摘要：實(shí)驗(yàn)證明：由于在堿性介質(zhì) 中鋼筋表面存在鈍化膜，使鋼筋銹蝕過程的介電譜具有明顯特征，因而從其Cole-cole圖可以得到鈍化膜的電容特性。 關(guān)鍵詞：鋼筋銹蝕 ；介電譜 ；Cole-cole圖；腐蝕電容 Abstract：The characteristics of dielectric spectrum of rebar corrosion in mortar was studied．Due to presence of passivation film on the surface of rebar，a special shape of curve appears in the Cole-cole plots from which the capacitance of film can be estimated． Key words：corrosion of rebar；dielectric spectroscopy；Cole—cole plot；corrosion capacitance 自John[1]提出用交流阻抗譜測(cè)量混凝土和砂漿中的鋼筋銹蝕以來，該方法已被廣泛接受。 史美倫等[2]用導(dǎo)納來表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以更直觀地測(cè)定極化電阻R[sub]p[/sub]，并研究鋼筋表面鈍化膜的性質(zhì)。由于鋼筋表面的鈍化膜是典型的電介質(zhì)，因而鋼筋銹蝕過程的特征應(yīng)在介電譜中有所反映。介電譜的特性和測(cè)量簡介見文獻(xiàn)[3]。鋼筋銹蝕過程的介電譜的物理意義是：腐蝕體系可以被視為一個(gè)漏電的電容器，體系腐蝕速度越大，電容器的漏電越嚴(yán)重。 1實(shí)驗(yàn)部分 1.1原材料水泥：寧國水泥廠產(chǎn)32.5R普通水泥；砂：細(xì)度模數(shù)2.5；鋼筋：尺寸為7mmX100mm；砂漿試件：尺寸為7.07cm×7.07cm×7.07cm，內(nèi)置鋼筋，鋼筋在砂漿中的暴露面積為11cm[sup]2[/sup]。 1.2測(cè)試儀器與方法 測(cè)試儀器為：Model273A型恒電位儀/恒電流儀和Model5210型鎖相放大器，均由EG&GPrincetonAppliedResearchCo。出品。 測(cè)量時(shí)以鋼筋為工作極，不銹鋼為對(duì)電極，甘汞電極為參比電極，電解池以飽和Ca（OH）[sub]2[/sub]為電解液。 介電譜測(cè)量用M398軟件，測(cè)量頻率從100kHz到100mHz，每一量級(jí)取5個(gè)采樣點(diǎn)，正弦交流電壓振幅為 5 mV。 2結(jié)果與討論 砂漿和鋼筋銹蝕的阻抗譜見圖1。從圖1可見，鋼筋銹蝕的阻抗譜并無明顯特征，且其Nyquist曲線不收斂，因此很難從圖中直接得到極化電阻R。圖2為其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)納圖，從圖2可見，鋼筋銹蝕體系的導(dǎo)納圖呈略扁的半圓狀，一般砂漿系統(tǒng)的導(dǎo)納圖則無此特征。導(dǎo)納圖的缺點(diǎn)是對(duì)鋼筋表面鈍化膜的厚度和電容的測(cè)量不夠準(zhǔn)確。介電譜采用以復(fù)數(shù)電容的實(shí)部為橫坐標(biāo)，虛部為縱坐標(biāo)的Cole-cole圖（見圖3），由圖可見，一般砂漿體系的介電譜呈雙曲線狀（僅見第1象限部分），而鋼筋銹蝕體系的介電譜特征則為：在高頻區(qū)為通過原點(diǎn)的垂直線，在中頻區(qū)發(fā)生轉(zhuǎn)折。由于介電譜與導(dǎo)納譜之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系 式中：y[sub]re[/sub]和y[sub]im[/sub]。曲為復(fù)導(dǎo)納的實(shí)部和虛部；C[sub]re[/sub]和G[sub]im[/sub]為復(fù)電容的實(shí)部和虛部；f為頻率。因此，由導(dǎo)納譜得到的結(jié)果可以直接移植到介電譜中[2]。圖3（b）中的曲線根據(jù)斜率變化可分成3段，其中，ab段的長度與鈍化膜的厚度有關(guān)，鈍化膜越厚，ab段越長；bc段的長度與鈍化膜的電容有關(guān)，從bc段的長度可以直接得到鈍化膜的電容值；cd段在縱坐標(biāo)上的投影稱為鋼筋的腐蝕電容C[sub]corr[/sub]。 過去，腐蝕過程都被作為電化學(xué)過程來處理，腐蝕系統(tǒng)被當(dāng)作一個(gè)電化學(xué)池。實(shí)際上，在鋼筋表面形成的鈍化膜是一種很好的絕緣體。為了更深入地了解鈍化膜的絕緣性能及其對(duì)鋼筋銹蝕的阻滯作用，從電介質(zhì)的物理角度來研究可能更恰當(dāng)一些，對(duì)于在混凝土環(huán)境中的鋼筋來說尤其如此。從電介質(zhì)的物理角度出發(fā)，鋼筋銹蝕過程可以看作是一種介電損耗行為，可以用耗散角正切tgδ 來表示鋼筋銹蝕程度。耗散角正切，顯然，電容器漏電越嚴(yán)重，耗散角正切越大。tgδ也是頻率f的函數(shù)，鋼筋銹蝕過程的耗散角正切隨頻率變化而變化的過程如圖4所示。 介電譜的結(jié)果也可以用復(fù)介電常數(shù)來表示。對(duì)于平板電容器，其電容實(shí)部為，式中的ε,為復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部，S為平板的面積，d為平板問的距離。習(xí)慣上ε可相對(duì)于真空狀態(tài)來取值，即在真空中ε[sub]o[/sub]=1。因此，ε的物理意義為單位面積和單位距離的電容器的電容。在有些文獻(xiàn)中相對(duì)介電常數(shù)也稱為電容率（dielectric permitivity）。 3結(jié)論 對(duì)于混凝土和砂漿介質(zhì)中的鋼筋而言，除了傳統(tǒng)的腐蝕電化學(xué)觀點(diǎn)以外，還可以用電介質(zhì)物理的觀點(diǎn)來處理其腐蝕問題。鋼筋銹蝕過程的介電譜具有獨(dú)特的形狀，從其曲線可了解鈍化膜的厚度和電容、討論腐蝕電容和耗散角正切以及復(fù)介電常數(shù)。由于復(fù)介電常數(shù)直接與物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，通過進(jìn)一步的工作可以從材料的分子組成來了解其銹蝕性質(zhì)。 參考文獻(xiàn)： [1] JOHN D G，SEARSON P C，DAWSON J L．Use of AC impedance technique in studies on steel in concrete in immersed conditions[J]．Br Corros J，1981，16（2）l 102—106． [2] 史美倫，施韜．混凝土中鋼筋銹蝕測(cè)量的交流導(dǎo)納方法口]．腐蝕與防護(hù)，I997，18（3）：23—28． [3] 倪爾瑚．材料科學(xué)中的介電譜技術(shù)[M]．北京 ：科學(xué)出版社，1999． [4] FROEHLICH H．Theory of dielectrics，dielectric constant and dielectric loss（2nd edition）[M]．Oxfordl[sn]，1956． [5] COELHO R．Physics of dielectrics for the engineer[M]．Amsterdam：Elsevier Scientific Publishing Company．1979．