新型全固态混凝土氯离子检测传感器的研制与性能测试

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氯盐入侵是导致钢筋混凝土结构腐蚀的最主要因素之一,因此及时、准确检测出混凝土环境中氯离子浓度,对有效判断钢筋混凝土结构服役状态和及时采取修复措施具有重要意义。传统的取样分析法不能够实现实时监测,并且会对混凝土结构造成破坏。本文以MnO2电极作参比电极,Ag/AgCl/rGO电极为工作电极,经过特定的组装工艺,制备出了一种适用于混凝土环境氯离子浓度监测的复合型传感器。本文首先通过电解氧化法制备了电解MnO2(EMD)材料,结合固态凝胶电解质以及泡沫混凝土半透膜制备出三层结构的MnO2固体参比电极。对电极的电化性能进行测试,结果表明该电极在模拟孔溶液中浸泡280 d的电位波动值在10 mV以内,并且具有较小的电化学阻抗和较大的腐蚀电流密度,电极的抗极化能力较好。对MnO2电极的温度敏感性以及抗污染能力进行测试,在050℃范围内电极的温度系数为0.68mV/℃;在pH值为913.5的范围内,pH值每升高0.1,电极电位值降低1.8 mV,比Nernst方程计算的理论值5.9 mV低。电极电位基本不受Cl-,有机胺阻锈剂的影响。其次,利用水热还原法制备了Ag/AgCl/rGO复合纳米粉体,通过对纳米粉体微观形貌的表征,发现其中纳米Ag颗粒的直径在50 nm以内,且均匀附着在石墨烯片层上。将复合材料涂覆在自制银网上,压制成Ag/AgCl/rGO电极,用于制备具有高灵敏度Cl-离子响应的Ag/AgCl电极。在模拟孔溶液中的测试表明,该电极浸泡180 d的电位波动值小于3 mV,氯离子响应能力的线性度较好,腐蚀电流密度较大,电极的抗极化能力较好。电极的温度系数为0.41 mV/℃,并且电位值不受pH值的影响。将Ag/AgCl/rGO电极表面包裹一层薄的PVA凝胶电解质,与所制备的MnO2长效参比电极一同埋置于硬化砂浆中,组成一个复合传感器。然后将其浸泡在含有不同氯离子浓度的模拟孔溶液中,对其电位稳定性以及氯离子响应关系进行测试。结果表明复合传感器的电位稳定性较好,且与Log[Cl-]呈较较高的线性度。在砂浆内掺低浓度的S2-及有机胺缓蚀剂时,传感器电位漂移不大,表明其具有较高的抗干扰能力。可用于混凝土结构Cl-浓度与混凝土耐久性的长期在线监测。
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