综述：用于钢筋混凝土腐蚀诊断的电化学阻抗谱技术

《Current Developments in Nutrition》：Electrochemical Impedance Spectroscopy for Corrosion Diagnosis of Reinforced Concrete

本文综述了电化学阻抗谱（EIS）在钢筋混凝土中钢-混凝土界面特性检测中的应用进展，重点讨论了实验室与现场测量中的挑战，如电流分布不均、界面膜特性解析困难，以及非接触测量策略的发展。同时分析了现有模型的局限性，并展望了EIS在腐蚀诊断中的潜在扩展应用。

　　

克里斯托弗·L·亚历山大

南佛罗里达大学土木与环境工程系

摘要

将电化学阻抗谱技术应用于钢筋混凝土，以研究钢筋与混凝土界面的特性，这一方法最早在20世纪70年代末被提出。虽然阻抗响应对钢筋的腐蚀状态非常敏感，但在将阻抗响应与系统的物理特性准确关联方面仍存在挑战。自初步研究以来，电化学阻抗谱（EIS）的应用已从实验室扩展到实际结构中，目的是实现无损评估腐蚀速率。本文综述了在钢筋混凝土中应用电化学阻抗谱技术方面的重大进展和贡献，并描述了目前存在的挑战及未来发展的前景。

引言

腐蚀一直是钢筋混凝土基础设施耐久性方面的一个持续性问题。电化学方法在实验室和现场环境中被广泛用于识别腐蚀区域并表征钢筋在混凝土中的腐蚀行为。在本综述中，电化学阻抗谱（EIS）能够灵敏地检测钢筋-混凝土界面的关键特性，包括界面电容、反应机制以及界面膜的存在和性质。[1] 理论和实证研究为选择合适的测量配置提供了依据[2]，[3]，并提高了检测局部腐蚀及其对腐蚀评估影响的能力[4]，[5]，从而提高了分析的准确性。此外，还有研究将阻抗特征与系统的物理属性联系起来。[6]，[7]

尽管取得了这些进展，但由于难以准确表征阻抗响应，导致解释结果不一致且电路模型表述存在分歧。[8]，[9] 然而，电化学阻抗谱技术在提供腐蚀机制洞察及损伤状态特征方面的潜力仍激励着人们进一步研究其在钢筋混凝土腐蚀诊断中的应用。[10]，[11] 这篇综述重点介绍了电化学阻抗谱技术在钢筋混凝土应用和解释方面的若干进展和贡献，同时讨论了当前面临的挑战及更广泛应用的展望。

部分内容摘录

挑战与局限性

影响阻抗响应的因素以及可提取的信息量因应用方式而异，主要包括：在小型实验室样品中可以实现均匀电流分布；而在大型样品中则难以实现；在实际结构上进行原位测量的情况更为罕见。无论是实验室还是现场应用，准确分析仍面临诸多挑战，其中最紧迫的问题是如何对阻抗响应进行建模以获取有用信息。

显著进展

一些值得注意的进展包括：利用电化学阻抗谱技术进行钢筋混凝土腐蚀诊断的方法并不局限于该技术本身，例如研究非均匀电流分布对大型样品测量结果的影响[65]，[66]，[67]，以及开发无需接触钢筋即可进行测量的策略[68]，[69]，[70]，[71]，[20]，[72]，[73]。

未来展望

电化学阻抗谱（EIS）在腐蚀诊断方面具有独特优势，尤其是能够无损地评估极化电阻、界面特性和腐蚀形态。该技术在小型实验室样品中表现最佳，因为均匀电流分布可以可靠地估算整体和界面参数。然而，首先需要验证测量质量，以区分内在的阻抗特征和由外部因素引起的影响。

利益冲突声明

作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务利益或个人关系：克里斯托弗·亚历山大拥有佛罗里达大学颁发的专利#US Patent 9,829,452。如果还有其他作者，他们声明自己没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。