本發(fā)明屬于電化學(xué)實驗裝置，主要涉及一種流動腐蝕介質(zhì)中的混凝土腐蝕電化學(xué)實驗裝置。

背景技術(shù)：

市政給排水管網(wǎng)是重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施，對城市的發(fā)展建設(shè)、人民生活水平的提高，以及生態(tài)環(huán)境的保護意義重大。由膠凝材料(如水泥)將骨料(砂、石)膠結(jié)成型的混凝土管材已廣泛應(yīng)用于市政管網(wǎng)中，這種混凝土管材極易在多種腐蝕介質(zhì)中發(fā)生腐蝕破壞。然而，國內(nèi)外關(guān)于管網(wǎng)腐蝕的研究大多集中于金屬管道，卻忽略了多種混凝土管材的腐蝕問題。其一，鑄鐵金屬管一般帶有水泥砂漿內(nèi)襯(水泥、砂、水配合而成，屬于混凝土材料)，而現(xiàn)有研究往往忽略了腐蝕介質(zhì)中水泥砂漿內(nèi)襯的腐蝕及失效分析，與實際運行情況相背離；其二，鋼筋混凝土污水管道作為一種典型的混凝土管道，在污水等介質(zhì)中的腐蝕問題極為嚴(yán)重，容易產(chǎn)生破損、地面塌陷、污水泄漏等事故，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，尋找一種行之有效的混凝土腐蝕檢測方法、解析混凝土的腐蝕行為迫在眉睫。

電化學(xué)測量方法作為觀測材料耐腐蝕性能的一種重要手段，由于其快速、可連續(xù)監(jiān)測等優(yōu)點而被廣泛用于金屬供水管道的腐蝕研究中，但其在混凝土管材的腐蝕研究中應(yīng)用較少。由于受到混凝土材料導(dǎo)電性差、制備困難、操作難以標(biāo)準(zhǔn)化等條件限制，現(xiàn)有的電化學(xué)裝置通常以單一金屬工作電極浸入腐蝕介質(zhì)為研究對象，難以用于混凝土材料的腐蝕監(jiān)測，因而限制了電化學(xué)方法在混凝土管道腐蝕研究領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種新型流動腐蝕介質(zhì)中的混凝土腐蝕電化學(xué)實驗裝置，打破傳統(tǒng)電化學(xué)裝置在混凝土腐蝕研究中的局限性，以實時監(jiān)測流動腐蝕介質(zhì)中混凝土不同深度的腐蝕情況，并可用于模擬帶有水泥砂漿內(nèi)襯層的鑄鐵-內(nèi)襯體系的腐蝕，增強了該裝置的普遍適用性，對城市給排水管道的壽命預(yù)測和腐蝕防護意義重大。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。

一種流動腐蝕介質(zhì)中的混凝土腐蝕電化學(xué)實驗裝置，包括腔體、底座、頂蓋和工作電極，其特征在于，所述腔體為圓柱玻璃腔體1，圓柱玻璃腔體1的下面設(shè)置有底座2，圓柱玻璃腔體1的上面設(shè)置有頂蓋5；

底座2上設(shè)置有10～12個工作電極測孔3，工作電極測孔3內(nèi)設(shè)置有工作電極4；底座2與圓柱玻璃腔體1相固定，頂蓋5待圓柱玻璃腔體1內(nèi)工作電極4安裝完畢，且澆注混凝土并經(jīng)過風(fēng)干、硬化后，再固定于圓柱玻璃腔體1的上面；

頂蓋5上與底座2的對應(yīng)位置設(shè)置有10～12個參比電極測孔6，參比電極測孔6內(nèi)設(shè)置有參比電極7；頂蓋5的中央設(shè)置有1個輔助電極測孔12，輔助電極測孔12內(nèi)設(shè)置有輔助電極8；頂蓋5上還設(shè)置有1個腐蝕介質(zhì)理化性質(zhì)檢測孔9，理化性質(zhì)監(jiān)測探頭通過該檢測孔伸入實驗裝置內(nèi)部；

圓柱玻璃腔體1側(cè)壁的下部設(shè)置有腐蝕介質(zhì)進口11、其側(cè)壁上部置有腐蝕介質(zhì)出口10；

所述工作電極4的高度為5-18mm，是實驗裝置內(nèi)混凝土澆筑總厚度與擬監(jiān)測混凝土層厚度值之差，工作電極(4)的高度不相一致。

所述工作電極4為碳鋼電極或者球墨鑄鐵電極，為圓柱體，該圓柱體側(cè)面包裹或者涂覆絕緣材料，圓柱體頂部為圓形且表面裸露金屬作為工作面；工作電極4密封固定在工作電極測孔3內(nèi)，通過外接金屬接頭與外部電化學(xué)測量裝置相連接；

所述參比電極7為飽和甘汞參比電極，由金屬汞、甘汞和飽和氯化鉀電解液組成，通過外接金屬接頭與外部電化學(xué)測量裝置相連接。

所述輔助電極8為鉑片電極，通過外接金屬接頭與外部的測量裝置相連接。

所述工作電極測孔3、參比電極測孔6、輔助電極測孔12及腐蝕介質(zhì)理化性質(zhì)檢測孔9的直徑均為8-10mm。

所述底座2和頂蓋5均為聚四氟乙烯材料。

所述的腐蝕介質(zhì)為再生水或污水。

該試驗裝置通過腐蝕介質(zhì)進口11和腐蝕介質(zhì)出口10接入循環(huán)系統(tǒng)，進行腐蝕介質(zhì)的電化學(xué)動態(tài)監(jiān)測。

該試驗裝置的高度為80-150mm，直徑為100-150mm，實驗裝置內(nèi)混凝土澆筑總厚度為20-30mm。

本發(fā)明有益效果如下：

(1)本發(fā)明是一種流動腐蝕介質(zhì)中的混凝土腐蝕電化學(xué)實驗裝置，打破了傳統(tǒng)電化學(xué)裝置中單一的腐蝕介質(zhì)-金屬電極體系，引入了混凝土結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了電化學(xué)方法在混凝土腐蝕研究領(lǐng)域的應(yīng)用。

(2)本發(fā)明通過改變工作電極的種類以及高度，可模擬多種金屬-混凝土體系的腐蝕過程，并針對不同深度混凝土層進行實時原位監(jiān)測，便于研究混凝土材料的腐蝕及失效機理，對城市給排水管道的壽命預(yù)測和腐蝕防護意義重大。

(3)本發(fā)明可模擬流動腐蝕介質(zhì)中鋼筋混凝土的腐蝕，對混凝土表面以下不同深度混凝土層的腐蝕行為進行電化學(xué)測量，從而推測出混凝土腐蝕過程中的分層情況、微觀結(jié)構(gòu)及性能，以探究混凝土管道的腐蝕進程及腐蝕機理。

(4)本發(fā)明可模擬流動腐蝕介質(zhì)中帶有不同厚度水泥砂漿內(nèi)襯層的鑄鐵-內(nèi)襯體系的腐蝕，考察內(nèi)襯層厚度對鑄鐵保護效果的影響，研究內(nèi)襯的溶解、腐蝕、剝離的綜合作用機理，評價其在不同腐蝕階段對鑄鐵管道的保護作用。

(5)本發(fā)明裝置可與多種單通道、多通道電化學(xué)工作站連接，通過交流阻抗譜、動電位掃描、開路電位等測量手段，可準(zhǔn)確獲得靜態(tài)或流動體系下腐蝕過程中的腐蝕數(shù)據(jù)，操作簡便，應(yīng)用范圍廣，便于建立高效的電化學(xué)表征手段。

(6)本發(fā)明在頂部設(shè)置了腐蝕介質(zhì)理化性質(zhì)監(jiān)測孔，監(jiān)測探頭可通過該孔伸入流動介質(zhì)中進行實時理化性質(zhì)監(jiān)測，從而獲得相關(guān)水質(zhì)數(shù)據(jù)資料，以分析腐蝕過程中混凝土的溶出過程，有利于多角度考察混凝土的腐蝕與破壞。

附圖說明

圖1為流動腐蝕介質(zhì)中的金屬腐蝕電化學(xué)實驗裝置的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2為流動腐蝕介質(zhì)中的金屬腐蝕電化學(xué)實驗裝置的結(jié)構(gòu)俯視圖。

本發(fā)明的附圖標(biāo)記如下：

1———圓柱玻璃腔體 2———底座

3———工作電極測孔 4———工作電極

5———頂蓋 6———參比電極測孔

7———參比電極 8———輔助電極

9———腐蝕介質(zhì)理化性質(zhì)監(jiān)測孔 10———腐蝕介質(zhì)出口

11———腐蝕介質(zhì)進口。 12———輔助電極測孔

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述。

參見圖1、圖2，圓柱玻璃腔體1的下面設(shè)置有底座2，其上面設(shè)置有頂蓋5；

底座2上設(shè)置有12個工作電極測孔3，工作電極測孔3內(nèi)設(shè)置有工作電極4；底座2與圓柱玻璃腔體1相固定；頂蓋5固定于圓柱玻璃腔體1的上面；

頂蓋5上與底座2的對應(yīng)位置設(shè)置有12個參比電極測孔6，參比電極測孔6內(nèi)設(shè)置有參比電極7；頂蓋5的中央設(shè)置有1個輔助電極測孔12；頂蓋5上還設(shè)置有1個腐蝕介質(zhì)理化性質(zhì)檢測孔9，理化性質(zhì)監(jiān)測探頭通過該檢測孔伸入實驗裝置內(nèi)部；

所述工作電極4為碳鋼電極或者球墨鑄鐵電極，工作電極4的高度不相一致。

圓柱玻璃腔體1側(cè)壁下部設(shè)置有腐蝕介質(zhì)進口11、其側(cè)壁上部設(shè)置腐蝕介質(zhì)出口10。

本發(fā)明的流動腐蝕介質(zhì)中的混凝土腐蝕電化學(xué)實驗裝置的具體安裝步驟如下：

先將工作電極4經(jīng)由工作電極測孔3插入玻璃圓柱腔體1內(nèi)，工作電極4與聚四氟乙烯底座2進行密封固定，再將混凝土由上而下澆注至指定厚度并經(jīng)過風(fēng)干、硬化后，再將聚四氟乙烯頂蓋5固定于圓柱玻璃腔體1上。各參比電極7經(jīng)參比電極測孔6插入圓柱玻璃腔體1內(nèi)，并與聚四氟乙烯頂蓋5密封固定，并同時安裝輔助電極8。再將工作電極4、參比電極7及輔助電極8的外接金屬接頭連接至電化學(xué)工作站。流動腐蝕介質(zhì)經(jīng)由圓柱玻璃空體1上的腐蝕介質(zhì)進口11和腐蝕介質(zhì)出口10通過實驗裝置。腐蝕介質(zhì)理化性質(zhì)監(jiān)測孔9通入理化性質(zhì)監(jiān)測探頭以實時監(jiān)測，從而獲得更多的數(shù)據(jù)資料，以更好地分析流動腐蝕過程。

本發(fā)明與多通道電化學(xué)工作站聯(lián)用，可同時在線監(jiān)測多個工作電極的電化學(xué)參數(shù)。利用三電極體系測量原理，工作電極4為金屬材料，輔助電極8與工作電極4形成電流回路以測得工作電極4與輔助電極8的電位差，并根據(jù)參比電極7的恒定電位，即可測得工作電極4的電極電位。同時，結(jié)合電流的測定結(jié)果可以得出相應(yīng)的電化學(xué)曲線。另一方面，通過交流阻抗譜、動電位掃描、開路電位等測量手段，可準(zhǔn)確獲得靜態(tài)或流動體系下腐蝕過程中的腐蝕數(shù)據(jù)，從而模擬、監(jiān)測出多種混凝土層的腐蝕及失效機理。

下面以監(jiān)測帶有水泥砂漿內(nèi)襯層的球磨鑄鐵管道的腐蝕狀況為例，本裝置設(shè)置12支球墨鑄鐵金屬工作電極，工作電極的高度分別為17mm，14mm，11mm和8mm 4種規(guī)格，每種規(guī)格對應(yīng)3支。水泥砂漿內(nèi)襯層的組成比例為水、水泥和砂的質(zhì)量比為0.6:1:3.5。由于所要監(jiān)測的球磨鑄鐵管道水泥砂漿內(nèi)襯層的厚度分別為3mm，6mm，9mm，12mm，根據(jù)工作電極的高度為實驗裝置內(nèi)混凝土澆筑總厚度與擬監(jiān)測混凝土層厚度之差的原則，所以，實驗裝置內(nèi)混凝土澆筑總厚度為20mm。參比電極為飽和甘汞電極SCE(市售產(chǎn)品)，腐蝕介質(zhì)為再生水。按照裝置圖接好各電極以及進出口，待實驗裝置內(nèi)腐蝕介質(zhì)的表面流速約為0.8m/s穩(wěn)定后，打開電化學(xué)工作站，輸入球墨鑄鐵金屬材料特性和實驗條件(25℃下)等基本參數(shù)，選擇動電位掃描法(-0.06V-0.06V，相對于開路電位)，掃描速度：0.1mV/s。該裝置連續(xù)運行3個月后，測得內(nèi)襯深度為3mm，6mm，9mm，12mm處的球磨鑄鐵腐蝕電位分別為-0.57mV_SCE，-0.34mV_SCE，-0.20mV_SCE，-0.18mV_SCE，差異較明顯，與文獻中結(jié)果基本一致(參考文獻：[1]Serdar M,L V,D.水泥砂漿中的不銹鋼在氯離子環(huán)境下的長期腐蝕行為[J].腐蝕科學(xué)，2013,69:149-157。[2]宋雅榮，田一梅，趙欣等.球墨鑄鐵內(nèi)襯水泥砂漿管道在再生水中的腐蝕行為[J].國際電化學(xué)科學(xué)，2016,11:7031-7047.)。通過比較球墨鑄鐵的腐蝕速率，可間接評價內(nèi)襯層的保護性能，并結(jié)合交流阻抗譜、開路電位等測量，得出水泥砂漿內(nèi)襯對金屬管材的保護作用隨內(nèi)襯厚度的增加而增強的結(jié)論。

本發(fā)明同樣適用于鋼筋混凝土污水管道腐蝕狀況的監(jiān)測。

本發(fā)明一方面打破了傳統(tǒng)電化學(xué)裝置中單一的腐蝕介質(zhì)-金屬電極體系，引入混凝土結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了電化學(xué)方法在混凝土腐蝕研究領(lǐng)域的應(yīng)用；另一方面，通過改變工作電極的種類以及高度，可模擬多種金屬-混凝土體系在流動腐蝕介質(zhì)中的腐蝕過程，并針對不同深度混凝土層進行實時原位監(jiān)測，便于研究混凝土材料的腐蝕及失效機理，對城市給排水管道的壽命預(yù)測和腐蝕防護意義重大。