水工混凝土中鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結構耐久性的一個重要問題，也是水工建筑物安全鑒定過程中經常遇到的問題。結合工程結構安全檢測實踐，介紹了運用半電池電位法對水工混凝土中鋼筋銹蝕進行檢測的原理、方法、評價準則及應用效果，并對提高混凝土中鋼筋銹蝕檢測的可靠性進行了探討。 
PS-6型鋼筋銹蝕儀,鋼筋銹蝕檢測儀是新一代試驗儀器。針對檢測混凝土外加劑對鋼筋銹蝕的性能試驗，以確保正確使用合格外加劑，保證鋼筋混凝土建筑的質量和安全。
PS-6型鋼筋銹蝕測量儀符合《GB8076-1997混凝土外加劑》和《JC475-92混凝土防凍劑》標準的使用要求。試驗結果具有科學性、一致性和可靠性。本儀器精度高、重現性好、靈敏可靠、操作作用簡便、壽命長。可用于各種工況條件下的腐蝕測量，尤其是混凝土中的鋼筋測量。
適于工程質量監督站、建筑公司、混凝土攪拌站、外加劑廠、構件廠、科研院所及高等院校從事評定混凝土外加劑、工業測量、失效分析、科學研究、教學實驗和新產品開發及各種測量用。本儀器已在建筑行業應用多年，售往全各個省市， 深受各省市建筑行業的高度贊賞和肯定，應用性能甚佳。
技術參數：
恒電位控制范圍： -1.999V~+1.999V 。
恒電位控制誤差：≤1mV 。
輸出電流測量范圍：0~±1.999mA、0~±19.99mA、0~±199.9mA 。
輸出槽壓： 0~±10V 。
恒電流控制范圍：0~±1.999mA、0~±19.99mA、0~±199.9mA 。
輸出電位測量范圍：-1999V~+1999V 。
電位測量誤差： ≤ ±1%，加減末位1個字 。
電流測量精度： ≤ ±1%，加減末位1個字 。
輸入阻抗： >1010>Ω 。
響應速度： ≤5μs 。
功耗： ≤20W 。
外形尺寸： 340×300×120mm3 。 約7kg
1 鋼筋銹蝕對結構的影響 水工混凝土中鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結構耐久性的一個重要問題，也是水工建筑物安全鑒定過程中經常遇到的問題。多年來，許多水利工程由于耐久性不良引起的工程損壞事例不斷發生，由此帶來的工程損失和處理費用也迅速增加，相應的經濟損失已不可忽視。在水工建筑物安全鑒定過程中，常遇到大壩、水閘、渡槽、橋梁等鋼筋混凝土結構因鋼筋銹蝕引起的混凝土膨脹開裂，混凝土保護層脫落的現象很多，使得結構承載力下降，有些危及安全，必須引起高度重視。
鋼筋銹蝕對鋼筋混凝土結構性能的影響主要體現在三方面。其一，鋼筋銹蝕直接使鋼筋截面減小，從而使鋼筋的承載力下降，極限延伸率減少；其二，鋼筋銹蝕產生的體積比銹蝕前的體積大得多（一般可達2～3倍），體積膨脹壓力使鋼筋外圍混凝土產生拉應力，發生順筋開裂，使結構耐久性降低；其三，鋼筋銹蝕使鋼筋與混凝土之間的粘結力下降。因此，鋼筋銹蝕對結構的承載力和適用性都造成了嚴重影響，由此帶來的維修與加固費用也是相當昂貴的。為此，結合水工建筑物安全檢測實踐，開展了水工混凝土中鋼筋銹蝕檢測技術及應用研究，目的是為水工建筑物的安全評價提供科學的依據。
2 檢測原理及方法
2.1 檢測原理
關于混凝土中鋼筋銹蝕狀態的無損檢測，目前，內外只能進行定性測量，常用的方法是半電池電位法。鋼筋在混凝土中銹蝕是一種電化學過程。此時，在鋼筋表面形成陽極區和陰極區。在這些具有不同電位的區域之間，混凝土的內部將產生電流。鋼筋和混凝土的電學活性可以看作是半個弱電池組，鋼的作用是一個電極，而混凝土是電解質，這就是半電池電位檢測法的名稱來由。
一、鋼筋銹蝕機理
鋼筋混凝土中鋼筋發生銹蝕主要是電化學反應的結果。混凝土澆注后，水泥的水化反應產生強堿環境，鋼筋會在該環境中發生氧化反應（又稱鈍化反應），從而在鋼筋的外表面產生一層致密的氧化層，就是常說的鈍化膜。完整的鈍化膜能夠將鋼筋和外部環境隔離開來，阻止鋼筋的銹蝕。
當混凝土受外力破壞或化學侵蝕造成鈍化膜局部消失時，失去保護的鋼筋在具有氧氣和水的環境中就會逐漸發生銹蝕。主要有以下幾種常見的因素：
1、氯化物
氯化物滲透到鋼筋表面后，C1-的局部酸化作用使鋼筋表面PH值下降，導致鈍化膜的破壞。
2、酸性環境
混凝土處于酸性環境中時，離子滲透作用會逐漸改變鋼筋周圍的PH環境，當PH值低于10的時候，鈍化膜被加速破壞，銹蝕發生。
3、碳化
混凝土碳化反映是環境氣體中的二氧化碳向混凝土內部擴散，當混凝土中含有水分時，產生酸性環境，造成銹蝕發生的可能。
4、應力
一般混凝土構件都是用來承受壓力、拉力、剪切力等力的作用。當應力作用使鋼筋表面發生裂紋，就會導致鈍化膜的破壞，而且鋼筋周圍沒有從新產生鈍化膜的強堿環境時，鋼筋失去保護，會加速鋼筋的銹蝕。
二、鋼筋銹蝕檢測技術
長期以來，內外一直都在研究鋼筋銹蝕檢測的方法，目前主要有以下幾種：
1、電化學法
電化學法是根據鋼筋銹蝕的電化學特性，通過一定的檢測方法來測定電參數，總結不同銹蝕情況下相應的規律，從而確定鋼筋的銹蝕程度或速度。目前該類方法主要有自然電位法、交流阻抗法、線性極化法、混凝土表面電阻率法、恒電量法、電化學噪聲法等。
1.1自然電位法
自然電位法是現在應用廣泛的鋼筋銹蝕檢測方法。把鋼筋混凝土作為電極，通過測量鋼筋電極和參考電極的相當電勢來判斷鋼筋的銹蝕情況。
自然電位法的優點是設備簡單、操作方便。缺點是只能定性的判定鋼筋銹蝕的可能程度，不能定量測量鋼筋銹蝕比例；在混凝土表面有緣體覆蓋或不能用水浸潤的情況下不能使用該種方法進行測試。
1.2交流阻抗法
交流阻抗法是對混凝土構件施加一個小的交流信號，通過測量和對比輸入與輸出信號振幅及相位之間的關系來判斷混凝土電極體系的性質。它不僅可以確定出電極的各種電化學參數，而且可以確定出電化學反映的控制步驟。通過交流阻抗譜隨時間的演變也可以研究電極過程的變化規律。該方法的缺點是，測量時間較長，儀器設備也比較昂貴，對低速率銹蝕體系需要低頻交流信號，測量也有一定的困難；分析方法復雜，測量的阻抗譜與構件的幾何尺寸有關，不適合現場測試。
1.3線性極化法
線性極化法以過電位很小時（<10mV）過電位與極化電流呈線性關系作為理論依據。通過向測量區域施加一個小電流，測量該電流引起的電位變化，電位變化量與電流之比稱為極化電阻，極化電阻與銹蝕電流成反比。因此測定出極化電阻可以求得極化電流，根據法拉第定律可以將極化電流轉換為鋼筋的損失量。該方法測量方便快捷、測試精度較高。缺點是：現場構件的計算系數不容易準確測定；線性極化測量是建立在已知測量范圍的基礎上，由于測量時輸入信號會發生側向擴散，很難準確界定測量范圍的大小；儀器精度要求很高。
1.4混凝土表面電阻率法
鋼筋銹蝕發生時，會產生電子的遷移，從而在混凝土表面發生電子分布差異，通過測量混凝土表面的電阻率分布情況判斷鋼筋的銹蝕可能性。該方法受混凝土表面水分含量和化學成分的影響。
2、物理法
主要是通過測定與鋼筋銹蝕相關的電阻、電磁、熱傳導、聲波傳播等物理特性的變化來反映鋼筋的銹蝕狀況。常用方法有電阻棒法、渦流探測法、射線法、聲發射探測法等。該類方法的優點是操作方便，受環境的影響較小。缺點是容易受到混凝土中其它損傷因素的干擾；而且建立物理測定指標和鋼筋銹蝕量之間的對應關系比較困難。物理法目前主要處于理論研究階段，未見用于現場檢測。
三、半電池自然電位法檢測的優點
位于離子環境中的鋼筋可以視為一個電極，銹蝕反應發生后，鋼筋電極的電勢發生變化，電位大小直接反映鋼筋銹蝕情況。*，電池是一個陰極和一個陽極構成，鋼筋電極只具有電池的一半特征，所以被稱為半電池。在混凝土表面放置一個電勢恒定的參考電極（硫酸銅電極或氯化銀電極），和鋼筋電極構成一個電池體，就可以通過測定鋼筋電極和參考電極之間的相對電勢差得到鋼筋電極的電位分布情況。總結電位分布和鋼筋銹蝕間的統計規律，就可以通過電位測量結果判定鋼筋銹蝕情況。
該方法操作簡單、測試速度快，便于連續測量和長時間跟蹤，在各應用都比較廣泛，也是目前內使用多的測試方法。
四、半電池自然電位法的應用
依據GB/T50344-2004《建筑結構檢測技術標準》中的電化學測定方法（自然電位法），智博聯公司研制出的鋼筋銹蝕檢測設備“ZBL-C310鋼筋銹蝕檢測儀”，采用極化電極原理，通過銅/硫酸銅參考電極來測量混凝土表面電位，利用通用的自然電位法判定鋼筋銹蝕程度；
該產品具有圖形化測試界面，測量直觀、便捷；自動對測量結果進行統計，幫助用戶判定等特點。技術指標與外同類儀器相當：測量范圍±1000mv，分辨率1mV。
其主要性能特點如下：
1.操作簡便，測試結果以數字或圖形方式顯示；
2.測點讀數快速而穩定，電位讀數變動不超過2mv；
3.鋼筋銹蝕程度分9級灰度或色彩顯示；
4.繪制電位等值線圖，等值線差值可設置（50mv～100mv）;
5.強大的專業分析處理軟件，可自動生成檢測報告初稿。
半電池電位法是利用“Cu＋CuSO4飽和溶液”形成的半電池與“鋼筋＋混凝土”形成為半電池構成一個全電池系統。由于“Cu＋CuSO4飽和溶液”的電位值相對恒定，而混凝土中鋼筋因銹蝕產生的化學反應將引起全電池的變化。因此，電位值可以評估鋼筋銹蝕狀態。
2.2 檢測方法
檢測前，先配制Cu＋CuSO4飽和溶液。半電池電位法的原理要求混凝土成為電解質，因此必須對鋼筋混凝土結構的表面進行預先潤濕。采用95ml家用液體清潔劑加上19L飲用水充分混合構成的液體潤濕海綿和混凝土結構表面。檢測時，保持混凝土濕潤，但表面不存有自由水。
將CANIN鋼筋銹蝕測定儀的一端與混凝土表面接觸，另一端與鋼筋相連，當鋼筋露出結構以外時，可以方便地直接連接。否則，需要先利用鋼筋定位儀的無損檢測方法確定一根鋼筋的位置，然后鑿除鋼筋保護層部分的混凝土，使鋼筋外露，再進行連接。連接時要求打磨鋼筋表面，除去銹斑。根據半電池電位法的測試原理，為了保證電路閉合以及鋼筋的電阻足夠小，測試前應該使用電壓表檢查測試區內任意兩根鋼筋之間的電阻小于1.
檢測時，根據用鋼筋定位儀測定的鋼筋分布確定測線及測點，測點的間距為10～20cm.用CANIN鋼筋銹蝕測定儀逐個讀取每條測線上各測點的電位值，在少觀察5min時，電位讀數保持穩定浮動不超過±0.02V時，即認為電位穩定，可以記錄測點電位。 3 評價準則
根據美標準《混凝土中鋼筋的半電池電位實驗標準》（ANSI／ASMC76－80）和交通部公路研究院、中建筑科學研究院等單位的研究成果以及大量的現場直觀檢查驗證情況，混凝土中鋼筋銹蝕狀態判據
（1）電位＞－150mV時，鋼筋狀態完好。
4 應用實例
幾年來，在水利工程結構安全無損檢測中，應用CANIN鋼筋銹蝕測定儀分別對華新套閘、新港水閘、前衛水閘、創建水閘、朱泖河套閘、大浦閘、小礫山排灌站等工程混凝土中鋼筋銹蝕狀態進行了無損檢測。現將混凝土中鋼筋銹蝕所處狀態幾種典型的檢測結果分別介紹如下。
4.1 處于完好狀態的鋼筋
朱泖河套閘下閘左中墩上游面混凝土鋼筋銹蝕電位測試結果見表1.在檢測結構表面抽檢了28個測點，電位范圍－22mV～－136mV，平均電位－65.9mV，鋼筋處于完好狀態。測試后對某一檢測點進行了鑿除對比檢查，檢查結果為鋼筋狀態完好，未銹蝕。
4.2 處于局部銹蝕、全面銹蝕狀態的鋼筋
華新套閘上閘左下游門槽下游面混凝土鋼筋銹蝕電位測試結果見表2.在檢測結構表面抽檢了27個測點，電位范圍－150mV～－257mV，平均電位－195mV，鋼筋基本處于局部銹蝕狀態，部分處于全部銹蝕狀態。測試結果與現場實測的混凝土碳化深度、鋼筋保護層厚度變化規律基本一致，即混凝土碳化深度越深，鋼筋保護層厚度越薄，則混凝土鋼筋銹蝕電位負值越大。
4.3 處于全面銹蝕、嚴重銹蝕狀態的鋼筋
新港水閘右橋面板底部下游側混凝土鋼筋銹蝕電位測試結果見表3.在檢測結構表面抽檢了21個測點，電位范圍－202mV～－335mV，平均電位－259.3mV，鋼筋基本處于全面銹蝕狀態，局部處于嚴重銹蝕狀態。在鋼筋處于嚴重銹蝕狀態的地方混凝土表面疏松開裂，混凝土保護層很容易地剝落，打開混凝土保護層，里面鋼筋銹蝕十分嚴重，鋼筋銹蝕層較厚且容易剝落，經測量計算鋼筋的有效截面積只為原始截面積的60％左右，將嚴重地危及結構的安全。
5 幾點討論
半電池電位法在檢測水工混凝土鋼筋銹蝕狀態已獲得了廣泛的應用，但要運用該方法很好地解決工程中的實際問題，還必須努力提高半電池電位法檢測混凝土鋼筋銹蝕狀態的可靠性。結合工程安全檢測實踐作幾點探討。
（1）半電池電位法檢測混凝土鋼筋銹蝕狀態時，檢測的結構，半電池電位才會隨著潤濕程度逐漸穩定下來。為了加強潤濕劑的滲透效果，縮短潤濕結構所需要的時間，采用少量家用液體清潔劑加飲用水的混合液潤濕結構效果較好，僅需約15min時間就可以達到電位穩定。
（2）應結合工程安全檢測，開展對比檢查分析。將鋼筋銹蝕狀態檢測結果與混凝土碳化深度檢測及鋼筋保護層厚度檢測結果進行對比分析，從中找出相關關系。同時對少量測點鑿除對比檢查，積累經驗，從而提高評價鋼筋銹蝕狀態的可靠性。
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