[发明专利]一种利用电化学阻抗谱实时监测水泥基材料裂缝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用在土木建筑领域的材料裂缝的检测方法，尤其是一种利用电化学阻抗谱实时监测水泥基材料裂缝的方法。 

背景技术

水泥基材料是以水泥为胶凝材料，与其它材料组合而得到的材料，是世界上用量最大和应用最广泛的土木工程材料，其优点在于：各组分易于获得、价格低廉、易于成型、易于制造成各种形状，同时具有良好的安全性和耐久性。但是，现有水泥基材料存在着自重大、拉压比小、断裂韧性低、脆性大和易于开裂等缺点，尤其是随着水泥基材料强度的提高，水泥基材料的开裂与脆性问题变得越来越突出，导致水泥基材料容易遭受破坏或失效。目前，已经提出了超声波法、OTDR技术、图像采集处理法、放射线法等一系列技术对水泥基材料裂缝进行观测和监控，但上述方法都有一定局限性，比如操作复杂、测试时间长、随机性大、受主观因素影响大。因此，为便于及时采取相应的修复措施，开展有效地质量控制，减少由于工程建筑破坏所造成的经济损失和人员伤亡，还需要对水泥基材料水化机理、产物结构、钢筋锈蚀、抗渗性、氯离子扩散、集料和掺合料活性、结构性能损伤的预测与预警等方面进行研究，提出更符合工程实际需要的技术方案。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用电化学阻抗谱方法实时监测水泥基材料裂缝的方法，在采用电化学阻抗谱原理研究水泥基材料特性的理论基础上，分析水泥基材料的开裂及裂缝的发展变化情况，从而能够实时监测水泥基材料开裂损伤的程度，为及时采取相应的修复措施，开展有效质量控制，进而减少由于工程建筑破坏所带来的损失具有重要意义。 

本发明对利用电化学阻抗谱实时监测水泥基材料裂缝的原理作出以下描述。 

电化学阻抗谱是给电化学系统施加一个频率不同的小振幅交流电势波，测量交流电势与电流信号的比值随正弦波频率的变化，比值即为系统的阻抗，或者测量系统阻抗的相位角随正弦波频率的变化。它是一种频率域测量方法，可测定的频率范围很宽，可以得到比常规电化学方法更多的动力学信息和电极界面结构信息。由于采用小幅度的正弦电势信号对系统进行微扰，电极上交替出现氧化和还原过程。因此，即使扰动信号长时间作用于电极，也不会导致极化现象的积累性发展和电极表面状态的积累性变化。由于电势和电流间存在线性关系，测量过程中电极处于准稳态，使得测量结果的数字处理简化。 

本发明是由水泥基材料试件、电极片、导线、电化学工作站及计算机组成的电化学系统实现电化学阻抗谱特征参数数据的连续、自动监测与记录工作，并根据电化学阻抗谱特征参数的变化来判断试件开裂情况的一种方法。电化学系统可看做是一个等效电路，这个等效电路是由电阻、电容和电感等基本元件按照串、并联等不同方式组合而成的。通过电化学阻抗谱，可以测定等效电路的构成以及各元件的大小，利用这些元件的电化学含义来分析电化学系统的结构和电极过程的性质。水泥基材料试件是一种特殊的电化学系统，在试件预测区范围内放置电极，当水泥基材料试件出现裂缝时，相当于在试件中增加了电容，导致试件在不同频率下的阻抗发生变化，通过电化学工作站的分析，得到试件在不同频率下的电化学参数值，由计算机绘制得到试件的电化学阻抗图谱，电化学阻抗图谱的特征变化与水泥基材料的结构特性存在对应关系，能够很好地反映水泥基材料的开裂及其发展情况。 

为了实现上述发明的目的，本发明的技术方案是这样实现的： 

一种利用电化学阻抗谱实时监测水泥基材料裂缝的方法，包括以下步骤：

（1）在水泥基材料试件的预测区域内预埋电极片或者实施时放置，通过导线将电极片与电化学工作站数据采集系统连接，然后将电化学工作站数据采集系统与计算机数据处理系统连接，实现对试件裂缝变化的自动监测与数据的连续记录；

（2）通过电极片对水泥基材料试件施加不同频率的正弦交流电压（电流）扰动信号，输入的扰动信号经过试件后产生相应的响应信号，即正弦交流电流（电压）信号，响应信号经过电化学工作站数据采集系统和计算机数据处理系统，得到试件在不同频率下的电化学阻抗谱；

（3）通过分析电化学阻抗谱的特征变化来监测水泥基材料裂缝的开裂情况。

所述的步骤（1）中水泥基材料试件为土木工程中各类非荷载或荷载作用下的水泥基材料。 

所述的步骤（1）中水泥基材料试件的预测区域不受水泥基材料的结构和空间位置的限制，能够准确、全面地反映水泥基材料试件的开裂情况。 

所述的步骤（1）中水泥基材料试件的预测区域的电极片数量为二个及以上，其位置可根据实际需要以均布或非均布的方式放置。