我们提出一种用于测量钢筋混凝土结构腐蚀评估或预测中高度相关参数的方法，其主要优势在于可对工程结构中的样品进行测试。这确保了钢-混凝土界面处于真实条件，对于避免实验室制备样品产生的人为假象至关重要。
本文内容
摘要
摘要
发达国家中钢筋混凝土基础设施的老化问题，迫切需要能够可靠评估这些结构状况的方法。嵌入式钢筋的腐蚀是导致结构劣化的最常见原因。尽管众所周知，结构抵抗腐蚀的能力在很大程度上取决于所用材料或结构年龄等因素，但目前普遍做法仍依赖于标准或教科书中规定的阈值。这些用于判断腐蚀起始的阈值（Ccrit）与特定结构的实际性能无关，这显然限制了状态评估和服务寿命预测的准确性。使用表格化数值的做法，源于现场和实验室中缺乏可靠的 Ccrit 测定方法。
本文介绍了一种用于确定单个工程结构或结构构件临界氯离子浓度（Ccrit）的实验方案。从实际结构中提取若干钢筋混凝土样本，并在实验室中进行加速腐蚀试验。该方法的主要优势在于，能够真实反映那些已知对Ccrit有显著影响的参数条件，例如钢筋与混凝土界面状态，而这种界面特性在实验室人工制备的试样中难以真实模拟。同时，在实验室中进行的加速腐蚀试验可在被测结构实际发生腐蚀之前可靠地确定Ccrit；这相较于所有常见的结构状况评估方法具有显著优势，因为后者仅能在腐蚀发生后评估腐蚀发生的条件，即结构已出现损伤时才可进行判断。
该方案可得到被测结构临界氯离子浓度（Ccrit）的统计分布，为腐蚀发生前剩余时间的概率预测模型提供基础，从而支持维护规划。该方法有望用于土木基础设施的材料测试，类似于现有的力学性能测试方法。
引言
混凝土中钢筋的腐蚀由氯离子渗透混凝土引发，是导致钢筋混凝土和预应力混凝土结构过早劣化的最常见原因，因此构成了土木工程领域最重要的挑战之一1,2,3,4工业化国家通常拥有大量建于上个世纪下半叶的老旧混凝土基础设施，这些结构已暴露于海洋气候或道路除冰盐环境中数十年。能够可靠地评估这些结构的状况， 即腐蚀风险是制定维护工作计划和基础设施管理的基础。
在土木工程领域，控制混凝土中氯离子引发钢筋腐蚀的既定方法基于氯离子阈值（也称为临界氯离子含量，Ccrit）1,5,6。根据该概念，当混凝土中钢筋表面处的氯离子浓度超过Ccrit阈值时，即认为腐蚀开始发生。因此，评估既有结构的状况并预测其剩余使用寿命，通常依赖于测定混凝土不同深度处的氯离子含量，特别是钢筋埋置深度处的氯离子含量。目前已有多种可靠且标准化的方法可用于测定混凝土样品中的氯离子浓度7,8。将测定结果与Ccrit进行比较，可为腐蚀风险评估以及确定修复措施的类型和范围提供依据。然而，该方法的应用前提是必须已知Ccrit的数值。
不同的国际标准、建议以及教科书对Ccrit1,3,9,10,11规定了具体数值，这些数值通常基于长期经验或早期研究，约为水泥重量的0.4%氯离子含量12,13。然而，众所周知，特定结构或构件实际抵抗Ccrit的能力在很大程度上受到所用材料、结构龄期以及暴露历史和环境条件的影响1,5。因此，普遍认为，将某一结构的经验直接应用于其他结构时应持谨慎态度。
尽管如此，工程实践中仍普遍采用与实际结构无关的查表法获取Ccrit值。这可归因于文献中Ccrit值存在巨大离散性，以及缺乏在现场和实验室可靠测定Ccrit的有效方法5。在耐久性评估中使用查表阈值的方法，与对老化混凝土结构进行状况评估时的结构考量形成对比。在后者情况下，已有多种标准化试验方法可用于测定结构材料（如混凝土、钢筋）的力学性能参数，以供结构行为计算时使用。
本研究提出了一种用于测定取自工程结构样品中临界氯离子浓度（Ccrit）的实验方案。该方法基于在混凝土结构尚未发生腐蚀的部位钻取钢筋混凝土芯样，将样品转移至实验室后进行加速腐蚀试验，以研究腐蚀起始的条件。该方法的主要优势在于样品来源于实际结构，因此在诸多已知对Ccrit有显著影响的参数方面能够真实反映实际情况，而这些参数无法在实验室制备的样品中得到代表性模拟。这些参数包括混凝土的类型和龄期（实验室新拌混凝土与现场成熟混凝土）、施工时所用钢筋的类型及其表面状态，以及钢筋-混凝土界面的一般特性14。结合实验室测量方法的准确性，该方法可实现对特定结构或结构构件临界氯离子浓度（Ccrit）的可靠测定。
与使用恒定的Ccrit值的常规做法相比，将建议的协议应用于工程实践将提高状态评估的准确性，并增强用于分析剩余服役寿命的模型的预测能力。未来几十年，我们现有基础设施的修复工程预计将大幅增加15，这迫切需要在腐蚀基础设施的工程设计中实现此类改进。
方案
1. 工程结构上的采样
- 选择 测试区域 在考虑以下注释的前提下，将其实现于混凝土结构中。
注意：A 测试区域 是将要采集多个样本的区域。测试区域应位于同一结构构件内（可能来自同一批次的混凝土），并且环境暴露条件应具有均匀性（例如，应避免在柱子或墙体上采样高度存在显著差异）。因此，在一个工程结构中可选择多个测试区域。作为附加要求，测试区域应无腐蚀损伤。这一点可通过已有检测方法的结果进行验证，包括非破坏性检测方法，如电位 mapping。16,17,18请注意，所考虑的结构构件中可能已经发生了氯离子渗透。这并不影响此处所述测试方法的有效性，但可能会影响实验室腐蚀测试所需的时间。 - 在结构的每个测试区域内，选择取样位置（采样地点选择无蜂窝状孔洞、裂缝、剥落或其他局部混凝土保护层质量不佳或劣化迹象的采样位置。
- 通过一种名为钢筋扫描仪的非破坏性手持式扫描设备，定位混凝土中的钢筋 "钢筋探测仪"19在测试区域内，将钢筋探测仪在混凝土表面沿水平和垂直方向移动，并用粉笔在混凝土表面临时标记出每根钢筋的位置（呈网格状）。
- 选择直径不小于150 mm的钻芯取样位置；在混凝土表面用粉笔标记并编号。避免在钢筋交叉处取芯。选择取样位置时，应使钢筋尽可能位于芯样中心。
注意：应选择对结构评估具有重要意义的钢筋（通常为保护层厚度最小的钢筋层）；尤其需要区分垂直和水平方向布置的钢筋，因为钢筋方向会影响其腐蚀性能20. - 为了考虑到固有的变异性 C批判，并能够提供统计数据，应在测试区域内选择至少5个（理想情况下为10个）采样点。
- 考虑 结构意义 在从结构中钻取岩心的数量和位置方面需加以考虑，以避免取样造成结构关键部位的削弱。
- 准确记录结构构件内所有样品位置（拍照、绘制示意图标明距边缘的距离）， 等等。)
注意：这也可能包括相应位置现场测量参数的记录，例如钢的电化学电位16,17,18，覆盖深度测量19，或其他非破坏性测试结果，如混凝土电阻率。
- 钻取混凝土芯样 （最小直径为150 mm）按常规程序和标准包含钢筋段的试件21.
- 为避免损坏钢-混凝土界面，应小心进行取芯钻孔（采用水冷式钻孔、锋利的钻孔工具， 等等。根据混凝土质量和钢筋保护层深度调整取芯钻孔的深度。
注意：通常情况下，芯样长度至少应为保护层深度的2至3倍。这通常可确保在不损坏钢筋与混凝土界面的情况下将芯样从结构中取出。 - 去除混凝土芯样表面的液态水。使用防水粉笔标记工具在芯样上清晰标注。
- 用防扩散的箔纸包裹岩心，以在运送到实验室的过程中保持其水分条件。
- 为避免损坏钢-混凝土界面，应小心进行取芯钻孔（采用水冷式钻孔、锋利的钻孔工具， 等等。根据混凝土质量和钢筋保护层深度调整取芯钻孔的深度。
2. 实验室样品制备
注意：对从结构中取出的每个样品（芯样）应用以下步骤，以制备用于实验室腐蚀测试。这有助于加速腐蚀试验（减少混凝土保护层），同时保持芯样内部条件，并防止不必要的端部效应例如，缝隙腐蚀）。
- 调整混凝土保护层 在钻取岩心的前后两侧。
- 通过水冷式金刚石切割法，减小试件前侧（即最初暴露的一侧）的混凝土保护层厚度，使试件最终的混凝土保护层厚度控制在15 - 20 mm范围内。图1a - b).
- 确保暴露面的混凝土保护层厚度均匀。测量钢筋两端的混凝土保护层厚度。即使用卡尺测量岩心侧面的覆盖层厚度。如有需要，可使用切割或抛光工具去除厚度差异超过1 mm的部分。
- 使用卡尺或直尺测量芯样侧面钢筋后方混凝土的厚度，并确保其约为 30 - 50 mm（图1b如有需要，使用水冷式金刚石切割器切割样本。
注意：此侧无需抛光。
- 建立电缆连接并保护钢筋端部 通过以下程序防止暴露测试期间发生虚假腐蚀起始 图1c.
- 使用内径比钢筋直径略大（2 - 4 mm）的取芯钻，在每根钢筋端部范围内最多10 mm的长度上，去除钢筋周围的混凝土。利用适当的工具（金属刮刀、小凿子）刮除附着在钢筋表面的水泥浆残留物。 等等。)
- 在钢筋的一端钻一个小孔，并使用金属自攻螺钉将电缆接线端子（连接铜缆）固定在钢筋上。确保电缆接线端子紧压在钢筋上。
注意：螺钉的直径应略大一些（例如，比在钢件上钻出的孔小0.1 - 0.2 mm，以确保连接紧密且牢固。 - 将螺纹置于钢筋内部，并确保其在任何位置均不突出于钢筋部分，以免影响电化学测量结果和腐蚀行为。
注意：使用较短的螺钉并注意钻孔方向（与钢筋轴线平行）可确保这一点。若钢筋的切割面与钢筋轴线垂直，则更容易沿钢筋轴线方向钻孔。因此，必须确保钢筋位于芯样中心位置，否则切割后的钢筋表面将不垂直于钢筋轴线。 - 切勿使用焊接、点焊或类似技术建立电缆连接，因为加热可能会影响样品中的钢筋或钢筋与混凝土的界面。
- 用浓稠的水泥浆/砂浆/灌浆料仔细地将浆料倒入孔中，填充钢筋试件两端周围形成的间隙。同时涂抹电缆连接件的螺钉和凸耳部分。
- 使用聚合物改性的水泥基产品，以确保良好的粘结性和最终保护效果。
注意：市面上存在一系列以修补砂浆或类似名称销售的商用产品（参见 材料表）。产品中不得含有腐蚀抑制剂或其他任何影响钢的电化学行为的物质。 - 确保正确施用和养护该水泥浆/砂浆/灌浆料， 即，按照供应商的说明进行。
- 使用聚合物改性的水泥基产品，以确保良好的粘结性和最终保护效果。
- 应用 环氧涂层 以限制暴露的表面积。
- 在施加涂层之前，让混凝土表面在室温及室内气候条件下干燥数天。避免使用强腐蚀性（例如，置于烘箱中）或长时间（超过1-2周）干燥芯样，因为这可能会改变混凝土的微观结构（如开裂），从而影响测试结果。
- 用环氧树脂涂覆芯体的侧面，同时涂覆钢筋端部以及电缆连接处（螺钉、电缆接线端子）。 等等。) (图1c - D).
- 使用相同的环氧树脂，涂覆芯样侧面暴露混凝土表面的端部区域，该区域先前最接近结构混凝土表面图1d）。在此侧钢筋上预留一段60 - 80 mm的未涂覆（裸露）长度。
- 上层混凝土表面保持不涂覆即与暴露侧相对的一侧进行比较 图1d).
注意：所使用的环氧树脂应适用于混凝土表面（在碱性条件下稳定、易于涂布）， 例如，用刷子 等等。) - 涂覆涂层，使其在后续接触含氯溶液时形成致密的扩散屏障。确保涂层厚度至少为2 mm。检查涂层表面无可见孔隙或缺陷。如有需要，可涂覆多层树脂。
- 此处可暂停实验方案；用防扩散的紧密箔纸再次包裹样品。
3. 腐蚀测试
- 制备 溶液暴露装置
- 将所有试样放入水箱中，试样侧面向下，混凝土保护层厚度为15–20 mm。使用小型垫块支撑试样，以便溶液能够从试样底面接触暴露试样。图2).
- 选择一个尺寸合适的容器，确保混凝土试样之间以及试样与容器壁之间的距离至少为4 cm；容器高度宜在15 - 30 cm范围内。
- 准备仪器设备 数据记录
- 将参比电极置于暴露溶液中（图2).
注意：对于参比电极，可使用任何适合浸入暴露溶液中的稳定型参比电极（例如 Ag/AgCl/KCl）饱和 参比电极）。可能需要采取特殊措施，以避免参比电极的电解质污染暴露溶液 反之亦然. - 将所有样品连接至自动数据记录仪，该记录仪可分别测量各钢筋的电位 与 常用参比电极（图2）。使用输入阻抗高于10的数采记录仪7 欧姆
- 将数据记录仪的测量间隔设置为每样品每天至少测量4次；优先选择每样品1小时的测量间隔。
- 将参比电极置于暴露溶液中（图2).
- 开始暴露于无氯溶液中。
注意：开始接触溶液的时间对应于时间 t0 = t = 0，针对每个样本。- 用自来水（pH 值在 6.5 - 8.0 之间、无氯、达到饮用水标准）注满水箱。确保水位高度使所有岩心样品的底面均与溶液接触，但样品未被完全浸没（即，上表面样品高于液面）。保持参比电极与暴露溶液的接触（图2).
- 立即开始数据记录， 即，以参比电极为基准测量所有样品的电位。
- 监测电位持续1至2周以上，并考虑电位应达到稳定值，其范围应表明钢筋处于钝化状态。
注意：通常相对于 Ag/AgCl/KCl 为 -100 至 +200 mV周六1. - 在某些情况下，样品的电位明显低于 -100；应立即对样品进行更详细的检查（见第 5 节）。如果在暴露于无氯溶液期间电位发生显著变化，也需执行此步骤。
- 开始暴露于氯化物。
- 在无氯溶液中暴露1至2周后，将暴露溶液更换为按重量计3.5%的NaCl预配溶液。使用去离子水配制该氯化物溶液。氯化物溶液的体积应与初始无氯溶液相同（浸没深度一致）。用盖子封闭暴露容器（建议做法），以减少溶液蒸发及由此引起的氯离子浓度变化。
- 在氯离子暴露期间，应定期（至少每两周一次）检查水位相对于样品的位置。如有需要，可添加去离子水。尽量减少整批更换暴露溶液的次数，因为这会促进混凝土中物质的溶出。
- 继续监测各样品的电位，并定期（每周两次）通过评估各样品电位随时间的变化情况，结合第3.5节中定义的腐蚀起始判据，检查每个样品的腐蚀状态。
- 60天后，将溶液中的NaCl浓度提高至质量分数7%。120天后，将溶液中的NaCl浓度提高至质量分数10%。此后，维持氯离子浓度在此水平。
- 随时间评估监测到的电位以检测腐蚀的起始。
注意：暴露期间，样品的电位通常在氯离子自由水暴露初始值的约 ±30 mV 范围内保持相对稳定。该电位范围将被称为 "被动水平" 此处（图3）。对于每个单独的样本，该值可能有所不同。- 在评估暴露期间记录的钢电位时，使用以下方法 腐蚀起始判据 检查每个试样的腐蚀状态。腐蚀发生需满足以下两个条件（图3):
- 检查在5天或更短时间内，电位是否从静息水平下降超过150 mV。
- 在接下来的10天内，检查电位是否稳定在已达到的负值水平，或进一步下降，或回升不超过50 mV。
注意：有关此腐蚀起始检测标准的更多背景信息，请参见 讨论.
- 一旦满足该腐蚀起始判据，立即从暴露溶液中取出样品，并按第4节所述步骤进行操作。记录腐蚀起始时间（tini) 该样品的图3）。继续对剩余样品进行暴露测试。
- 如果电位从初始钝化电位下降不足150 mV，则需在后续暴露时间内密切观察试样。若电位进一步下降并达到稳定水平，可视为腐蚀状态发生变化。
- 特别注意此类样品，应通过替代测量方法检查其腐蚀状态（例如，测量线性极化电阻22）或按第4节所述进行最终分析。若无法明确判断腐蚀起始时间，则弃用该样品。
- 若电位下降显著（数天内超过150 mV），但随后几天内电位回升，趋近于初始的钝化电位水平（图3），将样品保留在暴露溶液中以进行后续监测。
- 特别注意同一暴露池中所有样品的电位同时发生改变的情况。若出现此现象，应立即检查参比电极，并根据需要进行修复或更换新的参比电极。
注意：更换溶液或增加氯离子浓度通常会导致电位变化。这可能与在暴露溶液/参比电极以及暴露溶液/混凝土样品两个界面处形成不同的扩散电位有关。23这些变化对同一容器中暴露的所有样品影响相似，不能表明腐蚀状态发生了改变。
注意：若参比电极不稳定或发生溶液泄漏，将出现电位漂移。其结果是，所有监测到的钢筋电位会随时间呈现相同的变化趋势，但这并不表示腐蚀状态发生了变化。
- 在评估暴露期间记录的钢电位时，使用以下方法 腐蚀起始判据 检查每个试样的腐蚀状态。腐蚀发生需满足以下两个条件（图3):
4. 腐蚀启动后的样品分析
- 将样品分开以取出钢棒。
- 从暴露溶液中取出样品后，将混凝土芯样劈开（如步骤4.1.2所述），用于进一步分析，并对钢筋表面以及钢筋-混凝土界面处的混凝土进行目视检查。
- 从混凝土芯样背面（未暴露于溶液的一面）使用水冷式金刚石切割片切割图4）。确保切割面与背面垂直，并与钢筋平行。为避免损坏钢筋，切割深度应比该侧混凝土保护层厚度小约10 mm。
- 插入凿子或类似工具，将混凝土芯样劈成两半，从而分离钢筋周围的混凝土。
- 轻轻将钢筋从混凝土中取出，这样混凝土试样的两半部分会留下钢筋的印痕（图5a).
- 目视检查钢-混凝土界面。
- 立即记录（照片、绘图、 等等。）通过检查钢筋表面以及混凝土中的钢筋印痕，观察钢-混凝土界面的外观。需注意以下事项。
- 记录腐蚀的位置和形态。
注意：腐蚀起始位置通常可通过析出的腐蚀产物来轻易识别（图5a）。标记这些斑点的数量和位置。腐蚀产物的颜色也值得关注。通常，刚裂开时呈深色/黑色/绿褐色，暴露在空气中后变为棕色/红色。 - 检查试样是否存在虚假腐蚀起始点， 即，钢筋端部或靠近端部已开始出现腐蚀。若如此，应拒收该样品，并记录为无 C批判 可以确定。
注意：在试验过程中，在钢筋端部或靠近钢筋端部处开始发生的腐蚀， 即，距离钢筋端部15 mm范围内发生的腐蚀被视为虚假腐蚀起始。这可能是由于缝隙环境或钢筋端部保护措施不足所致（例如，灌浆不充分或环氧涂层多孔），或由于电缆连接用的金属螺丝突出于钢筋之外（第2.2和2.3节）。 - 记录混凝土中的空洞或孔隙。注意观察空洞或孔隙的位置是否与腐蚀起始位置相重合。
- 记录任何显著特征，例如裂缝、蜂窝状结构、粗骨料、异物、绑扎钢丝、垫块 等等，具体位置及其相对于腐蚀起始位置的关系。
- 测量碳化深度。
- 记录后立即在劈裂的混凝土表面喷洒酚酞溶液，并测定碳化深度24.
注意：必须记录碳化深度是否已达到钢筋表面；若未达到，需注明碳化深度与钢筋之间的距离。该信息须与实验结果一并报告。
- 记录后立即在劈裂的混凝土表面喷洒酚酞溶液，并测定碳化深度24.
- 进行氯化物分析并确定 C 批判 .
- 在混凝土芯样的两个半段上，使用水冷式金刚石切割法去除已涂环氧树脂的部分图6a).
- 从获得的棱柱体上，使用水冷金刚石切割法去除保护层区域的混凝土，直至距离钢筋2 mm处图6b). 在105 °C下将混凝土烘干过夜。
- 随后，研磨混凝土并收集研磨粉末；此研磨步骤的厚度为4 mm（图6c这将从每个混凝土芯样的半部分中，在钢筋深度 ±2 mm 处获得一份混凝土粉末样品。
- 将获得的混凝土粉末样品在 105 °C 下干燥至恒重。按照标准测定干燥混凝土粉末中的酸溶性氯离子浓度。7,8计算这两个值的平均值。
注：结果为混凝土中氯离子含量占混凝土重量的百分比。 - 如果能够确定用于氯离子分析的特定样品中混凝土的水泥含量（例如，通过适当的方法25,26,27），将氯离子含量换算为占水泥重量的百分比。
- 记录氯化物分析结果，即临界氯离子含量 C批判 针对特定样品，务必注明该数值是以混凝土总重量百分比还是以水泥重量百分比表示。
- 将每个样本的结果记录为测试报告。
- 报告目视检查（第4.2节）的所有记录结果以及试验结果（随时间记录的电位、腐蚀起始时间、碳化深度和 C批判).
5. 特殊情况的处理
- 如果 暴露于氯离子前的负电位 被观察到， 即如果在初始暴露于无氯溶液期间（第3.3节），钢的电位明显变负，则需特别注意以下事项。
- 考虑一个事件 虚假腐蚀起始.
- 通过水冷金刚石切割法去除试样中钢筋两端的混凝土，以验证虚假的腐蚀起始点。每端去除约20 mm的混凝土。
- 使用湿润的海绵将参比电极置于暴露的混凝土表面，并通过电连接钢筋的切割断面，再次测量钢筋的电位。
- 如果电位仍然相对较负，则弃用该样本。
- 如果该电位处于同一系列其他样品的被动电位范围之内，可考虑重新使用该样品进行测定 C批判在此情况下，继续进行方案的第2.2步。报告结果时，需注明该样本尺寸较小（暴露的钢筋长度较短）于其他样本。
- 如果可以排除假性腐蚀起始，则检查钢筋深度处的混凝土是否已经 碳酸化的 并考虑测定钢筋深度处的氯离子浓度。若碳化或极高的氯离子浓度可解释润湿后腐蚀的起始，则应在测试报告中记录此情况，并注明无 C批判 在这种情况下可以确定。
注意：如果钢筋所在深度的混凝土已发生碳化和/或含有足量氯离子，那么在潮湿条件下可能诱发腐蚀。当样品取自处于干燥期的结构时，便可能出现这种情况。 即，当结构中无活性腐蚀发生时，因此无法通过第1节所述的检测方法检测到腐蚀。
- 考虑一个事件 虚假腐蚀起始.
结果
图7展示了实验室中氯离子暴露期间监测到的典型钢筋电位变化。两个示例均显示，电位可能在极短时间内显著下降，但腐蚀过程可能尚未稳定扩展，这表现为电位随后回升至初始钝化水平。在本实验方案中，腐蚀起始时间，即停止暴露并测定Ccrit的时间点，定义为出现明显电位下降后连续10天保持负电位（详见第3.5.2节及讨论部分）。
通常，可能需要数月时间才会发生稳定的腐蚀起始。这还取决于取样时混凝土中已存在的初始氯离子含量。在迄今为止开展的一些实验中，腐蚀起始所需时间超过1年。
图8展示了从瑞士阿尔卑斯山区一条使用超过40年的公路隧道中采集的11个样本所测得的Ccrit示例。所有样本均取自1 - 2 m2范围内的区域，因此可认为其制备和暴露条件基本相同。本示例中，取样时钢筋表面的氯离子含量可忽略不计，同时碳化前沿距离钢筋表面仍较远。
图9展示了两个在暴露于无氯溶液后钢电位显著下降的例子。在其中一个特定情况下，后续（破坏性）样品检测发现，钢筋所在深度的混凝土已发生碳化。当水分到达钢筋表面时，腐蚀过程随即立即开始。在另一个案例中，钢筋一端出现了虚假的腐蚀起始现象。
图1。从结构中取样并在实验室处理的样品示意图：（a）带有嵌入钢筋的混凝土芯样；（b）使用水冷金刚石切割法减薄暴露面和背面的混凝土保护层；（c）通过去除钢筋周围部分混凝土并用致密水泥浆/砂浆填充，再施加环氧涂层，以保护钢筋端部；以及（d）在混凝土暴露面的侧面和端部区域涂覆环氧涂层。请点击此处查看该图的放大版本。
图2。实验室腐蚀试验装置的示意图。该图显示了样品在暴露槽中的放置方式。使用垫片确保样品底面与暴露溶液接触。所有样品均连接至数据记录仪，用于测量每个样品相对于置于暴露溶液中的参比电极的电位。请点击此处查看该图的放大版本。
图3。 钢材电位可能随时间演变的示意图，用于说明腐蚀起始的判据。 在点1处，电位从初始“钝化状态”下降幅度小于150 mV；在点2处，电位下降至少150 mV，随后发生再钝化；在点3处，电位在最多5天内下降至少150 mV，且达到的负电位水平持续维持超过10天。在tini时刻，将样品从暴露溶液中取出。 请点击此处查看该图的放大版本。
图4。检测到腐蚀起始后，混凝土试样切割与劈裂过程的示意图。 首先，从试样背面平行于钢筋切割出一条“沟槽”。通过插入凿子或类似工具，可沿箭头所示方向利用该沟槽将试样劈开。请点击此处查看该图的放大版本。
图5。腐蚀发生后试样分析的实物照片。（a）试样劈裂后的两个半部分；（b）腐蚀发生后钢表面可见锈斑。照片来自不同试样。请点击此处查看此图的放大版本。
图6．腐蚀启动后氯离子分析取样示意图：（a）去除分裂混凝土芯样上的环氧涂层部分（紫色 = 切割面）；（b）去除混凝土保护层，至距钢筋表面2 mm处（紫色 = 切割面）；（c）在钢筋保护层深度上下各2 mm范围内进行研磨取样（红色 = 取样体积）。请点击此处查看该图的放大版本。
图7测量电位的代表性示例 与 时间曲线。 根据所建议的判据，通常明显的电位下降可能继而出现电位上升（再钝化），直至最终发生稳定的腐蚀起始。a) 显示一种电位在负电平上稳定的案例，且 (b) 是一个在10天研究期间内电位持续下降的例子。 请点击此处以查看此图的放大版本。
图8。在瑞士阿尔卑斯山一条使用超过40年的公路隧道内某小范围混凝土区域采集的11个样品中测得的Ccrit示例。 请点击此处查看该图的高清版本。
图9。在无氯溶液中暴露后立即出现明显电位下降的示例。 在一种情况下，钢筋所在深度的混凝土已发生碳化，因此当水分到达钢筋表面时，腐蚀过程立即开始，导致电位急剧下降。在另一种情况下，在钢筋的一端发生了假性腐蚀起始，此处导致电位更缓慢地下降。 请点击此处查看该图的放大版本。
讨论
成功实施建议的实验方案最关键的步骤 C批判 包括为防止钢筋锈蚀起始及其他钢筋端部效应所采取的防护措施。在这方面，已测试了多种方法，其中本文所报道的方案被证明效果最佳28在进一步的测试中，该方法可将误启动率降低至10%以下。一方面，这是由于在暴露混凝土表面的边缘区域涂覆了环氧树脂，显著增加了氯离子通过混凝土向钢筋端部传输的路径长度；另一方面，在钢筋端部用致密且高碱性的水泥基浆料替代原有混凝土，显著提高了这些区域的抗腐蚀性能。此类系统， 即，用聚合物改性水泥基材料涂覆钢筋端部，在其他研究中也已证明是成功的29,30.
另一个重要方面是腐蚀起始的判据。该判据基于RILEM技术委员会TC-235，该委员会旨在推荐一种用于测量在实验室制备样品中Ccrit的试验方法31。其原理在于，众所周知，埋入混凝土中的非极化钢筋发生腐蚀的起始时间可能是一个较长的过程，而非一个明确的瞬间30,32。钢筋可能在相对较低的氯离子浓度下就开始发生腐蚀，但如果这些浓度不足以维持腐蚀过程，则会发生再钝化，表现为电位回升至初始的钝化水平。此类去钝化-再钝化事件在类似研究中通常可被观察到30,33,34。相较于电位首次偏离钝化水平的时间点，实际中更相关的是处于稳定腐蚀状态时测得的氯离子浓度。根据所建议的判据，Ccrit 代表腐蚀开始并持续稳定扩展时的氯离子浓度。
该方法的一个局限性在于样品尺寸相对较小，这可能对结果产生影响35,36。为抵消这一影响，建议使用较多数量的样品（理想情况下为10个）。置信水平取决于实际测试区域内Ccrit的统计分布情况。有关此方面的更多细节，请参见参考文献36。另一个局限性是，实验室暴露条件下的湿度环境可能与实际结构中的条件不同。最后，在电位普遍偏负的情况下（例如矿渣水泥或其他含硫化物的胶凝材料中），腐蚀起始的检测可能会较为困难。
据我们所知，这是首个 C批判 在工程结构发生腐蚀之前的阶段进行测定。与从结构物中获得的经验数据（这些数据按定义是在腐蚀发生后获取的）相比，该方法可用于测量 C批判 在腐蚀退化发生之前针对特定结构或结构构件；因此，该结果可用于评估（未来）腐蚀风险，并预测腐蚀起始前的剩余时间（服役寿命建模）。因此，该方法有望应用于材料测试，类似于已建立的力学性能测试方法（抗压强度， 等等。)
该方法目前正应用于瑞士的多种不同混凝土基础设施中。这将拓宽极为有限的5 统计分布的知识 C批判 在结构中的影响。此外，还将揭示不同因素的影响，例如结构的使用年限、所采用的建筑材料等。 等等。，从而为土木工程师和基础设施管理决策者提供重要信息。
披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本文所述工作部分由瑞士联邦公路局资助（研究项目编号：AGB2012/010）。我们非常感谢提供的资金支持。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 绞合线 | 横截面至少 0.50 mm²；理想情况下为镀锡铜线 | ||
| 自攻金属螺钉 | 任何合适的自攻螺钉，通常长度为 4 - 5 mm，直径约为 2.5 mm | ||
| 环形电缆接线端子 | 适用于连接螺丝和电缆 | ||
| SikaTop Seal-107 | Sika | 双组分聚合物改性水泥基防水砂浆浆料 | |
| Epoflex 816 L | 阿迪萨 | 环氧涂层 | |
| 暴露池 | 任何合适的容器（例如 带盖的rako盒； 足够大以暴露样品 | ||
| 参比电极 | 任何适用于在氯化钠溶液中连续浸入的稳定参比电极 | ||
| 自来水 | |||
| 氯化钠 | |||
| 数据记录仪 | 任何能够以指定时间间隔监测所有样品相对于参比电极电位的设备（输入阻抗 >10E7 欧姆 |
参考文献
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