用电位映射法检测钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀:理论与实践

摘要

根据DGZfP(德国无损检测协会)指南B3的电化学电位图是一种公认的腐蚀强化钢局部化技术。在钢筋混凝土结构中，测量电势不一定与钢筋的腐蚀可能性直接相关。测量值可能受到不同于应力测量的显著影响，不同于相界金属/混凝土本身电位形成的不同影响以及获取过程。由于影响因素的复杂性，存在结果被误解的风险。因此，在训练概念中，首先要传授测试方法的理论基础。然后，通过专门设计的模型对象，将各种影响因素频繁发生的实际情况呈现给参与者。目的是传授有关电位测图检测钢筋腐蚀特性的深刻知识，以便将该技术作为一种可靠、经济的检测方法应用于实践。

1.介绍

在钢筋或预应力混凝土结构中，由于混凝土环境的高碱性，腐蚀一般是不可能的。这种保护的原因是钢表面有一层钝化层，它提供了足够的抗腐蚀能力。这种抗腐蚀保护的长期耐用性与被动层所必需的条件的稳定性有关。在一定的环境条件下，取决于混凝土质量和施工特性，混凝土孔隙溶液的钝化作用可以被中和(碳化、氯离子的进入)，从而导致钢筋表面的钝化。因此，钢可能发生腐蚀反应。由于产生的氧化铁反应产物体积膨胀，混凝土表面可能出现裂缝或剥落。

为了规划和实施必要的修复措施，早期和主要无损地确定钢筋实际腐蚀行为的信息是至关重要的。电位映射技术是评估钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀状态的一种已建立和常用的方法[1- - - - - -5］．活性腐蚀强化的区域可以进行非破坏性局部化。该方法通常用于氯化物腐蚀的检测。

2.测量技术

在钢筋混凝土结构的电位映射过程中，确定了混凝土中埋入的钢筋与放置在混凝土表面的外部参考电极之间的电位差(图)1)．由于钢筋必须局部接触，这种方法是准无损的。

电位差是在先前定义的测量网格上得到的。不同的参比电极类型可根据测量任务。杆电极可以用于现场或单独的测量，而轮电极系统通常用于更大的区域。

数字2显示了所谓的电位漏斗，它只能在3D表示中检测到。局部有限的和明显的电位转移到更负的电位值往往是主动钢筋腐蚀的迹象。绝对电位值是次要的。根据(1，3.的主要焦点是探测形成这种势漏斗的势梯度。与此相反，在ASTM标准C876 [4，则腐蚀概率指定为固定的电位值。只根据[4不推荐使用，因为在不考虑总体的情况下，腐蚀概率和测量电位之间没有直接联系。

DGZfP规范B03详细描述了测量的执行和对测试人员的要求[1]及2006年SIA指引[3.］．

3.评价和解释

3．1.额外的调查

对钢筋腐蚀状况的潜在映射的解释需要额外的调查，考虑到可能的影响因素，如变化的混凝土湿度或混凝土覆盖。

要可靠地评估潜在的地图绘制，下列额外要求是必不可少的:混凝土保护层的完整测量检查混凝土表面是否有空穴/分层完成对混凝土表面的调查暴露的钢筋残留的密封冻损，混凝土损坏，裂缝形成排水设施钻孔粉尘样品取样以确定氯化物分布碳酸盐岩深度的随机测定开放及评估显眼区域的加固工程

可选的附加调查包括:(我)混凝土电解阻力的测定(2)用微波测量混凝土水分

3．2．图形化表示

测量结果的图形表示应始终使用适当的边界参数，这应使钢筋腐蚀的可能性清晰而有效的可视化。

数字3.显示为示例的颜色表示，每个指定的颜色的分区为50 mV。在这种情况下，暗红色和深橙色表示具有高腐蚀概率的区域(相对于铜/硫酸铜电极，电位介于-300和-500 mV之间)。

在用图形表示潜在的地图数据时，应考虑所用颜色的信号效应。在给定的示例中(图3.)最负的电位值(也就是最关键的电位值)用红色和棕色表示。其他颜色的选择应考虑到它们提供了一个明确的分配之间的颜色和腐蚀的可能性。腐蚀概率高和低的区域应易于区分。

为确定腐蚀和非腐蚀区域的潜在极限值，对潜在值的统计分析(频率分布或累积频率分布)需要高水平的专业知识。混凝土中不同的水分条件可能导致电位水平偏移100 mV以上，从而导致统计分析中的错误解释。

4.最终评估和随机开场

在对可能的绘图数据进行图形评估后，需要对混凝土盖进行随机开孔，以检查钢筋局部的实际损坏程度。这应该在最具负面潜力的地区进行。在有裂缝或潜在分布不明确的区域，还需对局部区域进行开放和加固情况检查。这个过程必须对每个测量表面进行。从一个测量区域到整个结构的一般结论是不可能的。只有在对测量数据进行相应的本地检查验证后，才能对康复要求作出最终评估。

5.测试人员

由于对测试人员的要求很高，DGZfP规范B03中概述了以下资质[1]:潜在测绘的过程和测量结果的解释需要在腐蚀和防腐领域的足够专业知识，以及混凝土技术和结构工程领域的至少基础知识。这种专业知识的证明可以通过证书或适当的高级培训的正式资格证明来提供。如果在负责的熟练检验员的指导下，测量本身也可以由没有电化学背景知识的测试人员进行。在这种情况下，测量收集过程必须由检验员控制。

6.在大型试验样品上的实践训练课程的结果

在德国的三个地点(亚琛、柏林和München)开展了获取进行潜在测绘测量的专业知识证明的培训课程。课程分为理论和实践两部分，为期3天，包括理论和实践考试。实际训练在一个大尺寸的试件上进行，包括隐藏的腐蚀钢筋以及与实践相关的误差来源。数字4图为柏林联邦研究和测试研究所(BAM)的测试样本。

试件施工于2011年，所用混凝土采用CEM III型高炉矿渣水泥混合料，水灰比为0.45，最大粒径为16mm。下部和上部加强层由特殊构造的垫片电绝缘。不同的阳极区域以及MnO₂参考电极嵌入标本中。此外，还集成了镀锌楼梯和金属地漏等影响部件。它们可以通过开关控制中心连接或断开到加强层。在数据5- - - - - -9测量网格始终为15 * 15厘米;所使用的参比电极为饱和铜-硫酸铜电极(sat. Cu/CuSO)₄)．

在这个试样以及亚琛(ibac)和慕尼黑(cbm)的类似试样上，进行了测量电势、混凝土保护层、混凝土电阻和其他必要测量的训练。数字5显示了2012年春季测量运动的首批结果之一(样本年龄7个月)。混凝土表面湿润后30分钟开始电位测量。在测量过程中，混凝土表面必须湿润，不能积水。两个嵌入阳极已连接(用红色标记)，任何影响金属部件均未连接。

数字6显示来自图中相同度量活动的潜在映射结果5，在这种情况下有两个连接的阳极(见图)5)及镀锌楼梯(以红色标示)。

数字7显示类似于图的结果6但有一个连接的地漏(红色标记)和两个进一步的阳极(绿色标记)。

数字8显示了2017年测量活动的结果(6岁的样本)。在这个测量过程中，三个阳极(用绿色标记)和镀锌楼梯(用红色标记)被连接起来。在2016年，部分使用了环氧基涂层(用橙色标记)。涂层对周围区域的影响可以通过更大的正电位清楚地看到。此外，被动强化的电位比5年前增加了约50 ~ 100 mV。

数字9显示类似于图的结果8，图中主要的区别是不受潮的表面和连接的地漏(红色小标记)9．通过润湿轮电极的海绵带，实现轮电极与混凝土表面的电解连接。测得的电势更正，阳极面积更小，这是由于混凝土的较高的电解电阻率。在干燥的表面只有两个阳极是可见的(绿色标记)。环氧涂层面积的影响不明显。

数据5- - - - - -9清楚地展示了复杂的相互关系;2012年和2017年测得的电势差异尤其巨大。测量的电势是不能比较的——只有阳极区和阴极区之间的电位差是可以比较的。根据这些结果，很明显，电位映射结果应该用电位差，即所谓的电位漏斗来解释，而不是用测量的绝对电位。镀锌楼梯等金属建筑部件的影响，当它们与嵌入的钢筋电连接时，可能被误解为阳极区。如果是电连接的地漏，解释测得的电势就有点困难了。负电位肯定是基于一个积极的腐蚀系统，但很难区分腐蚀地漏或周围地区的加固。

7.结论

多年的潜在测图经验表明，客户经常订购潜在测图而不考虑测试人员的资格。在很多情况下，它们只得到潜在值，没有任何解释，也没有关于影响因素的边界条件的信息。康复措施是以这些措施为基础的。如果不了解和考虑不同因素之间的复杂关联，可能会发生一些区域在没有任何实际需要的情况下被修复，或者更糟的是，尽管加固层严重腐蚀，但这些区域不会被修复。

在没有任何证据证明有足够的专门知识的情况下，对可能的测绘测量进行规划和评估可能导致严重的误解，应当加以避免。

数据可用性

用于支持这项研究结果的数据包括在文章中。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

参考文献

DGfZP:规范B 03，钢筋腐蚀检测的电化学半电池电位测量，德国，柏林，2014。
S. Kessler, C. Gehlen, G. Ebell和A. Burkert，《潜在的测绘及其被探测的可能性》，混凝土-和Stahlbetonbau，第106卷，第2期。7，页481-489,2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
新航和Merkblatt,Planung, Durchführung and Interpretation der Potenzialmessung an Stahlbetonbauten， Schweizerische Ingenieur- und Architektenverein, 2013。
ASTM,混凝土中未涂层钢筋腐蚀电位的标准试验方法, ASTM, 2015。
B. Elsener, C. Andrade, J. Gulikers, R. Polder，和M. raaupach，“RILEM TC 154 EMC:测量金属腐蚀的电化学技术半电池电位测量-钢筋混凝土结构上的电位测绘，”材料和结构，第36卷，第461-471页，2003。视图:谷歌学术搜索

国际腐蚀杂志

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