專利名稱：：一種用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種傳感器，尤其是涉及一種用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器及其制備方法。技術(shù)背景混凝土中鋼筋的腐蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性的最主要原因之一，在環(huán)境作用下，混凝土的碳化和cr等腐蝕性物種的侵蝕是造成鋼筋腐蝕的重要因素。因鋼筋腐蝕引起的工程結(jié)構(gòu)破壞往往造成重大損失，甚至引發(fā)嚴(yán)重的突發(fā)事故。由于混凝土的碳化和cr侵入引起的鋼筋腐蝕一旦發(fā)生，通常就難以修復(fù)，代價(jià)很高。如能采用有效的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)，對(duì)鋼筋混凝土工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行全程跟蹤監(jiān)測(cè)，密切了解混凝土中的化學(xué)環(huán)境和鋼筋的腐蝕狀態(tài)及腐蝕速度，對(duì)于保證鋼筋混凝土工程結(jié)構(gòu)的科學(xué)維護(hù)、服役壽命評(píng)估、結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性評(píng)價(jià)具有重大的實(shí)際意義。國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的方法是在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)混凝土進(jìn)行鉆孔取樣，再對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)分析，測(cè)量混凝土中的pH和cr濃度等。但這種現(xiàn)場(chǎng)取樣分析必然對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成一定人為破壞和損傷，監(jiān)測(cè)的部位很有限，測(cè)量費(fèi)時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。目前，國(guó)內(nèi)外已有一些專利和文獻(xiàn)提出采用腐蝕傳感器監(jiān)測(cè)混凝土中鋼筋的腐蝕，譬如，宋曉冰等人(CN1945278A)采用埋置鋼筋-不銹鋼電極陣列在不破損混凝土表面的前提下，無(wú)損地監(jiān)測(cè)具體工作環(huán)境下入侵介質(zhì)危險(xiǎn)鋒面到鋼筋的距離，但這種方法只是一種對(duì)鋼筋腐蝕狀態(tài)的定性測(cè)量，無(wú)法獲得混凝土中cr濃度、pH和鋼筋腐蝕速度等重要信息。趙永韜(CN1900691A)提供了一種鋼筋腐蝕檢測(cè)的裝置，采用電荷脈沖極化方法測(cè)量鋼筋的腐蝕參數(shù)，克服了極化測(cè)量易受混凝土高阻影響的問題，并可同時(shí)監(jiān)測(cè)Cr濃度，M.F.Montemor等人(Cement&ConcreteComposites28(2006)233-236)利用Cr探針陣列檢測(cè)環(huán)境作用下Cr在混凝土中的滲透行為；M.Raupach等人(NDT&EInternational34(2001)435-442)利用宏電池傳感器檢測(cè)鋼筋的腐蝕狀態(tài)；H.S丄ee等人(MaterialsandCorrosion54，299-234(2003))用電阻傳感器檢測(cè)鋼筋的腐蝕狀態(tài)和腐蝕介質(zhì)的傳輸行為；但都無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土碳化、cr濃度、鋼筋腐蝕狀態(tài)及腐蝕速度等腐蝕電化學(xué)參數(shù)的更全面信息。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種可在現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土碳化、cr濃度、鋼筋腐蝕狀態(tài)及腐蝕速度等腐蝕電化學(xué)參數(shù)的用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器及其制備方法。本發(fā)明所述的用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器設(shè)有金屬外殼、cr探針、pH探針、鋼筋電極、Mn02參比電極和外引導(dǎo)線。cr探針、pH探針、鋼筋電極和Mn02參比電極均設(shè)于金屬外殼中且間隔設(shè)置，cr探針下端、pH探針下端、鋼筋電極下端和Mn02參比電極下端均分別設(shè)有與金屬外殼連接并伸出金屬外殼的外引導(dǎo)線，Cr探針、pH探針、鋼筋電極和Mn02參比電極的相互之間及與金屬外殼之間均設(shè)有絕緣密封層，Cr探針上端、pH探針上端、鋼筋電極上端和Mn02參比電極上端露出絕緣密封層；金屬外殼的下端為封閉端。金屬外殼最好為不銹鋼圓筒或鈦圓筒。Cr探針、pH探針、鋼筋電極和Mn02參比電極的各自的中心線最好平行。Cr探針最好為AgCl/Ag電極棒，AgCl/Ag電極棒為表面覆蓋AgCl膜的銀棒。pH探針最好為Ir02電極棒，Ir02電極棒為鍍銥的鈦棒。鋼筋電極最好為鋼筋電極棒，鋼筋電極棒采用與工程實(shí)際相同的鋼筋。Mn02參比電極最好設(shè)有Mn02環(huán)狀電極和金屬集流體，Mn02環(huán)狀電極位于金屬集流體中。Mn02環(huán)狀電極內(nèi)設(shè)有Ca(OH)2填充層，集流體下端設(shè)外引導(dǎo)線，金屬集流體開口端設(shè)有透水性材料密封層。Mn02參比電極的Mn02環(huán)狀電極最好為Mn02與石墨混合粘結(jié)的環(huán)狀電極，金屬集流體最好為一端封閉的圓筒狀不銹鋼集流體。所述Cl—探針、pH探針、鋼筋電極和Mn02參比電極露出絕緣密封層的一端最好設(shè)有覆蓋露出端的透水材料保護(hù)層。透水材料保護(hù)層最好為透水水泥保護(hù)層。所述的各探針和電極露出絕緣密封層的露出端的長(zhǎng)度最好為15mm。本發(fā)明所述的用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器的制備方法包括以下步驟1)分別制備Cr探針、pH探針、鋼筋電極和參比電極，其中cr探針的制備取銀棒，經(jīng)金相砂紙打磨、用無(wú)水乙醇和純水清洗，在HC1溶液中通以電流進(jìn)行陽(yáng)極氯化660h，在銀棒表面形成一層致密AgCl膜，即制得AgCl/Ag電極；將制得的AgCl/Ag電極的一端與外引導(dǎo)線連接，并用絕緣材料密封焊接部位和側(cè)面，將AgCl/Ag電極的另一端作為Cl—探針；銀棒最好為直徑16mm的銀棒。陽(yáng)極氯化的時(shí)間最好為48h。pH探針的制備先制備W)2電極，然后將制得的Ir02電極與外引導(dǎo)線連接，并用絕緣材料密封焊接部位和側(cè)面，再在KOH、NaOH和Ca(OH)2三組分混凝土模擬空隙液中老化28d以上，就制得pH探針；所述KOH、NaOH和Ca(OH)2三組分混凝土模擬空隙液的組成最好為0.6mol/LKOH+0.2mol/LNaOH+0.001mol/LCa(OH)2。制備Ir02電極的方法可為取銥絲，經(jīng)金相砂紙打磨、用無(wú)水乙醇和純水清洗，晾干，埋置于無(wú)水Na2C03粉末中，在500900。C下高溫氧化0.54h;得到Ir02電極。銥絲最好為直徑約0.23.0mm的銥絲。制備Ir02電極的方法可為先配制含氯銥酸的涂液，在氯銥酸銨或四氯化銥中加入溶劑得含氯銥酸的涂液，然后將涂液刷涂在鈦棒表面，在6014(TC下烘干，再于300600'C下燒制l2h，重復(fù)上述涂刷、烘干和燒制過程310次，得到Ir02電極。溶劑最好是質(zhì)量百分比含量為10%50%的異丁醇、乙醇或水。鈦棒直徑最好為1.010mm。制備Ir02電極的方法可為配制1%10%氯銥酸的水溶液50ml，加入草酸鉀100450mg和30%H2O2溶液0.22ml，用K2C03調(diào)節(jié)pH到9.011.5，在6095。C下加熱1030min，得到鍍銥液。將鈦棒在40%80%H2SO4或H3P04中6010(TC下刻蝕210min后，進(jìn)行鍍銥液中電流陽(yáng)極處理，得到M)2電極。鈦棒直徑最好為1.010mm。鋼筋電極的制備取與工程實(shí)際相同的鋼筋材料加工成圓柱形，一端與外引導(dǎo)線連接，并用絕緣材料密封焊接部位和側(cè)面，鋼筋只露出另一端作為鋼筋電極。鋼筋電極的尺寸最好是直徑312mm,長(zhǎng)3080mmoMn02參比電極的制備將Mn02、石墨和粘結(jié)劑混合，壓制成為Mn02環(huán)狀電極，環(huán)狀電極安裝于一端封閉的圓筒狀的金屬集流體內(nèi)，Mn02環(huán)狀電極內(nèi)填充Ca(OH)2，金屬集流體的一端與外引導(dǎo)線連接，用環(huán)氧樹脂或橡膠密封焊接部位和金屬集流體外部，制得Mn02參比電極。Mn02環(huán)狀電極的尺寸最好是長(zhǎng)320mm,直徑為515mm,壁厚15mm的圓環(huán)。2)裝配將上述制備好的Cr探針、pH探針、鋼筋電極及Mn02參比電極，一起安裝在外殼中。將各探針和電極的外引導(dǎo)線與外殼連接并伸出外殼，各探針和電極的相互之間及與外殼之間用絕緣材料密封固定在一起，各探針和電極的上端露出絕緣材料，露出端用透水材料包覆保護(hù)；外引導(dǎo)線與外殼的連接部位也用絕緣材料密封，即裝配完畢,得到本發(fā)明用于檢測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器，外殼既作為傳感器的支持保護(hù)套，又兼為傳感器電化學(xué)測(cè)量的輔助電極。本發(fā)明的工作原理.cr探針工作原理采用Ag/AgCl電極作為Cr探針，其工作原理可以用下式表示AgCl+eoAg+Cl_根據(jù)能斯特公式:五=￡。+^^lg[Cl—]從式中可以看出，cr探針的電極電位五與測(cè)量體系的cr濃度對(duì)數(shù)值成線性關(guān)系，測(cè)量探針的電極電位五就可以計(jì)算出體系cr濃度。pH探針工作原理采用Ir02(或Ir02/Ti)電極作為pH探針，其工作原理如下式所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>根據(jù)能斯特公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>從式中可知pH探針的電極電位與測(cè)量體系的pH值成線性關(guān)系，測(cè)量探針的電極電位就計(jì)算得到體系的pH值。腐蝕狀態(tài)與腐蝕速度的測(cè)量通過測(cè)量鋼筋電極的腐蝕電位五o^可以定性評(píng)定鋼筋在混凝土環(huán)境中的腐蝕狀態(tài)，腐蝕電位可直接測(cè)量得到；腐蝕電流密度/c。。,則反映鋼筋在混凝土中的腐蝕速度，通過測(cè)量鋼筋電極的線性極化曲線得到。腐蝕電流密度icorr與極化電阻有如下關(guān)系-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>腐蝕電流密度/c^和極化電阻^可以通過程序擬合和數(shù)據(jù)處理直接得到，從而評(píng)價(jià)混凝土環(huán)境中鋼筋的腐蝕狀態(tài)和腐蝕速度。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有響應(yīng)靈敏度高、線性良好、壽命長(zhǎng)、檢測(cè)參數(shù)多、可靠性高等特點(diǎn)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)服役中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部腐蝕環(huán)境(pH、cr濃度)和鋼筋腐蝕狀態(tài)及腐蝕速度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，特別適用于對(duì)橋梁、隧道、堤壩、核電、海洋設(shè)施、地下建筑等大型鋼筋混凝土工程結(jié)構(gòu)的服役安全性進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)。對(duì)于更全面、更可靠地評(píng)測(cè)鋼筋混凝土工程結(jié)構(gòu)安全性和服役壽命具有十分重要的實(shí)際意義。.圖i為本發(fā)明實(shí)施例的縱向結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的橫向結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的Mn02參比電極的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例的cr探針電極電位對(duì)cr濃度的響應(yīng)關(guān)系圖。在圖4中，橫坐標(biāo)為氯離子濃度c(Cr)/mol/L，縱坐標(biāo)為電位E/mV。圖5為本發(fā)明實(shí)施例的pH探針電極電位對(duì)pH值的響應(yīng)關(guān)系圖。在圖5中，橫坐標(biāo)為pH值，縱坐標(biāo)為電位E/mV。圖6為本發(fā)明實(shí)施例在3.5MNaCl溶液中浸泡時(shí)，Cl'濃度隨時(shí)間的變化圖。在圖6中，橫坐標(biāo)為時(shí)間time/h，縱坐標(biāo)為氯離子濃度c(Cl—)/mol/L。圖7為本發(fā)明實(shí)施例在3，/。NaCl溶液中浸泡時(shí)，pH值隨時(shí)間的變化圖。在圖7中，橫坐標(biāo)為時(shí)間time/h，縱坐標(biāo)為pH值。圖8為本發(fā)明實(shí)施例在3.5e/。NaCI溶液中浸泡時(shí)，鋼筋腐蝕電位隨時(shí)間的變化圖。在圖8中，橫坐標(biāo)為時(shí)間time/h，縱坐標(biāo)為腐蝕電位/mV。圖9為本發(fā)明實(shí)施例在3.5%NaCl溶液中浸泡，腐蝕電流密度隨時(shí)間的變化圖。在圖9中，橫坐標(biāo)為時(shí)間time/h，縱坐標(biāo)為腐蝕電流密度/Acm—2。圖10為本發(fā)明實(shí)施例在3.5。/。NaCl溶液中浸泡，極化電阻(線性極化)隨時(shí)間的變化圖。在圖10中，橫坐標(biāo)為時(shí)間time/h，縱坐標(biāo)為極化電阻Rp/Q。圖11為本發(fā)明實(shí)施例在3.5MNaCl溶液中浸泡，電荷轉(zhuǎn)移電阻(EIS)隨時(shí)間的變化圖。在圖11中，橫坐標(biāo)為時(shí)間time/h，縱坐標(biāo)為電荷轉(zhuǎn)移電阻Rt/Q。具體實(shí)施方式參見圖1和2，為了將用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器的結(jié)構(gòu)示意更清晰，圖1將各探針和電極依次排列，實(shí)施例中各探針和電極實(shí)際是按圖2方式排列。用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器設(shè)有不銹鋼圓筒狀的外殼1、Cl—探針2、pH探針3、鋼筋電極4、Mn02參比電極5，以及外引導(dǎo)線21、31、41和51。Cl—探針2、pH探針3、鋼筋電極4和Mn02參比電極5均設(shè)于外殼l中且間隔平行設(shè)置，Cr探針2、pH探針3、鋼筋電極4和Mn02參比電極5的下端均分別設(shè)有外引導(dǎo)線21、31、41和51，Cr探針2、pH探針3、鋼筋電極4和Mn02參比電極5的相互之間及與外殼1之間均設(shè)有絕緣密封層6，Cl—探針2、pH探針3、鋼筋電極4和Mn02參比電極5的上端均露出絕緣密封層6。Cr探針2、pH探針3、鋼筋電極4和Mn02參比電極5露出絕緣密封層6的上端均由透水水泥保護(hù)層7覆蓋。所述的各探針和電極露出絕緣密封層的露出端長(zhǎng)度為l5mm。透水水泥保護(hù)層7中的水與灰的質(zhì)量比為0.30.8。Cr探針2為AgCl/Ag電極棒，AgCl/Ag電極棒為表面覆蓋AgCl膜的銀棒。pH探針3為IK)2電極棒，Ir02電極棒為鍍銥的鈦棒。鋼筋電極4為鋼筋電極棒，鋼筋電極棒采用與工程實(shí)際相同的鋼筋。參見圖3，Mn02參比電極5設(shè)有不銹鋼圓筒狀的集流體52和Mn02環(huán)狀電極53，Mn02環(huán)狀電極53位于集流體52中且與集流體52電連接，Mn02環(huán)狀電極53內(nèi)設(shè)有Ca(OH)2填充層54，集流體52下端設(shè)外引導(dǎo)線51，Mn02環(huán)狀電極53的上端面至集流體52上端口之間設(shè)有透水性多孔陶瓷密封層55。Mn02環(huán)狀電極53為Mn02與石墨混合粘結(jié)的環(huán)狀電極，集流體52下端封閉。本發(fā)明所述的用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器的具體制備方法如下-1、分別制備Cr探針2、pH探針3、鋼筋電極4和Mn02參比電極5cr探針的制備取銀棒，經(jīng)金相砂紙打磨、用無(wú)水乙醇和純水清洗，在0.1mol/L的HC1溶液中，通過0.1mA/cm2的電流進(jìn)行陽(yáng)極氯化48h，在銀棒表面形成一層致密AgCl膜，即制得AgCl/Ag電極；將制得的AgCl/Ag電極與導(dǎo)線焊接在一起，并用絕緣材料密封焊接部位和側(cè)面，只將AgCl/Ag電極的一端暴露出5mm作為Cl—探針。pH探針的制備-方法a、取直徑為lmm銥絲，經(jīng)金相砂紙打磨、用無(wú)水乙醇和純水清洗，晾干，埋置于無(wú)水Na2C03粉末中，在700。C下高溫氧化lh。方法b、配制含氯銥酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的異丁醇涂液，將涂液刷涂在直徑6mm鈦棒表面，在8(TC下烘干，然后在450'C下燒制2h，重復(fù)上述涂刷、烘干、燒制過程8次。方法c、配制5%氯銥酸的水溶液50ml，加入草酸鉀300mg和30%11202溶液0.5mL，用K2C03調(diào)節(jié)pH到10.5，在80。C下加熱20min，得到鍍銥液。直徑6mm鈦棒在60%H2SO4中8CTC下刻蝕5min后，在鍍銥液中以0.5mA/cm2電流陽(yáng)極處理lh，可得到滿足技術(shù)要求的Ir02電極。將制得的Ir02電極與外引導(dǎo)線焊接在一起，并用絕緣材料密封焊接部位和側(cè)面，只暴露5mm長(zhǎng)的M)2電極，在三組分混凝土模擬空隙液中老化28d以上，就制得pH探針。上述三組分混凝土模擬空隙液的組成為0.6mol/LKOH+0.2mol/LNaOH+0.001mol/LCa(OH)2。鋼筋電極的制備取Q235鋼筋材料加工成直徑6mm，長(zhǎng)30mm的圓柱體鋼筋，將圓柱體鋼筋的一端與導(dǎo)線焊接在一起，并用絕緣材料將焊接部位和側(cè)面密封，圓柱體鋼筋只露出另一端，制成工作面積一定的鋼筋電極。參比電極的制備將Mn02、石墨和粘結(jié)劑混合，壓制成長(zhǎng)為15mm，直徑為10mm，壁厚為3mm的環(huán)狀電極，安裝于一端封閉的圓筒狀不銹鋼集流體(尺寸為長(zhǎng)為30mm，直徑為14mm，壁厚為2mm)內(nèi)，環(huán)狀Mn02電極與不銹鋼集流體連接，Mn02環(huán)狀電極內(nèi)填充Ca(OH)2，不銹鋼集流體另一端用多孔透水性陶瓷材料密封，不銹鋼集流體與導(dǎo)線焊接，以環(huán)氧樹脂或橡膠將焊接部位和不銹鋼集流體外部密封。2、裝配將上述的Cr探針、pH探針、鋼筋電極及參比電極按設(shè)定的分布和尺寸要求，一起安裝在長(zhǎng)為40mm，直徑為35mm，壁厚為2mm的外殼l中，外殼1采用圓筒狀不銹鋼護(hù)套。C1—探針、pH探針、鋼筋電極及參比電極與導(dǎo)線連接的一端用絕緣密封層6與外殼1密封固定在一起，各探針電極暴露端用厚約5mm的水/灰比為0.6的多孔透水性材料包覆保護(hù)。不銹鋼護(hù)套也與導(dǎo)線焊接在一起，并用絕緣材料將焊接部位密封，不銹鋼護(hù)套既作為傳感器的支持保護(hù)套，又兼為傳感器電化學(xué)測(cè)量的輔助電極。裝配完畢即得到本發(fā)明所述的用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器。下面給出本發(fā)明多功能傳感器的測(cè)試結(jié)果(參見圖611和表1)。將制得的腐蝕傳感器直接浸泡在3.5c/。NaCl溶液(模擬海水)中，定期測(cè)量C1'探針、pH探針和鋼筋電極相對(duì)于參比電極的電位，不銹鋼護(hù)套做輔助電極，測(cè)量?jī)x器為AUTOLAB電化學(xué)工作站。同時(shí)采用線性極化和電化學(xué)阻抗檢測(cè)鋼筋電極的腐蝕狀況。線性極化的條件如下掃描范圍為開路電位i30mV，掃描速度lmv/s。電化學(xué)阻抗的測(cè)試條件如下頻率范圍為10510—2112，測(cè)試電位為開路電位。線性極化和電化學(xué)阻抗數(shù)據(jù)均用儀器擬合得到電化學(xué)腐蝕參數(shù)。從圖6中可看出，在浸泡100200h周期內(nèi)，Cr濃度從10"mol/L增大到0.010.03mol/L，隨后繼續(xù)逐漸增大。從圖7中可看出，在浸泡150500h周期內(nèi)，pH從13左右降低到約12，隨后數(shù)值有所波動(dòng)，總的趨勢(shì)是在減小。從圖8和圖9可看出，鋼筋電極的腐蝕電位在浸泡200400h周期內(nèi)，發(fā)生明顯負(fù)移，約負(fù)移200mV，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，此時(shí)鋼筋的腐蝕電流密度增大約一個(gè)數(shù)量級(jí)。結(jié)果表明，隨著混凝土內(nèi)部腐蝕環(huán)境的變化，鋼筋電極的表面鈍性破壞，并發(fā)生明顯的腐蝕現(xiàn)象。從圖10和圖11中可看出，在浸泡150400h周期內(nèi)，鋼筋電極的極化電阻發(fā)生大幅降低，而電荷轉(zhuǎn)移電阻也發(fā)生明顯降低，表明鋼筋電極腐蝕速度加快。參見表1，表1給出了采用不同方法制備的用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器在NaCl溶液中浸泡200400h周期內(nèi)的各測(cè)試參數(shù)。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>從上述測(cè)試結(jié)果可得到如下結(jié)論在含氯的腐蝕性環(huán)境中，本發(fā)明可敏感地檢測(cè)到C1—滲入混凝土膜層的動(dòng)態(tài)行為，可檢測(cè)到鋼筋混凝土界面cr濃度的增大和pH的降低，同時(shí)還可檢測(cè)鋼筋的腐蝕與保護(hù)狀態(tài)(腐蝕電位)，和腐蝕速度(腐蝕電流和腐蝕電阻)，即隨著鋼筋混凝土界面腐蝕環(huán)境的變化，鋼筋表面發(fā)生鈍化膜的破壞，腐蝕速度加快，從而可全面檢測(cè)/監(jiān)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)中的腐蝕環(huán)境和鋼筋的腐蝕狀態(tài)及腐蝕速度。在檢測(cè)過程各種腐蝕參數(shù)發(fā)生波動(dòng)，這是因?yàn)槎嗫淄杆牧系牟痪鶆蛩?。相?duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)數(shù)十年甚至上百年的使用壽命而言，這種波動(dòng)可完全忽略不計(jì)。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，用以檢測(cè)混凝土的碳化、cr等腐蝕物種的滲透以及鋼筋的腐蝕狀況，預(yù)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的剩余壽命和服役安全性。權(quán)利要求1.一種用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器，其特征在于設(shè)有金屬外殼、Cl-探針、pH探針、鋼筋電極、MnO2參比電極和外引導(dǎo)線；Cl-探針、pH探針、鋼筋電極和MnO2參比電極均設(shè)于金屬外殼中且間隔設(shè)置，Cl-探針下端、pH探針下端、鋼筋電極下端和MnO2參比電極下端均分別設(shè)有與金屬外殼連接并伸出金屬外殼的外引導(dǎo)線，Cl-探針、pH探針、鋼筋電極和MnO2參比電極的相互之間及與金屬外殼之間均設(shè)有絕緣密封層，Cl-探針上端、pH探針上端、鋼筋電極上端和MnO2參比電極上端露出絕緣密封層；金屬外殼的下端為封閉端。2.如權(quán)利要求1所述的一種用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器，其特征在于金屬外殼為不銹鋼圓筒或鈦圓筒。3.如權(quán)利要求1所述的一種用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器，其特征在于Cr探針、pH探針、鋼筋電極和Mn02參比電極的各自的中心線平行。4.如權(quán)利要求1所述的一種用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器，其特征在于Cr探針為AgCl/Ag電極棒；AgCl/Ag電極棒為表面覆蓋AgCl膜的銀棒；pH探針為Ir02電極棒。5.如權(quán)利要求4所述的一種用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器，其特征在于Ir02電極棒為鍍銥的鈦棒。6.如權(quán)利要求1所述的一種用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器，其特征在于Mn02參比電極設(shè)有Mn02環(huán)狀電極和金屬集流體，Mn02環(huán)狀電極位于金屬集流體中。7.如權(quán)利要求1所述的一種用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器，其特征在于Mn02環(huán)狀電極內(nèi)設(shè)有Ca(OH)2填充層，集流體下端設(shè)外引導(dǎo)線，金屬集流體開口端設(shè)有透水性材料密封層，Mn02參比電極的Mn02環(huán)狀電極為Mn02與石墨混合粘結(jié)的環(huán)狀電極，金屬集流體為一端封閉的圓筒狀不銹鋼集流體。8.如權(quán)利要求l所述的一種用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器，其特征在于所述Cr探針、pH探針、鋼筋電極和Mn02參比電極露出絕緣密封層的一端設(shè)有覆蓋露出端的透水材料保護(hù)層。9.如權(quán)利要求1或3或8所述的一種用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器，其特征在于Cr探針、pH探針、鋼筋電極和Mn02參比電極露出絕緣密封層的露出端的長(zhǎng)度為15mm。10.如權(quán)利要求1所述的用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器的制備方法，其特征在于包括以下步驟i)分別制備cr探針、pH探針、鋼筋電極和參比電極，其中cr探針的制備取銀棒，經(jīng)金相砂紙打磨、用無(wú)水乙醇和純水清洗，在HC1溶液中通以電流進(jìn)行陽(yáng)極氯化660h，在銀棒表面形成一層致密AgCl膜，即制得AgCl/Ag電極；將制得的AgCl/Ag電極的一端與外引導(dǎo)線連接，并用絕緣材料密封焊接部位和側(cè)面，將AgCl/Ag電極的另一端作為cr探針；pH探針的制備先制備W)2電極，然后將制得的W)2電極與外引導(dǎo)線連接，并用絕緣材料密封焊接部位和側(cè)面，再在KOH、NaOH和Ca(OH)2三組分混凝土模擬空隙液中老化28d以上，就制得pH探針；制備Ir02電極的方法為取銥絲，經(jīng)金相砂紙打磨、用無(wú)水乙醇和純水清洗，晾干，埋置于無(wú)水Na2C03粉末中，在50090(TC下高溫氧化0.54h;得到Ir02電極；或先配制含氯銥酸的涂液，在氯銥酸銨或四氯化銥中加入溶劑得含氯銥酸的涂液，然后將涂液刷涂在鈦棒表面，在6014(TC下烘干，再于300600。C下燒制12h，重復(fù)上述涂刷、烘干和燒制過程310次，得到Ir02電極；或配制1%10%氯銥酸的水溶液50ml，加入草酸鉀100450mg和30%11202溶液0.22ml，用K2C03調(diào)節(jié)pH到9.011.5，在6095。C下加熱1030min，得到鍍銥液；將鈦棒在40%80%112804或H3P04中6010(TC下刻蝕210min后，進(jìn)行鍍銥液中電流陽(yáng)極處理，得到Ir02電極；鋼筋電極的制備取與工程實(shí)際相同的鋼筋材料加工成圓柱形，一端與外引導(dǎo)線連接，并用絕緣材料密封焊接部位和側(cè)面，鋼筋只露出另一端作為鋼筋電極；Mn02參比電極的制備將Mn02、石墨和粘結(jié)劑混合，壓制成為Mn02環(huán)狀電極，環(huán)狀電極安裝于一端封閉的圓筒狀的金屬集流體內(nèi)，Mn02環(huán)狀電極內(nèi)填充Ca(OH)2，金屬集流體的一端與外引導(dǎo)線連接，用環(huán)氧樹脂或橡膠密封焊接部位和金屬集流體外部，制得Mn02參比電極；2)裝配將制備好的Cl—探針、pH探針、鋼筋電極及Mn02參比電極一起安裝在金屬外殼中；將Cl—探針、pH探針、鋼筋電極及Mn02參比電極的外引導(dǎo)線與金屬外殼連接并伸出金屬外殼，Cr探針、pH探針、鋼筋電極及Mn02參比電極的相互之間及與金屬外殼之間用絕緣材料密封固定在一起，Cl—探針、pH探針、鋼筋電極及Mn02參比電極的上端露出絕緣材料，露出端用透水材料包覆保護(hù)；外引導(dǎo)線與金屬外殼的連接部位也用絕緣材料密封，即裝配完畢。全文摘要一種用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器，涉及一種傳感器。提供一種可在現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土碳化、Cl^-濃度、鋼筋腐蝕狀態(tài)及腐蝕速度等腐蝕電化學(xué)參數(shù)的用于監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的多功能傳感器及其制備方法。設(shè)有金屬外殼、Cl^-探針、pH探針、鋼筋電極、MnO₂參比電極和外引導(dǎo)線。分別制備Cl^-探針、pH探針、鋼筋電極和參比電極，將Cl^-探針、pH探針、鋼筋電極及MnO₂參比電極安裝在外殼中。將各探針和電極的外引導(dǎo)線與金屬外殼連接并伸出金屬外殼，各探針和電極之間及與金屬外殼之間密封固定，各探針和電極的上端露出絕緣材料，露出端用透水材料包覆；外引導(dǎo)線與金屬外殼的連接部位密封。文檔編號(hào)G01N17/00GK101334353SQ20081007152公開日2008年12月31日申請(qǐng)日期2008年8月1日優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日發(fā)明者李蘭強(qiáng),李思振,杜榮歸,林昌健,胡融剛,董士剛申請(qǐng)人:廈門大學(xué)