專利名稱：用于確定含有至少水泥和水兩種成分的混合物的鈍化特性的方法和傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于確定含有至少水泥和水兩種成分的混合物的鈍化 特性的方法。本發(fā)明也涉及間接地允許檢查用上述混合物對導管(例如 套管)的填充的方法。本發(fā)明進一步涉及用于實施所述方法的傳感器。
背景技術：
用于建造懸掛和拉索結構(例如吊橋、斜拉橋、體育場頂部、建筑、 通訊塔、后張力橋、反應堆的外殼結構等)的鋼筋束包括被裝埋在介質(zhì) 內(nèi)的多個繩股、導線或棒(此后僅談及繩股，不過并不是限制性的)， 其中所述介質(zhì)由能夠硬化的材料制成，該材料例如水泥和水的混合物 (水泥漿)，此后被稱為"混合物"。通過錨定裝置的方式將鋼筋束連接 到結構上。鋼筋束也包括管，即所述套管，在混合物被灌入所述套管內(nèi) 從而完全填充所述套管之前鋼筋束的繩股被引入到所述套管中。使用混 合物填充保證了鋼筋束繩股沿其全部長度與混合物的堿性孔隙溶液接
l 、 ' 、 '' 、、
然而，混合物不完全填充則存在問題。因此在鋼繩股上導致沒有保 護性鈍化的區(qū)域，由于形成冷凝水并且與空氣中的C02反應，這會導致 產(chǎn)生腐蝕、截面面積的快速減少并且在極端案例中會導致鋼筋束失效。 此外，氯化物對混合物的污染或者氯化物從結構的表面接觸鋼筋束均會 損害混合物的鈍化特性，并且因而導致腐蝕。在某些案例中，甚至會導 致結構坍塌。
因為注入是如此重要，因此在這個工藝的發(fā)展、使用的材料及操作 次序的方面做出了很大的努力。如果正確操作，可以保證使用混合物完 全填充套管。盡管如此，對于在混合物的混合和注入期間是否產(chǎn)生了差
錯仍存在一些不確定。經(jīng)常使用外延測量(extensive measure)來消除 這種不確定并且排除失誤操作。例如，在錨定區(qū)內(nèi)鉆孔，并且視覺地評 估所述填充性?？商娲椒ㄊ鞘褂猛该魃w，這允許視覺檢查在可到達位置處設定過程期間及之后的鋼筋束填充性。此外，在個別案例中，使用 雷達在幾個點檢查鋼筋束的填充性。
然而，這些測量中的大多數(shù)直到成功注入之后才能被執(zhí)行并且在測 量中需要可觀的時間、努力和投資。對于這些方法，存在一些不可到達 的位置。然而在注入過程中，混合物的初期設定嚴重地限制了完成操作 的時間。
因此，重要的是在注入操作期間已經(jīng)具有關于在所有重要位置處使 用混合物的可能不足填充的信息。僅在這種情況下，可以通過附加測量 來實現(xiàn)較高程度的填充。
已經(jīng)提出通過填充傳感器的方式使得這種控制成為可能，其中該填
充傳感器檢測混合物對傳感器的潤濕，如JP2000230915中所述。
然而，使用混合物對鋼筋束填充并非在每個案例中均足以確保防腐 蝕保護。因此，即使鋼筋束已經(jīng)完全被混合物填充，仍可能發(fā)生腐蝕侵 害。例如，如果使用帶有微量堿性的高爐水泥或者被氯化物污染的混合 水時，可能發(fā)生上述問題。在某些環(huán)境中，即使進行最優(yōu)質(zhì)量控制仍不 能避免這樣的情況。氯化物也能通過混凝土中的泄露位置相繼地穿透到 套管內(nèi)，并且當氯化物具有足夠高的濃度時能夠引起腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目標是提供用于檢測混合物對鋼筋束的完全填 充性從而確保對鋼繩股的防腐蝕保護的方法和裝置。
根據(jù)本發(fā)明通過在權利要求1中所提到的特征來實現(xiàn)這個目標。
本發(fā)明的主要目標是，通過確定使用具有鈍化特性的混合物對電極 的可能潤濕來檢測在重要區(qū)域內(nèi)鋼筋束的填充性。過低的pH值(與堿 性相關的pH值)、過高的氯化物含量、其它侵蝕性物質(zhì)的存在或者泌漿 (bleeding water )的存在可以容易地纟支檢測到。這通過在參考鋼表面進 行鈍化測量來實現(xiàn)。
本發(fā)明的優(yōu)點在于通過在重要區(qū)域(傳感器安裝于其中)內(nèi)進行簡 單鈍化測量，在注入操作期間可以已確定管道是否填充有鈍化混合物。 在這種方式下，在注入過程中可能已經(jīng)產(chǎn)生腐蝕。鈍化測量使得可以證 實混合物的pH值及其氯化物含量允許預應力鋼鈍化。從而可以證實有 關填充性及混合物成分的全面防腐蝕保護。傳感器具有簡單結構，并且可以以最小努力被集成在鋼筋束的所有重要區(qū)域內(nèi)。


參考附圖閱讀通過非限制性示例的方式給出的下述描述，可以更好 地理解本發(fā)明。
圖1A示出了用于檢測使用混合物的填充性以及混合物的鈍化特性 的傳感器的主視圖，
圖1B示出了用于檢測使用混合物的填充性以及混合物的鈍化特性 的傳感器的側視圖，
圖2示出了被集成在錨具內(nèi)之后的傳感器，
圖3示出了被集成在套管內(nèi)之后的傳感器，
圖4示出了用于鈍化測量的測量設置，
圖5示出了對于不同混合物材料的鈍化測量的測量示例，
圖6示出了對于不同pH值隨時間T的鈍化測量的測量示例，
圖7示出了對于混合物中不同氯化物含量隨時間T的鈍化測量的示
例，
圖8示出了圖6和圖7隨時間T的測量數(shù)據(jù)。
具體實施例方式
參考附圖(圖3),可以看到鋼筋束100,該鋼筋束100用于建造預 受力、懸掛和拉索結構(這些結構未示出)，例如吊橋、斜拉橋、體育 場頂部、建筑、通訊塔、后張力橋、反應堆的外殼結構等。
鋼筋束100包括多條繩股10,所述繩股10被裝埋在介質(zhì)中，所述 介質(zhì)由能夠硬化的材料構成，例如含有至少如水泥和水兩種成分的混合 物11。這個混合物11 -波稱為水泥漿。每條鋼筋束100包括多條由鋼構 成的繩股10。
鋼筋束100也包括管，例如套管12，其中在混合物11被灌入套管 12內(nèi)之前鋼筋束100的繩股10被引入到所述套管12內(nèi)以便完全填充位 于單獨繩股之間和/或繩股和套管12之間的中空空間110。套管12具有 壁，該壁可以用作模具并且可以被看作構成了導管。
填充混合物也就是確保了繩股沿其全部長度接觸混合物11的堿性 孔隙溶液。
本發(fā)明涉及用于確定混合物11的鈍化特性的方法。用于確定含有至少水泥和水兩種成分的混合物11的鈍化特性的方法包括如下步驟 -取三個元件，每個元件均由導電材料構成，這些元件被稱為第一電
極2、第二電極4和第三電極5，
-將所述三個電極中的至少 一 個電極固定在支撐件3上，使得 它們相互電絕緣，并且
.混合物11能夠與每個電極上的至少一個預定面接觸，這些 面被稱為第一面20、笫二面40和第三面50， -選擇所述第一電極2和所述第三電極5并且在這兩個電極之間 以預定持續(xù)時間Dl (被稱為第一持續(xù)時間Dl )施加具有預 定極性(被稱為第一極性)的直流電(被稱為第一直流電)， 從而導致在所述第三電極5上的電解反應，以及之后 -選擇所述第二電極4和所述第三電極5，以及
.在所述第一預定持續(xù)時間Dl期間測量這兩個電極之間的電 壓V,以及
存儲對于所述第一預定持續(xù)時間Dl期間所述電壓V的變化 的測量。
-將在第一預定持續(xù)時間Dl期間第二電極4和第三電極5之間的電 壓V的變化與至少限定混合物11是否具有鈍化特性的預定數(shù)據(jù)進行比 較，和
-至少確定混合物11是否具有這樣的鈍化特性。 在第三電極5上的電解反應是陽極反應。
此外本發(fā)明涉及被設計成實施本發(fā)明的傳感器1。這個傳感器1具 有三個元件，每個元件均由導電材料構成，這些元件被稱為第一電極2、 第二電極4和第三電極5，并且將所述三個電極中的至少一個電極以使 這些元件相互電絕緣的方式固定在支撐件3上。
使用電絕緣材料作為支撐件3 、由導電材料構成的第二電極4以及 由鋼制成的第三電極5被安裝在由管狀部件構成的導電的第一電極2 內(nèi)。第一電極2、第二電極4和第三電極5通過多芯電纜6的方式被電 連接。
第 一 電極2和第二電極4理想地由不銹鋼組成。被用作電絕緣材料 的材料例如是聚四氟乙烯、聚乙烯或環(huán)氧樹脂。
如圖2所示，傳感器1可以被集成在錨定裝置(錨具)16內(nèi)。如所示，力分配環(huán)7被夾持在墊板9和錨頭8之間。傳感器l被集成在這個 力分配環(huán)7內(nèi)。理想地，通過螺絲釘?shù)姆绞綄⒃搨鞲衅?安裝到所述力 分配環(huán)7內(nèi)。力分配環(huán)7具有大孔，所述繩股在所述大孔中^^皮隔開，并 且必須使用混合物11來裝埋這些繩股。
力分配環(huán)7具有壁，該壁可以被看作構成了導管，混合物11可以 一皮注入該導管中從而完全填充位于繩股和分配環(huán)7之間的中空空間。
如圖3所示，傳感器1可以被安裝在套管12內(nèi)固定通風管14的位 置處，并且被安裝成使得混合物11接觸所述傳感器1。優(yōu)選地，傳感器 1被集成在通風管14內(nèi)使得它不阻擋空氣的排出。然而可替換地，傳感 器可以被安裝在不用于通風的類似管內(nèi)。
將第一預定持續(xù)時間Dl期間第二電極4和第三電極5之間的電壓 V的變化與至少限定混合物11是否具有鈍化特性的預定數(shù)據(jù)進行比較 和至少確定混合物11是否具有這樣的鈍化特性的步驟至少包括
a)檢查第一預定持續(xù)時間Dl的最大電壓值和在第一預定持續(xù)時間 Dl的第一預定瞬時Tl處的電壓值之間的差(即所述第一電壓差VI ) 是否超過第一預定電壓值。
優(yōu)選地
-在以第 一預定持續(xù)時間D1的第 一周期將具有第 一預定極性的所述 第一直流電施加到第一電極2和第三電極5之間之前，
.在第一電極2和第三電極5之間以預定持續(xù)時間D2 (被稱 為第二持續(xù)時間D2 )施加具有與第 一極性相反的預定極性(被 稱為第二極性)的另一直流電(被稱作第二直流電)， -當在所述第 一預定持續(xù)時間Dl期間已經(jīng)測量了第二電極4和第三 電才及5之間的電壓V時，
測量在所述第二預定持續(xù)時間D2期間第二電極4和第三電 極5之間的電壓V并且之后存儲這些電壓值， -當將第一預定持續(xù)時間Dl期間第二電極4和第三電極5之間的電 壓V的變化與至少限定混合物是否具有鈍化特性的預定數(shù)據(jù)進行比較 和至少確定混合物11是否具有這樣的鈍化特性時，
.也將在所述第二預定持續(xù)時間D2期間第二電極4和第三電 才及5之間電壓V的變化進4亍比專交。 在這個示例中，選擇第一電極2和第三電極5并且在這兩個電極之間施加第 一 直流電且之后施加第二直流電的步驟包括使用具有如下特
征的第一直流電和第二直流電
-第一預定極性與第二預定極性相反，
-第一持續(xù)時間Dl等于第二持續(xù)時間D2。 優(yōu)選方式中
-第一預定持續(xù)時間Dl是十秒(10s),并且/或者 -第二預定持續(xù)時間D2是十秒(10s)。
在第一預定持續(xù)時間Dl期間發(fā)生的是陽極極化狀態(tài)，并且在第二 預定持續(xù)時間D2期間發(fā)生的是陰極極化狀態(tài)。
優(yōu)選地，將第一預定持續(xù)時間Dl以及第二預定持續(xù)時間D2期間 第二電極4和第三電極5之間的電壓V的變化與至少限定混合物11是 否具有鈍化特性的預定數(shù)據(jù)進行比較和至少確定混合物11是否具有這 樣的鈍化特性的步驟，包括
-a)檢查第一預定持續(xù)時間Dl的最大電壓值和在第一預定持續(xù)時 間Dl的預定瞬時Tl (被稱為第一瞬時Tl)處的電壓值之間的差(被 稱為第一電壓差VI )是否超過第一預定電壓值，以及
-b)檢查第一預定持續(xù)時間Dl的最大電壓值和在第二預定持續(xù)時 間D2的預定瞬時T2 (被稱為第二瞬時T2)處的電壓值之間的差(被 稱為第二電壓差V2)是否在第一預定范圍內(nèi)，以及
-c)檢查第一預定持續(xù)時間Dl的預定瞬時T3(被稱為第三瞬時T3) 處的電壓值和在第二預定持續(xù)時間D2的預定瞬時T4(被稱為第四瞬時 T4)處的電壓值V之間的差(被稱為第三電壓差V3)是否在第二預定 范圍內(nèi)。
優(yōu)選地滿足這兩種情況中的至少一種情況
-第一預定瞬時Tl和第四預定瞬時T4中的至少一個在第一預定持 續(xù)時間Dl的值的百分之十至百分之百之間，以及
-第二預定瞬時T2和笫三預定瞬時T3中的至少一個在第二預定持 續(xù)時間D2的值的百分之十至百分之百之間。
第一預定持續(xù)時間Dl的值在一秒至三十秒之間，并且/或者第二預 定持續(xù)時間D2的值在一秒至三十秒之間。
優(yōu)選地滿足這兩種情況中的至少 一 種情況
-第一預定瞬時Tl和第四預定瞬時T4中的至少一個等于笫一預定持續(xù)時間Dl的值的百分之九十，以及
-第二預定瞬時T2和第三預定瞬時T3中的至少一個等于第二預定 持續(xù)時間D2的值的百分之九十。
根據(jù)本發(fā)明，對于選擇第一電極2和第三電極5并且在這兩個電極
之間
以第一預定持續(xù)時間Dl施加具有第一預定極性的第一直流 電，且之后
以第二預定持續(xù)時間D2施加具有與第一極性相反的第二極 性的第二直流電的步驟
-第 一直流電為，從第三電極5中流出的電流密度為每平方厘米二點 五毫安(2.5mA/cm2),并且
-第二直流電為，從第一電極2中流出的電流密度為每平方厘米二點 五毫安(2.5mA/cm2)。
優(yōu)選地，對于將第二電極4和第三電極5之間的電壓V的變化與至 少確定混合物是否具有鈍化特性的預定數(shù)據(jù)進行比較的步驟，當
-第一電壓差VI最大值是五十毫伏(50mV)(第一預定電壓值)，
-第二電壓差V2是一點八伏到二點三伏(1.8V-2.3V)(第一預定范 圍)，以及
-第三電壓差V3是一點八伏到二點三伏(1.8V-2.3V)(第二預定范 圍)時，
結論是至少在三個電極附近混合物11具有鈍化特性。 容易理解的是，本發(fā)明的方法也間接地允許檢查至少在三個電極附 近用上述混合物對套管的填充性。
在將第二電極4和第三電極5之間的電壓V的變化與至少限定混合 物11是否具有鈍化特性的預定數(shù)據(jù)進行比較的步驟中，當
在至少第一預定持續(xù)時間Dl和第二預定持續(xù)時間D2的第 四秒與
至少第一預定持續(xù)時間Dl和第二預定持續(xù)時間D2的第九 秒之間的電勢變化大于六毫伏(6mV)時， 結論是，第三電極5接觸由硬化水泥和水(而不是僅僅泌漿)構成 的混合物11，泌漿也就是從水和水泥的混合物11冒出的液體。
優(yōu)選地，取三個元件，每個元件由導電材料構成，這些元件是所述第一電極2、第二電極4和第三電極5，這三個電極中的每一個均具有 至少一個面20、 40、 50,上述步驟包括選擇均由鋼制成的三個元件的操作。
圖4所示為用于鈍化測量的測量設置。通過電源18的方式，例如 電池或恒流器，將電流施加到第一電極2和第三電極5之間。使用電壓 測量裝置19,例如伏特計，測量第三電極5和第二電極4之間的電壓V。
圖5中示出了與傳感器1接觸的各種介質(zhì)的這個測量結果。在水平 軸線上示出了第二電極4和第三電極5之間的電壓V(伏特)并且在豎 直軸線上示出了從第三電極5中流出的電流密度CD (mA/cm2)。
對于使用為鈍化無氯化物堿性類型(曲線"e，，)的混合物11來填 充中空空間120而言，通過電流量來實現(xiàn)最大電壓，其氧的生成限制了 最大電壓。在由不銹鋼構成的這個示例中，與第二電極4相比第三電極 5中的增加值高于0.5伏特則表明了有效鈍化。
如果使用稀釋泌漿(曲線"f，)填充中空空間120,則在電流流動 下的可測電壓V的增加顯著較低。值沒有超過0.5伏特。這表明由于堿 性過低而引起了腐蝕。
在使用自來水填充中空空間120的示例中，甚至測量到的是絕對的 負電壓V(曲線"g")。這表明了繩股鋼的強烈腐蝕。
圖5示出的過程顯示了如下缺點，即混合物11中的氧含量和第二 電極4的鈍化質(zhì)量會影響第三電極5到不銹鋼電極4的電勢測量。
此外，由于先前暴露于鈍化環(huán)境而在第三電極5上存在鈍化薄膜可 以導致令人誤解的結果，即表明甚至在侵蝕性環(huán)境中的鈍性。
這些問題通過上述方法被克服，如圖6示出對于不同pH值。
如前所述，通過陰招j及化(通過-2.5mA/cm2的電流以第二預定持續(xù) 時間D2—列如10秒施加具有第二極性的第二直流電)來移除可能在第 三電極5的第三表面50上形成的鈍化薄膜。
通過在第三電極5和第一電極2之間施加陽極電流(通過 +2.5爪八^1112的電流以第一預定持續(xù)時間D1H列如10秒施加具有與第二 極性相反的第一預定極性的第一直流電)，從而在第三電極5的第三表 面50上生成新的鈍化薄膜。
在測量期間，由于在第三電極5的第三表面50上生成的氫和氧， 堿性變化。如果在陰極和陽極極化期間電荷量是相等的則可以最小化這一效果。
這是在陰極極化以負二點五mA/cm2 (-2.5mA/cm2)持續(xù)十秒，并 且陽極極化以正二點五mA/cm2 (+2.5mA/cm2)持續(xù)十秒時的情況。因 而，重復測量導致了對混合物11的pH值的最小干擾。
圖6示出，在第三電極5的第三表面50上發(fā)生的電化學過程。從 帶有可能的氧化物和鈍化薄膜覆層的不確定第三表面50開始，陰極極 化(第一曲線部分CP1)減少了所有的殘留保護性鈍化薄膜。
如果pH值足夠高并且氯化物含量足夠低，則隨后的陽極極化將導 致保護性鈍化薄膜的形成(第二曲線部分CP2)。這是在pH值等于12 或高于12 (pH12, pH13)的情況。
如果混合物11的pH值過低(例如pHll )或者氯化物含量過高， 則會形成鈍化薄膜(第三曲線部分CP3);然而，隨后的極化會導致鈍 化薄膜的部分失效，從而導致腐蝕活化并且電勢降低(第四曲線部分 CP4)。
如果混合物11的pH值非常低(例如pH7),則根本不會形成鈍化 薄膜(第五曲線部分CP5)。
關于腐蝕活化的判定可能基于第二電極4和第三電極5之間的電勢 差。雖然第二電極4不是具有限定好的電勢值的穩(wěn)定參考電極，但是鈍 化測量是非?？煽康?。這是由于如下事實，即關于腐蝕活化的判定可能 基于陽極極化期間在第三曲線部分CP3和第四曲線部分CP4之間的電 勢降低以及/或者基于第 一 曲線部分CP 1和第五曲線部分CP5之間的差。
因為關于腐蝕活化的判定是基于兩個電勢讀數(shù)之間的差，所以可以 消除與第二電極4有關的可能誤差。
此外，圖6所示的過程使用了在陰極極化期間(第一曲線部分CP1) 的氫生成和/或陽極極化期間(第二曲線部分CP2)的氧生成來確定第二 電極4的電勢效應并且消除混合物11內(nèi)電阻電勢降低的效應。
因為在^ 咸性混合物11中氧和氫生成之間的電勢差大略為大約兩伏 特，所以這兩個電勢之間的差可以被用作 一個標準以評估用具有鈍化特 性的混合物11對第三電極5的潤濕。
基于所示例子，下述標準可以被用于確定在傳感器1的表面上鈍化 混合物11的存在
a)在陽極極化期間(第二曲線部分CP2、第三曲線部分CP3、第五
16曲線部分CP5)的最大電勢與陽極極化期間經(jīng)過預定時間后(第二曲線
部分CP2、第四曲線部分CP4、第五曲線部分CP5) (Tl:例如九秒) 的電勢之間的差可能不超過某值(例如50mV),
b) 在陽極極化期間(第二曲線部分CP2、第三曲線部分CP3、第 五曲線部分CP5)的最大電勢與陰極極化期間經(jīng)過預定時間后(第一曲 線部分CP1)(T2:例如九秒)的電勢之間的差必須在某范圍內(nèi)(例如 1.8-2.3伏特)，
c) 在陽極極化期間經(jīng)過預定時間后(第二曲線部分CP2、第三曲 線部分CP3、第五曲線部分CP5) (T3:例如9秒)的電勢與陰極極化 期間經(jīng)過預定時間(第一曲線部分CP1)(T4:例如九秒)后的電勢之 間的差必須在某范圍內(nèi)(例如1.8-2.3伏特)。
上述情況'V，、 "b"和"c"使得可能消除第二電極4的可能電勢 波動的歲丈應。
此外，考慮到混合物11中的電阻電勢降低，其也可以影響測量。 研究各種參數(shù)，已示出可以通過情況"a，，和"b，，的結合來實現(xiàn)對于使 用具有鈍化特性的混合物ii對傳感器1的潤濕的最可靠確定。然而， 單獨使用情況"c"或"a"也可以確定用具有鈍化特性的混合物11對傳 感器1表面的潤濕。
在圖7中，示出了具有不同氯化物含量的典型混合物11的相應測 量。對于0.1%和0.2%的Cl-(氯化物)而言最大電勢與陽極極化內(nèi)九秒 后的電勢之間的差是零，這證實了混合物11的鈍化特性。
相比而言，對于0.4%Cl-(氯化物)而言，這個差在大約700至50mV, 這證實腐蝕活化。
確定陽極極化內(nèi)的最大電勢與在陰極極化期間在預定時間之后(第 一曲線部分CP1)(例如九秒)的電勢之間的差允許確定混合物11內(nèi)的 電阻電勢降^^。
因為電阻電勢降^f氐會增加，所以一旦混合物11開始^殳定，則隨時 間監(jiān)測電勢降低可以被用于確定傳感器1是否接觸具有鈍化特性的硬化 混合物11或者僅接觸具有鈍化特性的泌漿。
這個過程需要在套管12內(nèi)注入混合物11之后在至少二十四小時之 后測量混合物11內(nèi)的電阻電勢降低。
如果讀數(shù)指出存在泌漿，則不再能夠校正該問題。因而，當仍然能夠通過附加注入校正該情況時，最有幫助的是如果關于泌漿存在性的確 定可以基于注入混合物11后的直接測量而產(chǎn)生。
極化期間不僅:;多:殘留氧化物層，還可以生成氫并且增大混合物ii
的pH值。
另一方面，陽極極化不僅導致生成鈍化薄膜，還導致氧的生成并且
降低了混合物11的pH值。根據(jù)能斯特方程，生成氧和氫的電勢取決于
pH值。
結果，在陽極極化與陰極極化兩者期間，電勢會隨極化時間的增加 而變化。因為通過所施加的電流密度CD來確定pH的變化率，所以對 于所有測試而言電勢變化應該總是 一 致的。
然而，pH變化不僅受所產(chǎn)生的氫氧或氫離子的量所影響，還被它 們在第三電極5的前面的聚積所影響。結果，如果具有鈍化特性的混合 物11與第三電極5存在接觸，則pH值會快速變化。
另一方面，如果泌漿接觸第三電極5，則液體中的對流與大的擴散 率會阻止氫氧或氫離子的聚積。因此，pH值的變化會較小，并且電勢 的變化也會較小。因此，隨時間監(jiān)測電勢允許確定與第三電極5接觸的 反應產(chǎn)物(氫氧或氫離子)的聚積。
圖8示出了這個效應，其中對圖5、 pH十三(pH13)和圖7、 0%C1-(氯化物)的結果進行比較。當?shù)竭_最大值后，pH十三(pH13)的電 解液中的電勢或多或少保持不變，而觀察到對于0%C1-(氯化物)的混 合物11則持續(xù)增加。
在給定測量情況下，如果具有鈍化特性的混合物11與第三電極5 接觸，則在陽極極化第二個十四秒和二十秒期間的電勢增加應該至少為 6mV。這個效應會隨混合物11的硬化而增加，因為在固體混合物中反 應產(chǎn)物(在陰極極化期間的氫氧離子以及在陽極極化期間的氫離子)的 傳輸會變慢。
這個相同的效應可以被用于后面用于確定第三電極5上的pH值的 研究中。在陽極極化期間，與第三電極5接觸的混合物11的堿性將隨 著極化的進行而降低。在恒定的陽極極化電流下，當起始pH值更低時 pH的變化將更快地發(fā)生，因為存在更少的中和氫氧離子。因此，在低 pH值環(huán)境中，隨時間的電勢降低將更大。如果在混合物11中的pH值高，則隨時間相同的電流產(chǎn)生更小的pH值變化，并且測量到更小的電 勢變化。
這個過程允許確定第三電極5之前的pH值，只要在混合物11中生
成的氫離子及中和氫氧離子的擴散率隨時間不變或者是已知的即可。如
果電流被施加成在全部測試后總電荷均為零，則可以補償引入的pH變化。
在所示示例中，關于混合物11的鈍化特性的判定是基于十秒陽極 極化。可替換地，可以替代地持續(xù)進行陽極極化直到發(fā)生腐蝕活化并且 觀察到電勢降低。這個效應會發(fā)生，因為由于在陽極極化中生成氫離子，
pH值將隨時間降低。因此，氯離子和氫氧離子之間的比率將隨時間降 低，并且會發(fā)生活化。這個過程允許得到關于混合物11的鈍化特性的 定量信息而不是僅得到通過/失敗信息?；谶@個過程可以進行對于氯化 物含量的更詳細分析。
因此使用傳感器1可以產(chǎn)生對于鋼筋束的防腐蝕保護的全面保證。 傳感器1可以被簡單地集成在錨具中以及套管12內(nèi)的所有重要區(qū)域， 并且通過簡單鈍化測量的方式允許在注入防腐混合物11的步驟期間檢 查填充性。
從而，在有缺陷或錯誤的情形下，在注入期間可以直接進行步驟， 并且可以再次更換混合物11。和可替代方法相比，例如通過雷達或可視 檢查來監(jiān)測，在注入期間直接檢查套管12的填充性。在這點上并除這 點外，使用傳感器1對于混合物11的防腐效果直接監(jiān)測可能是第一次。 這個測量如此快并且不復雜，以致其可以在完成注入時進行。因此，如 果必要，可以在設定混合物11之前進行步驟。
可以考慮到該過程的不同變型。例如每個傳感器1可以裝備有測量 裝置，該測量裝置連續(xù)測量鈍化特性并且將數(shù)據(jù)傳送給注入泵處的中心 站。從而技術人員可以在注入期間監(jiān)視混合物11前端在套管12內(nèi)的位 置。
此外，存在如下可能性，即通過無線網(wǎng)絡將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)姜毩⒄荆?該獨立站為建筑工人執(zhí)行對于完整注入操作的記錄。
也可以使用簡單電池和伏特計來手工執(zhí)行所示鈍化測量。乂人而可以 使用具有預定持續(xù)時間的簡單電流脈沖。
這可以通過電流的中斷來產(chǎn)生。使用這個簡單的電池驅動裝置，也
19可以基于電流和電壓V在相同時間執(zhí)行測量。從而可以在 一 個操作中實 現(xiàn)對于灌漿混合物和防腐保護效果的測量。
此外，存在如下可能性，使所有傳感器1或選定傳感器1的電連接 行進到中心測量盒中，并且在稍后監(jiān)測測量中使用它們。設計也允許應 用其他方法，例如阻抗譜特性、恒電流脈沖測量、對于線性極化電阻和 電勢的確定以及腐蝕電流測量。
此外，在連接到鋼筋束的示例中，如圖2中存在的情形，例如，可
以在鋼筋束10上直接測量。因此，傳感器1不僅允許在注入操作期間 進行全面且直接的質(zhì)量控制，而且還提供了對于鋼筋束10的長期腐蝕
監(jiān)測的可能性。
因此，傳感器1可以被直接集成在結構的全面監(jiān)測系統(tǒng)中。因此在
第二電極4和第三電極5之間的電壓V可以作為時間的函數(shù)獲取。隨腐 蝕開始，電壓V將降低?？商鎿Q地，在第三電極5和環(huán)2之間的電流可 以被測量作為時間的函數(shù)。當電流增加時，關于腐蝕的開始和腐蝕的均 勻速率的結論可以類似地得出。此外，可以測量繩股10和第二電極4 之間的電壓。
此外，傳感器1可以被用于判斷鋼筋束上陰極保護在電勢分布上的 效果?？梢酝ㄟ^測量第二電極4和繩股IO之間的電勢來確定繩股10的 極化。同時，可以確定第三電極5上的陰極電流密度，從而允許評估陰 極保護的水平。這個可能性特別相關于電絕緣的鋼筋束。
本發(fā)明當然不限于所示和所述實施例。因此傳感器1可以包含進一 步的電極，從而可以在獨立電極上進行鈍化測量。
代替第一電極2，可以使用傳感器1中的任意其他第三電極5。也 可以使用與混凝土加固結構的接觸來代替與第一電極2或第二電極4的 接觸。這是可能的，因為加固結構典型地接觸墊板、錨頭和繩股。此外， 可以將第一電極2和第二電極4組合在一個電極中。如果組合式電極的 表面很大，則這是非?？赡艿?。因此，加固結構或繩股或錨頭可以適合 于作為這個應用中的組合式電極。
第二電極4、第三電極5和笫一電極2的材料必須具有導電性。因 此，銅、石墨、碳纖維增強塑料、填充有任意導電材料的塑料或者任意 其他金屬可以被用于替代例如不銹鋼。對于鈍化測量，關鍵是第三電極 5由鐵基材料構成，且該鐵基材料具有盡可能類似于繩股的鈍化行為。使用鋼或使用預應力鋼繩股是顯而易見的。然而，也可以想到使用鐵。 如果對于具有鈍化特性的混合物11而不是泌漿的存在性的檢測，
或者對于后面階段的pH值的確定是唯一有關信息，則第三電極5的材 料可以是任意導電材料。對于陽極極化而言，優(yōu)選地是惰性材料或鈍化 材料，例如金、柏、石墨、鈦、鉭等。關于電極的幾何尺寸是沒有限制 的?？梢跃哂腥鐖D1所示的任意形狀。重要的是需注意，它不必須是平 面形狀。
例如，也可以^使用圓柱幾何形狀。此外，可以將第三電才及5分割為 位于相同區(qū)域內(nèi)或分散開的幾個單電極。例如，可以將幾個單獨的第三 電極5引入到相同的力分配環(huán)7內(nèi)。在單次測量中，可以測試幾個區(qū)域。 甚至可以將第三電極5延伸到全部套管12上。這個電極可以被分成單 個的單獨電極。這可以通過使用絕緣的且平行于預應力繩股而被引入的 電線而被實現(xiàn)。通過解除重要區(qū)域內(nèi)或以規(guī)則間隔解除絕緣，則可以在 單次測量中獲得關于使用具有鈍化特性的混合物ll對于全部套管12進 行填充的信息。例如，可以使用涂覆有聚乙烯的預應力繩股。只要確認 了混合物11的存在，則必須在插入到套管12內(nèi)之前去除聚乙烯。
在測試期間電流不必須是恒定的?？梢允褂萌我饪赡艿牟ㄐ危?包括斜波或正半波和負半波的正弦波。然而，使用恒定電壓可使得結果 更易詮釋。
因為第二電極4不傳送任何電流，所以其導電性不是關鍵的。它的 唯一功能在于在測量期間提供穩(wěn)定電勢。因此，不僅可以使用為第三電 極5列出的材料，還可以使用有機或無機半導體，甚至可以使用涂覆聚 合物的金屬和半導體。
此外，存在如下可能性，即將參考電極集成到傳感器1中從而能夠 測量絕對電化學電勢。在這個案例中，可以在參考電極和第三電極5之 間進行電壓V的測量。從而使得對于混合物11的pH值的準確確定成為 可行。
本發(fā)明也可以被用于監(jiān)測在混凝土結構中使用的其他混凝土或混 合物11的鈍化特性和pH值。
根據(jù)本發(fā)明，在固體混合物中的電勢變化被用于及時確定任一稍后 點處的混合物11的-咸性。
根據(jù)本發(fā)明，測量笫二電極4的電勢極化電阻(potential polarizationresistance )凈皮用于監(jiān)測隨時間的腐蝕行為
權利要求
1.一種用于確定含有至少水泥和水兩種成分的混合物(11)的鈍化特性的方法，其包括如下步驟-取三個元件，每個元件均由導電材料組成，這些元件被稱作為第一電極(2)、第二電極(4)和第三電極(5)，-將這三個電極中的至少一個固定在支撐件(3)上，使得·它們彼此電絕緣，并且·所述混合物(11)能夠接觸位于每個電極上的至少一個預定面，這些面被稱為第一面(20)、第二面(40)和第三面(50)，-選擇所述第一電極(2)和所述第三電極(5)并且在這兩個電極之間·以預定持續(xù)時間(D1)施加具有預定密度值和預定極性的直流電，從而導致在所述第三電極(5)上的電解反應，其中，所述預定持續(xù)時間(D1)被稱為第一持續(xù)時間，所述預定密度值被稱為第一密度值，所述預定極性被稱為第一極性，所述直流電被稱為第一直流電，并且之后-選擇所述第二電極(4)和所述第三電極(5)，并且·在所述第一預定持續(xù)時間(D1)期間測量這兩個電極之間的電壓(V)，并且·存儲對于所述第一預定持續(xù)時間(D1)期間所述電壓(V)的變化的測量，-將所述第一預定持續(xù)時間(D1)期間所述第二電極(4)和所述第三電極(5)之間的所述電壓(V)的所述變化與至少限定混合物(11)是否具有鈍化特性的預定數(shù)據(jù)進行比較，和-至少確定所述混合物(11)是否具有這樣的鈍化特性。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于將所述第一預定持 續(xù)時間(Dl)期間所述第二電極(4)和所述第三電極(5)之間的所述 電壓(V)的所述變化與至少限定混合物(11)是否具有鈍化特性的預 定數(shù)據(jù)進行比較和至少確定所述混合物(11 )是否具有這樣的鈍化特性 的步驟至少包括-a)檢查所述第一預定持續(xù)時間(Dl)期間的最大電壓值和所述第一預定持續(xù)時間(Dl)的第一預定瞬時(Tl)處的電壓值之間的差即所 述第一電壓差(VI)是否超過第一預定電壓值。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于其還包括如下步驟 -在所述第一電極(2)和所述第三電極(5)之間以第一預定持續(xù)時間(Dl)的第一周期施加具有第一預定極性的所述第一直流電之前， 在所述第一電極(2)和所述第三電極(5)之間以預定持續(xù) 時間(D2)施加具有預定值和與所述第一極性相反的預定極性 的另一直流電，其中上述預定持續(xù)時間(D2)被稱為第二持續(xù) 時間(D2),上述預定值被稱為第二值，上述預定極性被稱為第 二極性，上述另一直流電被稱為第二直流電， -當在所迷第一預定持續(xù)時間(Dl)期間已經(jīng)測量了所述第二電極 (4)和所述第三電極(5)之間的所述電壓(V)時， 測量在所述第二預定持續(xù)時間(D2)期間所述第二電極(4) 和所述笫三電極(5)之間的所述電壓(V),并且之后存儲這些 電壓值，-當將所述第一預定持續(xù)時間(Dl)期間所述第二電極(4)和所述 第三電極(5)之間的所述電壓(V)的變化與至少限定混合物是否具有 鈍化特性的預定數(shù)據(jù)進行比較和至少確定所述混合物(11 )是否具有這 樣的鈍化特性時，.也將在所述第二預定持續(xù)時間(D2)期間所迷第二電極(4) 和所述第三電極(5)之間的所述電壓(V)的變化進行比較。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于選擇所述第一電極 (2)和所述第三電極(5)并且在這兩個電極之間施加第一直流電且之后施加第二直流電的步驟包括使用具有如下特征的第一直流電和第二 直流電-笫一預定極性與第二預定極性相反，并且 -第一持續(xù)時間(Dl)與第二持續(xù)時間(D2)相等。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于將所述笫一預定持 續(xù)時間(Dl)以及所述第二預定持續(xù)時間(D2)期間所述第二電極(O和所述第三電極(5 )之間的所述電壓(V)的變化與至少限定混合物(11 ) 是否具有鈍化特性的預定數(shù)據(jù)進行比較和至少確定所述混合物(11 )是否具有這樣的鈍化特性的步驟包括-a)檢查所述第一預定持續(xù)時間(Dl)的最大電壓值和在所述第一 預定持續(xù)時間(Dl)的預定瞬時(Tl)處的電壓值之間的差是否超過第 一預定電壓值，所述預定瞬時(Tl)被稱為第一預定瞬時(Tl),所述 差被稱為第一電壓差(VI )，以及/或者-b)檢查所述第一預定持續(xù)時間(Dl)的最大電壓值和在所述第二 預定持續(xù)時間(D2)的預定瞬時(T2)處的電壓值之間的差是否在第一 預定范圍內(nèi)，所述預定瞬時(T2)被稱為第二預定瞬時，所述差被稱為 第二電壓差(V2)，以及/或者-c)檢查所述第一預定持續(xù)時間(Dl )的預定瞬時(T3)處的電壓 值和在所述第二預定持續(xù)時間(D2)的預定瞬時(T4)處的電壓(V) 之間的差是否在第二預定范圍內(nèi)，所述預定瞬時(T3)被稱為第三預定 瞬時(T3)，所述預定瞬時(T4)被稱為第四預定瞬時(T4), 所述差 被稱為第三電壓差(V3)。
6. 根據(jù)權利要求1-5中任何一項權利要求所述的方法，其特征在 于所述第一預定持續(xù)時間(Dl )和所述第二預定持續(xù)時間(D2)中至 少 一個的值在一秒到三十秒之間。
7. 根據(jù)權利要求1-6中任何一項權利要求所述的方法，其特征在 于所述第一預定持續(xù)時間(Dl)和所述第二預定持續(xù)時間(D2)中至 少一個是十秒(10s)。
8. 根據(jù)權利要求1-7中任何一項權利要求所述的方法，其特征在 于滿足這兩種情況中的至少一種情況-所述第一預定瞬時(Tl )和所述第四預定瞬時(T4)中的至少一 個在所述第一預定持續(xù)時間(Dl)的值的百分之十至百分之百之間，以 及-所述第二預定瞬時(T2)和所述第三預定瞬時(T3)中的至少一 個在所述第二預定持續(xù)時間(D2)的值的百分之十至百分之百之間。
9. 根據(jù)權利要求1-7中任何一項權利要求所述的方法，其特征在 于滿足這兩種情況中的至少一種情況-所述第一預定瞬時(Tl)和所述第四預定瞬時(T4)中的至少一 個等于所述第一預定持續(xù)時間(Dl)的值的百分之九十，以及-所述第二預定瞬時(T2)和所述第三預定瞬時(T3)中的至少一 個等于所述第二預定持續(xù)時間(D2)的值的百分之九十。
10. 根據(jù)權利要求3-9中任何一項權利要求所述的方法，其特征在 于對于選擇所述第一電極(2)和所述第三電極(5)并且在這兩個電極 之間-以所述第一預定持續(xù)時間(Dl)施加具有第一預定極性的第 一直流電，且之后.以所述第二預定持續(xù)時間(D2)施加具有與所述第一極性相 反的第二極性的第二直流電的步驟 -所述第一直流電為，從所述第三電極(5)中流出的電流密度為每 平方厘米二點五毫安(2. 5mA/cm2)，并且-所述第二直流電為，從所述第一電極(2)中流出的電流密度為每 平方厘米二點五毫安(2. 5mA/cm2)。
11. 根據(jù)權利要求5-10中任何一項權利要求所述的方法，其特征 在于對于將所述第二電極(4)和所述第三電極(5)之間的所述電壓(V )的變化與至少限定混合物是否具有鈍化特性的預定數(shù)據(jù)進行比較 的步驟，當-所述第一電壓差(VI)最大值是五十毫伏(50mV)(第一預定電壓值)，-所述第二電壓差(V2)是一點八伏到二點三伏(1. 8V-2. 3V)(第 一預定范圍)，以及-所述第三電壓差(V3)是一點八伏到二點三伏(1. 8V-2. 3V)(第二預定范圍)時，則結論是至少在所述第三電極(5)附近所述混合物(11)具有鈍 化特性。
12. 根據(jù)權利要求5-10中任何一項權利要求所述的方法，其特征 在于在將所述第二電極(4 )和所述第三電極(5 )之間的所述電壓(V ) 的變化與至少限定混合物(11 )是否具有鈍化特性的預定數(shù)據(jù)進行比較 的步驟中，當-在所述第一預定持續(xù)時間(Dl )和所述第二預定持續(xù)時間(D2 ) 中的至少 一 個的第四秒與-所述第一預定持續(xù)時間(Dl )和所述第二預定持續(xù)時間(D2) 中的至少一個的第九秒之間的電勢變化大于六毫伏(6mV)時， 則結論是，所述第三電極(5 )與由硬化水泥和水構成的混合物(11 ) 而不是僅僅泌漿接觸，泌漿也就是從水和水泥的混合物(11 )冒出的液 體。
13. 根據(jù)權利要求1-12中任何一項權利要求所述的方法，其特征 在于取三個元件，每個元件由導電材料構成，這些元件是所述第一電 極(2)、所述第二電極(4)和所述第三電極(5)，這三個電極中的每 一個均具有至少一個面(20、 40、 50),上述步驟包括選擇均由鋼制成 的三個元件的操作。
14. 根據(jù)權利要求1-13中任何一項權利要求所述的方法，其特征 在于在固體混合物中的電勢變化被用于及時確定任一稍后點處的所述 混合物(11 )的堿性。
15. 根據(jù)權利要求1-14中任何一項權利要求所述的方法，其特征 在于測量所述第二電極(4)的電勢極化電阻被用于監(jiān)測隨時間的腐 燭行為。
16. 根據(jù)權利要求1-15中任何一項權利要求所述的方法來確定含 有至少水泥和水兩種成分的混合物(11)的鈍化特性的傳感器，這個傳 感器的特征在于其具有-三個元件，每個元件均由導電材料組成，這些元件，-具有意欲與所迷混合物(11)接觸的至少一個預定面——被稱為第一面(20)、笫二面(40)和第三面(50)， .被分別地連接到意欲允許連接到獨立裝置的電導體上，以使這三個元件中的每一個能具有第一電極(2)、第二電極(4)和第三電極(5)的功能，以及 -支撐件(3),其用于支撐所述三個元件中的至少一個，使得 它們彼此電絕緣，并且.所述混合物(11)能夠接觸所有所述面，即接觸所述第一面 (20)、第二面(40)和第三面(50)。
全文摘要
用于確定含有至少水泥和水兩種成分的混合物(11)的鈍化特性的方法，包括如下步驟取三個元件，每個元件均由導電材料組成，這些元件被稱作為第一電極(2)、第二電極(4)和第三電極(5)；將這三個電極中的至少一個固定在支撐件(3)上，使得它們彼此電絕緣，并且所述混合物(11)能夠接觸位于每個電極上的至少一個預定面，這些面被稱為第一面(20)、第二面(40)和第三面(50)；選擇所述第一電極(2)和所述第三電極(5)并且在這兩個電極之間以被稱為第一持續(xù)時間的預定持續(xù)時間(D1)施加具有被稱為第一密度值的預定密度值和被稱為第一極性的預定極性的被稱為第一直流電的直流電，從而導致在所述第三電極(5)上的電解反應，并且之后選擇所述第二電極(4)和所述第三電極(5)，并且在所述第一預定持續(xù)時間(D1)期間測量這兩個電極之間的電壓(V)，并且存儲對于所述第一預定持續(xù)時間(D1)期間所述電壓(V)的變化的測量；將所述第一預定持續(xù)時間(D1)期間所述第二電極(4)和所述第三電極(5)之間的所述電壓(V)的所述變化與至少限定混合物(11)是否具有鈍化特性的預定數(shù)據(jù)進行比較，和至少確定所述混合物(11)是否具有這樣的鈍化特性。
文檔編號G01N27/416GK101517405SQ200680055803
公開日2009年8月26日 申請日期2006年9月11日 優(yōu)先權日2006年9月11日
發(fā)明者M·巴克勒 申請人:Vsl國際股份公司