[發明專利]用于監測混凝土保護層中氯離子濃度和pH值深度分布的傳感器及其制備方法

無效

• 申請號: 201310095770.4
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN103207221A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 湯雁冰;王勝年;范志宏;王迎飛;熊建波;陳龍;倪靜姁;方翔;李海洪
• 申請（專利權）人: 中交四航工程研究院有限公司;廣州港灣工程質量檢測有限公司;中交四航巖土工程有限公司;廣州四航材料科技有限公司
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 劉菁菁

技術領域

本發明涉及鋼筋混凝土結構物腐蝕和防護技術領域，特別是一種可對混凝土保護層中的氯離子濃度和pH值分布情況進行監測的傳感器。

技術背景

氯離子侵入和混凝土碳化引起鋼筋的銹蝕是混凝土結構耐久性下降的最主要原因，嚴重威脅混凝土結構的服役安全性。因此，實時掌握混凝土保護層內的氯離子濃度和pH值分布情況，為混凝土結構耐久性評估及剩余壽命預測提供數據支撐，從而制定科學的管理維護制度，保證混凝土結構的耐久性和服役安全性具有重大的實際意義。

傳統的混凝土結構保護層中氯離子濃度深度分布和碳化深度的檢測方法不僅費時、費錢，更主要的是對混凝土結構具有破壞性，且無法實現實時監測。氯離子侵入和碳化引起鋼筋的腐蝕主要是電化學腐蝕，電化學監測方法具有原位、無損、快速等特點。因此研制采用電化學傳感器對混凝土保護層中氯離子濃度及pH值深度分布進行實時監測，從而全面掌握混凝土結構的耐久性狀況是耐久性監測技術發展的必然趨勢。

早在上世紀80年代就出現了基于宏觀電池原理制成的“梯型陽極”監測傳感器和CorroWatch環狀陽極監測傳感器。隨后，美國VTI公司開發出了基于線性極化技術直接測量鋼筋腐蝕速率的ECI型埋入式耐久性監測傳感器。廈門大學林昌健等人發明了一種可對氯離子濃度和pH值進行實時監測的多功能傳感器。但是，這些傳感器都不能監測混凝土保護層中氯離子濃度及pH值的深度分布，無法為耐久性評估和剩余壽命預測提供有效的數據支撐。為此，本發明提供一種可以實時監測混凝土保護層中氯離子濃度和pH值的深度分布情況的埋入式傳感器，為耐久性評估及剩余使用壽命預測提供數據支撐。

發明內容

本發明提供一種可實現對混凝土結構保護層中氯離子濃度和pH值深度分布進行實時監測電化學傳感器，為混凝土結構耐久性評估和剩余壽命預測提供數據支撐。

為了實現上述發明目的，本發明采用了以下技術方案：用于監測混凝土保護層中氯離子濃度和pH值深度分布的傳感器，其特包括一底座和至少三個均布于底座底平面的不同高度的柱形殼體，所述柱形殼體的第一端與所述底座固定連接，與第一端相對的第二端為封閉端,所述底座中心固定有一參比電極，每一柱形殼體內設置有一氯離子探針及一pH值探針，所述氯離子探針和pH值探針一端固定于所述柱形殼體封閉端且部分暴露于封閉端面作為探測端，另一端向柱形殼體內延伸并與銅電纜連接，所述銅電纜伸出于柱形殼體之外。

所述柱形殼體通過螺紋連接的方式與所述底座固定連接。

所述參比電極為Ag/AgCl凝膠電解質參比電極，具有一聚四氟乙烯制成的外套，內參比液采用0.5mol/L?KCl甲基纖維素凝膠電解質，外套的一端設有微孔陶瓷，既能保持參比電極內外電解質的流通，又能有效控制內電解液的流失速率。

所述參比電極的外套通過螺紋連接的方式固定連接于所述底座。

所述柱形殼體為圓柱形，其封閉端的內表面設置有用于固定所述氯離子探針和pH值探針的凹槽。

所述柱形殼體有4個，相鄰高度差為8～12mm。

所述氯離子探針采用陽極氯化法制備的Ag/AgCl探針；所述pH值探針為表面覆蓋有Ir的氧化物的純Ti金屬探針。

一種如上任一所述的用于監測混凝土保護層中氯離子濃度和pH值深度分布的傳感器的制造方法，其包括以下步驟：

(1)Ag/AgCl參比電極制備：

制備0.5mol/L?KCl甲基纖維素凝膠電解質作為內參比液，將焊接有銅電纜的Ag/AgCl電極沿聚四氟乙烯套管的中心線插入，再用環氧樹脂對聚四氟乙烯套管的開口端進行密封處理形成Ag/AgCl參比電極；

(2)氯離子探針的制備：

將棒狀純Ag與銅電纜的銅絲焊接后對焊接處進行密封，以防止電偶腐蝕，Ag棒經打磨、除油、除表面氧化物并清洗后放入電解池中，銀棒作為陽極，MMO鈦基混合金屬氧化物作為陰極，以1mA/cm²的電流密度在0.1mol/L的HCl溶液中陽極極化0.5小時制得Ag/AgCl探針，將制備好的電極放入0.1mol/L的KCl溶液中待用；

(3)pH探針的制備：

將棒狀純鈦打磨后放入10%的NaOH溶液中煮沸并保持5分鐘，然后再放入濃HCl中煮沸并保持10分鐘，取出后經用二次蒸餾水清洗后放入無水乙醇中備用；