鋼筋混凝土結構中引起結構破壞的最常見的原因之一是鋼筋的銹蝕,混凝土內部高堿性環(huán)境使鋼筋表面形成一層鈍化膜防止鋼筋銹蝕。CO_2通過擴散作用進入混凝土內部與混凝土孔隙液中的Ca(OH)_2反應生成CaCO_3,導致混凝土孔隙液pH值降低,當混凝土孔隙液pH值低于9時鋼筋鈍化膜發(fā)生破壞,引起鋼筋銹蝕。目前最常用的測試混凝土孔隙液pH值的方法有固液萃取法,擠壓孔隙液法,但是這兩種方法都屬于破壞性的方法,無法對混凝土pH值進行實時的監(jiān)測。因此,發(fā)展可埋入式的混凝土pH值傳感器對于監(jiān)測混凝土耐久性問題具有重要意義。本文采用恒電流沉積法和高溫碳酸鹽氧化法兩種方法制備氧化銥pH電極,系統(tǒng)研究了恒電流沉積法的沉積電流密度,高溫碳酸鹽氧化法的氧化溫度,碳酸鹽種類對電極性能的影響,運用SEM、EDS、AFM、XPS等技術表征了電極的微觀形貌和化學組成等方面的特點。將自制的氧化銥pH工作電極和錳/二氧化錳參比電極組合的傳感器埋入砂漿中監(jiān)測砂漿內部pH值的變化情況。本文主要研究成果包括:(1)恒電流沉積法制備的電極采用了0.16 mA/cm~2,1 mA/cm~2,2 mA/cm~2,3 mA/cm~2四種沉積電流密度,該方法制備的電極表面呈現(xiàn)“泥裂”狀的形貌,隨著沉積電流密度的增加,沉積層表面會析出越多的K_2CO_3,1mA/cm~2沉積電流密度制備的電極表面粗糙度較大,呈現(xiàn)出高低起伏的形貌,且響應時間最快約為67s,能斯特標定的靈敏度和截距分別為74.91mV/pH,1001.43mV,相關度較好。恒電流沉積法制備的電極水合程度較高,沉積層容易脫落。(2)高溫碳酸鈉氧化法采用700℃、750℃、800℃、850℃三種氧化溫度制備電極,SEM照片顯示隨著氧化溫度的提高電極表面塊狀顆粒越來越大,高溫下出現(xiàn)了氧化膜的分層重疊等缺陷。高溫碳酸鈉氧化法制備的電極響應時間較長,大部分的測試中響應時間超過5min。(3)高溫碳酸鋰加過氧化鈉氧化法采用750℃、800℃、850℃三種氧化溫度制備電極,結果顯示隨著氧化溫度的提高電極表面顆粒變大,均勻性下降。750℃制備的電極響應時間在5s左右,電極的靈敏度和截距隨著氧化溫度的提高而降低。750℃制備的電極靈敏度為56.52mV/pH,641.76mV。電極經過老化后穩(wěn)定性較好。(4)高溫碳酸鋰氧化法采用750℃、800℃、850℃三種氧化溫度制備電極,電極微觀形貌呈現(xiàn)致密顆粒狀結構,隨著氧化溫度的升高電極氧化層顆粒更加致密和均勻,氧化膜的結合力也有提高。850℃制備的電極響應時間在19s左右,電極靈敏度為54.6mV/pH,一個月的長期穩(wěn)定性測試中電極電位減少了13.4mV/pH。高溫碳酸鋰氧化法850℃制備的電極性能最佳。(5)高溫碳酸鋰氧化法制備的電極在半年的老化后,標定結果趨于一條統(tǒng)一的直線,在飽和Ca(OH)_2溶液中對電極施加-200mV,恒壓30min的恒電壓處理方法,使電極標定的結果和自然老化半年的結果接近。恒電壓處理法縮短了電極老化的時間,提高了電極的穩(wěn)定性。(6)綜合考慮電極的表觀形貌、響應時間、穩(wěn)定性、能斯特響應等方面的因素,850℃高溫碳酸鋰氧化法制備的電極適合作為埋入式混凝土用pH電極。氧化銥pH電極和自制的錳/二氧化錳參比電極組成的pH傳感器E-pH標定具有較好的線性相關性,在砂漿中的測試顯示該傳感器可以用來進行砂漿pH值的監(jiān)測。
【學位單位】：青島理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP212
【部分圖文】：

圖 1.1 鋼筋腐蝕機理如圖 1.1 所示，陽極反應生成的多余電子由鋼筋傳導至陰極區(qū)，同時陰應產生的氫氧根離子由混凝土空隙內電解質液或鋼筋與混凝土間隙液遷移極區(qū)，由此構成一個腐蝕電流回路。對于不同鋼筋構件其環(huán)境介質及尺寸千差萬別，使其去鈍化面積及反應不盡相同，但其腐蝕機理大體相同。目前混凝土鋼筋發(fā)生銹蝕的最常見侵蝕是氯離子及二氧化碳，在侵蝕介質的作用下鈍化膜破壞，在有氧氣及水的存鋼筋逐漸銹蝕。依據(jù)腐蝕發(fā)生的侵蝕介質不同，鋼筋去鈍化包括以下兩種：（1）氯鹽銹蝕的影響海洋環(huán)境下混凝土鋼筋銹蝕的最主要原因是氯離子侵蝕作用。由于氯離身離子半徑小、活性大使其穿透力強，主要從孔隙、微裂縫等通道進入混凝部[5]。氯離子從混凝土外部進入的傳輸過程比較復雜，是有多種機理同時、作用的結果。目前被人們廣泛接受的傳輸方式如下：

)3，同時重新釋放氯離子。它在鋼筋腐蝕過程起催化劑的作用，并應產物，且氯離子濃度在腐蝕過程中保持不變，僅擔任“搬運工”的子濃度聚集到臨界值時，若不及時采取措施，腐蝕將會不斷進行使到破壞，壽命大大的降低。整個過程反應式如下：FeClHOFeClHO2222 2 4 4 式（FeClHOFeOHClHO2232 4 () 2 2 式（混凝土本身是一種不均勻介質，且鋼筋表面形成的鈍化膜各處厚薄內部鋼筋的腐蝕多為局部腐蝕。最先聚集到臨界氯離子濃度的位被破壞同時露出鐵質基體，從而與周圍鈍化膜未被破壞處形成一定解質作用下形成腐蝕電池回路。其中鐵基體電位低作陽極，周圍大電位高作陰極，構成“大陰極小陽極”，這種電化學腐蝕速度極快鋼筋表面發(fā)生點蝕，如圖 1.2 所示。

青島理工大學碩士學位論文化學反應兩個過程。大量碳化實驗表明：混凝土碳化速率由兩個環(huán)決定。二氧化碳擴散速率受混凝土本身的密實性、溫度、濕度等方面的影響。碳化過程的主要化學反應式如下： 2 2 → 2 3式（ 2 3 ( )2→ 3 2 式（環(huán)境中的二氧化碳通過擴散作用進入混凝土內部的毛細孔中，并液內的 Ca(OH)2發(fā)生反應生成 CaCO3，使混凝土內部孔隙液 pH .5，這時可看作混凝土已開始碳化。當混凝土內部 pH 降到 8.5~9 度足夠到達鋼筋表面位置時，鋼筋表面鈍化膜便會脫鈍。這種腐膜破壞比較均勻且無明顯陰陽極，故被稱為“微電池”腐蝕。如圖
【參考文獻】

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本文編號：2839386