改进半电池电位法测试混凝土电杆锈蚀程度

水利水电建设改进半电池电位法测试混凝土电杆锈蚀程度李炜郭建勋李轩国网冀北电力有限公司张家口供电公司

摘要：检测了构件腐蚀前后半电池电位值，并与腐蚀后接地状态和改进半电池电位法所检测的电位值进行了对比。结果表明：半电池电位法可有效检测C50强度以下混凝土内部钢筋锈蚀情况。对于接地类混凝土构件，其检测结果受接地介质影响较大，锈蚀电位值并不能准确反映混凝土构件内部钢筋真实锈蚀信息。在半电池电位法检测的基础上提出了以现有试件为参考的接地类混凝土构件内部钢筋锈蚀信息检测方法，它可以在一定程度上消除外界因素对锈蚀电位的干扰，准确反映混凝土内钢筋锈蚀真实信息。关键词：混凝土电杆；钢筋腐蚀；半电池电位；无损检测ABSTRACT:Thehalf-cellpotentialofcomponentsbeforeand

aftercorrosionwasmeasuredandcomparedwiththatofgroundingstateaftercorrosionandimprovedhalf-cellpotentialmethod.There⁃sultsshowthathalf-cellpotentialmethodcaneffectivelydetectcor⁃rosionofsteelbarinconcretebelowC50strength.Forgroundingconcretemembers,thetestresultsaregreatlyaffectedbygroundingmedium,andthecorrosionpotentialvaluecannotaccuratelyreflecttherealcorrosioninformationofsteelbarsinconcretemembers.Onthebasisofhalf-cellpotentialmethod,acorrosiondetectionmethodofsteelbarcorrosioninformationingroundingconcretemembersisproposed,whichcaneliminatetheinterferenceofexternalfactorsoncorrosionpotentialtoacertainextentandaccuratelyreflecttherealinformationofsteelbarcorrosioninconcrete.Keywords:concretepole，corrosionofreinforcingsteel，halfcellpotential，nondestructivetesting

1引言随着社会的发展，电力的普及，输电线路建设规模日益庞大。环形钢筋混凝土电杆因造价低、耐久性好、施工快捷、维护成本低等优点[1]，逐渐取代了木电杆广泛应用于电力系统。但由于其处在日晒雨淋的露天工作环境中，干湿交替、内力作用以及长期的动载荷，导致其未达到服役寿命便出现了各种不同程度的开裂，混凝土开裂会大大降低结构耐久性，导致钢筋混凝土结构过早失效，严重影响钢筋混凝土结构的安全，而导致混凝土开裂的最主要原因之一是钢筋锈蚀[2]。对电杆中钢筋锈蚀情况的进行检测，及时了解其损伤程度，掌握其服役状态，可以为钢筋混凝土电杆的耐久性评定、剩余使用寿命预测、线路检修与分阶段加固处理提供必要的前提。混凝土钢筋锈蚀检测从宏观角度可以分为破损检测、半破损检测和无损检测，破损法检测需要破坏结构，直观检测结构内部钢筋锈蚀参数，无损检测在不破坏材料的情况下检测结构内部损伤，无损检测的优点引起了科研工作者的关注，迄今为止国内外学者在无损检测领域做了大量工作[3]，可靠、准确、易于工程应用的钢筋锈蚀无损检测技术以及测试仪器的研发已经成为国内外学者研究的重点[4]。施锦杰，耿国庆等[5-7]采用多种测试方法对混凝土中钢筋的腐蚀行为进行了测试，其中研究电迁移氯盐加速混凝土内钢筋的腐蚀行为及钢筋混凝土界面区的腐蚀特征，通过X射线CT技术和电化学阻抗谱的结合检测混凝土中钢筋的腐蚀信息。研究电化学测试方法中的电化学阻抗谱法、电化学噪声法、线性极化法和恒电流脉冲4种方法检测钢筋锈蚀的可靠性，结果表明，电化学噪声和线性极化法对处于腐蚀状态的钢筋检测结果相关性较好，而电化学阻抗谱和线性极化法对钝化状态钢筋检测结果较好，4种方法对钢筋腐蚀的评价均具有较高的可靠性。范庆新等[8]对比研究了钢筋锈蚀无损检测技术中的三种电化学方法，包括：线性极化法、半电池电位法和阳极极化曲线法。研究发现，

线性极化可有效检测锈蚀速率，但结果不足以反映钢筋的实际锈蚀情况；半电池电位法可定性判断区域是否腐蚀，但检测结果易受环境影响；阳极极化曲线不能给出锈蚀速率，但能有效表征钢筋是否脱钝。安新正等[9]基于超声波传播理论探究了超声波波速与钢筋锈蚀程度的关系，记录了未锈蚀的钢筋混凝土超声波波速，通过与钢筋混凝土锈蚀后的检测波速对比来表征腐蚀损伤程度。杨茂等[10]研发了基于金属磁记忆的磁感应检测方法，当构件中的钢筋发生锈蚀时，其表面磁场会相应发生改变，根据检测所得磁感应强度曲线交点及曲线高度即可定位锈蚀位置和评估锈蚀状况，与传统电位法相比，此方法不仅提高了检测的精度，还能够检测未开裂混凝土的锈蚀情况。此外，部分学者对钢筋锈蚀监测技术进行了一定的探索。朱劲松等[11]设计了基于压电陶瓷技术的钢筋锈蚀检测方案，其检测原理为构件在锈蚀过程中会对应力波信号衰减规律特征产生影响。通过测试发现，钢筋的锈蚀率和应力波幅值为二次函数关系，应力波的传播衰减规律可有效表征钢筋锈蚀。贺鸿珠等[12]基于法拉第定律，提出通过测试腐蚀电流推算出钢筋腐蚀量的方法。在研究基础上提出了电化学方法是检测混凝土中钢筋锈蚀情况最简单的方法，不仅可以检测钢筋的锈蚀速率，还可以检测长期的锈蚀总量。徐乃欣[13]提出“单电极法”和“两电极法”对混凝土电杆内钢筋锈蚀进行了检测，根据测试结果判断混凝土中钢筋是否具有腐蚀活性。但这种检测方法只有相对参考价值，并未得到大家的认可。本文通过制备不同强度钢筋锈蚀试件，探究试件在接地条件影响下锈蚀检测电位的变化情况，在此基础上提出了以现有试件为参考的相对腐蚀程度检测方法，以期为接地类混凝土内钢筋锈蚀情况检测提供实验依据。2试验2.1原材料与试件制备

原材料：秦皇岛浅野PO42.5水泥，自来水，最大粒径5mm的标准砂，粗集料选用表观密度为2650kg/m3的连续级配破碎石灰石，粒径为5mm~16mm。直径为8mm的Q235光圆钢筋。制备3种不同强度混凝土试件和钢筋混凝土构件，混凝土试件尺寸为100mm×100mm×100mm，配合比及28d抗压强度见表1所示。构

件尺寸示意图见图1所示，在构件上等距离布置3个锈蚀测点。表1混凝土配合比及抗压强度试件编号BC水胶比0.490.35配合比/(kg.m-3)水泥360480水176168河砂680770碎石11201030砂率

0.380.43fc/MPa44.851.5

图1混凝土试块及钢筋布置（mm）2.2试件养护及加速钢筋锈蚀试验

试件成型24h后脱模，置于室内自然养护28d。28d龄期时采用传统单电极法进行一次锈蚀电位测试，然后将制作好的试件置于质量分数为5%的氯化钠溶液中毛细吸盐12h，取出放入干燥箱保持恒温干燥12h，如此干湿循环加速钢筋锈蚀。待钢筋锈蚀后采用不同方法进行锈蚀电位测试。2.3构件锈蚀电位测试试验

DOI:10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2019.04.167227绿色环保建材

图2传统单电极法锈蚀检测图3构件接地锈蚀检测图4改进半电池电位法锈蚀检测首先采用传统单电极法测试构件锈蚀电位。检测前，用砂纸将裸露在外面的钢筋进行打磨除锈，然后将构件置于绝缘的橡皮带上，用含有2%家用洗涤灵的溶液将构件润湿，使其内部钢筋与混凝土表面构成电通路，采用智博联ZBL-C310A型钢筋锈蚀检测仪对构件上预先布置的3个测点进行检测，检测系统如图2所示。将此构件置于土壤中，再一次对测点进行电位检测，检测系统如图3所示。将钢筋锈蚀仪的鳄鱼夹固定埋置在土壤中，用含有2%家用洗涤灵的溶液润湿土壤，再一次对测点进行电位检测，检测系统如图4所示。3结果与讨论3.1不同强度混凝土构件锈蚀前后锈蚀电位

采用传统单电极法对钢筋锈蚀前后的锈蚀电位测试，结果如图5所示。由图5可以看出，腐蚀实验前，不同强度的混凝土构件腐蚀电位比较接近，在相同的腐蚀循环后，腐蚀电位大体上呈现出随着混凝土强度的提高腐蚀电位绝对值降低的趋势。这一检测结果符合混凝土强度越高密实性越好抵抗氯离子侵蚀能力越强的理论，同时也说明半电池电位法可以有效检测C50强度以下混凝土内部钢筋锈蚀情况。

图5钢筋锈蚀前后单电极法检测结果图6单电极法与接地检测结果

3.2构件接地锈蚀检测将构件置于野外环境，模拟电杆接入土壤中进行锈蚀检测，检测结果与钢筋锈蚀后采用单电极法检测结果见图6所示。从图中可以看出，接地后锈蚀检测结果与采用传统单电极法检测结果明显不同，相比于单电极法，接地后测试的腐蚀电位值既有偏大的情况也有偏小的情况，并不能准确反映钢筋内部锈蚀信息，同时可以发现，无论电位值偏大或偏小，每个构件接地后的腐蚀电位值与单电极法测试结果差值变化趋势相同，即二者差值相对恒定。进一步测试发现，接地时接触的介质不同，腐蚀电位值的变化大小也不相同，但同一构件不同测点检测电位值与单电极法检测电位值的差值保持相对恒定。（原电池原理角度进行进一步的解释）3.3改进半电池电位法锈蚀检测

采用改进半电池电位法进行锈蚀检测，检测结果与钢筋锈蚀后采用单电极法检测结果见图7所示。从图中可以看出，改进半电池电位法检测电位均小于单电极法检测电位，二者差值恒定在159~168之间，即不同构件检测差值具有一定的稳定性。进一步实验发现，多数情况下，改进法检测出的电位均小于锈蚀后电位。变换鳄鱼夹接地点，改进法检测出的锈蚀电位会发生较大的变化，这是由于变更接地点导致锈蚀检测的电通路不同，电位值受介质影响而发生较大变动。当固定鳄鱼夹接地点，不同构件依次置于相同位置时，二者电通路相同，因而二者的差值具有稳定性。据此可以根据A构件锈蚀后电位、改进法电位和B构件改进法电位三个参数，计算得出B构件锈蚀后电位。

图7单电极法与改进半电池电位法检测结果3.4针对电杆的锈蚀检测方法

以3.3结论为基础，提出针对混凝土电杆等接地类混凝土构件内部钢筋锈蚀检测方法。将已知内部锈蚀信息的实验构件为参考，将构件置于电杆旁边，采用改进半电池电位法对实验构件进行检测，得到由于介质不同而导致的锈蚀电位差值。保持鳄鱼夹接地位置固定，对电杆进行锈蚀电位测试，测试得到的电位值与电位差值进行叠加，消除由于介质不同而导致的锈蚀电位差值，进而得到混凝土电杆真实锈蚀电位。4结论（1）半电池电位法对C50强度以下混凝土均可有效检测其混凝土内部钢筋锈蚀情况。（2）采用半电池电位法对接地类混凝土构件锈蚀检测，其检测结果受接地介质影响较大，锈蚀电位值并不能准确反映混凝土构件内部钢筋真实锈蚀信息。（3）以改进半电池电位法为基础针对混凝土电杆锈蚀检测，在一定程度上可以消除外界因素对锈蚀电位的干扰，准确反映混凝土内部钢筋锈蚀信息。