钢筋混凝土中,氯离子会破坏钢筋的破坏状态,在氯离子和氧的共同作用下,使钢筋混凝土发生腐蚀,对于钢筋混凝土的腐蚀,通常采用胺类缓蚀剂,该类缓蚀剂容易穿通混凝土,对钢筋产生钝化作用,从而使得钢筋免受腐蚀,同时胺类对环境毒害较小,因此在钢筋混凝土中应用比较多。

目前,检测混凝土内氯离子浓度的方法通常是通过传统的化学滴定法通过现场采集混凝土试样,再将混凝土试样破碎磨细得到粉末样,然后将粉末试样溶解到蒸馏水中,最后采用AgNO3试剂进行滴定,通过滴定剂AgNO3的消耗量计算出氯离子的浓度。传统的化学滴定法测试氯离子浓度已经发展的较为成熟,但是这种化学滴定的方法操作过程较为繁杂,并且滴定终点的颜色判断误差较大。并且化学滴定法需要现场取样,属于破损型测试,会对混凝土整体结构造成损伤,在一些重大工程中无法应用。并且这种方法通常只会在混凝土结构出现明显破坏时才会应用,不能实时的在线监测,不能起到预先警示作用。

关于混凝土Cl-离子浓度在线监测已有大量的研究,根据国内外的最新研究进展,主要有物理法和电化学法两类测试方法。物理法常见的有近红外光谱技术以及光纤传感器法等测试方法。Fuhr等人针对测量混凝土内氯离子浓度进行了大量研究,采用将光纤传感技术与分析化学法结合的方法,定量测试氯离子浓度。但是该方法不能用于连续测量,并且检测反应是不可逆过程,不能循环应用,光纤在埋置与混凝土结构中时还会出现纤芯破碎的现象。Jaw-Luen Tang等人将长周期光纤光栅传感技术应用于混凝土内部,其主要工作原理是:用AgNO3溶液滴定Cl-时,在刚好到达滴定终点时,AgCl沉淀呈现乳白色,当AgNO3过量时,Ag+会吸附在沉淀物表面,使沉淀物带净正电荷,这时沉淀物变为粉红色。利用这种显色反应与荧光物质结合,当Cl-含量变化时,沉淀物颜色会发生变化,与荧光物质结合产生不同颜色的光,不同颜色光的波长会不一样,利用光纤光栅传感器可以检测出光的波长变化,从而判断氯离子浓度。但光纤光栅传感器同样受到温度及形变的作用,其本身并不能区别外界环境与氯离子浓度对其影响,测试误差较大。Masato Kohri等人利用近红外光谱技术研究混凝土内的氯离子含量,其响应机理是氯离子的存在会改变近红外光谱在波长为2266nm下的吸收峰,吸收峰值的变化与氯离子浓度呈现一定的关系,因此可通过近红外光谱的吸收峰值的变化来粗略的估计混凝土中的氯离子含量,但吸收峰值也受碳化的影响,对氯离子的测定产生了较大的干扰,同时采用该方法测定的不是混凝土内的总氯含量而是Friedel’s盐含量,不能直观的反应混凝土内具有危险性氯离子含量。

电化学法主要是利用一个Ag/AgCl电极与环境中的氯离子存在化学平衡关系,Ag/AgCl电极电位与氯离子浓度之间符合能斯特方程

根据能斯特方程,通过测量出Ag/AgCl电极的电位值与相对应的环境温度值,则可以换算出环境中的自由氯离子浓度。所以,基于电化学原理的Ag/AgCl电极型氯离子传感器的响应原理简单,并且能够实时并连续的测量周围环境中的氯离子浓度,是一种可以广泛应用于混凝土工程中的耐久性监测技术。同时Ag/AgCl电极型氯离子传感器的制备也一直是研究者们关注的重点,一个可以直接应用于混凝土环境中进行实时监测的氯离子传感器包含两个部分:参比电极、Ag/AgCl工作电极,利用工作电极与参比电极构成原电池进而测量其电动势。一个性能优良的氯离子传感器需要两个电极都具有良好的性能,才能准确的测量其电位,从而得到环境中的氯离子浓度。

综上可知,全固态的Ag/AgCl电极型氯离子传感器可以实现实时、在线、无损监测,能够为钢筋混凝土腐蚀防护提供有效的预警信息,对实际混凝土工程内部氯离子含量测试研究具有重要的意义。但是,全固态Ag/AgCl型氯离子传感器仍存在许多问题,如参比电极的制备、工作电极的寿命、电极性能受环境影响等。


表面活性剂与VES压裂液之间的复配
油田抽油杆的疲劳腐蚀

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氯离子对钢筋混凝土的腐蚀、缓蚀剂、氯离子浓度检测

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