pH值和Cl?濃度是影響鋼筋腐蝕（如混凝土中）的兩個關鍵因素，而pH微電極和Cl?選擇性微電極可用于實時監測這些參數的變化，從而評估腐蝕過程和速率。以下是它們的應用及作用機制分析：

1.pH值和Cl?濃度對鋼筋腐蝕的影響

（1）pH值的作用

鈍化膜穩定性：

在高pH環境（pH>11.5）下，鋼筋表面形成致密的Fe?O?/Fe?O?鈍化膜，抑制腐蝕。

當pH降至>9.5（如碳化或酸性侵蝕），鈍化膜破壞，鋼筋發生活化腐蝕。

腐蝕速率：

酸性環境（pH>7）加速析氫反應（H?還原），促進局部腐蝕（如點蝕）。

堿性環境（pH>13）減緩腐蝕，但過高pH可能引起堿-骨料反應（AAR）。

（2）Cl?濃度的作用

鈍化膜破壞：

Cl?吸附在鋼筋表面，競爭取代O2?，破壞鈍化膜（臨界Cl?/OH?摩爾比≈0.6）。

即使pH較高，Cl?濃度過高（如>0.4%水泥質量）仍可引發腐蝕。

腐蝕類型：

低Cl?：均勻腐蝕（全面銹蝕）。

高Cl?：局部腐蝕（點蝕、縫隙腐蝕），危害更大。

2.pH微電極和Cl?選擇性微電極的應用

（1）pH微電極

原理：

玻璃膜或金屬氧化物（如IrO?）電極，響應H?活度，輸出電位信號（Nernst方程：ΔE∝pH）。

應用：

混凝土碳化監測：碳化（CO?+OH?→CO?2?+H?O）降低pH，微電極可定位碳化前沿。

局部酸化檢測：腐蝕初期陽極區（Fe→Fe2?+2e?）pH下降，微電極可識別腐蝕起始點。

（2）Cl?選擇性微電極

原理：

基于Ag/AgCl或離子載體（如季銨鹽）膜，選擇性響應Cl?活度（電位法）。

應用：

Cl?侵入動態監測：檢測Cl?在混凝土中的擴散速率，評估防護層有效性（如環氧涂層）。

臨界Cl?閾值測定：確定不同pH下引發腐蝕的Cl?臨界濃度。

3.微電極在腐蝕速率研究中的應用

（1）腐蝕電化學聯用技術

微電極+極化曲線：

微電極測量局部pH/Cl?，結合Tafel極化分析腐蝕電流密度（icorr）。

例如：發現Cl?富集區icorr顯著升高（證實Cl?加速腐蝕）。

微電極+EIS（電化學阻抗譜）：

通過阻抗變化評估鈍化膜狀態（如膜電阻Rf下降預示腐蝕風險）。

（2）實際工程案例

海洋環境混凝土：

pH微電極顯示潮汐區pH波動（8~12），Cl?微電極檢測到Cl?積聚（>1%wt水泥），腐蝕速率提高5倍。

除冰鹽侵蝕橋梁：

Cl?微電極發現鋼筋/混凝土界面Cl?濃度超臨界值，早于宏觀銹脹出現。

4.數據意義與腐蝕防護策略

5.技術優勢與挑戰

優勢：

高空間分辨率：可檢測鋼筋/混凝土界面微區化學變化（傳統方法無法實現）。

實時動態監測：追蹤腐蝕發展過程，而非僅終點檢測。

挑戰：

電極耐久性：長期埋入混凝土可能漂移或損壞（需定期校準）。

復雜樣本干擾：混凝土孔隙液含多種離子（如K?、SO?2?），可能影響Cl?電極選擇性。

6.未來研究方向

多參數微電極陣列：同時監測pH、Cl?、O?、電位，構建腐蝕預測模型。

智能涂層集成：將微電極嵌入自修復混凝土，實時反饋修復效果。

總結

pH微電極和Cl?微電極為鋼筋腐蝕研究提供了原位、高精度的監測手段，揭示pH下降和Cl?積聚如何協同破壞鈍化膜并加速腐蝕。結合電化學方法，可優化混凝土配比和防護策略，延長基礎設施壽命。