電化學(xué)綜合試驗(yàn)法測定鋼筋阻銹劑的防銹性能中的問題與改良方法探討

鐘雪華 廣州港工程檢測中心有限公司

隨著中國建筑行業(yè)近幾十年來的高速度發(fā)展，增強(qiáng)及改善混凝土的防銹蝕性變得日益重要。添加鋼筋阻銹劑是目前增強(qiáng)及改善混凝土中防銹蝕性能的最主要、最方便、最簡單的措施之一，因此需對(duì)鋼筋阻銹劑的防銹性能進(jìn)行檢測。

1.方法原理提要

從電流密度與電勢的關(guān)系可以看出：隨著電位開始向正方向移動(dòng)，電勢數(shù)值也開始增大，電流的密度也開始隨之增大，當(dāng)電勢不斷增大并在達(dá)到了頂點(diǎn)以后，電流的密度就隨著電勢的增大而迅速減少至很小的狀態(tài)，這也就是在材料（如金屬）的表面生產(chǎn)了一層鈍化膜。電勢的變化繼續(xù)增大，而輸出電流基本呈現(xiàn)出來是保持在一個(gè)變化很小，甚至不變的一個(gè)很小的數(shù)值（持續(xù)至試驗(yàn)結(jié)束），電勢繼續(xù)上升，電流密度接著又增大，這過程表示陽極又發(fā)生了氧化的過程，這可能是由于高價(jià)的金屬的離子產(chǎn)生，也可能是由于水分子的放電析出了氧氣而造成。

2.試驗(yàn)過程（采用五個(gè)品質(zhì)優(yōu)良的、不同廠家的鋼筋阻銹劑作為試驗(yàn)用樣）

（1）將養(yǎng)護(hù)好的砂漿試件放入烘箱，在60℃的恒定溫度下進(jìn)行烘干2h，然后將其取出，等待自然冷卻，約30min。在三根鋼筋試件頂端上焊接好導(dǎo)線，再用環(huán)氧樹脂或其他密封材料（需絕緣），將外露鋼筋試件和砂漿試件上表面涂覆密封。

（2）將待測的砂漿試件放進(jìn)電解池的試驗(yàn)箱，然后按照儀器的使用要求連接好幾根導(dǎo)線。

（3）每個(gè)試件施加1200mV的恒定電壓，持續(xù)施加168個(gè)小時(shí)。

（4）最后測量3個(gè)砂漿試件通電168小時(shí)的電流值。

（5）應(yīng)取以上3個(gè)試件測量電流值的算術(shù)平均值作為該組試件的測量電流值。當(dāng)電流值小于150μA時(shí)，可判定為該鋼筋阻銹劑有效、系統(tǒng)內(nèi)無鋼筋腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

從表1可知，在相同的試驗(yàn)條件下，五組樣品從通電一開始到通電后的24h，環(huán)形電極被破壞，使得整個(gè)試驗(yàn)無法繼續(xù)進(jìn)行。

表1 五組樣品開始試驗(yàn)24小時(shí)的電流值

3.異常試驗(yàn)現(xiàn)象的分析

觀察分析整個(gè)試驗(yàn)的過程，觀察到以下現(xiàn)象：從五組樣品一開始到通電24h的電流值可以發(fā)現(xiàn)，電流值一開始數(shù)值就偏大，而后一直增大，并未出現(xiàn)在開始通電后24h內(nèi)出現(xiàn)峰值后下降的趨勢，試驗(yàn)的數(shù)據(jù)已然與理論數(shù)值截然不同；電解池中的氯化鈉溶液由開始的澄清透明逐漸變成鐵銹色到最后的黑褐色渾濁不清液體；環(huán)形輔助電極的環(huán)壁由一開始的光滑開始出現(xiàn)一點(diǎn)銹跡，到通電24h的“穿洞”現(xiàn)象，環(huán)形電極被破壞。

表2 改良試驗(yàn)方案后的五組樣品通電168小時(shí)的電流值

考慮到電化學(xué)腐蝕原理、陽極型阻銹劑的阻銹過程和相關(guān)儀器的特點(diǎn)，參考JTS/T 236-2019中鋼筋在砂漿中的陽極極化試驗(yàn)。初步判斷以上異?，F(xiàn)象出現(xiàn)的原因?yàn)椋赫麄€(gè)通電過程中不斷進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，水分子放電析出氧氣，而試驗(yàn)開始前未用密封材料將整個(gè)電解池試驗(yàn)箱周邊、砂漿電極、不銹鋼環(huán)形輔助電極和飽以及硫酸銅電極端口處密封起來，形成一個(gè)可循環(huán)反應(yīng)的系統(tǒng)，反應(yīng)體系不平衡，反應(yīng)越演越烈，腐蝕越來越強(qiáng)，導(dǎo)致出現(xiàn)以上的異?，F(xiàn)象，在24h內(nèi)將不銹鋼環(huán)形輔助電極破壞，試驗(yàn)無法繼續(xù)進(jìn)行。

4.改良試驗(yàn)方案

在電路接通前，砂漿電極裝好后，將電解池試驗(yàn)箱周邊先用一層厚薄適中的凡士林對(duì)其進(jìn)行密封，砂漿電極、不銹鋼環(huán)形輔助電極和飽和甘汞電極端口處用橡皮泥（該種材質(zhì)經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)比得知，是密封性能較好、對(duì)設(shè)備無傷害、易清理、價(jià)格較為低廉、取材較為容易的一種密封材料）進(jìn)行密封再進(jìn)行通電試驗(yàn)。

5.結(jié)果討論

改良后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：

電流值都符合理論數(shù)值的曲線變化趨勢，試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)穩(wěn)定，無異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)；電解池中的氯化鈉溶液顏色保持澄清透明；環(huán)形輔助電極的環(huán)壁從通電直到試驗(yàn)結(jié)束后都保持光滑如初，未被腐蝕破壞。由此可見，對(duì)原標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方案的改良很有必要。

6.試驗(yàn)注意事項(xiàng)

鋼筋阻銹劑的電化學(xué)綜合防銹性能試驗(yàn)是很復(fù)雜、很精細(xì)的試驗(yàn)。試驗(yàn)員應(yīng)該做好以下技術(shù)準(zhǔn)備工作：1）測量的電極在制作過程中，必須保證外露的鋼筋頂端上需要焊接好導(dǎo)線，再用環(huán)氧樹脂或其他密封材料將外露的鋼筋和砂漿試件的上表面進(jìn)行密封，密封過程中須保證無氣泡；2）對(duì)試驗(yàn)用電極進(jìn)行預(yù)處理：補(bǔ)充參比電極里的電解液（飽和氯化鉀）；3）也是至關(guān)重要的一步：試驗(yàn)前先用一層厚薄適中的凡士林將電解池試驗(yàn)箱周邊輕輕抹一次將其密封，采用橡皮泥（該種材質(zhì)經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)比得知，是密封性能較好、對(duì)設(shè)備無傷害、易清理、價(jià)格低廉、取材容易的密封材料）將各電極端口處密封。試驗(yàn)過程中，要密切留意試驗(yàn)動(dòng)態(tài)，避免不銹鋼環(huán)形輔助電極受破壞。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)清理電極和電解池試驗(yàn)箱的液體，外電極的溶液切不可在外電極上進(jìn)行長時(shí)間的保留，以免內(nèi)外的電極溶液相互滲透和擴(kuò)散，影響到最后的試驗(yàn)結(jié)果。

7.結(jié)語

鋼筋阻銹劑的電化學(xué)綜合防銹性能試驗(yàn)中，如何維護(hù)電化學(xué)反應(yīng)體系的穩(wěn)態(tài)，測得穩(wěn)態(tài)極化曲線很重要。JTS 153-2015《水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中并未詳細(xì)展開說明該如何維護(hù)電化學(xué)反應(yīng)體系的穩(wěn)態(tài)。因此在具體試驗(yàn)過程中，我們必須做到試驗(yàn)前將整個(gè)體系密封（用橡皮泥、凡士林等密封材料），再進(jìn)行試驗(yàn)，在保護(hù)體系的穩(wěn)態(tài)的前提下，保證檢測結(jié)果的有效性和可靠性。