一種可用于混凝土內(nèi)部固態(tài)MnO2參比電極研究*

樊 玲,衛(wèi) 軍,彭述權(quán),劉 棟,董榮珍

(1.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院,長沙 410083;2.中南大學(xué)土木工程學(xué)院,長沙 410075)

?

一種可用于混凝土內(nèi)部固態(tài)MnO2參比電極研究*

樊 玲1,2,衛(wèi) 軍2*,彭述權(quán)1,劉 棟2,董榮珍2

(1.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院,長沙 410083;2.中南大學(xué)土木工程學(xué)院,長沙 410075)

研發(fā)一種可用于混凝土內(nèi)部固態(tài)MnO2參比電極。電極主要材料為MnO2膠體、Ca(OH)2膠體和高純度石墨粉末。調(diào)整材料質(zhì)量配比制備A、B和C類固態(tài)MnO2參比電極,配置模擬混凝土內(nèi)部環(huán)境的混凝土模擬液進行MnO2參比電極對比試驗研究。通過電位波動限值分析MnO2參比電極不合格率;通過電極電位值相對標(biāo)準(zhǔn)誤差分析其重現(xiàn)性、穩(wěn)定性、溫度、碳化和氯離子敏感性五項性能;給定各項性能權(quán)重值進而計算綜合分?jǐn)?shù)值,評定MnO2參比電極綜合性能。研究表明:A、B和C類MnO2電極具有較好的性能,其重現(xiàn)性性能低于其穩(wěn)定性、溫度、碳化和氯離子敏感性。C類MnO2電極各項性能以及綜合性能最優(yōu),A、B類次之。所研發(fā)的固態(tài)MnO2參比電極對發(fā)展混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測和長期健康監(jiān)測電化學(xué)傳感器技術(shù)具有重要意義。

混凝土;固態(tài)MnO2參比電極;電化學(xué)傳感器技術(shù);長期健康監(jiān)測;相對標(biāo)準(zhǔn)誤差

采用電化學(xué)傳感器技術(shù)進行混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測和長期健康監(jiān)測是通過植入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的特定傳感器體系來監(jiān)(檢)測其離子濃度變化,進而評估混凝土結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)。具備良好重現(xiàn)性、穩(wěn)定性、溫度、碳化和氯離子敏感性的可植入固態(tài)參比電極對于傳感器體系長期性能具有決定性影響。因此,研發(fā)可用于混凝土內(nèi)部固態(tài)參比電極對發(fā)展混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測和長期健康監(jiān)測電化學(xué)傳感器技術(shù)具有重要意義。甘汞電極和Cu/CuSO4電極屬于液態(tài)參比電極。將其植入混凝土內(nèi)部技術(shù)難度大,同時監(jiān)測過程中液態(tài)電解質(zhì)中的氯離子、銅離子容易腐蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[1-3]。Ag/AgCl電極具有良好的穩(wěn)定性,但其是裸露性、氯離子敏感性電極[4-5]。植入混凝土內(nèi)部后,一方面AgCl鍍層容易剝落和溶解而失去參比電極功能,另一方面混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子影響Ag/AgCl電極電位穩(wěn)定,以及Ag/AgCl電極中氯離子影響混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子濃度,導(dǎo)致測量結(jié)果失真[6-9]。

石墨電極、Metal-metal oxide(MMO)電極、NiFe2O4參比電極和MnO2參比電極屬于固態(tài)參比電極。石墨電極電位不穩(wěn)定,不能用作參比電極[4]。Metal-metal oxide(MMO)電極、NiFe2O4參比電極是2種最新報道的新材料電極,其性能尚在初步研究中,不能確定能否應(yīng)用于混凝土內(nèi)部環(huán)境中[9-12]。MnO2參比電極通常為采用導(dǎo)電堿性漿體作為中間層、粉狀MnO2作為最上層的電極[13-16]。該電極具有電位穩(wěn)定性,但是其溫度敏感性和長期使用性能方面難以滿足混凝土長期健康監(jiān)測要求[6]。改變參比電極結(jié)構(gòu)和優(yōu)化電極材料可改善MnO2參比電極的性能[17]。

本文在此基礎(chǔ)上,設(shè)計并制備以MnO2膠體、Ca(OH)2膠體和石墨粉末為主要電極材料具有五層層狀結(jié)構(gòu)A、B和C類MnO2參比電極。配置混凝土模擬液進行對比試驗研究其不合格率,重現(xiàn)性,穩(wěn)定性溫度、碳化和氯離子敏感性,進而分析其綜合性能。

1 MnO2參比電極層狀結(jié)構(gòu)

MnO2參比電極由外殼和內(nèi)部層狀充填物構(gòu)成。外殼為一段直徑較小的圓管;內(nèi)部層狀充填物可分為5層,從下往上依次為水泥膠體層、Ca(OH)2膠體層、MnO2膠體層、插入銅導(dǎo)線的高純度石墨粉末層及環(huán)氧樹脂層(見圖1)?；炷羶?nèi)部離子通過水泥膠體層孔隙擴散至傳感器內(nèi)部。參比電極加入Ca(OH)2膠體層有利于電極電位長期穩(wěn)定性。環(huán)氧樹脂層與外殼共同密封參比電極。石墨粉末層具有導(dǎo)電性,可使銅導(dǎo)線不必插入MnO2膠體中,從而避免MnO2膠體影響銅導(dǎo)線導(dǎo)致電極電位改變。

圖1 五層狀結(jié)構(gòu)圖

考慮Ca(OH)2膠體層、MnO2膠體層組成及其配比,設(shè)計A,B和C類MnO2參比電極(見表1)。水泥標(biāo)號為32.5,混凝土模擬液為0.6mol/L KOH,0.2mol/L NaOH及飽和Ca(OH)2的混合溶液,pH為13.5。石墨純度為99.999%,環(huán)氧樹脂層為1∶1環(huán)氧樹脂拌合物。

表1 A、B和C類MnO2參比電極表

(注:表中括號內(nèi)數(shù)字均為質(zhì)量比)

2 MnO2參比電極制備

依據(jù)上述層狀結(jié)構(gòu),采用相同的加工方法,批量制作MnO2參比電極,A類49個,B和C類均為51個。其外殼采用內(nèi)徑4 mm,外徑5 mm,長4 cm的透明塑料管,電極內(nèi)部各層充填物從下往上的厚度依此為1.0 cm、0.5 cm、0.5 cm、0.5 cm、1.5 cm(見圖2)。

圖2 MnO2參比電極實物圖

制作好的電極在混凝土模擬液中老化45天后,連接模擬液中的MnO2電極(工作電極)、甘汞電極(參比電極)和高阻抗電壓表,每天一次,連續(xù)三天測試?yán)匣驧nO2電極電位值,測試的電極電位值波動幅度不超過平均值±0.005 V,則該電極合格,反之不合格。通常每次測試前溶液靜置約5 min。電極電位值是指相對于飽和甘汞電極的電位值。

MnO2電極制作方法相同,制作方法對其不合格率影響相同,因此不合格率高低表征了MnO2電極老化效果。參比電極的不合格率越低,相應(yīng)電極老化效果越好。經(jīng)計算分析可知:A、B和C類MnO2電極中不合格率分別為40.82%、64.71%和21.57%,合格數(shù)量分別為29、18和40個。C類MnO2參比電極的老化效果最好,A次之,B類老化效果最差。

3 MnO2參比電極性能對比試驗

通過電極重現(xiàn)性、穩(wěn)定性、溫度、碳化和氯離子敏感性五項對比試驗綜合評價A、B和C類MnO2電極性能。首先對所有合格MnO2電極在室溫條件下(約15 ℃)進行重現(xiàn)性試驗和穩(wěn)定性試驗。試驗持續(xù)94天,共計測量73次,任意連續(xù)兩次測量最短間隔時間為1天。然后在此基礎(chǔ)上從A、B和C類合格MnO2電極中任意選取3個一組,共3組樣品分別進行溫度、碳化和離子敏感性三項試驗。電極編號依次為A1～A9、B1～B9、C1～C9。各項試驗中參比電極均為甘汞電極,工作電極均為MnO2電極。

3.1 重現(xiàn)性分析

單次測量條件下電極電位值的相對標(biāo)準(zhǔn)誤差(單次測量電極電位值的方差/相應(yīng)平均值)可表征不同類別電極重現(xiàn)性。相對標(biāo)準(zhǔn)誤差越小,重現(xiàn)性越好。但是采用單次測量條件下電極電位值的相對標(biāo)準(zhǔn)誤差評價電極重現(xiàn)性,可能與真實情況不相吻合;多次測量條件下電極電位值的相對標(biāo)準(zhǔn)誤差(單次測量電極電位值相對標(biāo)準(zhǔn)誤差的方差/相應(yīng)平均值)可更為合理表征不同類別電極重現(xiàn)性。本文采用多次測量條件下電極電位相對標(biāo)準(zhǔn)誤差分析A、B和C類MnO2電極重現(xiàn)性。

圖3(a)～圖3(c)中任一點橫坐標(biāo)代表不同時間的測量序號(共計73次),對應(yīng)縱坐標(biāo)分別是A類29個(B類18個、C類40個)MnO2電極當(dāng)次測量電位值的平均值和方差。在此基礎(chǔ)上得到每次測量的MnO2電極電位值相對標(biāo)準(zhǔn)誤差,見圖4。然后計算73次測量的MnO2電極電位值相對標(biāo)準(zhǔn)誤差的均值和方差,最后得到室溫多次測量條件下A、B和C類MnO2電極電位值相對標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為3.23%,2.98%和4.0%。因此C類MnO2電極重現(xiàn)性最好,B和A類次之。

圖3 單次測量MnO2電極電位平均值和方差

圖4 單次測量電極電位相對標(biāo)準(zhǔn)誤差

A、B和C類MnO2電極相對于甘汞電極電極電位分別為(0.242±0.002)V,(0.246±0.008)V,和(0.249±0.005)V,考慮飽和甘汞電極的電位是0.244 V(25 ℃),則A,B和C類MnO2電極標(biāo)準(zhǔn)電極電位初步計算為(0.486±0.002)V,(0.490±0.008)V和(0.493±0.005)V(25 ℃)。

3.2 穩(wěn)定性分析

單個電極的電位值相對標(biāo)準(zhǔn)誤差(單個電極的電位值方差/相應(yīng)平均值)可評價電極穩(wěn)定性,但評價結(jié)果可能不符合真實情況;多個電極的電位值相對標(biāo)準(zhǔn)誤差(單個電極電位值相對標(biāo)準(zhǔn)誤差的方差/相應(yīng)平均值)可更為合理的表征不同類別電極穩(wěn)定性。本文采用多個電極的電位值相對標(biāo)準(zhǔn)誤差分析A、B和C類電極穩(wěn)定性。

圖5 單個MnO2電極電位平均值和方差

圖5(a)～圖5(c)中任一點橫坐標(biāo)代表不同類別電極編號(A類29個、B類18個、C類40個),對應(yīng)縱坐標(biāo)分別是每個電極多次測量(均為73次)電位值平均值和方差。在此基礎(chǔ)上得到每個MnO2電極電位值相對標(biāo)準(zhǔn)誤差,見圖6。然后計算每類MnO2電極(A類29個,B類18個,C類40個)電極電位值相對標(biāo)準(zhǔn)誤差的均值和方差,最后得到A、B和C類MnO2電極電位值相對標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為0.4%,1.1%和0.7%。因此,室溫條件下C類MnO2電極電位穩(wěn)定性最好,A類稍微次之,B類最差。B類合格電極數(shù)量最少,只有18個,試驗過程中第10號MnO2電極的電位值均值為0.230 V,方差超過0.030 V,是全部試驗中穩(wěn)定性最差的一個電極,從而導(dǎo)致B類MnO2電極穩(wěn)定性顯著降低。

圖6 單個電極電位相對標(biāo)準(zhǔn)誤差

3.3 溫度敏感性分析

增加溫度一般可加速電極反應(yīng),對參比電極性能產(chǎn)生不利影響。大氣升溫或混凝土絕熱溫升過程會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部環(huán)境溫度較大變化。本文測量歷經(jīng)相同溫度后A、B和C類MnO2電極電位值并計算標(biāo)準(zhǔn)相對誤差(方差/均值),分析其溫度敏感性。電極電位值相對標(biāo)準(zhǔn)誤差越小,溫度敏感性越好。首先將編號為A1～A3,B1～B3和C1～C3的MnO2電極分別浸泡在pH 13.5混凝土模擬液中,測量其初始電位值。然后將裝有MnO2電極和混凝土模擬液的燒杯小心放入水浴加熱鍋中,通過設(shè)定水浴加熱鍋溫度加熱電極,為保證均勻充分加熱電極,水浴加熱8 h。8 h后取出在大氣環(huán)境中冷卻相同時間(8 h),測量其電極電位值。大氣溫度約為15 ℃,水浴加熱鍋溫度初始設(shè)定為35 ℃,按5 ℃/級逐級增加溫度。試驗終止條件為10 min內(nèi)電位顯示值變化超過0.001 V;或10 min內(nèi)電位顯示值變化不超過0.001 V,但電位顯示值與初始值相差超過±0.030 V。

圖7 MnO2電極溫度敏感性分析圖

試驗結(jié)果表明:在一定升溫范圍內(nèi),A、B和C類電極電位值變化較小,分別經(jīng)歷60 ℃、50 ℃和60 ℃高溫后,達到試驗終止條件(見圖7)。A、B和C類電極電位穩(wěn)定溫度內(nèi)電位標(biāo)準(zhǔn)相對誤差(方差/均值)分別為0.18%、0.16%和0.16%,但是B類電極在55 ℃高溫后失效,而C類電極在65 ℃高溫后才失效。因此,C類電極溫度敏感性較A、B類電極好。

3.4 碳化敏感性分析

碳化會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)境pH降低。本文通過測試不同pH值混凝土模擬溶液中MnO2電極電位值,獲得其相對標(biāo)準(zhǔn)誤差來評價混凝土碳化對參比電極的影響。不同pH值混凝土模擬液中電位值的標(biāo)準(zhǔn)相對誤差越小,則電極碳化敏感性越好。

首先配制pH分別為10.5、11.5、12.5和13.5的4種混凝土模擬液。室溫條件下,將編號為A4～A6,B4～B6和C4～C6的MnO2電極用蒸餾水洗凈,依次測量其在以上4種混凝土模擬液中的電極電位值。

測試結(jié)果(圖8)表明:參比電極電位在混凝土碳化過程中保持穩(wěn)定。在不同pH值的混凝土模擬液中,A、B和C類MnO2電極電位值不相同,電位變化值均較小,其標(biāo)準(zhǔn)相對誤差分別為1.25%、0.09%和0.05%。其中C類電極電位變化最小,B、A類次之。A、B類電極在pH11.5混凝土模擬液中電位有一定程度減小,電位變化值最大。

圖8 MnO2電極PH值敏感性分析圖

3.5 氯離子敏感性分析

氯離子濃度是混凝土耐久性監(jiān)測的一個重要指標(biāo)。氯鹽侵蝕導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部氯離子濃度增加。本文通過測試不同氯離子濃度混凝土模擬溶液中的MnO2電極電位值變化來研究氯鹽侵蝕對參比電極的影響。不同氯離子濃度混凝土模擬液中電位值的標(biāo)準(zhǔn)相對誤差越小,則電極氯離子敏感性越好。

首先配制pH13.5混凝土模擬液,加入NaCl配制氯離子濃度分別為0 mol/L、0.01 mol/L、0.1 mol/L、1.0 mol/L和2.0 mol/L的5種混凝土模擬液。室溫條件下,將編號為A7～A9,B7～B9和C7～C9的MnO2電極用蒸餾水洗凈,依次測量其在以上5種氯離子濃度混凝土模擬液中的電極電位值。

試驗研究表明(見圖10):在混凝土模擬液中氯離子濃度不超過0.01 mol/L條件下(圖9中橫坐標(biāo)-6代表氯離子濃度0 mol/L),A、B和C類MnO2電極電位值變化很小,不超過0.025 V;在氯離子濃度大于0.1 mol/L條件下,隨模擬液中氯離子濃度增加,A和C類MnO2電極電位值增加,A類電極電位變化速率較C類快;而B類電極電位值基本保持不變。氯離子濃度不超過0.1 mol/L條件下,A、B類和C類電極電位值的標(biāo)準(zhǔn)相對誤差均為0.41%,0.12%和0.36%。

圖9 MnO2電極氯離子敏感性分析圖

3.6 MnO2參比電極綜合比較分析

綜合分析A、B和C類MnO2參比電極的不合格率,重現(xiàn)性、穩(wěn)定性、溫度、碳化和氯離子敏感性各項指標(biāo)對電極性能的影響程度,給定各項指標(biāo)的權(quán)重(見表2)。其中MnO2參比電極不合格率與試驗制備工藝水平相關(guān),可提升空間相對較高,其權(quán)重相對較小,取0.1。而其余5項指標(biāo)均同等重要,取相同權(quán)重值。根據(jù)MnO2參比電極各項指標(biāo)權(quán)重及其相應(yīng)電極電位值相對標(biāo)準(zhǔn)誤差(方差/均值)(見表2)獲得每類電極的綜合分?jǐn)?shù)值(見表2)。電極綜合分?jǐn)?shù)值越小,電極綜合性能越好。由表2可知:相同制備工藝條件下,B類MnO2電極制備不合格率最高;A、B和C類MnO2電極電位重現(xiàn)性的相對標(biāo)準(zhǔn)誤差最大,穩(wěn)定性次之。當(dāng)溫度低于50 ℃,pH 10.5～pH 13.5以及氯離子濃度小于0.1 mol/L時,A、B和C類電極對溫度、碳化和氯離子不敏感。考慮加工制備精度的提高,MnO2參比電極的重現(xiàn)性指標(biāo)可進一步改善。表2同時表明:A、B和C類MnO2參比電極綜合分?jǐn)?shù)值分別為7.44%、13.30%和3.94%,因此C類MnO2參比電極綜合性能最好,B類和A類次之。

文獻[10]采用了MnO2粉末作為電極工作層,文獻[13]通過電沉積方法將Mn離子固定在石墨電極層上制作MnO2,但是沉積后氧化形成的MnO2電極表明容易開裂,導(dǎo)致穩(wěn)定性較差,本文所采用的MnO2膠體層具有更有利于電極反應(yīng),相比文獻[10]和[13]理論上具有更好的穩(wěn)定性和重復(fù)性。

表2 A、B和C類MnO2參比電極綜合性能比較分析

4 結(jié)論

本文研發(fā)一種以Ca(OH)2膠體和MnO2膠體和高純度石墨為主要電極材料、可用于混凝土內(nèi)部的固態(tài)MnO2參比電極。調(diào)整所用材料及其配比設(shè)計A、B和C類MnO2參比電極,通過對比試驗研究了MnO2電極的制備不合格率、重現(xiàn)性、穩(wěn)定性、溫度、碳化和氯離子敏感性,獲得以下結(jié)論:①以MnO2膠體、Ca(OH)2膠體和高純度石墨粉末為主要材料的固態(tài)MnO2電極具有良好性能。②A、B和C類MnO2電極重現(xiàn)性性能低于其穩(wěn)定性,在溫度低于50 ℃,pH 10.5～pH 13.5以及氯離子濃度小于0.1 mol/L條件下,對溫度、碳化和氯離子不敏感。C類MnO2參比電極的各項性能以及綜合性能最優(yōu)。③初步測試A,B和C類MnO2電極標(biāo)準(zhǔn)電極電位分別為(0.486±0.002)V、(0.490±0.008)V和(0.493±0.005)V(25 ℃)。

[1] Qiao G,Xiao H,Hong Y,et al.Preparation and Characterization of the Solid-State Ag/AgCl Reference Electrode for RC Structures[J].Sensor Review,2012,32(2),118-122.

[2]ASTM Committee.Standard Test Method for Half Cell Potentials of Reinforcing Steel in Concrete(G01.14.ASTM C876,American National Standard)[S].West Conshohocken,Annual Book of ASTM Standards,1999.

[3]Ahmad S.Reinforcement Corrosion in Concrete Structures,Its Monitoring and Service Life Prediction—A Review[J].Cement and Concrete Composites,2003,25(4),459-471.

[4]陳東初,文芳,金營.基于固態(tài)Ag/AgCl參比電極的氧化鎢pH電化學(xué)傳感器的研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報,2007,20(7):1483-1487.

[5]葉瑛,鄔黛黛,黃霞,等.固態(tài)pH探測電極的制備及其性能表征[J].傳感技術(shù)學(xué)報,2004,16(4):487-490.

[6]Ansuini F J,Dimond J R.Long Term Field Tests of Reference Electrodes for Concrete—Ten Year Results[J].Corrosion 2001,2001,01296/1-01296/13.

[7]Villela T,Souza A,Abdel-Rehim H.Silver/Silver Chloride and Mercury/Mercurous Sulfate Standards Electrodes Confiability[J].Corrosion,2004,60(4):342-345.

[8]Merten B J E,Battocchi D,Tallman D,et al.Embedded Reference Electrode for Potential-Monitoring of Cathodic Protective Systems[J].ECS Transactions,2009,19(29):223-232.

[9]Duffó G S,Farina S B,Giordano C M.Characterization of Solid Embeddable Reference Electrodes for Corrosion Monitoring in Reinforced Concrete Structures[J].Electrochimica Acta,2009,54(3):1010-1020.

[10]Muralidharan S,Ha T H,Bae J H,et al.Electrochemical Studies on the Solid Embeddable Reference Electrodes for Corrosion Monitoring in Concrete Structure[J].Materials Letters,2006,60(5):651-655.

[11]Muralidharan S,Ha T H,Bae J H,et al.Electrochemical Studies on the Performance Characteristics of Solid Metal-Metal Oxide Reference Sensor for Concrete Environments[J].Electrodes and Actuators B:Chemical,2006,113(1):187-193.

[12]Duffó G S,Farina S B,Giordano C M.Embeddable Reference Electrodes for Corrosion Monitoring of Reinforced Concrete Structures[J].Materials and Corrosion,2010,61(6):480-489.

[13]盧爽,巴恒靜,楊英姿.用于混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測的二氧化錳參比電極[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2009,31(2):42-45.

[14]喬國富,歐進萍.全固態(tài)參比電極的制備及其在鋼筋腐蝕監(jiān)測中的應(yīng)用[J].功能材料,2007,38(A07):2923-2926.

[15]Muralidharan S,Saraswathy V,Thangavel K N.Palaniswamy Electrochemical Studies on the Performance Characteristics of Alkaline Solid Embeddable Sensor for Concrete Environments[J].Sens Actuators B:Chem,2007,10(5):10-16.

[16]Muralidharan S,Saraswathy V,Berchmans L J,et al.Nickel ferrite(NiFe2O4):A Possible Candidate Material as Reference Electrode for Corrosion Monitoring of Steel in Concrete Environments[J].Electrodes and Actuators B,Chemical,2010,145(1):225-231.

[17]衛(wèi)軍,樊玲,董榮珍,劉棟,等.一種參比傳感器[P].CN 102175734,2013.

樊玲(1977-),女,中南大學(xué)土木工程學(xué)院博士研究生,中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院教師。主要從事混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢測、監(jiān)測方法研究,pqrfanlinger@csu.edu.cn;

衛(wèi)軍(1957-),男,工學(xué)博士,教授,博士生導(dǎo)師,531人才,長期致力于混凝土材料性能、混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)性能研究,juneweii@163.com。

StudiesonthePerformanceCharacteristicsofManganeseOxideReferenceElectrodeforConcreteEnvironments*

FANLing1,2,WEIJun2*,PENGShuquan1,LIUDong2,DONGRongzhen2

(1.School of Resource and Safety Engineering,Central South University,Changsha 410083,China;2.School of Civil Engineering,Central South University,Changsha 410075,China)

Manganese oxide(MnO2)reference electrodes are presented which can be used for concrete environments.The materials of MnO2electrodes mainly are MnO2gels,Ca(OH)2gels and high purity graphite powders.Three kinds of MnO2electrodes with different ratio of the main materials,namely A,B and C,are accomplished.Their comparable performance characteristics are evaluated in a synthetic concrete pore solution which is corresponding to the concrete environments.The reject rates of MnO2electrodes are gotten by setting the permitted variance of the electrode’s potentials.Their properties expressed as the relative standard error of sensorial potential are analyzed,such as electrochemical reproducibility,electrochemical stability,and sensitivities of temperature,carbonization and chloride ion.Their comprehensive properties are compared by calculating each electrode’s comprehensive value which is based on the reject rate,the relative standard error and the corresponding weight value.The experimental results show that:at first,MnO2electrode A,B and C have good performances,and the reproducibility of each electrode is lower than its stability,sensitivities of temperature,carbonization and chloride ion.The second,above each performance and comprehensive property of MnO2electrode C are better than MnO2electrode A and B.The presented MnO2reference electrodes are essential to the developing of chemistry sensor technique in nondestructive inspection of concrete and long-term health monitoring of concrete.

concrete;solid manganese oxide reference electrode;chemistry sensor technique;long-term health monitoring;relative standard error

項目來源:國家自然科學(xué)基金項目(51378501,51174291);開放研究基金項目(CKWV2013210/KY);科技支疆項目(2010ZJ05)

2013-12-13修改日期:2014-05-15

10.3969/j.issn.1004-1699.2014.06.001

TP212

:A

:1004-1699(2014)06-0709-06