發(fā)布時(shí)間：2020-10-13 16:11

　　 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中引起結(jié)構(gòu)破壞的最常見的原因之一是鋼筋的銹蝕,混凝土內(nèi)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(kuò)散作用進(jìn)入混凝土內(nèi)部與混凝土孔隙液中的Ca(OH)_2反應(yīng)生成CaCO_3,導(dǎo)致混凝土孔隙液pH值降低,當(dāng)混凝土孔隙液pH值低于9時(shí)鋼筋鈍化膜發(fā)生破壞,引起鋼筋銹蝕。目前最常用的測(cè)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(duì)混凝土pH值進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。因此,發(fā)展可埋入式的混凝土pH值傳感器對(duì)于監(jiān)測(cè)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(duì)電極性能的影響,運(yùn)用SEM、EDS、AFM、XPS等技術(shù)表征了電極的微觀形貌和化學(xué)組成等方面的特點(diǎn)。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(cè)砂漿內(nèi)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(huì)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(yīng)時(shí)間最快約為67s,能斯特標(biāo)定的靈敏度和截距分別為74.91mV/pH,1001.43mV,相關(guān)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(yīng)時(shí)間較長(zhǎng),大部分的測(cè)試中響應(yīng)時(shí)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(jié)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(yīng)時(shí)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(jīng)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(jié)構(gòu),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(jié)合力也有提高。850℃制備的電極響應(yīng)時(shí)間在19s左右,電極靈敏度為54.6mV/pH,一個(gè)月的長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)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(biāo)定結(jié)果趨于一條統(tǒng)一的直線,在飽和Ca(OH)_2溶液中對(duì)電極施加-200mV,恒壓30min的恒電壓處理方法,使電極標(biāo)定的結(jié)果和自然老化半年的結(jié)果接近。恒電壓處理法縮短了電極老化的時(shí)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(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性、能斯特響應(yīng)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(biāo)定具有較好的線性相關(guān)性,在砂漿中的測(cè)試顯示該傳感器可以用來進(jìn)行砂漿pH值的監(jiān)測(cè)。
【學(xué)位單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP212
【部分圖文】：

圖 1.1 鋼筋腐蝕機(jī)理如圖 1.1 所示，陽極反應(yīng)生成的多余電子由鋼筋傳導(dǎo)至陰極區(qū)，同時(shí)陰應(yīng)產(chǎn)生的氫氧根離子由混凝土空隙內(nèi)電解質(zhì)液或鋼筋與混凝土間隙液遷移極區(qū)，由此構(gòu)成一個(gè)腐蝕電流回路。對(duì)于不同鋼筋構(gòu)件其環(huán)境介質(zhì)及尺寸千差萬別，使其去鈍化面積及反應(yīng)不盡相同，但其腐蝕機(jī)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(zhì)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(zhì)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(qiáng)，主要從孔隙、微裂縫等通道進(jìn)入混凝部[5]。氯離子從混凝土外部進(jìn)入的傳輸過程比較復(fù)雜，是有多種機(jī)理同時(shí)、作用的結(jié)果。目前被人們廣泛接受的傳輸方式如下：

)3，同時(shí)重新釋放氯離子。它在鋼筋腐蝕過程起催化劑的作用，并應(yīng)產(chǎn)物，且氯離子濃度在腐蝕過程中保持不變，僅擔(dān)任“搬運(yùn)工”的子濃度聚集到臨界值時(shí)，若不及時(shí)采取措施，腐蝕將會(huì)不斷進(jìn)行使到破壞，壽命大大的降低。整個(gè)過程反應(yīng)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(zhì)，且鋼筋表面形成的鈍化膜各處厚薄內(nèi)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(shí)露出鐵質(zhì)基體，從而與周圍鈍化膜未被破壞處形成一定解質(zhì)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(gòu)成“大陰極小陽極”，這種電化學(xué)腐蝕速度極快鋼筋表面發(fā)生點(diǎn)蝕，如圖 1.2 所示。

青島理工大學(xué)碩士學(xué)位論文化學(xué)反應(yīng)兩個(gè)過程。大量碳化實(shí)驗(yàn)表明：混凝土碳化速率由兩個(gè)環(huán)決定。二氧化碳擴(kuò)散速率受混凝土本身的密實(shí)性、溫度、濕度等方面的影響。碳化過程的主要化學(xué)反應(yīng)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(kuò)散作用進(jìn)入混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔中，并液內(nèi)的 Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)生成 CaCO3，使混凝土內(nèi)部孔隙液 pH .5，這時(shí)可看作混凝土已開始碳化。當(dāng)混凝土內(nèi)部 pH 降到 8.5~9 度足夠到達(dá)鋼筋表面位置時(shí)，鋼筋表面鈍化膜便會(huì)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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2839386