基于激光誘導擊穿光譜的混凝土氯元素分布測量方法

張 智, 郭歆宇, 杭玉樺, 邱 巖, 吳 堅*, 孫 浩,周 穎, 李京徽, 梅金娜, 廖開星

1. 西安交通大學, 電氣絕緣與電力設備國家重點實驗室, 陜西 西安 710049

2. 蘇州熱工研究院有限公司, 江蘇 蘇州 215004

引 言

氯離子對混凝土結構有很強的侵蝕作用, 引起結構內部的鋼筋銹蝕, 導致混凝土開裂, 破壞結構的完整性[1]。 例如, 沿海核電站核反應堆安全殼的氯腐蝕是影響核電站安全穩定運行的關鍵因素之一。 此外, 海洋環境中的其他混凝土結構, 如港口和橋梁, 也可能被海水中的氯破壞, 嚴重影響建筑結構的使用壽命。 經驗表明, 在均質混凝土中, 當保護層厚度小于30 mm, 氯離子含量超過0.2 wt%時, 鋼筋的腐蝕風險較高[2]。 傳統的測定混凝土中氯離子含量的方法主要有化學滴定法、 電位滴定法、 Cl離子選擇性電極法等。 但這些方法均難以用于混凝土中氯含量的在線檢測, 或需要對樣品進行預處理, 不僅操作復雜而且需對構筑物進行有損取樣。

激光誘導擊穿光譜(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)技術是一種光譜分析技術, 高功率脈沖激光聚焦于樣品表面產生瞬態等離子, 通過探測并分析等離子體發射出的原子或離子特征譜線, 可實現對樣本元素組分定性或定量測量, 已經在生物醫學、 冶金分析、 環境檢測等諸多領域得到了廣泛的應用[3]。 LIBS用于混凝土構筑物中氯含量測量時, 具有檢測速度快、 破壞性小、 二維分布測量等優勢[4-6], 但存在以下困難： 首先, 氯譜線作為非金屬元素具有較高的激發能級, 因此基態原子很難……