作者：ARAH DE CARUFEL，Giatec
當(dāng)CO2或者氯化物透過(guò)混凝土滲透至鋼筋時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)自然就會(huì)出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。這可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的耐久性及安全問(wèn)題，所以，使用精確可靠的方法來(lái)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)銹蝕就非常重要。
半電池電位測(cè)試是ASTM C876-15：“混凝土中無(wú)涂層鋼筋銹蝕電位測(cè)試方法”唯一推薦的銹蝕檢測(cè)技術(shù)。該方法常被用來(lái)判斷鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋出現(xiàn)銹蝕的可能性。本文力求詳細(xì)描述以下技術(shù)細(xì)節(jié)：混凝土銹蝕，半電池電位技術(shù)用于測(cè)試混凝土銹蝕，半電池電位測(cè)試數(shù)據(jù)的解讀。
混凝土銹蝕的基本原理
在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋表面會(huì)自動(dòng)形成一個(gè)保護(hù)膜，可防止鋼筋銹蝕。但隨著時(shí)間的推移，氯化物（化冰鹽或暴露于海洋環(huán)境）和/或CO2會(huì)滲透到混凝土中，并破壞保護(hù)層。氯化物會(huì)讓保護(hù)層變得不穩(wěn)定，從而可能出現(xiàn)局部破壞；而CO2則會(huì)降低混凝土的PH值，也會(huì)降低保護(hù)層的穩(wěn)定性。如果同時(shí)還有氧氣和水的存在，則會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致銹蝕。
銹蝕過(guò)程可以用圖1進(jìn)行展示，金屬（鋼筋）會(huì)在溶液（可存在于混凝土孔隙中）中發(fā)生反應(yīng)，并在陽(yáng)極（發(fā)生氧化反應(yīng)）釋放電子，至陰極（此處發(fā)生電位降低）。陽(yáng)極表面的陽(yáng)離子發(fā)生反應(yīng)，并產(chǎn)生銹蝕產(chǎn)物。這一電化學(xué)反應(yīng)，將在鋼筋的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)之間形成電位差，以及隨之而來(lái)的腐蝕電流。在進(jìn)行半電池電位測(cè)試時(shí)，我們感興趣的正是沿鋼筋分布的電流或電位。
圖1：鋼筋混凝土銹蝕反應(yīng)
半電池電位技術(shù)
圖2為一個(gè)電池的示意圖，每一邊則可視作一個(gè)半電池。每個(gè)半電池用一個(gè)浸泡在溶液（電解液）中的電極表示，兩個(gè)半電池被連接在一起。因?yàn)槠渲幸粋€(gè)電極相比另一個(gè)有更高的銹蝕趨勢(shì)，所以這個(gè)電極（陽(yáng)極）就發(fā)生氧化并輸出電子。
為了保持系統(tǒng)的平衡以及電解液的電量平衡，兩邊的電子將通過(guò)鹽橋產(chǎn)生交換。這樣，在兩個(gè)電極之間就可以用電壓表測(cè)得電位差（電壓），而這也預(yù)示著陽(yáng)極分解的速度。
如果想將這一原理應(yīng)用于混凝土檢測(cè)，來(lái)判斷銹蝕可能性，我們需要一個(gè)已知電位的參考電極。通常來(lái)說(shuō)，對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，我們一般使用銅/硫酸銅（Cu/CuSO4）或銀/氯化銀（Ag/AgCl）作為半電池的參考電極。參考電極會(huì)連接至另外半個(gè)電池，混凝土中內(nèi)埋的鋼筋（圖2b）。通過(guò)將參考電極連接到鋼筋，并將參考電極放置于混凝土表面，就可能測(cè)量到兩個(gè)半電池之間的電位差。
圖2：半電池電位測(cè)試
ASTM C876就如何進(jìn)行該測(cè)試提供了指導(dǎo)，也為測(cè)試的電位與銹蝕可能性的關(guān)系提供了參考。判定結(jié)果是定性的，并且是以硫酸銅電極（CSE）為基礎(chǔ)的。表1就是ASTM建議的判定標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試的電位被劃分為三類，銹蝕可能性大于90%，低于10%，或不確定。
表1：電位值與銹蝕可能性的關(guān)系
（摘自ASTM C876）
解讀半電池電位測(cè)試數(shù)據(jù)
乍一看，這一測(cè)試非常簡(jiǎn)單，主要包含以下步驟：
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確定鋼筋位置；
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連接鋼筋（如果鋼筋之間不是都連接在一起的話，可能需要多次連接）；
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將混凝土表面弄濕，為測(cè)試做準(zhǔn)備。
測(cè)試很快，因?yàn)殡娢恢抵恍枰獛酌腌娋湍芊€(wěn)定，然后就可以進(jìn)行下一組測(cè)試。不過(guò)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)解讀時(shí)，有一些重要的限制條件需要進(jìn)行考慮。
混凝土本身的狀況（干濕度），氯化物的存在，鋼筋表面缺少氧氣（因?yàn)樘幱陲柡蜖顟B(tài)），混凝土保護(hù)層厚度，混凝土電阻率，以及溫度，這些都會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，使其數(shù)據(jù)產(chǎn)生正向或負(fù)向的偏移，如表2所示。這就使得在參考ASTM C876（表1）進(jìn)行數(shù)據(jù)解讀時(shí)，存在很大的困難，尤其是當(dāng)數(shù)據(jù)靠近某一臨界值時(shí)。
表2：混凝土內(nèi)鋼筋半電池電位測(cè)試典型值
（摘自RILEM TC-154，2003）
此外，半電池測(cè)試還被認(rèn)為是一個(gè)區(qū)域性的測(cè)試，因?yàn)樗麜?huì)將周圍的電位值取平均值。圖3就是一個(gè)例子，實(shí)測(cè)的電位是將某一距離的電位取了平均，這樣，即便是有銹蝕電位圖，想要確定銹蝕發(fā)生的具體位置也是比較困難的。
圖3：實(shí)際VS測(cè)量半電池電位
盡管如此，該技術(shù)還是得到了廣泛應(yīng)用，因?yàn)檫@是ASTM唯一提供標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)的銹蝕檢測(cè)方法。Giatec的XCell銹蝕測(cè)試儀采用的是氯化銀電極，而不是其他半電池設(shè)備常用的硫酸銅電極，這使得其測(cè)試更穩(wěn)定，也更精確。這在進(jìn)行快速評(píng)估及識(shí)別可能存在較高銹蝕活動(dòng)的區(qū)域時(shí)將非常有用。不過(guò)，銹蝕檢測(cè)的輸出結(jié)果仍然是定性的，因?yàn)樗荒芴峁╀P蝕活動(dòng)存在的可能性信息，而像銹蝕速度這種定量數(shù)據(jù)是無(wú)法提供的。定量數(shù)據(jù)對(duì)于制定鋼筋銹蝕修復(fù)或延緩銹蝕計(jì)劃是很有用的。
