專利名稱：一種木材或混凝土等表面涂層性能的測(cè)試裝置及其評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種木材或混凝土等表面涂層性能的測(cè)試裝置及其評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
混凝土被廣泛應(yīng)用于工業(yè)/民用建筑、道路、橋梁、隧道和海洋工程等。隨著混凝土在各種不同環(huán)境下的大量使用，混凝土和混凝土結(jié)構(gòu)受到各種惡劣環(huán)境的腐蝕和破壞，在給世界各國(guó)人民帶來了巨大損失的同時(shí)，也給人民的生活帶來了諸多不利的影響。僅我國(guó)每年耗費(fèi)在混凝土結(jié)構(gòu)上的費(fèi)用就已超過千億元，因此混凝土的耐久性問題日益嚴(yán)峻。涂層防護(hù)是混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕和劣化修復(fù)的重要措施之一。所以混凝土保護(hù)涂層技術(shù)作為一種能有效提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的方法，優(yōu)勢(shì)明顯，性價(jià)比高而逐漸受到人們的關(guān)注。但是當(dāng)前有關(guān)混凝土保護(hù)涂層材料的性能和防護(hù)效果的測(cè)試及評(píng)價(jià)方法還不成熟，嚴(yán)重制約了這類材料的健康發(fā)展和應(yīng)用。目前測(cè)試的對(duì)于涂層性能的測(cè)試方法主要有:電化學(xué)阻抗法，擴(kuò)散池法、電化學(xué)噪聲法，掃描Kelvin探針法等。其中大部分測(cè)試的對(duì)象都是涂層/金屬體系或涂層/鋼筋混凝土體系，對(duì)于涂層/混凝土或涂層/木材體系中測(cè)試涂層性能的方法不多。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，克服涂層/混凝土或涂層/木材體系測(cè)試的缺陷，本發(fā)明提供一種木材或混凝土等表面涂層性能的測(cè)試裝置及其評(píng)價(jià)方法，本發(fā)明是通過電化學(xué)方法對(duì)涂層性能進(jìn)行快速檢測(cè)，其制作過程簡(jiǎn)單，能夠準(zhǔn)確的確定測(cè)試面積，快速得到涂層性能信息。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種木材或混凝土等表面涂層性能的測(cè)試裝置及其評(píng)價(jià)方法，包括涂層性能測(cè)試裝置和使用該裝置進(jìn)行涂層性能的評(píng)價(jià)方法。包括:支架、底板、碳鋼、離子導(dǎo)體層、被測(cè)體、第一密封圈、容器、第二密封圈、頂板、參比電極和輔助電極，所述支架為四根螺絲釘，分別與底板和頂板固定連接，可選擇不銹鋼螺絲釘或者具有一定強(qiáng)度的塑料螺絲釘，通過螺絲帽予以固定；所述底板上依次設(shè)置有碳鋼、離子導(dǎo)體層、被測(cè)體、第一密封圈、容器、第二密封圈和頂板；所述底板和頂板選擇絕緣材料,例如聚氯乙烯(PVC)板；所述碳鋼設(shè)置于底板上，用作工作電極；所述離子導(dǎo)體層設(shè)置在碳鋼的上面并與其接觸，用于導(dǎo)通離子溶液和碳鋼，能夠?qū)崿F(xiàn)離子和氧的擴(kuò)散，同時(shí)有一定的機(jī)械力學(xué)支持性能，例如浸潤(rùn)溶液(與容器里的溶液一致)的多孔陶瓷、竹炭或者木炭；
所述被測(cè)體為木材或者混凝土，在進(jìn)行放置時(shí)，將被測(cè)體上涂有涂料的一面(涂層面)向上，另一面(非涂層面)直接與離子導(dǎo)電層接觸；所述第一密封圈和第二密封圈選擇橡皮密封圈，其中第一密封圈設(shè)置在被測(cè)體涂有涂料的一面上，用于和容器的一端接觸；所述容器的另一端與第二密封圈接觸；所述第二密封圈直接與頂板接觸；所述容器為圓筒，選擇為有機(jī)玻璃圓筒，兩端開口，用于盛裝離子導(dǎo)體溶液，兩端與密封圈接觸后能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溶液的密封，避免外溢；所述頂板上設(shè)置有用于安裝參比電極和輔助電極的安裝孔，所述參比電極為飽和甘汞電極，所述輔助電極為鉬電極，所述安裝孔直徑為10_，能夠用于注入溶液介質(zhì)和放置輔助電極以及參比電極。在進(jìn)行組裝時(shí)，首先將底板、碳鋼、離子導(dǎo)體層、被測(cè)體、第一密封圈、容器、第二密封圈、頂板依次彼此接觸，然后通過支架(即螺絲釘和螺絲帽)將上述結(jié)構(gòu)予以固定，最后通過安裝孔導(dǎo)入離子導(dǎo)體溶液，并安裝參比電極和輔助電極。通過頂板的小孔將有機(jī)玻璃管內(nèi)注滿離子導(dǎo)體溶液，靜置一段時(shí)間(例如24小時(shí))待離子導(dǎo)體溶液滲透被測(cè)體系涂層面、被測(cè)體系木材面(或混凝土)、離子導(dǎo)體，最后滲透到碳鋼表面。然后進(jìn)行電化學(xué)阻抗測(cè)試得到時(shí)間常數(shù)(τ g = Rt.Cdl)，進(jìn)而評(píng)價(jià)涂層性能。本發(fā)明的技術(shù)方案，利用上述裝置進(jìn)行測(cè)試，通過離子導(dǎo)體材料對(duì)離子溶液的傳導(dǎo)作用，使得涂層與碳鋼導(dǎo)通，最終使得輔助電極與被測(cè)體在注滿離子導(dǎo)體溶液時(shí)構(gòu)成一個(gè)導(dǎo)電回路。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:通過本發(fā)明能夠快速準(zhǔn)確地得到木材或混凝土等表面涂層的性能，制作工藝簡(jiǎn)單。有機(jī)玻璃管底部的橡皮密封圈能夠很好達(dá)到密封電流和溶液介質(zhì)的作用，有機(jī)玻璃管的底面積是固定的能夠保證所有測(cè)試面積的一致性并且方便計(jì)算。測(cè)試方法簡(jiǎn)單可行，測(cè)試結(jié)果易分析，便于對(duì)涂層性能做出快速準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。


圖1本發(fā)明的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖(一)，其中I為支架，2為底板，3為碳鋼，4為離子導(dǎo)體層，5為被測(cè)體的非涂層面，6為被測(cè)體的涂層面，7-1為第一密封圈，8為容器，9為頂板，10為參比電極，11為輔助電極。圖2本發(fā)明的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖(二)，其中I為支架，2為底板，3為碳鋼，4為離子導(dǎo)體層，5為被測(cè)體的非涂層面，6為被測(cè)體的涂層面，7-1為第一密封圈，7-2為第二密封圈，8為容器，9為頂板,10為參比電極,11為輔助電極。圖3利用本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行性能測(cè)試的bode圖(一)。圖4利用本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行性能測(cè)試的bode圖(二)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。如附圖1和2所示，本發(fā)明的測(cè)試裝置，包括:支架(螺絲釘)1、底板2、碳鋼(工作電極)3、離子導(dǎo)體層(浸潤(rùn)離子溶液的多孔陶瓷)4、被測(cè)體的非涂層面5、被測(cè)體的涂層面6、橡皮密封圈7-1和7-2、有機(jī)玻璃管8、頂板9、參比電極10、輔助電極11，其中
碳鋼3置于所述底板2上作為工作電極；離子導(dǎo)體層4是置于碳鋼3上面，用于導(dǎo)通離子溶液和碳鋼；被測(cè)體的非涂層面5置于離子導(dǎo)體層上，被測(cè)體的涂層面6與橡皮密封圈7-1接觸，有機(jī)玻璃管8置于橡皮密封圈7-1上并通過橡皮密封圈7-2與頂板相接觸，頂板2上開有兩個(gè)直徑為IOmm的安裝孔，安裝孔是為了用于注入溶液介質(zhì)和放置輔助電極11以及參比電極10 ;整個(gè)裝置通過支架I (四根長(zhǎng)螺絲釘)固定，使得各個(gè)部分緊密相連組成一個(gè)整體。通過頂板9的安裝孔將有機(jī)玻璃管8內(nèi)注滿離子溶液，靜置24小時(shí)待離子溶液滲透被測(cè)體的涂層面6、被測(cè)體的非涂層面5、離子導(dǎo)體層4，最后滲透到碳鋼3表面。使用本發(fā)明的測(cè)試裝置測(cè)試木材或混凝土等表面涂層性能的步驟及評(píng)價(jià)方法如下:(I)實(shí)驗(yàn)溶液介質(zhì):將濃度為 5mmol/LCaCl2、18mmol/L NaCl>9.38mmol/L Na2SO4 的水溶液作為離子導(dǎo)體溶液注入裝置(有機(jī)玻璃管內(nèi))，靜置24小時(shí)待溶液介質(zhì)滲透涂層和混凝土后進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。

(2)實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置:采用美國(guó)的AMETEK子公司Princeton Applied Research公司生產(chǎn)的PARSTAT2273電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行電化學(xué)阻抗測(cè)試，正弦波電壓激勵(lì)幅值為20mV，掃描頻率為IMHz 20mHz，每倍頻程為8步，4次重復(fù)取平均值。(3)通過電化學(xué)阻抗譜測(cè)試，得到時(shí)間常數(shù)(τ g = Rt.Cdl)，評(píng)價(jià)涂層性能。使用本發(fā)明一種木材或混凝土等表面涂層性能的測(cè)試裝置及其評(píng)價(jià)方法。當(dāng)裝置注入離子溶液時(shí)，通過離子導(dǎo)體材料對(duì)離子溶液的傳導(dǎo)作用使得輔助電極與被體系構(gòu)成一個(gè)導(dǎo)電回路，通過電化學(xué)阻抗測(cè)試，得到時(shí)間常數(shù)評(píng)價(jià)涂層性能。對(duì)由華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司提供的現(xiàn)場(chǎng)掛片試驗(yàn)混凝土涂層試塊進(jìn)行表面涂層性能測(cè)試，涂層編號(hào)分別為1、2、3，得到bode圖如附圖3和4所示。阻抗數(shù)據(jù)采用Zsimpwin軟件進(jìn)行處理，選擇R(CR)(曹楚南，張鑒清，電化學(xué)阻抗譜導(dǎo)論[M](第二版).北京，科學(xué)出版社，2002:163-178)等效電路對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行擬合結(jié)果如下:表IR(CR)等效電路擬合結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種木材或混凝土等表面涂層性能的測(cè)試裝置，其特征在于，包括支架、底板、碳鋼、離子導(dǎo)體層、被測(cè)體、第一密封圈、容器、第二密封圈、頂板、參比電極和輔助電極，其中所述支架為四根螺絲釘，分別與底板和頂板固定連接；所述底板上依次設(shè)置有碳鋼、離子導(dǎo)體層、被測(cè)體、第一密封圈、容器、第二密封圈和頂板；所述碳鋼設(shè)置于底板上，用作工作電極；所述離子導(dǎo)體層設(shè)置在碳鋼的上面并與其接觸，用于導(dǎo)通離子溶液和碳鋼；所述被測(cè)體為木材或者混凝土，在進(jìn)行放置時(shí)，將被測(cè)體上涂有涂料的涂層面向上，非涂層面直接與離子導(dǎo)電層接觸；所述第一密封圈設(shè)置在被測(cè)體的涂層面上，用于和容器的一端接觸；所述容器的另一端與第二密封圈接觸；所述第二密封圈直接與頂板接觸；所述頂板上設(shè)置有用于安裝參比電極和輔助電極的安裝孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木材或混凝土等表面涂層性能的測(cè)試裝置，其特征在于，所述參比電極為飽和甘汞電極，所述輔助電極為鉬電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木材或混凝土等表面涂層性能的測(cè)試裝置，其特征在于，所述第一密封圈和第二密封圈選擇橡皮密封圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木材或混凝土等表面涂層性能的測(cè)試裝置，其特征在于，所述底板和頂板選擇絕緣材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木材或混凝土等表面涂層性能的測(cè)試裝置，其特征在于，所述底板和頂板為PVC板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木材或混凝土等表面涂層性能的測(cè)試裝置，其特征在于，所述支架選擇不銹鋼螺絲釘或者塑料螺絲釘，通過螺絲帽予以固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的一種木材或混凝土等表面涂層性能的測(cè)試裝置，其特征在于，所述離子導(dǎo)體層為浸潤(rùn)溶液的多孔陶瓷、竹炭或者木炭，所述溶液與設(shè)置在容器中的溶液組成一致。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木材或混凝土等表面涂層性能的測(cè)試裝置，其特征在于，所述容器為圓筒，選擇為有機(jī)玻璃圓筒，兩端開口，用于盛裝離子導(dǎo)體溶液，兩端與密封圈接觸后能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溶液的密封，避免外溢。
9.一種利用如權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置進(jìn)行表面涂層性能的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，首先將底板、碳鋼、離子導(dǎo)體層、被測(cè)體、第一密封圈、容器、第二密封圈、頂板依次彼此接觸，然后通過支架將上述結(jié)構(gòu)予以固定，最后通過安裝孔導(dǎo)入離子導(dǎo)體溶液，并安裝參比電極和輔助電極；通過頂板的小孔將有機(jī)玻璃管內(nèi)注滿離子導(dǎo)體溶液，靜置待離子導(dǎo)體溶液滲透被測(cè)體的涂層面、被測(cè)體的非涂層面、離子導(dǎo)體層，最后滲透到碳鋼表面，通過離子導(dǎo)體材料對(duì)離子溶液的傳導(dǎo)作用，使得涂層與碳鋼導(dǎo)通，最終使得輔助電極與被測(cè)體在注滿離子導(dǎo)體溶液時(shí)構(gòu)成一個(gè)導(dǎo)電回路；然后進(jìn)行電化學(xué)阻抗測(cè)試得到時(shí)間常數(shù)Tg =Rt.Cdl，進(jìn)而評(píng)價(jià)涂層性能，τ g值越大，涂層性能越好，其中Cdl的綱量為F/cm2，Rt的綱量為 Ω.cm2, τ g = Rt.Cdl 綱量為 S。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的進(jìn)行表面涂層性能的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，將濃度為5mmol/L CaCl2> 18mmol/L NaCl>9.38mmol/L Na2SO4的水溶液作為離子導(dǎo)體溶液進(jìn)行注入，靜置24小時(shí)待溶液介質(zhì)滲透涂層和混凝土后進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試；采用美國(guó)的AMETEK子公司Princeton Applied Research公司生產(chǎn)的PARSTAT2273電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行電化學(xué)阻抗測(cè)試，正弦波電壓激勵(lì)幅值為20mV，掃描頻率為IMHz 20mHz，每倍頻程為8步，4次重復(fù)取平均值；阻抗數(shù)據(jù)采用Zsimpwin軟件進(jìn)行處理，選擇R(CR)等效電路對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行擬合結(jié)果，以得到時(shí)間 常數(shù)
全文摘要
本發(fā)明公開一種木材或混凝土等表面涂層性能的測(cè)試裝置及其評(píng)價(jià)方法，包括支架、底板、碳鋼、離子導(dǎo)體層、被測(cè)體、密封圈、有機(jī)玻璃管、頂板，其中碳鋼置于底板上作為工作電極；離子導(dǎo)體材料置于碳鋼上；被測(cè)體系木材面置于離子導(dǎo)體材料上；密封圈置于被測(cè)體系涂層面上；所述有機(jī)玻璃管置于橡皮密封圈上；頂板上開有小孔，用于注入溶液介質(zhì)和放置輔助電極以及參比電極；整個(gè)裝置通過支架固定，使得各個(gè)部分緊密相連組成一個(gè)整體。通過頂板的小孔將有機(jī)玻璃管內(nèi)注滿離子導(dǎo)體溶液，待離子導(dǎo)體溶液滲透被測(cè)體系涂層面、被測(cè)體系、離子導(dǎo)體材料，滲透到碳鋼表面，進(jìn)行電化學(xué)阻抗測(cè)試得到時(shí)間常數(shù)，進(jìn)而評(píng)價(jià)涂層性能。
文檔編號(hào)G01N27/26GK103149254SQ20131005852
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者高志明, 文麗娟, 修妍, 劉永長(zhǎng) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)