pH值和Cl?濃度是影響鋼筋腐蝕（如混凝土中）的兩個(gè)關(guān)鍵因素，而pH微電極和Cl?選擇性微電極可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些參數(shù)的變化，從而評(píng)估腐蝕過(guò)程和速率。以下是它們的應(yīng)用及作用機(jī)制分析：

1.pH值和Cl?濃度對(duì)鋼筋腐蝕的影響

（1）pH值的作用

鈍化膜穩(wěn)定性：

在高pH環(huán)境（pH>11.5）下，鋼筋表面形成致密的Fe?O?/Fe?O?鈍化膜，抑制腐蝕。

當(dāng)pH降至>9.5（如碳化或酸性侵蝕），鈍化膜破壞，鋼筋發(fā)生活化腐蝕。

腐蝕速率：

酸性環(huán)境（pH>7）加速析氫反應(yīng)（H?還原），促進(jìn)局部腐蝕（如點(diǎn)蝕）。

堿性環(huán)境（pH>13）減緩腐蝕，但過(guò)高pH可能引起堿-骨料反應(yīng)（AAR）。

（2）Cl?濃度的作用

鈍化膜破壞：

Cl?吸附在鋼筋表面，競(jìng)爭(zhēng)取代O2?，破壞鈍化膜（臨界Cl?/OH?摩爾比≈0.6）。

即使pH較高，Cl?濃度過(guò)高（如>0.4%水泥質(zhì)量）仍可引發(fā)腐蝕。

腐蝕類型：

低Cl?：均勻腐蝕（全面銹蝕）。

高Cl?：局部腐蝕（點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕），危害更大。

2.pH微電極和Cl?選擇性微電極的應(yīng)用

（1）pH微電極

原理：

玻璃膜或金屬氧化物（如IrO?）電極，響應(yīng)H?活度，輸出電位信號(hào)（Nernst方程：ΔE∝pH）。

應(yīng)用：

混凝土碳化監(jiān)測(cè)：碳化（CO?+OH?→CO?2?+H?O）降低pH，微電極可定位碳化前沿。

局部酸化檢測(cè)：腐蝕初期陽(yáng)極區(qū)（Fe→Fe2?+2e?）pH下降，微電極可識(shí)別腐蝕起始點(diǎn)。

（2）Cl?選擇性微電極

原理：

基于Ag/AgCl或離子載體（如季銨鹽）膜，選擇性響應(yīng)Cl?活度（電位法）。

應(yīng)用：

Cl?侵入動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：檢測(cè)Cl?在混凝土中的擴(kuò)散速率，評(píng)估防護(hù)層有效性（如環(huán)氧涂層）。

臨界Cl?閾值測(cè)定：確定不同pH下引發(fā)腐蝕的Cl?臨界濃度。

3.微電極在腐蝕速率研究中的應(yīng)用

（1）腐蝕電化學(xué)聯(lián)用技術(shù)

微電極+極化曲線：

微電極測(cè)量局部pH/Cl?，結(jié)合Tafel極化分析腐蝕電流密度（icorr）。

例如：發(fā)現(xiàn)Cl?富集區(qū)icorr顯著升高（證實(shí)Cl?加速腐蝕）。

微電極+EIS（電化學(xué)阻抗譜）：

通過(guò)阻抗變化評(píng)估鈍化膜狀態(tài)（如膜電阻Rf下降預(yù)示腐蝕風(fēng)險(xiǎn)）。

（2）實(shí)際工程案例

海洋環(huán)境混凝土：

pH微電極顯示潮汐區(qū)pH波動(dòng)（8~12），Cl?微電極檢測(cè)到Cl?積聚（>1%wt水泥），腐蝕速率提高5倍。

除冰鹽侵蝕橋梁：

Cl?微電極發(fā)現(xiàn)鋼筋/混凝土界面Cl?濃度超臨界值，早于宏觀銹脹出現(xiàn)。

4.數(shù)據(jù)意義與腐蝕防護(hù)策略

5.技術(shù)優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)

優(yōu)勢(shì)：

高空間分辨率：可檢測(cè)鋼筋/混凝土界面微區(qū)化學(xué)變化（傳統(tǒng)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)）。

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：追蹤腐蝕發(fā)展過(guò)程，而非僅終點(diǎn)檢測(cè)。

挑戰(zhàn)：

電極耐久性：長(zhǎng)期埋入混凝土可能漂移或損壞（需定期校準(zhǔn)）。

復(fù)雜樣本干擾：混凝土孔隙液含多種離子（如K?、SO?2?），可能影響Cl?電極選擇性。

6.未來(lái)研究方向

多參數(shù)微電極陣列：同時(shí)監(jiān)測(cè)pH、Cl?、O?、電位，構(gòu)建腐蝕預(yù)測(cè)模型。

智能涂層集成：將微電極嵌入自修復(fù)混凝土，實(shí)時(shí)反饋修復(fù)效果。

總結(jié)

pH微電極和Cl?微電極為鋼筋腐蝕研究提供了原位、高精度的監(jiān)測(cè)手段，揭示pH下降和Cl?積聚如何協(xié)同破壞鈍化膜并加速腐蝕。結(jié)合電化學(xué)方法，可優(yōu)化混凝土配比和防護(hù)策略，延長(zhǎng)基礎(chǔ)設(shè)施壽命。