BR112014029258B1

BR112014029258B1 - corpo de ânodo de sacrifício e método para reduzir a corrosão de reforço de aço em uma estrutura de concreto

Info

Publication number: BR112014029258B1
Application number: BR112014029258-2A
Authority: BR
Inventors: Frederick R. Goodwin
Original assignee: Construction Research & Technology Gmbh
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2021-05-11
Also published as: CA2880197A1; MX2015001298A; ES2745534T3; EP2880200A1; AU2013298781B2; US20150167178A1; US11519077B2; CA2880197C; CN104508187A; CN104508187B; JP6333248B2; EP2880200B1; RU2648907C2; BR112014029258A2; RU2015103988A; JP2015527493A; AU2013298781A1; WO2014019863A1; US20190017179A1; US10227698B2

Abstract

CORPO DE ÂNODO DE SACRIFÍCIO, MONTAGEM E MÉTODO PARA REDUZIR A CORROSÃO DE REFORÇO DE AÇO EM UMA ESTRUTURA DE CONCRETO. Um ânodo híbrido galvânico de sacrifício, um sistema anódico incluindo o ânodo de sacrifício híbrido, e um método de proteger de forma catódica reforço de aço em estruturas de concreto é provido. O ânodo híbrido provê polarização de aço inicial seguida por proteção galvânica a longo prazo sem o uso de baterias ou fornecimentos de energia externos.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se refere a um ânodo híbrido galvânico de sacrifício, um sistema anódico incluindo o ânodo de sacrifício híbrido, e um método de proteger de forma catódica reforço de aço em estruturas de concreto.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Corrosão tem um impacto econômico e ambiental muito grande, virtualmente, em todas as facetas da infraestrutura do mundo, de estradas, pontes e edifícios, a óleo e gás, processamento químico, e água e sistemas de águas residuais. Uma estimativa recente do custo de corrosão direto mundial, para prevenção bem como reparo e substituição, excede $1.8 trilhões, ou 3 a 4 por cento do produto interno bruto (GDP) de países industrializados.

[0003] O estudo de corrosão patrocinado, com custos financiados pela Administração de Rodovias Federais de U.S. 2011, "Custos de Corrosão e Estratégias Preventivas nos Estados Unidos," determinou o custo de corrosão direto anual como sendo impressionantes $276 bilhões. O estudo abrangeu um grande número de setores econômicos, incluindo a infraestrutura de transporte, indústria de energia elétrica, condução e armazenamento.

[0004] O custo de corrosão indireto foi conservadoramente estimado como sendo igual ao custo direto, resultando em um custo direto mais indireto total de mais de $600 bilhões ou 6 por cento de GDP. Esse custo é considerado como sendo uma estimativa conservativa uma vez que apenas custos bem documentados foram usados no estudo. Em adição a causar graves danos e ameaças para a segurança pública, corrosão interrompe operações e requer reparo extenso e substituição de bens falhos.

[0005] A estrutura de pontes e estradas nos Estados Unidos está desmoronando, com milhares de pontes classificadas como inseguras e com necessidade de substituição ou maiores reparos. Em muitos desses casos, corrosão exerce um papel significante em comprometimento de segurança. Medidas de proteção de corrosão poderiam ajudar problemas adicionalmente decorrentes. Etapas estão sendo tomadas para abordar infraestrutura da América. Por exemplo, House bill H.R. 1682, o "Bridge Life Extension Act," apresentado em março de 2009, iria requerer dos Estados submeter um plano para a prevenção e atenuação de danos causados por corrosão quando buscando recursos federais para construir uma nova ponte ou reabilitar uma ponte existente.

[0006] Muitas estruturas de concreto reforçadas sofrem de degradação prematura. Reforço de aço incorporado em concreto é inicialmente protegido de corrosão pelo desenvolvimento de uma película de óxido estável em sua superfície. Essa película, ou camada de passivação, é formado por uma reação química entre a água de poro de concreto altamente alcalina e o aço. A passividade provida pelas condições alcalinas pode ser destruída pela presença de cloreto. Os íons de cloreto localmente depassivar o metal e promover dissolução de metal ativo. Corrosão do aço é usualmente insignificante até os íons de cloreto alcançarem um limiar onde corrosão inicia. A concentração de limiar depende de um número de fatores incluindo, por exemplo, o microambiente de aço, o pH de solução de poro, a interferência de outros íons na solução de poro, o potencial elétrico do aço de reforço, a concentração de oxigênio e mobilidade iônica. O cloreto age como um catalisador em que ele não é consumido na reação de corrosão, mas permanece ativo para participar novamente na reação de corrosão.

[0007] Dano a estruturas de concreto reforçadas é causado primariamente pela permeação de íons de cloreto através do concreto à área rodeando o reforço de aço. Há um número de fontes de cloretos incluindo adições à mistura de concentro, tal como admisturas de aceleração contendo cloreto. O cloreto pode também estar presente no ambiente da estrutura tais como condições marinas ou sais de degelo. A presença de cloreto não tem um efeito diretamente adverso no próprio concreto, mas promove corrosão do reforço de aço. Os produtos de corrosão que se formam no reforço de aço ocupam mais espaço do que o reforço de aço causando pressão a ser exercida no concreto a partir de dentro. Essa pressão interna se constrói ao longo do tempo e eventualmente leva a quebra e fragmentação do concreto. Corrosão do reforço de aço também reduz a força do aço de reforço e diminui a capacidade de suportar carga da estrutura de concreto.

[0008] Outros fatores além de concentração de íon de cloreto afetam a taxa de corrosão de aço, incluindo H, disponibilidade de oxigênio, e potencial elétrico do aço, bem como resistividade do concreto circundante. Esses fatores interagem, de tal forma que uma limitação em um não necessariamente para corrosão e níveis se aproximando de níveis de limiar de um irá sinergir com para permitir corrosão. Por exemplo, ainda com um nível de cloreto elevado se oxigênio insuficiente está disponível, corrosão não irá ocorrer. À medida que o pH cai, o limiar de cloreto para corrosão começa a diminuir. Em concreto de resistividade muito elevada, não apenas carboniza e ingresso de cloreto lento, a reação de corrosão é reduzida devido à dificuldade aumentada de fluxo de íon. Temperatura é também envolvida em atividade de corrosão, similar a qualquer outra reação química.

[0009] Proteção catódica de reforço de aço em concreto é um método aceito de prover proteção a corrosão para o metal, especialmente onde íons de cloreto estão presentes concentrações significantes no concreto. Proteção catódica envolve a formação de um circuito com o aço de reforço agindo como um cátodo que está eletricamente conectado a um ânodo. Quando uma diferença de potencial suficientemente grande existe, corrosão do cátodo é reduzida ou prevenida.

[0010] É de conhecimento criar uma diferença de potencial entre um ânodo e um cátodo ambos por meio de proteção catódica de corrente impressa e por meio de uma célula galvânica. Proteção catódica de corrente impressa envolve o use de um ânodo e uma corrente elétrica aplicada empregando um fornecimento de energia DC externa ou uma fonte de energia AC e um retificador. O fornecimento de energia apresenta desafios em termos de confiabilidade e custos associados com consumo de energia em curso, monitoração e requerimentos de manutenção.

[0011] Proteção catódica pode também ser provida por meio de uma célula galvânica na qual o potencial surge como um resultado de materiais diferentes formando um ânodo de sacrifício e um catodo. Proteção catódica de sacrifício ocorre quando um metal é acoplado a um metal mais reativo ou mais anódico. O ânodo consiste em um metal de sacrifício que é capaz de prover corrente protetora sem o use de um fornecimento de energia, uma vez que as reações que acontecem durante seus usos são favorecidas de forma termodinâmica. Desvantagens de sistemas de ânodo de sacrifício incluem corrente de proteção disponível limitada e vida limitada. Ânodos de sacrifício estão sujeitos a corrosão em curso, ou consume do metal galvânico, e geralmente requerem substituição em algum momento dependendo da extensão da corrosão.

[0012] Por conta de corrosão de estruturas de concreto-aço reforçadas apresenta perigos a vida humana e é muito custoso reparar, o que é necessário são sistemas e métodos melhorados para suprir a necessidade de implementar novas tecnologias anti-corrosão e proteger infraestrutura para gerações futuras.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0013] Figura1A é uma vista seccional cruzada de uma realização do sistema de proteção catódica galvânica.

[0014] Figura 1B é uma vista seccional cruzada de uma realização do sistema de proteção catódica galvânica.

[0015] Figura 2 mostra um sítio de reparo em uma estrutura de concreto reforçada com uma realização de um ânodo de sacrifício incorporado a ela.

[0016] Figur 3A é uma vista seccional cruzada de uma realização do sistema de proteção catódica galvânica.

[0017] Figura 3B é uma vista seccional cruzada de uma realização do sistema de proteção catódica galvânica.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0018] É provida uma montagem de ânodo galvânico e método para proteção a corrosão de aço de reforço em uma estrutura de concreto usando um sistema baseado em princípios de proteção catódica de aço de reforço em estruturas de concreto.

[0019] De acordo com certas realizações, um corpo de ânodo de sacrifício compreende (a) um primeiro metal de sacrifício; (b) um segundo metal de sacrifício, o segundo metal de sacrifício menos negativo eletroquimicamente do que o primeiro metal de sacrifício, em que o primeiro metal de sacrifício e dito segundo metal de sacrifício são mais negativos eletroquimicamente do que aço; e (c) um material de revestimento rodeando os primeiros e/ou os segundos metais de sacrifício.

[0020] De acordo com outras realizações, um corpo de ânodo de sacrifício compreende (a) um primeiro metal de sacrifício, dito primeiro metal de sacrifício mais negativo eletroquimicamente do que aço, (b) um segundo metal de sacrifício, dito segundo metal de sacrifício menos negativo eletroquimicamente do que dito primeiro metal de sacrifício, e (c) um material de revestimento rodeando ditos primeiros e/ou ditos segundos metais de sacrifício, em que dito corpo de ânodo compreende um formato substancialmente cilíndrico tendo um Recesso em formato de C se estendendo substancialmente ao longo do comprimento de um lado do corpo de ânodo.

[0021] De acordo com realizações adicionais, um sistema para reduzir a corrosão de reforço de aço em uma estrutura de concreto compreende (a) um corpo de ânodo compreendendo um primeiro e um segundo metal de sacrifício, o primeiro metal de sacrifício é mais negativo eletroquimicamente do que aço, o segundo metal de sacrifício é menos negativo eletroquimicamente do que o primeiro metal de sacrifício; (b) os primeiros e segundos metais de sacrifício são, pelo menos parcialmente, cobertos com um material de revestimento; (c) pelo menos um condutor elétrico alongado eletricamente conectado ao corpo de ânodo e emanando a partir do material de revestimento; e (d) aço de reforço conectado ao pelo menos um condutor elétrico alongado.

[0022] De acordo com outras realizações, um método para reduzir a corrosão de reforço de aço em uma estrutura de concreto compreende conectar eletricamente um corpo de ânodo de sacrifício de pelo menos dois metais de sacrifício de materiais diferentes, cada um mais negativo eletroquimicamente do que aço, o corpo de ânodo, pelo menos parcialmente, coberto em um material de revestimento, a um reforço de aço em uma estrutura de concreto reforçada por aço.

[0023] Em uma outra realização, um método para reduzir a corrosão de reforço de aço em uma estrutura de concreto compreende posicionar um corpo de ânodo de sacrifício de pelo menos dois metais de sacrifício de materiais diferentes, cada um mais negativo eletroquimicamente do que aço, o corpo de ânodo, pelo menos parcialmente, coberto em um material de revestimento, dentro de proximidade protetora catódica de um reforço de aço em uma estrutura de concreto reforçada por aço.

[0024] Proteção catódica pode ser aplicada para controlar corrosão de aço incorporado em estrutura de concreto reforçada. O sistema de proteção catódica da presente divulgação opera para formar uma diferença de potencial eletrolítica entre um ânodo e o reforço de aço. Essa diferença faz com que corrente flua através de uma conexão elétrica e íons fluam através do concreto e/ou material de revestimento suficiente para prevenir ou reduzir corrosão da barra de reforço de aço enquanto causando corrosão do ânodo.

[0025] Proteção catódica previne corrosão de reforço de aço em concreto ao converter os sítios anódicos ou ativos na superfície de metal para sítios catódicos ou passivos. Criar uma diferença de potencial entre um ânodo e um cátodo por meio de proteção catódica de corrente impressa envolve o use de um ânodo de não sacrifício e uma corrente elétrica aplicada. Um sistema de corrente impressa requer uma corrente elétrica gerada por um fornecimento de energia externo, cabear e monitorar para garantir que o sistema permaneça operável.

[0026] Proteção catódica de sacrifício pode ser provida por meio de uma célula galvânica na qual o potencial surge como o resultado dos materiais diferentes formando um ânodo de sacrifício e um cátodo. O corpo de ânodo é formado a partir de um material de sacrifício o qual corrói em relação ao material de aço sem requerer uma corrente impressa. Isso é referido como um sistema de sacrifício, uma vez que o ânodo galvânico é sacrificado para proteger o aço estrutural de corrosão. O ânodo de sacrifício é uma peça de metal corrosível, eletricamente conectado à superfície metálica a ser protegida, a qual é preferencialmente consumida por ação eletrolítica.

[0027] Em certas realizações, a montagem de ânodo de sacrifício da presente divulgação provê localizações para reações anódicas acontecerem em vez do aço de reforço. Portanto, enquanto o sistema galvânico está em serviço, o ânodo, ao invés do aço de reforço, irá degradar.

[0028] De acordo com realizações da presente invenção, um sistema galvânico é provido no qual o corpo de ânodo é formado de pelo menos dois metais de sacrifício, os quais corroem em relação ao aço, sem a provisão ou uso de uma corrente impressa. O corpo de ânodo pode ser, pelo menos parcialmente, coberto por um material de revestimento. Em algumas realizações, condutores de metal alongados podem ser conectados ao corpo de ânodo e emanar do material de revestimento para conectar eletricamente o corpo de ânodo ao aço de reforço incorporado no concreto.

[0029] Produtos de oxidação podem depositar na superfície do metal de sacrifício do ânodo à medida que ele corrói. Se esses produtos de corrosão não são removidos eles irão prevenir a reação eletroquímica ao bloquear o fluxo de íons através do eletrólito, o qual é conhecido como passivador do ânodo. Ao fazer os produtos de oxidação solúveis, o ânodo pode continuar a funcionar como intencionado. A solubilidade dos produtos de corrosão é controlada pelo material de revestimento. O material de revestimento provê um mecanismo para remoção dos produtos de corrosão da superfície dos metais de sacrifício do corpo de ânodo, bem como prover um caminho iônico para íons fluírem a partir do reforço de aço (o cátodo) ao metal de sacrifício ânodo de corrosão.

[0030] Mecanismos conhecidos a serem usados em material de revestimentos para a remoção dos produtos de corrosão/oxidação dos metais de sacrifício incluem ativação de pH, o uso de sais catalisadores combinados com umectantes e deliquescentes, e quelação com polieletrólitos.

[0031] Em conformidade com certas realizações, um material de revestimento pode compreender, por exemplo, a argamassa porosa. Alternativamente, o material de revestimento pode compreender um condutor ionicamente, material compressível, em que a matriz é suficientemente comprensível para absorver os produtos de corrosão do ânodo de metal de sacrifício. O material de revestimento pode ser de uma química de ativação adequada, por exemplo, através de haletos, quelação ou pH, e de porosidade o suficiente para possibilitar absorção dos produtos de corrosão, dessa forma, prevenindo ou reduzindo passivação.

[0032] Em outras realizações, o material de revestimento pode incluir materiais umectantes, deliquescentes e/ou higroscópicos para absorver umidade o suficiente para manter condutividade em torno do ânodo para garantir que saída de corrente suficiente seja mantida durante a vida do ânodo e para manter a interface entre o ânodo e cátodo (reforço de aço) ativo de forma eletroquímica.

[0033] De acordo com certas realizações ilustrativas, um material de revestimento adequado para o corpo de ânodo galvânico compreende uma mistura de cerca de 75% de gesso, cerca de 20% de argila bentonítica, e cerca de 5% de sulfato de sódio. Esse material de revestimento provê um ambiente uniforme que reduz autoconsumo do ânodo. Sem estar ligado a qualquer teoria particular, é pensado que o sulfato ativa o metal de zinco do corpo de ânodo e a argila bentonítica age como um umectante.

[0034] Em realizações adicionalmente ilustrativas, uma montagem de ânodo de ação dupla ou corpo é provido, no qual um metal de sacrifício mais ativo eletroquimicamente pode estabelecer atividade inicial elevada para criar um ambiente livre de cloreto, alcalino em torno do aço de reforço anexado. Esse estágio inicial de atividade elevada pode ser seguido por proteção a prazo mais longo utilizando o metal de sacrifício menos ativo eletroquimicamente seguindo consumo ou passivação do primeiro metal mais ativo de forma eletroquímica.

[0035] Em realizações adicionais, um primeiro metal de sacrifício pode ser anexado a um segundo metal de sacrifício menos ativo de forma eletroquímica. O primeiro, metal de sacrifício mais ativo eletroquimicamente pode prover uma corrente galvânica inicialmente mais elevada para iniciar a reação anódica. O segundo, metal de sacrifício menos ativo eletroquimicamente pode prover corrente o suficiente para proteger de forma adequada o aço de reforço por um período de tempo mais longo. A montagem de ânodo da presente divulgação pode compreender combinações de metais de sacrifício tais como magnésio, zinco, alumínio, ligas deste, e semelhantes.

[0036] Em ainda realizações adicionais, o primeiro metal de sacrifício pode compreender magnésio. A porção de magnésio do corpo de ânodo reage rapidamente causando uma intensidade de polarização inicial e cria um ambiente alcalino em torno do aço. Essa polarização inicial força difusão de íons de cloreto para longe do aço. Á medida que a porção de magnésio do corpo de ânodo é consumida ou de outra forma expandida, o segundo metal de sacrifício, por exemplo zinco, opera para manter a condição passiva do aço de reforço. O sistema pode alcançar os benefícios de sistemas de corrente impressos sem cabeamento complexo, baterias ou fornecimentos de energia externos.

[0037] De acordo com certas realizações, o corpo de ânodo inclui um primeiro metal de sacrifício e um segundo metal de sacrifício, onde ambos os primeiros e os segundos metais de sacrifício são mais ativos eletroquimicamente do que o reforço de aço incorporado na estrutura de concreto. O primeiro metal de sacrifício é mais ativo eletroquimicamente quando comparado ao segundo metal de sacrifício. O primeiro metal ou liga de metal (por exemplo, magnésio) é posicionado entre o segundo metal menos ativo eletroquimicamente (por exemplo, zinco) ou liga de metal e o reforço de aço. Sob essa construção, o produto de oxidação construídos a partir do primeiro metal mais ativo eletroquimicamente (se não absorvido ou solúvel) pode, adicionalmente, melhorar a distribuição de carga da corrosão do segundo metal menos ativo eletroquimicamente ao isolar, adicionalmente, o caminho de condução direta do segundo metal ao caminho iônico de aço em uma maneira similar à camada isolante ou espaçador. Assim, os produtos de oxidação de magnésio podem tender a aumentar a eficácia geral do espaçador isolante. Os produtos expansivos da oxidação de magnésio podem também ser liberados entre o aço de reforço e o ânodo no adesivo comprensível do espaçador isolante ao invés de gerar forças expansivas que poderiam resultar em quebra da argamassa de reparo circundante ou estrutura de concreto.

[0038] De acordo com certas realizações, a montagem de ânodo pode compreender um primeiro metal de sacrifício substancialmente achatado, perfurado que rolado em um cilindro ou seção de um cilindro, e a segundo metal de sacrifício substancialmente achatado, perfurado pode ser feito em formato similar e anexado ao primeiro metal. Um metal de sacrifício perfurado aumenta a área de superfície do material de ânodo aumentando, dessa forma, a eficiência do ânodo. Em outras realizações, os primeiros e/ou segundos metais de sacrifício podem compreender uma massa sólida.

[0039] Em outras realizações ilustrativas, a montagem de ânodo pode compreender uma disposição que é facilmente posicionada para aço de reforço de vários tamanhos. Um lado do corpo de ânodo pode incluir um recesso longitudinal, tal como, por exemplo, uma seção geralmente em formato de C. esse formato conforma bem a vários diâmetros, e curvaturas, de barras de reforço, e resulta em uma armação segura e repetível do corpo de ânodo ao aço. Em realizações adicionais, a montagem de ânodo pode compreender outras seções cruzadas, tais como, por exemplo, uma seção cruzada em formato de U, de V, retangular ou semicircular.

[0040] De acordo com certas realizações da presente invenção, as primeiras e segundas áreas de superfície de ânodo são eficazes para descarregar corrente o suficiente para proteger a estrutura e o peso de ânodo é suficiente para durar o tempo de vida desejado quando descarregando corrente. O sistema de ânodo galvânico da presente invenção é auto regulador com base na atividade de corrosão incipiente do aço adjacente anexado. Os produtos de corrosão dos primeiros e/ou segundos metais de sacrifício podem também agir como um espaçador de caminho elétrico ou iônico para otimizar distribuição de carga em torno do ânodo.

[0041] A taxa de corrosão depende da temperatura, umidade, ambiente iônico, e condutividade no tocante de se é corrosão de aço de reforço ou de um ânodo de sacrifício. O material do ânodo de sacrifício pode ser escolhido para preferencialmente corroer comparado ao aço para prover uma carga protetiva e catódica no aço. À medida que as condições de corrosão se tornam mais favoráveis, a taxa de corrosão do ânodo aumenta provendo proteção a corrosão proporcionalmente aumentada para o aço, nesta reação química competindo, a reação preferencial pode prevenir o segundo de ocorrer por uma carga elétrica induzida.

[0042] Em outras realizações, a montagem de ânodo de sacrifício pode ser anexada ao aço de reforço usando um espaçador. Em realizações adicionais, o espaçador pode compreender um espaçador polimérico. Em realizações ainda adicionais, um espaçador pode compreender um espaçador de polímero de adesivo isolante, por exemplo e sem limitação, fita de lado duplo sensível à pressão, massa de revestimento à base de fita butílica, betumes de silício, adesivo moldável ou semelhantes. Fita de dois lados é qualquer fita sensível a pressão que seja revestida com adesivo em ambos os lados. O espaçador adesivo isolante pode facilitar o posicionamento do ânodo enquanto os conectores elétricos alongados (eg, amarras de fixação de metal) são fixadas ao reforço de aço. O espaçador adesivo isolante pode ser capaz de prover ambos isolamentos elétricos e iônicos e pode também agir como um espaçador de caminho iônico ou elétrico para otimizar distribuição de carga em torno do ânodo. Em realizações adicionais, o espaçador pode compreender uma fita de espuma adesiva de dois lados. A fita de espuma pode prover para absorção de produtos de corrosão, por exemplo, rapidamente formar produtos de corrosão a partir de corrosão de magnésio.

[0043] Adicionalmente, o adesivo pode não ligar se o aço de reforço não está satisfatoriamente limpo, indicando, adicionalmente, que limpeza do aço pode ser necessária.

[0044] Grande proximidade do ânodo a um membro de reforço de aço pode aumentar atividade galvânica (e, portanto, proteção "superproteção") na vicinidade intermediária do ânodo de sacrifício na expansão de atividade e proteção aplicadas a partes mais distantes do reforço de aço. Uma barreira não condutiva pode prevenir uma grande quantidade de corrente de "descarregar" diretamente no aço de reforço diretamente adjacente a um dispositivo de proteção catódica. Tal descarregamento é indesejável porque ele reduz a quantidade de corrente que flui para o aço de reforço, por exemplo, fora de um caminho de reparo, onde ele é criticamente necessário para prevenir corrosão em curso. Descarregamento de corrente a um aço adjacente e pode também resultar em fluxo de corrente total elevado sem necessidade de reduzir a eficácia e tempo de vida do ânodo.

[0045] Um ânodo pode também passivar em serviço devido a atividade aumentada fazendo com que produtos de oxidação depositem mais rápido que, por exemplo, mecanismos de absorção, dissolução, ou quelação no material de revestimento pode transmiti-los para longe. Espaçar o ânodo para longe do aço pode reduzir a intensidade da corrente protetora e reduzir a tendência do ânodo a passivar.

[0046] Em conformidade com certas realizações, uma barreira não condutiva posicionada, por exemplo, entre o ânodo e o aço de reforço, pode reduzir o fluxo de corrente de pico a áreas adjacentes do aço e facilitar áreas de corrente elevada em localizações adicionalmente longe da do ponto de armação de montagem de ânodo. Isso pode prover uma montagem de ânodo que é mais eficiente de uma forma geral.

[0047] Em certas realizações, um espaçador isolante, ou outra barreira não condutiva, pode estender alguma distância além da área de contato de aço de ânodo, por exemplo, por poucos centímetros. O ânodo pode ser localizado dentro de proximidade de proteção catódica do aço de reforço e pode ser separado do aço por, por exemplo, a distância mais adicional que permite o ânodo proteger satisfatoriamente o aço ao qual é anexado. A eficiência de ânodo pode ser aumentada ao longo de distâncias, permitindo, assim, maior separação entre múltiplos ânodos para proteção catódica de uma estrutura usando menos ânodos.

[0048] Realizações da presente invenção são aplicáveis a reparos onde uma seção de concreto existente é escavada para expor o reforço de aço e a disposições as quais incluem a montagem de ânodo galvânica e um caminho de reparo discreto.

[0049] Em certas realizações, a montagem de ânodo é incorporada no concreto e é compatível com práticas de construção normais envolvidas em reabilitação de concreto. Esses procedimentos podem incluir escavação de concreto danificado para abaixo de uma profundidade ligeiramente abaixo do reforço de aço, anexo da montagem de ânodo ao reforço de aço e preenchimento de volta da área de concreto escavada com uma argamassa de reparo ou incorporação adequada.

[0050] Muitos ânodos galvânicos conhecidos ocupam uma quantidade de espaço inconveniente em configurações de reparo de concreto. De acordo com certas realizações ilustrativas, o sistema de ânodo de sacrifício da presente invenção é feito em formato conforme a uma curta peça de aço de reforço e pode ser posicionado imediatamente adjacente ao aço de reforço. Essa configuração otimiza o espaçamento alcançado em áreas de reparo congestionadas e permite um reparo de concreto menor e menos custoso.

[0051] De acordo com outras realizações ilustrativas, um método para reduzir a corrosão de reforço de aço em uma estrutura de concreto compreende prover uma montagem de ânodo de sacrifício de ação dupla de pelo menos dois metais de sacrifício de materiais diferentes, cada um mais negativo eletroquimicamente do que aço. O ânodo pode ser, pelo menos parcialmente, coberto em um material de revestimento. Condutores elétricos alongados, fios de fixação, são conectados ao corpo de ânodo e emanam a partir do material de revestimento. A montagem de ânodo de ação dupla pode ser inserida em um orifício formado em uma estrutura de concreto. Um espaçador polimérico adesivo, por exemplo e sem limitação, fita de dois lados sensível a pressão, é localizada entre o material de revestimento da montagem de ânodo e a superfície do reforço de aço. A montagem de ânodo é fixada em lugar ao enrolar os condutores elétricos alongados em torno do reforço de aço.

[0052] A montagem de ânodo fixada pode ser preenchida de volta com um material de resistividade inferior adequado tal como certas argamassas de reparo cimentosas, frequentemente referidas na técnica como argamassa de incorporação. Alternativamente, uma argamassa de resistividade inferior pode ser usada para encapsular a montagem de ânodo fixada e então incorporada dentro de um material de reparo de resistividade elevada contanto que a argamassa de incorporação de resistividade inferior encapsule a montagem de ânodo fixada e provenha um caminho de condutividade iônica ao concreto original adjacente à área de reparo.

[0053] Como mostrado em Figura 1A, o sistema de proteção catódica 100 pode incluir uma montagem de ânodo compreendendo um corpo de ânodo 102 incluindo um metal de menos sacrifício 106 e um metal de mais sacrifício 104. Em certas modalidades, o corpo de ânodo 102 pode compreender uma camada de um metal de mais sacrifício 106 imprensado entre duas camadas de um metal de menos sacrifício 104. Em realizações adicionais, o corpo de ânodo 102 pode compreender uma camada de um metal de menos sacrifício 106 imprensado entre duas camadas de um metal de mais sacrifício 104. O corpo de ânodo 102 pode ser, pelo menos parcialmente, revestido ou coberto com um material de revestimento 108. Condutores elétricos alongados 116, 118 são conectados ao corpo de ânodo 102 e emanam do material de revestimento 108. Durante instalação, um espaçador adesivo isolante 110 pode ser localizado entre o corpo de ânodo 102 e o aço de reforço 114. O espaçador adesivo isolante 110 afivela o corpo de ânodo 102 ao aço de reforço 1 14. O espaçador adesivo isolante 110 anexa a montagem de ânodo 102 e mantém a montagem de ânodo em lugar enquanto os condutores elétricos 116, 118 são fixados ao aço de reforço 114 como mostrado.

[0054] Como mostrado em Figura 1B, o sistema de proteção catódica 100 pode incluir uma montagem de ânodo compreendendo um corpo de ânodo 102 incluindo uma camada de um menos metal de sacrifício 106 e uma camada de mais metal de sacrifício 104. Em uma realização, o mais metal de sacrifício 104 pode ser entre o menos metal de sacrifício 106 e o aço de reforço 114. O corpo de ânodo 102 pode ser, pelo menos parcialmente, revestido ou coberto com um material de revestimento 108. Condutores elétricos alongados 116, 118 são conectados ao corpo de ânodo 102 e emanam do material de revestimento 108. Durante instalação, um espaçador adesivo isolante 110 pode ser colocado entre o corpo de ânodo 102 e o aço de reforço 114. O espaçador adesivo isolante 110 afivela o corpo de ânodo 102 ao aço de reforço 114. O espaçador adesivo isolante 110 anexa a montagem de ânodo 102 e mantém a montagem de ânodo no lugar enquanto os condutores elétricos 116, 118 são fixados ao aço de reforço 114 como mostrado.

[0055] Se voltando para Figura 2, o método de proteção catódica 200 compreende formar um caminho de reparo 202 em uma estrutura de concreto reforçada por aço 204. A montagem de ânodo 102 é afixada ao metal de reforço com, por exemplo, um espaçador adesivo 110, e é fixado ao aço de reforço 114 com condutores elétricos alongados 116, 118.

[0056] Como mostrado em Figura. 3A, um sistema de proteção catódica ilustrativo 300 pode incluir uma montagem de ânodo compreendendo um corpo de ânodo 302 incluindo um menos metal de sacrifício 306 e um mais metal de sacrifício 304. O menos metal de sacrifício 306 pode, parcialmente, rodear o mais metal de sacrifício 304. O corpo de ânodo 302 pode compreender um formato substancialmente cilíndrico tendo, por exemplo, um recesso em formato de C, de V ou de U estendendo essencialmente o comprimento de uma lateral do corpo de ânodo. O corpo de ânodo 302 pode ser, pelo menos parcialmente, revestido ou coberto com um material de revestimento 308. Durante instalação, o corpo de ânodo pode ser colocado dentro de proximidade protetora catódica do aço de reforço 314 e um espaçador adesivo 310 pode ser colocado entre a montagem de ânodo 302 e o aço de reforço 314. O espaçador adesivo 310 pode afivelar a montagem de ânodo 302 ao aço de reforço 314 e mantém montagem de ânodo no lugar.

[0057] Se voltando agora para Figura 3B, um sistema de proteção catódica ilustrativo 300 pode incluir uma montagem de ânodo compreendendo um corpo de ânodo 302 incluindo um menos metal de sacrifício 306 e um mais metal de sacrifício 304. O menos metal de sacrifício 306 pode parcialmente rodear o mais metal de sacrifício 304. O corpo de ânodo 302 pode compreender um formato substancialmente cilíndrico tendo, por exemplo, um recesso em formato de C, de V ou de U estendendo essencialmente o comprimento de um lado do corpo de ânodo. O corpo de ânodo 302 pode ser, pelo menos parcialmente, revestido ou coberto com um material de revestimento 308. Em algumas realizações, um menos metal de sacrifício 306 pode ser coberto por um material de revestimento 308 e um mais metal de sacrifício 304 pode ser posicionado em contato com o material de revestimento 308 e um espaçador adesivo 310. Em realizações adicionais, um menos metal de sacrifício pode ser coberto com um material de revestimento 308, um mais metal de sacrifício 304 pode ser posicionado entre a superfície exterior do material de revestimento 308 e um espaçador adesivo isolante 310, com espaçador 310 estando em contato com o aço de reforço 314. Durante instalação, o corpo de ânodo pode ser colocado dentro de proximidade protetora catódica do aço de reforço 314 e um espaçador adesivo 310 pode ser colocado entre a montagem de ânodo 302 e o aço de reforço 314. O espaçador adesivo 310 pode afivelar a montagem de ânodo 302 ao aço de reforço 314 e manter a montagem de ânodo no lugar.

[0058] A presente invenção supera as desvantagens de sistemas de proteção catódica de corrente impressa conhecidos à medida que ele não requer um fornecimento de energia, cabeamento extensivo ou monitorar e superar as deficiências de ânodo de sacrifício conhecidos de corrente inferior e reduzido tempo de vida. O uso de dois metais de sacrifício provê corrente elevada para a polarização inicial do aço de reforço e então uma corrente inferior durando mais para manter proteção catódica. A polarização inicial do aço de reforço pelo metal mais ativo tende a remover íons de cloreto e restaurar alcalinidade na vicinidade do aço de reforço protegido. O segundo metal de sacrifício então meramente necessita manter essas condições passivas provendo, dessa forma, uma proteção galvânica de ação dupla.

[0059] Enquanto a montagem de ânodo, sistema de método de proteção catódica foram descritos em conexão com várias realizações ilustrativas, deve ser entendido que outras realizações similares podem ser usadas ou modificações e adições podem ser feitas para as realizações descritas para desempenhar a mesma função divulgada nesta invenção sem desviar delas. As realizações descritas acima não estão necessariamente na alternativa, como várias realizações podem ser combinadas para prover as características desejadas. Portanto, o sistema e método de proteção catódica não deve ser limitado a qualquer realização única, mas construído em extensão e escopo em conformidade com a recitação das reivindicações anexadas.

Claims

1. CORPO DE ÂNODO DE SACRIFÍCIO, caracterizado por compreender: um primeiro metal de sacrifício; um segundo metal de sacrifício, o segundo metal de sacrifício menos ativo eletroquimicamente do que o primeiro metal de sacrifício, em que o primeiro metal de sacrifício e o segundo metal de sacrifício são mais ativos eletroquimicamente do que aço; e um material de revestimento circundando o primeiro e o segundo metal de sacrifício e compreendendo uma argamassa porosa; um espaçador adesivo isolante localizado em contato com o material de revestimento do corpo de ânodo; e pelo menos um condutor elétrico alongado eletricamente conectado ao corpo de ânodo e de que emana do material de revestimento.

2. CORPO DE ÂNODO DE SACRIFÍCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma camada do primeiro metal de sacrifício imprensado entre duas camadas do segundo metal de sacrifício.

3. CORPO DE ÂNODO DE SACRIFÍCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender o primeiro metal de sacrifício com magnésio ou uma liga de magnésio.

4. CORPO DE ÂNODO DE SACRIFÍCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender o segundo metal de sacrifício com zinco ou uma liga de zinco.

5. CORPO DE ÂNODO DE SACRIFÍCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender o primeiro metal de sacrifício com magnésio ou uma liga de magnésio e o segundo metal de sacrifício compreendendo zinco ou uma liga de zinco.

6. CORPO DE ÂNODO DE SACRIFÍCIO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender um formato cilíndrico tendo um recesso em formato de C se estendendo no comprimento de um lado do corpo de ânodo.

7. CORPO DE ÂNODO DE SACRIFÍCIO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender o primeiro metal de sacrifício pelo menos rodeado pelo segundo metal de sacrifício.

8. CORPO DE ÂNODO DE SACRIFÍCIO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender o primeiro e segundo metais de sacrifício perfurados, como metais de sacrifício planos.

9. CORPO DE ÂNODO DE SACRIFÍCIO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender o primeiro metal de sacrifício em uma massa sólida e o segundo metal de sacrifício pelo menos em uma tira perfurada.

10. CORPO DE ÂNODO DE SACRIFÍCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um espaçador adesivo isolante localizado entre e em contato com o reforço de aço e o material de revestimento do corpo de ânodo.

11. MÉTODO PARA REDUZIR A CORROSÃO DE REFORÇO DE AÇO EM UMA ESTRUTURA DE CONCRETO, caracterizado por compreender a etapa de: conectar eletricamente um corpo de ânodo de sacrifício, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, a um reforço de aço em uma estrutura de concreto reforçada por aço.

12. MÉTODO PARA REDUZIR A CORROSÃO DE REFORÇO DE AÇO EM UMA ESTRUTURA DE CONCRETO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de: inserir o corpo de ânodo em um orifício formado na estrutura de concreto.

13. MÉTODO PARA REDUZIR A CORROSÃO DE REFORÇO DE AÇO EM UMA ESTRUTURA DE CONCRETO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de: posicionar o corpo de ânodo de sacrifício em contato com o reforço de aço.

14. MÉTODO PARA REDUZIR A CORROSÃO DE REFORÇO DE AÇO EM UMA ESTRUTURA DE CONCRETO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de: posicionar um adesivo sensível à pressão em contato com e entre o corpo de ânodo de sacrifício e o reforço de aço.