CN101109087A - 钢筋混凝土桥墩的牺牲阳极保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋环境中钢筋混凝土构筑物金属防腐蚀技术领域的牺牲阳极保护方法，特别是一种潮差和浪溅区钢筋混凝土牺牲阳极保护方法，主体结构包括接线盒、扩展阳极、电连接导线、复合材料护套、非金属紧固件、护套连接槽、水下牺牲阳极、钢筋混凝土桥墩、钢筋、固定件、扩展阳极连接件、导电水泥砂浆填充料、导电连接件和水下固定件，混凝土内的钢筋与导电连接件固定连接在牺牲阳极的一端，导电水泥砂浆填充料将扩展阳极固定在被保护区域表面，水下牺牲阳极用钢带或角钢固定，并与混凝土中钢筋电连接；对潮差和浪溅区钢筋混凝土进行牺牲阳极保护特点是免维护，安装方便，利于后期更换和再保护，不影响钢筋混凝土结构的服役或运营。

Description

钢筋混凝土桥墩的牺牲阳极保护方法

技术领域：

本发明涉及海洋环境中钢筋混凝土构筑物金属防腐蚀技术领域中的牺牲阳极保护方法，特别是一种潮差和浪溅区钢筋混凝土牺牲阳极保护方法。

背景技术：

众所周知，钢筋混凝土不仅是用量最多的建筑材料，而且也是当代最大的人造材料。在钢筋混凝土结构中，钢筋是主要的受力材料。一般情况下，钢筋在混凝土的高碱性环境中呈钝态，不受腐蚀，但随着混凝土的劣化或环境侵蚀，钢筋会产生锈蚀，进而影响结构的承载能力，严重时甚至导致结构破坏，可以说钢筋混凝土的腐蚀已成为一个世界性问题。在海洋环境下，钢筋混凝土结构的腐蚀破坏相当迅速的，以致于使用2～10年后，有的为了维持其服役性能，所花费的维修费用大大超过结构本身的造价。钢筋混凝土的防腐蚀有多种方法，而阴极保护是目前唯一能够长期而有效地抑制氯离子侵蚀钢筋的方法。因此，研究海洋环境钢筋混凝土的阴极保护技术具有很大的社会意义和经济效益。

钢筋混凝土的阴极保护通常采用外加电流保护(ICCP)系统，主要是由于它能够调节输出电流的大小，在较高电阻率的混凝土中也可以达到钢筋的防腐蚀保护。可由于系统复杂，经常会发生维护和管理不善而导致整套系统失效。牺牲阳极保护(SACP)输出电流有限，通常不用于较高电阻率混凝土的保护。海洋环境下，钢筋混凝土结构腐蚀破坏最普遍和最严重的部位是潮差和浪溅区，该区域的混凝土是潮湿导电的，混凝土电阻率并不高，完全满足牺牲阳极工作环境条件要求。

对于全浸于水中和土壤中的钢筋混凝土构筑物，其阴极保护的原理与常规阴极保护的原理是相同的，可以按常规的水下和土壤中的阴极保护设计规范进行设计。而位于潮差区、浪溅区和海洋大气带的钢筋混凝土构筑物，其阴极保护设计则与常规方法有较大不同，因为其传输保护电流的电介质是混凝土，确切地讲是混凝土内部毛细孔内的溶液，其导电性是比较低的，常用的阴极保护设计，不足以克服混凝土介质的电阻，所以必须用特殊的阴极保护系统和设计，才能达到阴极保护的目的。中国专利CN2813639N公布了一种钢筋混凝土构筑物牺牲阳极保护装置。其特征是用砂浆将牺牲阳极固定在该构筑物的潮差和浪溅区部位表面，要求该砂浆浇灌固化后的最低构筑线，要浸没或至少接触在低潮位线。但是，海洋环境中低潮位线的位置难以确定，它的影响因素很复杂。通常，在工程中往往只能根据气象、水文等记录文件，获得平均低潮位。而实际上，即使是同一地区，在不同季节和不同地理条件下，低潮位线相差很大。因此，不能有效的确定钢筋混凝土的保护面积和施工区域。另外，为了增强该装置的吸水性能，在砂浆中有时添加高吸水性树脂。然而，这些添加剂，价格并不便宜，不利于在大型钢筋混凝土构筑物上大面积使用，从而限制了上述技术的应用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种用于海洋环境中潮差和浪溅区钢筋混凝土阴极保护的方法，充分利用海洋环境中潮差和浪溅区的混凝土是潮湿导电的，具备牺牲阳极工作的环境条件要求这一特点，并发挥牺牲阳极保护具有安装简单、无需维护的优点而设计的一种方法，能够采用牺牲阳极对潮差和浪溅区的钢筋混凝土结构进行有效防腐蚀保护。

本发明的目的和功能是由以下技术方案完成。所设计的钢筋混凝土结构的牺牲阳极保护装置主体结构包括：接线合、扩展阳极、电连接导线、复合材料护套、非金属紧固件、护套连接槽、水下牺牲阳极、钢筋混凝土桥墩、钢筋、固定件、扩展阳极连接件、导电水泥砂浆填充料、导电连接件和水下固定件。混凝土内的钢筋与导电连接件固定连接在牺牲阳极的一端，其中牺牲阳极包括水下牺牲阳极和混凝土中的扩展阳极；导电水泥砂浆填充料将扩展阳极固定在被保护区域表面，水下牺牲阳极采用钢带或角钢固定，并与混凝土中钢筋取得电连接；或用钢质连接件固定在混凝土水下部位，同样采用钢质连接件与被保护钢筋取得电连接。

所述的水下牺牲阳极采用铝合金牺牲阳极、锌合金牺牲阳极或纯锌，其标准符合海水环境普通牺牲阳极规定；而砂浆中的扩展阳极，则采用纯锌或锌合金牺牲阳极，阳极采用大而扁平的形状，类型有网状、片状、带状；选择一种或几种组合，其碱性的水泥砂浆中以每平方米不大于110毫安电流工作时，其电位稳定，且负于-1.0V(相对于硫酸铜参比电极)。

所述的两种牺牲阳极，在不同潮位的保护作用不同。平均低潮位以上至浪溅区部位的钢筋混凝土结构，主要由扩展阳极保护。其表面采用导电水泥砂浆埋覆，最外层采用复合材料护套。这种外包覆的复合材料护套的作用不仅保护该部位混凝土结构不受海水冲蚀和流冰的冲击，同时保护水下牺牲阳极不致于被外力损毁，另外，在灌注水泥砂浆填充料时，复合材料外套则将作为模具使用。平均低潮位以下区域主要采用水下牺牲阳极保护，其特征是便于更换和追加，保护作用不仅在潮位线以下有效，还可以大大增强潮位线以上1米左右钢筋混凝土的保护，因而可以减少平均潮位线左右扩展阳极用量，大大减少了潮差区的施工量。

所述复合材料护套根据牺牲阳极保护年限和环境特点来选用复合材料。复合材料的耐腐蚀性能(酸碱、海水等)、耐侯性、耐温性(高低温)、力学性能的压缩强度和层间剪切强度、工艺性能以及其他方面的物理或化学性能都主要取决于树脂基体。根据复合材料防护套在潮差区、浪溅区的使用环境和护套造价成本进行综合。其类型有不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、邻苯树脂；选择其中一种或几种。

本发明所述水泥砂浆填充料，主要由硅酸盐水泥、导电材料、骨料、水组成，其中导电材料的类型有焦炭屑、石墨、溴化锂、硝酸锂、膨润土；选择其中一种或几种混合。水泥砂浆中水泥、砂子、水的质量配比范围为1∶(1.5～3.0)∶(0.2～0.8)，三者共占总质量的90～95％，掺加导电材料共占总质量的5～10％，

本发明对潮差和浪溅区钢筋混凝土结构进行牺牲阳极保护，其突出特点是整套系统免维护，安装方便，有利于后期更换和追加保护，其不影响钢筋混凝土结构的服役或运营情况，与现有技术相比，本实用新型的优点是：

(1)无需准确测量低潮位线，水位线以上部位的保护作用不仅仅来源于砂浆中的牺牲阳极。水下本体阳极的保护作用可以扩展至瞬时的水位线以上数米，增强水上部位的保护；

(2)导电砂浆价格低廉；

(3)牺牲阳极在碱性的水泥砂浆中，每平方米工作电流密度为毫安级，其工作电位较稳定，且负于-1.0V(CSE)，根据不同的设计要求，牺牲阳极最长的设计寿命达到50年；

(4)外层护套使用寿命与牺牲阳极保护系统设计寿命匹配。具有足够的强度，能够抵抗海浪、流冰的冲击和冰层侧压。湿强保留率≥85％；

(5)钢筋的保护判据能够满足NACE RPO290-90所规定的100mV电位衰减判据。

附图说明：

图1是本发明的组成结构原理示意图。

图2是本发明的扩展阳极连接和固定结构原理示意图。

具体实施方式：

本发明的主体结构包括接线合1、扩展阳极2、电连接导线3、复合材料护套4、非金属紧固件5、护套连接槽6、水下牺牲阳极7、钢筋混凝土桥墩8、钢筋9、固定件10、扩展阳极连接件11、导电水泥砂浆填充料12、导电连接件13和水下固定件14。

实施例：

首先确定扩展阳极保护面积，区域为平均低潮位以上和浪溅区，将扩展阳极2固定在内钢筋混凝土桥墩8表面，然后用复合材料护套4包在扩展阳极2外部，将导电水泥砂浆填充料12灌注在复合材料护套4和钢筋混凝土桥墩8之间，使导电水泥砂浆填充料12均匀地包裹扩展阳极2；在复合材料护套4固定和导电水泥砂浆填充料12固化过程中，非金属紧固件5辅助固定复合材料护套4，并最终促进复合材料护套4和导电水泥砂浆填充料12结合为一体；钢筋混凝土桥墩8内部钢筋9通过导电连接件13固定连接在扩展阳极2的一端；扩展阳极2通过扩展阳极连接件11形成一体，发生保护电流；水下牺牲阳极7用水下固定件14固定，其固定类型包括：钢带或角钢；水下牺牲阳极7与钢筋混凝土桥墩8中的钢筋9电连接。

Claims (5)

1.一种钢筋混凝土桥墩的牺牲阳极保护方法，其装置的主体结构包括接线合、扩展阳极、电连接导线、复合材料护套、非金属紧固件、护套连接槽、水下牺牲阳极、钢筋混凝土桥墩、钢筋、固定件、扩展阳极连接件、导电水泥砂浆填充料、导电连接件和水下固定件，其特征在于混凝土内的钢筋与导电连接件固定连接在牺牲阳极的一端，导电水泥砂浆填充料将扩展阳极固定在被保护区域表面，水下牺牲阳极用钢带或角钢固定，并与混凝土中钢筋取得电连接；或用钢质连接件固定在混凝土水下部位，用钢质连接件与被保护钢筋电连接。

2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土桥墩的牺牲阳极保护方法，其特征在于牺牲阳极包括水下牺牲阳极和混凝土中的扩展阳极；水下牺牲阳极采用铝合金牺牲阳极、锌合金牺牲阳极或纯锌，砂浆中的扩展阳极用纯锌或锌合金牺牲阳极，为大而扁平的网状、片状、带状。

3.根据权利要求1所述的钢筋混凝土桥墩的牺牲阳极保护方法，其特征在于所述的牺牲阳极，在不同潮位的保护作用不同；平均低潮位以上至浪溅区部位的钢筋混凝土结构由扩展阳极保护；其表面采用导电水泥砂浆埋覆，最外层采用复合材料护套；外包覆的复合材料护套不仅保护混凝土结构不受海水冲蚀和流冰的冲击，同时保护水下牺牲阳极不致于被外力损毁；在灌注水泥砂浆填充料时，复合材料外套将作为模具使用；平均低潮位以下区域采用水下牺牲阳极保护便于更换和追加，保护作用不仅在潮位线以下有效，还增强潮位线以上1米左右钢筋混凝土的保护，减少平均潮位线左右扩展阳极用量，节省潮差区的施工量。

4.根据权利要求1所述的钢筋混凝土桥墩的牺牲阳极保护方法，其特征在于所述复合材料护套根据牺牲阳极保护年限和环境特点来选用复合材料；复合材料的耐腐蚀性能、耐侯性、耐温性、力学性能的压缩强度和层间剪切强度、工艺性能取决于树脂基体；其类型包括不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、邻苯树脂；选择其中一种或几种。

5.根据权利要求1所述的钢筋混凝土桥墩的牺牲阳极保护方法，其特征在于所述水泥砂浆填充料由硅酸盐水泥、导电材料、骨料、水组成，其中导电材料的类型包括焦炭屑、石墨、溴化锂、硝酸锂、膨润土；选择其中一种或几种混合；水泥砂浆中水泥、砂子、水的质量配比范围为1∶(1.5～3.0)∶(0.2～0.8)，三者共占总质量的90～95％，掺加导电材料共占总质量的5～10％。

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