CN101244926A - 大气环境中钢筋混凝土牺牲阳极阴极保护装置及其方法 - Google Patents

Abstract

大气环境钢筋混凝土结构牺牲阳极阴极保护装置，网格状牺牲阳极与混凝土中的钢筋电连接，形成牺牲阳极阴极保护系统，特征是牺牲阳极埋设在活性砂浆中，活性砂浆敷设在钢筋混凝土表面；牺牲阳极采用纯锌或锌合金；活性砂浆由硅酸盐水泥、骨料、水、合成纤维和活性添加剂组成：水灰比0.35～0.55∶1；灰砂比0.3～0.6∶1；活性添加剂为溴化锂或硝酸锂，掺量0.05～0.50g/cm³；合成纤维选自：聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、纤维素和/或玻璃纤维，掺量0.05～0.5％；本发明还包括保护方法。本发明节省人力、物力，价格低廉；使用寿命达20年。活性砂浆不收缩、不开裂，电阻率较低，强度高。牺牲阳极开路电位稳定。

Description

大气环境中钢筋混凝土牺牲阳极阴极保护装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种钢筋混凝土防腐蚀装置及方法，特别是一种在盐污染大气环境中钢筋混凝土结构牺牲阳极阴极保护装置，以及利用这种装置保护盐污染大气环境中钢筋混凝土结构的方法。

背景技术

钢筋混凝土结构是目前应用最为广泛的结构形式。通常，混凝土具有高碱性，钢筋表面形成了一层薄的保护性氧化膜。该氧化膜使钢筋表面钝化，有效地防止了钢筋的腐蚀。但在盐污染环境中，当钢筋周围的混凝土液相中的氯离子含量达到临界值时，钢筋钝化膜就会局部破坏，只要造成腐蚀的其它必要条件已经具备，就会发生严重的电化学腐蚀，腐蚀产物产生的巨大应力作用在钢筋周围的混凝土上，一旦该应力大于混凝土的抗拉强度，混凝土就会产生裂缝和分层，结果导致氯化物的进一步入侵，从而加速钢筋的腐蚀。

海洋大桥、海港码头、沿海建筑物、使用除冰盐的高速公路和停车场、化工厂厂房等都处于盐污染环境中，这些环境中的钢筋混凝土结构往往在远远小于设计使用年限的情况下即过早发生腐蚀破坏，由此造成的直接损失和间接损失都是十分巨大的。因此钢筋混凝土防腐蚀技术的研究是目前国内外普遍关注的研究课题。

阴极保护是控制混凝土中钢筋腐蚀的一种经济有效的电化学保护技术，阴极保护可以通过强制电流和牺牲阳极两种方式实现。这两种方式的保护原理相同，都是对混凝土中的钢筋通以阴极电流，使其阴极极化，只是提供电流的方式不同。

强制电流阴极保护由直流电源、阳极系统、电缆和钢筋混凝土结构组成，适用于电阻率较高的钢筋混凝土结构的防腐蚀保护。缺点是保护系统较为复杂，在运行期间需要专人维护和管理，仪器设备和阳极系统的损坏以及维护和管理不善都会导致整套阴极保护系统的失效，不适用于预应力钢筋混凝土结构。牺牲阳极阴极保护是将一种电极电位较负的金属或合金(称为牺牲阳极)与混凝土中的钢筋电连接，通过牺牲阳极的自我溶解和消耗，使钢筋得到阴极电流而受到保护。由于牺牲阳极的驱动电压较低，输出电流有限，只适用于电阻率较低的钢筋混凝土结构的防腐蚀保护。对处于盐污染大气环境中的钢筋混凝土结构而言，混凝土的电阻率通常较低，可以采用牺牲阳极阴极保护控制混凝土中钢筋的腐蚀。优点是保护系统安装方便，运行期间不需要维护和管理，不仅适用于普通钢筋混凝土结构还适用于预应力钢筋混凝土结构的防腐蚀保护。

对于大气环境中已经遭受盐污染腐蚀破坏的钢筋混凝土结构，目前国内通常采用传统的局部打补丁修补的方法，即在混凝土破坏部位凿除胀裂、剥落处混凝土，露出其中的钢筋并进行清理，再用新的优质混凝土或聚合物改性水泥砂浆修补恢复其原貌。对盐污染大气环境中的钢筋混凝土结构采用局部打补丁修补往往效果很差或是无效的。虽然修补材料的防腐蚀性能较高，渗透性和导电率都较低，表面处理技术的改进使得修补混凝土与老混凝土之间的粘结良好，但是该技术没有消除该环境中钢筋混凝土产生腐蚀的根本原因—混凝土中存在氯离子、氧和湿气。在未凿除的混凝土中仍然存在高浓度的氯离子，在这些区域腐蚀仍然进行。最为主要的是采用局部修补后，形成了新的腐蚀电池，老混凝土中的钢筋成为腐蚀电池的阳极，修补混凝土中的钢筋成为腐蚀电池的阴极，加速了老混凝土中钢筋的腐蚀，结果造成修补混凝土周围的老混凝土很快破坏。这种现象通常称为“环阳极腐蚀”或“光环效应”。

中国专利CN 2813639Y的特征在于通过水泥砂浆将牺牲阳极固定在钢筋混凝土潮差区或浪溅区的表面。使用的牺牲阳极是铝锌铟合金，砂浆由淡水、水泥和高吸水性树脂组成，高吸水性树脂包括聚丙烯酸酯类树脂、聚乙烯醇类树脂，醋酸乙烯共聚物类树脂、聚氨酯类树脂、聚环氧乙烷类树脂和淀粉接校共聚物类树脂。

中国专利CN 101109087A的特征在于通过导电砂浆填充料和复合材料护套将牺牲阳极固定在钢筋混凝土潮差区或浪溅区的表面。其牺牲阳极是敷设在砂浆和复合材料护套之间，在钢筋混凝土结构的水下部分还需安装一个大块的牺牲阳极。使用的牺牲阳极为纯锌或锌合金，导电砂浆填充料由水泥、导电材料、骨料、水组成，导电材料包括石墨、溴化锂、硝酸锂、膨润土。

以上两个专利申请的技术方案均适用于海洋环境潮差和浪溅区钢筋混凝土构筑物的保护。因为海洋环境潮差和浪溅区与盐污染大气环境差别很大，不可能把这类方案简单地直接用于盐污染大气环境钢筋混凝土结构的保护。

发明内容

本发明的目的是提供一种在盐污染大气环境中钢筋混凝土结构牺牲阳极阴极保护装置，以及利用这种装置保护盐污染大气环境中钢筋混凝土结构的方法。

本发明的装置和方法能够有效地控制混凝土中钢筋的腐蚀，牺牲阳极保护系统最长的设计使用寿命可达20年。不需要凿除大量的被盐污染的混凝土，以节省人力和物力；所采用的设备价格低廉；牺牲阳极在砂浆中的开路电位稳定。

本发明的技术方案是，一种盐污染大气环境中的钢筋混凝土结构牺牲阳极阴极保护装置，设有网格状牺牲阳极，该网格状牺牲阳极与混凝土中的钢筋进行电连接，形成牺牲阳极阴极保护系统，其特征在于，

所述的网格状牺牲阳极埋设在活性砂浆中，该活性砂浆敷设在钢筋混凝土表面；

所述的牺牲阳极采用纯锌或锌合金，为扁平的网格状；

所述的活性砂浆，由硅酸盐水泥、砂子、水、合成纤维和活性添加剂组成；

活性砂浆的水灰比配比范围是0.35～0.55∶1(所述“水灰比”与本领域惯例相同，为重量比。以下各比例均同本例)，本发明推荐采用的水灰比配比范围是0.40～0.50∶1；

活性砂浆的灰砂比的配比范围是0.3～0.6∶1，本发明推荐采用的灰砂比的配比范围是0.45～0.50∶1；

所述的活性添加剂为溴化锂或硝酸锂，或其中一种或几种，活性添加剂的掺量范围是0.05g/cm³～0.50g/cm³，其中的cm³是指活性砂浆的体积。本发明推荐采用的活性添加剂掺量范围是0.1～0.2g/cm³；

合成纤维的掺量范围是占活性砂浆重量的0.05％～0.5％，本发明推荐采用的合成纤维的掺量范围是占活性砂浆重量的0.1～0.2％。

上述活性砂浆调配中所掺入的合成纤维类型有：聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、纤维素和/或玻璃纤维；选择其中一种或几种。

以上方案中的优化方案有：

1、所述的“通过活性砂浆将牺牲阳极固定在盐污染大气环境中的钢筋混凝土表面”，可以是固定在钢筋混凝土的顶面、立面或底面。

2、所述的“网格状牺牲阳极与混凝土中的钢筋进行电连接”，其结构是：所述的钢筋上焊接有阴极电缆，所述的网格状牺牲阳极上焊接有阳极电缆，阴极电缆和阳极电缆连接在一起。

该阴极电缆和阳极电缆的连接可以是通过接线盒连接。

本发明的牺牲阳极在活性砂浆中的开路电位稳定，且负于-1.10V(相对于饱和硫酸铜参比电极)。

完成本申请第2个发明任务的方案是，一种利用上述大气环境中钢筋混凝土牺牲阳极阴极保护装置进行大气环境中钢筋混凝土牺牲阳极阴极保护的方法，其特征在于，步骤如下，

首先在钢筋混凝土结构上凿除一小块混凝土露出一小段钢筋；

将阴极电缆焊接在钢筋上；

在网格状牺牲阳极上焊接一根阳极电缆；

阴极电缆和阳极电缆焊接处均需作防水密封保护；

在钢筋混凝土结构表面敷设一层活性砂浆，将已焊接好阳极电缆的网格状牺牲阳极铺设在活性砂浆的表面；

网格状牺牲阳极的上面再敷设一层活性砂浆；

将阴极电缆和阳极电缆连接在一起。

上述方法的优化方案有：

1、第一次敷设活性砂浆前增加以下步骤：

清除钢筋混凝土结构表面的污物和小的金属件。

2、最后步骤“将阴极电缆和阳极电缆连接在一起”，是通过接线盒将阴极电缆和阳极电缆连接在一起。

本发明对处于盐污染大气环境中的钢筋混凝土结构进行牺牲阳极阴极保护，特点是保护系统安装方便，运行期间不需要维护和管理，不仅适用于普通钢筋混凝土结构还适用于预应力钢筋混凝土结构的防腐蚀保护。

与局部打补丁修补技术等传统的钢筋混凝土结构防腐蚀保护相比，本发明的优点是：

(1)、不需要凿除大量的被盐污染的混凝土，节省了人力和物力，经济效益和社会效益显著；

(2)、网格状牺牲阳极和活性砂浆价格低廉；

(3)、能够有效地控制混凝土中钢筋的腐蚀，牺牲阳极保护系统最长的设计使用寿命可达20年。

(4)、所述的活性砂浆的特点是不收缩、不开裂，电阻率较低，强度高。

(5)、牺牲阳极在砂浆中的开路电位稳定。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

实施例1，盐污染大气环境钢筋混凝土结构牺牲阳极的阴极保护方法，参照图1：本发明的主体结构包括活性砂浆1、网格状牺牲阳极2、接线盒3、钢筋4、钢筋混凝土结构5、阴极电缆6和阳极电缆7。

首先在钢筋混凝土结构上凿除一小块混凝土露出一小段钢筋4，将阴极电缆6焊接在钢筋4上；在网格状牺牲阳极2上焊接一根阳极电缆7。阴极电缆和阳极电缆焊接处均需作防水密封保护。清除钢筋混凝土结构5表面的污物和小的金属件后，敷设一层活性砂浆1，将已焊接好阳极电缆的网格状牺牲阳极2铺设在活性砂浆1的表面，再敷设一层活性砂浆1。通过接线盒3将阴极电缆6和阳极电缆7连接在一起。通过以上方法，构成了本发明的盐污染大气环境钢筋混凝土结构牺牲阳极的阴极保护装置。本装置中的牺牲阳极采用纯锌。牺牲阳极是固定在钢筋混凝土的顶面。活性砂浆由硅酸盐水泥、砂子、水、合成纤维和活性添加剂组成。活性砂浆的水灰比配比是0.4∶1，活性砂浆的灰砂比的配比是0.5∶1。活性添加剂为溴化锂，活性添加剂的掺量是0.1g/cm³，cm³是指活性砂浆的体积。合成纤维的掺量范围是占砂浆重量的0.1％，合成纤维采用聚丙烯纤维。

实施例2，与实施例1基本相同，但有以下改变：牺牲阳极采用纯锌。活性砂浆的水灰比配比是0.4∶1。活性砂浆的灰砂比的配比是0.5∶1。活性添加剂为溴化锂和硝酸锂，比例为1∶1，为重量比。活性添加剂的掺量是0.15g/cm³。合成纤维的掺量范围是占砂浆重量的0.15％，合成纤维采用聚丙烯纤维。牺牲阳极是固定在钢筋混凝土的立面。

实施例3，与实施例1基本相同，但有以下改变：

活性砂浆的水灰比配比是0.55∶1。活性砂浆的灰砂比的配比是0.6∶1，活性添加剂为质量比1∶1的溴化锂与硝酸锂，活性添加剂的掺量范围是0.50g/cm³。合成纤维的掺量是占砂浆重量的0.5％。所掺入的合成纤维采用纤维素。牺牲阳极是固定在钢筋混凝土的底面。

实施例4，与实施例1基本相同，但有以下改变：牺牲阳极采用锌合金。活性砂浆的水灰比配比是0.35∶1。活性砂浆的灰砂比的配比是0.3∶1。活性添加剂为硝酸锂。活性添加剂的掺量是0.05g/cm。合成纤维的掺量范围是占砂浆重量的0.05％，合成纤维采用聚乙烯纤维。

实施例5，与实施例1基本相同，但有以下改变：活性砂浆的水灰比配比是0.45∶1，活性砂浆的灰砂比的配比是0.45∶1。活性添加剂为溴化锂，活性添加剂的掺量是0.25g/cm³，cm3是指活性砂浆的体积。合成纤维的掺量范围是占砂浆重量的0.25％，合成纤维采用玻璃纤维。

实施例6，与实施例1基本相同，但有以下改变：活性砂浆的水灰比配比是0.50∶1，活性砂浆的灰砂比的配比是0.45∶1。活性添加剂为溴化锂，活性添加剂的掺量是0.2g/cm³。活性砂浆调配中所掺入的合成纤维采用聚丙烯纤维与聚乙烯纤维1∶1质量比的混合物。合成纤维的掺量范围是占砂浆重量的0.2％，

实施例7，与实施例1基本相同，但活性砂浆调配中所掺入的合成纤维采用聚丙烯纤维与玻璃纤维1∶1质量比的混合物。

实施例8，与实施例1基本相同，但活性砂浆调配中所掺入的合成纤维采用聚乙烯纤维与玻璃纤维1∶1质量比的混合物。

实施例9，与实施例1基本相同，但活性砂浆调配中所掺入的合成纤维采用聚乙烯纤维、纤维素和玻璃纤维1∶1∶1质量比的混合物。

Claims (8)

1. 一种大气环境钢筋混凝土结构牺牲阳极阴极保护装置，设有网格状牺牲阳极，该网格状牺牲阳极与混凝土中的钢筋进行电连接，形成牺牲阳极阴极保护系统，其特征在于，

所述的网格状牺牲阳极埋设在活性砂浆中，该活性砂浆敷设在钢筋混凝土表面；

所述的牺牲阳极采用纯锌或锌合金，为扁平的网格状；

所述的活性砂浆，由硅酸盐水泥、骨料、水、合成纤维和活性添加剂组成；

活性砂浆的水灰比配比范围是0.35～0.55∶1；

活性砂浆的灰砂比的配比范围是0.3～0.6∶1；

所述的活性添加剂为溴化锂或硝酸锂，活性添加剂的掺量范围是0.05g/cm³～0.50g/cm³，其中的cm³是指活性砂浆的体积；

合成纤维的掺量范围是占活性砂浆重量的0.05％～0.5％；

所述活性砂浆调配中所掺入的合成纤维类型选自：聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、纤维素和/或玻璃纤维；或其中的两种或多种。

2. 根据权利要求1所述的大气环境钢筋混凝土结构牺牲阳极的阴极保护装置，其特征在于，

所述的活性砂浆的水灰比配比范围是0.4～0.5∶1；

所述的活性砂浆的灰砂比的配比范围是0.45～0.5∶1；

所述的活性添加剂的掺量范围是0.1～0.2g/cm³；

所述的合成纤维的掺量范围是占砂浆重量的0.1～0.2％。

3. 根据权利要求1所述的大气环境钢筋混凝土结构牺牲阳极的阴极保护装置，其特征在于，所述的牺牲阳极是固定在钢筋混凝土的顶面、立面或底面。

4. 根据权利要求1或2或3所述的大气环境钢筋混凝土结构牺牲阳极阴极保护装置，其特征在于，所述的“网格状牺牲阳极与混凝土中的钢筋进行电连接”，其结构是：所述的钢筋上焊接有阴极电缆，所述的网格状牺牲阳极上焊接有阳极电缆，阴极电缆和阳极电缆连接在一起。

5. 根据权利要求4所述的大气环境钢筋混凝土结构牺牲阳极阴极保护装置，其特征在于，所述的阴极电缆和阳极电缆的连接是通过接线盒连接。

6. 一种利用权利要求1所述的大气环境钢筋混凝土结构牺牲阳极的阴极保护装置进行大气环境中钢筋混凝土牺牲阳极的阴极保护的方法，其特征在于，步骤如下，

首先在钢筋混凝土结构上凿除一小块混凝土露出一小段钢筋；

将阴极电缆焊接在钢筋上；

在网格状牺牲阳极上焊接一根阳极电缆；

阴极电缆和阳极电缆焊接处均需作防水密封保护；

在钢筋混凝土结构表面敷设一层活性砂浆，将已焊接好阳极电缆的网格状牺牲阳极铺设在活性砂浆的表面；

网格状牺牲阳极的上面再敷设一层活性砂浆；

将阴极电缆和阳极电缆连接在一起。

7. 根据权利要求6所述的大气环境中钢筋混凝土牺牲阳极的阴极保护的方法，其特征在于，第一次敷设活性砂浆前增加有以下步骤：

清除钢筋混凝土结构表面的污物和小的金属件。

8. 根据权利要求6或7所述的大气环境中钢筋混凝土牺牲阳极的阴极保护的方法，其特征在于，最后步骤“将阴极电缆和阳极电缆连接在一起”，是通过接线盒将阴极电缆和阳极电缆连接在一起。

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