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混凝土中氯离子浓度的原位监测技术

作　者: 张剑
导　师: 高小建
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 混凝土结构 氯离子传感器 全固态 模拟溶液 原位监测
分类号: TU528.0
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


氯盐侵入是导致混凝土结构钢筋锈蚀的最重要因素之一,能够及时、准确掌握混凝土中氯离子分布状态,对于正确评价、预测混凝土耐久性和及时采取措施进行维修、维护可提供重要科学依据。本文以MnO2电极为参比电极、Ag/AgCl电极为工作电极,通过特殊的制作、组装工艺和保护处理,研制出一种基于电化学原理的全固态混凝土氯离子传感器。利用不同浓度和化学成份的氯盐溶液,系统研究了传感器的电位响应、稳定性和重现性,以及其它离子存在、环境温度和外部扰动电流对氯离子传感器工作性能的影响。结果表明:在高碱性模拟混凝土孔隙溶液条件下,传感器的电位输出值与氯离子浓度（0.05 mol/L5.0 mol/L）的对数具有很好线性关系,且电位值随时间增长具有良好稳定性。K+、Ca2+、Na+、SO42-等的存在对传感器的电位值影响小于5mV;温度在1540℃范围变化时对传感器的电位几乎无影响;外加10 ?A的恒电流干扰下,0.1mol/L和1.0 mol/L氯离子浓度的模拟孔溶液中传感器电位漂移分别在±4.5 mV和±1.7 mV以内;动电位极化测量的电流值与外加的过电位之间呈良好的指数关系;CV循环曲线对称性、可逆性良好。设计了不同水灰比和不同矿物掺合料的混凝土及同条件的水泥石,测试混凝土中氯离子传感器的电位变化和相同龄期所对应的水泥石的自由氯离子浓度,研究氯离子传感器电位值与混凝土中自由氯离子浓度之间的关系。结果表明:0.32、0.4、0.5三个不同水灰比混凝土中,在8d、6d、4d龄期时传感器电位达最小值,电位值随龄期变化趋势基本一致,电位值稳定后,电位值随水灰比的增加而增大;相同水灰比下,电位值随粉煤灰含量的增大而减小;相同配合比的混凝土,掺入氯盐越高时所对应的传感器电位值越低;混凝土单面浸泡氯盐溶液60天龄期后,距浸泡底面1 cm和2 cm处的传感器电位值非常接近。除了掺氯盐6%的混凝土（孔隙溶液中氯离子浓度高达10 mol/L以上）外,其它各试件中氯离子传感器在不同龄期时对应的电位值和在相同环境下水泥石对应的氯离子浓度的对数之间呈现良好的线性关系,且传感器监测值与实际氯离子含量非常接近。从而初步证明了所研制的氯离子传感器可广泛应用于不同配合比混凝土结构的原位监测。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题背景和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-16
    1.2.1 光纤光栅法测试混凝土氯离子含量  10-12
    1.2.2 电化学法测试混凝土氯离子含量  12-14
    1.2.3 全固态参比电极  14-15
    1.2.4 混凝土氯离子传感器对电极的基本要求  15-16
  1.3 本文主要研究内容  16-18
第2章 原材料性能及试验方法  18-28
  2.1 原材料  18-20
    2.1.1 电极制作所用材料  18
    2.1.2 混凝土所用原材料  18-20
  2.2 仪器  20-21
  2.3 试验方案  21-28
    2.3.1 参比电极的制备  21-22
    2.3.2 氯离子传感器的制备  22-23
    2.3.3 电极性能的测试方案  23-28
第3章 氯离子传感器性能测试  28-39
  3.1 电极电位稳定性和重现性  28-30
    3.1.1 参比电极电位稳定性和重现性  28-29
    3.1.2 工作电极电位稳定性和重现性  29-30
    3.1.3 氯离子传感器的电位稳定性和重现性  30
  3.2 抗极化性能测试  30-33
    3.2.1 恒电流极化性能测试  31-32
    3.2.2 动电位极化性能测试  32-33
  3.3 Tafel 曲线测试  33-34
  3.4 CV 循环测试  34-35
  3.5 氯离子传感器的能斯特响应  35-36
  3.6 氯离子传感器在温度变化时的电位特征  36-37
  3.7 其它离子对氯离子传感器的性能影响  37-38
  3.8 本章小结  38-39
第4章 氯离子传感器在混凝土中的原位监测  39-54
  4.1 埋入混凝土的氯离子传感器电位值随时间变化  39-43
  4.2 水泥石中自由水含量随龄期发展  43-44
  4.3 水泥石中自由氯离子随龄期发展  44-48
  4.4 氯离子传感器电位值与氯离子浓度之间关系  48-52
  4.5 本章小结  52-54
结论  54-56
参考文献  56-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑材料 > 非金属材料 > 混凝土及混凝土制品 > 一般性问题
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