【摘要】 近年来，电化学工作站在水泥领域的应用主要集中在氯离子膨胀和钢筋腐蚀方面的研究。

导电混凝土是70年代发展起来的一种新型建筑材料。导电混凝土可用于除冰、融雪、电磁屏蔽等。传统的导电混凝土通常是通过混合导电材料，如钢纤维，碳纤维，石墨，或碳黑混凝土。导电混凝土有许多缺点，如钢纤维生锈和导电材料分散不均匀。离子导电砂浆是一种不同于传统导电混凝土的新型建筑材料。

 

将多孔水泥砂浆(孔隙率17% ~ 35%)浸泡在电解质溶液中一段时间即可制得离子导电砂浆。传统导电混凝土的导电回路由混凝土内部的导电材料如钢纤维或石墨构成。同时，离子导电砂浆的导电机理是外加电荷作用下内部自由离子的运动。离子导电砂浆具有优良的导电性和电热性能，可用作建筑物的室内供暖内部隔墙。

 

离子导电砂浆的流动性取决于砂浆中水分和游离离子的含量，参考文献提供了通过提供电解质溶液来保持离子导电砂浆流动性的有效方法。先前的试验结果表明，离子导电砂浆的电导率取决于它的孔隙率，电解质溶液的浓度和类型渗透到水泥内。然而，用传统的方法很难建立离子导电砂浆电阻率与这些参数之间的数学关系。

 

电化学工作站是一种广泛应用于生物、化学和电化学等领域的仪器，用于测量材料的电化学特性。电化学工作站在传统硅酸盐水泥中的应用始于20世纪80年代。McCarter是最早对硬化水泥浆体进行电化学阻抗谱(EIS)研究的人员之一。随后，一些学者证实了胶凝材料的 EIS 特性与水灰比和水化时间有关。在此基础上，建立了描述水泥水化过程 EIS 的水泥界面模型和等效电路。

 

近年来，电化学工作站在水泥领域的应用主要集中在氯离子膨胀和钢筋腐蚀方面的研究。电化学工作站也被用来研究水泥的基本性能和新的施工工艺，如水化、耐久性、水泥表面改性等。特别是，水泥的微观结构和 EIS 与水泥水化机理的发现有关。

 

在这方面，EIS 方法为表征离子导电砂浆提供了一种有前途的方法。该方法可用于交流阻抗谱的测量，从而分析材料参数(孔隙率、电解质溶液浓度、电解质溶液类型等)对其电性能的影响。

 

据我们所知，EIS 技术还没有应用到离子导电砂浆中。发现 EIS 中离子浓度的平方根与高频区半圆直径的倒数之间存在线性关系，阻抗半圆直径与孔隙率和平均孔径的乘积之间存在反比关系。

 

在此基础上，采用电化学工作站对离子导电砂浆的性能进行了测试。通过测定离子导电砂浆渗透过程中的开路电位，研究了不同孔隙率和电解质溶液浓度对渗透速度和渗透效果的影响，总结了离子导电砂浆渗透过程的一般规律。

 

利用电化学工作站对不同孔隙率、电解质溶液浓度和不同电解质溶液的离子导电砂浆试样进行了电化学阻抗谱(EIS)测试，建立了试样的等效电路，建立了等效电路参数与试样孔隙率及电解质溶液的关系。

 

对等效电路进行了拟合，证明了等效电路的有效性，主要结论如下:

(1)渗透过程中的开路电位能够有效、真实地反映不同孔隙率和不同质量比的电解质溶液对离子导电砂浆渗透性的影响。实验结果表明，孔隙率越高，电解质溶液越容易渗透，测得的开路电位曲线斜率越大，因此离子导电砂浆的实际电阻率越小。对于电解质溶液的质量比，存在一个最佳值，得到离子导电砂浆的最佳渗透率，该值随溶质的变化而变化。

(2)随着电解质溶液质量比在某一截面上的增大而增大，但当质量比超过阈值时，这一规律就会被打破。对于不同溶质的电解质溶液，游离离子浓度不能仅仅考虑质量比，还可以考虑溶质摩尔浓度。游离离子浓度随溶质摩尔浓度的增加而增加。如前所述，电解质溶液的电导率并不随着自由离子浓度的不断增加而增加，并且离子浓度有一个阈值。如果溶质发生变化，这个值就会改变。

(3)参数之间的相关性

在不同孔隙率、不同电解质溶液质量比和不同溶质条件下，分别拟合了离子导电砂浆试样的等效电路和实际电阻率。之间存在强烈的线性相关性。以及上述三种情况下的实际电阻率。这一现象表明，基于电化学台测试的 EIS 等效电路能够真实有效地反映离子导电砂浆内部的真实电路。

 

本文的 EIS 测试结果和相应的等效电路是通过有限的试件获得的。这一结论还需要进一步研究更多的样本来验证。

 

1.Xu, A.; Weng, Y.; Zhao, R. Permeability and Equivalent Circuit Model of Ionically Conductive Mortar Using Electrochemical Workstation. Materials 2020, 13, 1179. https://doi.org/10.3390/ma13051179.

 

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