钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀无损检测之半电池电位法

知识点：半电池电位法

【摘要】 

       本文先对钢筋混凝土结构中的钢筋锈蚀做了分析，并解释无损检测的必要性，进而探究无损检测技术中技术相对成熟、工业应用较为广泛的半电池电位法无损检测，并探析国外在该技术上取得的最新进展及最新产品 应用，最后分析技术较为成熟的国外产品特点及其在中国市场的应用前景。

 

【关键词】 钢筋混凝土 钢筋锈蚀 无损检测 无损检测仪 半电池电位法

 

前言

       由于混凝土自身的致密性、冬天撒盐除冰、渗漏等原因，钢筋混凝土结构中的钢筋受到腐蚀的现象极为普遍，如果处理不当，会威胁整体结构的安全。钢筋开始锈蚀之前，腐蚀性物质（如水、氧气、氯离子等）先渗 入混凝土结构，逐渐抵达钢筋所在位置。当钢筋周围的腐蚀性物质达到一定浓度时，钢筋上起保护作用的水合氧化铁钝化层会受到破坏而生产铁锈，引起钢筋锈蚀，且随着锈蚀程度增加会对结构整体安全性产生极大破坏。

       相关的化学反应如下：

 

                                                       （这 2 个离子稍后与水和氧气反应）

       因此有必要对钢筋混凝土结构中的钢筋锈蚀情况进行监测，这样才能在表面混凝土看似还完好无损的情况下，及早发现内部的钢筋锈蚀问题，进而抢先进行腐蚀控制，降低不必要的风险，减少养护开支。这就对无损检测产生了需求，因为在腐蚀的前期，表面混凝土仍是完好无损，只有通过无损检测仪才可判断出发生钢筋锈蚀的钢筋部位，进而及早采取养护措施。

 

       钢筋锈蚀的程度可以通过测量锈蚀深度、阳极电流密度、截面损失速率或失重速率等予以确定。目前确定钢筋锈蚀程度的方法可以分为分析法、物理法和电化学方法。其中与前两种方法相比，电化学法通过测定钢筋的电化学特性达到判断混凝土中钢筋锈蚀程度或锈蚀速率的目的，是利用原电池原理进行的测定，更能准确的反应钢筋锈蚀情况。下面将探讨电化学法中应用最为广泛的半电池电位法及其在工业上的应用。

 

半电池电位法原理 

       由于钢筋在锈蚀过程中会形成原电池（如上面的公式所示），可将钢筋和混凝土的电化学活性看做半个弱电池组，其中钢筋作为电极，混凝土则作为电解质。半电池电位测量是将电压表的一端连接钢筋（其实是连接 到混凝土，混凝土在这里起到电解质的作用），另一端连接参比电极，电压表上的读数即是所测位置钢筋的电位。在钢筋混凝土表面采集大量的数据之后，即可确定钢筋的阳极和阴极区，从而确定结构中发生钢筋锈蚀的 部位。需按照 ASTM C876 的标准进行预先湿润。

半电池电位法的重要性及用途 

       半电池电位法适于进行现场腐蚀情况评估，也适于在研发工作中使用。该方法检测钢筋混凝土构件时，不受钢筋混凝土构件自身大小影响，也不受钢筋表面混凝土厚度影响。同时该方法可以用于检测任何寿命的钢筋 混凝土构件，但该方法的检测结果不能作为钢筋或钢筋混凝土构件的结构特性评估标准，而只能作为钢筋锈蚀 情况的评估依据。

 

半电池电位法的优缺点 

       半电池电位法成本低廉、操作简单、检测速度快、检测数据分析方便，但只能检测到-200—-350 mV 之间的电位，且无法测得腐蚀速率，另外混凝土表面或混凝土内部有一定量的腐蚀性物质存在时也很难有效使用这一方法。

半电池电位法应用案例研究

       使用法赫 FH-GH1301 钢筋锈蚀检测仪，对某工程的钢筋混凝土结构进行检测。法赫 FH-GH1301 钢筋锈蚀检测仪使用的是半电池电位法原理，符合 ASTM C876 标准、RILEM TC154 标准等对半电池电位法的规定 和要求。现场检测结束之后，利用法赫 FH-GH1301 钢筋锈蚀检测仪配套的平板电脑，直观地显示出由电位数据自动生成的彩色等高线图：

                        法赫 FH-GH1301 钢筋锈蚀检测仪测得的电势图

       通过电位的等高线图，可以直观地看出钢筋的腐蚀部位，且通过后期与视检时的结果对比，其精确度较高。

 

       半电池电位法国外先进产品介绍 半电池电位法用于测量钢筋锈蚀已有多年，但由于传统的基于半电池电位法的钢筋锈蚀检测仪操作不方便、性能可靠性不高等因素，一直制约着其在工业上的应用。而目前国外开发的新一代钢筋锈蚀检测仪,本次实验中使用的FH-GH1301钢筋锈蚀检测仪，则进行了较大的改进：

       可以看出，该产品的构成主要是一个探头，外加一个用于处理数据、实时生成测量成果图的平板电脑，构造简单方便，非常利于工业应用。类似于这种集成性高、操作方便、数据分析处理实时简单的仪器，也应是国 内同行业研发的趋势和重点。

半电池电位法钢筋锈蚀检测仪注意事项

       ①测量一定服役期的混凝土结构时，因混凝土发生碳化，混凝土孔隙中附着的碳酸钙对测试结果有一定影响，造成开始会出现较高正值，但这并非真实的钢筋锈蚀状况，需充分润湿一段时间之后，电位会逐渐移向负值；

       ②对侵入水中的桥梁基础或潮湿的墙壁等结构，测得的电位可能很低，这是因为混凝土孔隙中充满水而 缺乏氧气（无法形成原电池），所以钢筋腐蚀程度较低；

       ③测试结构附近有直流电设备运行时，会对测试结果产生影响。

 

结论

       半电池电位法在钢筋混凝土结构的钢筋锈蚀检测上已经取得了很好的应用，但要获得进一步的发展，还需 对使用该方法的检测仪进行改进和创新，因为传统的电压表+“Cu+CuSo4 饱和溶液”的设计，使得测量精度及可靠性不高，而且使用也不方便。但以法赫 FH-GH1301 钢筋锈蚀检测仪为代表的新一代钢筋锈蚀检测仪， 则在操作方便（一人可操作）、数据处理简单（直接利用其自带的平板电脑或者 Android 应用处理程序即可直 观地看到最后的处理结果）、产品可靠性更高（对产品的探头及基准电极进行了创新）等方面取得了突破，让半电池电位法在钢筋锈蚀检测应用方面取得了进一步的发展。

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