3中部設有方便鈦電極6接通外部電路的插口，所述貯液池1的池壁設有用于固定及方便鎳電極7接通外部電路的插口，用環(huán)氧樹脂等膠粘結(jié)固定。

本實施例中，貯液池1、膠套管2、上蓋板3、混凝土試件9、支架8、電極的連接除了采用環(huán)氧樹脂膠粘、搭接或卡位固定連接外，也可采用本領域其他常規(guī)連接方式。

實施例2

一種基于氯離子跨混凝土的遷移量的監(jiān)測方法，采用所述監(jiān)測裝置，包括以下步驟：

（1）將大小為直徑為100mm、高度為100mm的混凝土試件9浸泡于KNO₃和KOH溶液中，拿出后用膠套管2密封試件側(cè)表面；

（2）將250mL含KNO₃、KOH和NaCl的混合溶液加入陰極室中，它們的濃度分別為0.3mol/L、0.3mol/L和2mol/L，將250mL含KNO₃和KOH的混合溶液加入陽極室中，它們的濃度分別為0.3mol/L和0.3mol/L；

（3）在鹽橋中加入0.3mol/L的KNO₃溶液；

（4）將陽極室中的飽和甘汞電極5和銀-氯化銀電極4分別與電化學儀器的參比電極和對電極相連接，將鈦電極6和鎳電極7分別與穩(wěn)壓直流電源的正負極相連接；

（5）通入30V恒定電壓，通過采用上海辰華儀器有限公司CHI620D電化學工作站測定混凝土試件9表面銀-氯化銀電極4與參比電極的電位差隨時間的變化，測定外加30V電場下每隔5min陽極室中銀-氯化銀電極4和飽和甘汞電極5間的電位差，再根據(jù)氯離子濃度和電位差的半對數(shù)標準曲線推得氯離子跨混凝土遷移量與時間的關系, 繪制陽極室內(nèi)氯離子濃度隨時間變化的曲線圖，見附圖7。

實施例3

一種基于氯離子跨混凝土的遷移量的監(jiān)測方法，采用所述監(jiān)測裝置，包括以下步驟：

（1）將大小為直徑為100mm、高度為100mm的混凝土試件9浸泡于KNO₃和KOH溶液中，拿出后用膠套管2密封試件側(cè)表面；

（2）將250mL含KNO₃、KOH和NaCl的混合溶液加入陰極室中，它們的濃度分別為0.1mol/L、0.1mol/L和1mol/L，將250mL含KNO₃和KOH的混合溶液加入陽極室中，它們的濃度分別為0.1mol/L和0.1mol/L；

（3）在鹽橋中加入0.1mol/L的KNO₃溶液；

（4）將陽極室中的飽和甘汞電極5和銀-氯化銀電極4分別與電化學儀器的參比電極和對電極相連接，將鈦電極6和鎳電極7分別與穩(wěn)壓直流電源的正負極相連接；

（5）通入60V恒定電壓，通過采用上海辰華儀器有限公司CHI620D電化學工作站測定混凝土試件9表面銀-氯化銀電極4與參比電極的電位差隨時間的變化，測定外加60V電場下每隔5min陽極室中銀-氯化銀電極4和飽和甘汞電極5間的電位差，再根據(jù)氯離子濃度和電位差的半對數(shù)標準曲線推得氯離子跨混凝土遷移量與時間的關系，繪制出陽極室內(nèi)氯離子濃度隨時間變化的曲線圖。

實施例4

一種基于氯離子跨混凝土的遷移量的監(jiān)測方法，采用所述監(jiān)測裝置，包括以下步驟：

（1）將大小為直徑為100mm、高度為100mm的混凝土試件9浸泡于KNO₃和KOH溶液中，拿出后用膠套管2密封試件側(cè)表面；

（2）將250mL含KNO₃、KOH和NaCl的混合溶液加入陰極室中，它們的濃度分別為1mol/L、0.05mol/L和4mol/L，將250mL含KNO₃和KOH的混合溶液加入陽極室中，它們的濃度分別為1mol/L和0.05mol/L；

（3）在鹽橋中加入濃度為1mol/L的KNO₃溶液；

（4）將陽極室中的飽和甘汞電極5和銀-氯化銀電極4分別與電化學儀器的參比電極和對電極相連接，將鈦電極6和鎳電極7分別與穩(wěn)壓直流電源的正負極相連接；

（5）通入60V恒定電壓，通過采用上海辰華儀器有限公司CHI620D電化學工作站測定混凝土試件9表面銀-氯化銀電極4與參比電極的電位差隨時間的變化，測定外加60V電場下每隔5min陽極室中銀-氯化銀電極4和飽和甘汞電極5間的電位差，再根據(jù)氯離子濃度和電位差的半對數(shù)標準曲線推得氯離子跨混凝土遷移量與時間的關系, 繪制出陽極室內(nèi)氯離子濃度隨時間變化的曲線圖。

實施例5

根據(jù)上述實施例所繪制的陽極室內(nèi)氯離子濃度隨時間變化的曲線圖，本實施例將上述監(jiān)測方法應用于評定混凝土中氯離子滲透性上，實現(xiàn)跟蹤氯離子跨混凝土的遷移過程，得到氯離子遷移量和遷移速率與時間的關系，簡單、準確、直觀。

本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內(nèi)。