海洋混凝土耐久性参数实时监测及评价体系的研究

海洋混凝土结构的服役状态需要提供混凝土保护层的定量化信息以及由混凝土包围的钢筋的腐蚀状态。本研究意在开发一种由参比电极、氯离子传感器、腐蚀速率测试单元组成的多元传感器。这个系统原位测量如下的海洋混凝土的耐久性参数：如开路电位、腐蚀电流、深度相关的氯离子浓度、混凝土电阻以及阳极的腐蚀速率。传感器多元阳极监测的腐蚀电流一般来说随氯离子掺量的增高而明显变大，这是一种快捷的、有效的腐蚀监测的方法。此外，氯离子含量和混凝土保护层厚度是混凝土电阻的决定因素。本文提出了一个基于海洋混凝土保护层状态：即氯离子含量、保护层电阻、钢筋腐蚀速率等相关参数作为衡量指标，用加速氯离子渗透装置模拟现场暴露实验方法，并基于上述原理确定不同混凝土中的临界氯离子浓度。研究可以对工程实际劣化状态进行综合评价，也建立了海洋混凝土服役状态的预警系统。

本项目为海洋混凝土结构的服役状态提供混凝土保护层的定量化信息以及混凝土中的钢筋腐蚀状态。依上述目标，经3年时间，开发了一种由参比电极、氯离子传感器、腐蚀速率测试单元组成的多元传感器。各种传感器性能良好，抗离子和微电流能力强，完全可以作为一种长效、埋置式测试电极，在混凝土工程健康监测中具有广泛的应用前景。. 本项目以氯离子侵蚀引起的砂浆以及混凝土中钢筋锈蚀、保护层的劣化作为混凝土结构劣化的主要环境作用因素，以实际测试结合理论分析的研究方法对混凝土多元耐久性参数进行测试及评价——首先，开发了能够提供长期、稳定电位基准的参比电极和氯离子电极等，一方面实现了对电位信号响应型传感器（如氯离子传感器）的电位信号采集和处理，另一方面使钢筋腐蚀速率、混凝土电阻率以及宏电池电流等电化学测试手段有效的应用在混凝土结构中成为可能；然后，开发了能够对混凝土保护层电阻率进行长期在线监测的混凝土电阻率测试单元，对混凝土电阻测试技术进行了研究，并基于埋置式参比电极采用线性极化法对工作电极的极化电阻进行了研究，建立了极化电阻与混凝土电阻之间的关系模型；接着，在混凝土电阻率测试单元的基础上，通过复合使用钛基金属氧化物辅助电极，对宏电池电流的传感器封装、测试技术进行了研究，并结合实验数据揭示了宏电池电流的电化学本质；最后，完善了多元传感器的封装和测试技术，结合保护层的氯离子浓度以及电阻率，建立了钢筋的腐蚀速率预测模型。基于多元传感器，建立的适用于混凝土工程中的腐蚀状态分级预警系统。