CN103469212A

CN103469212A - 用于钢筋混凝土阴极保护系统的阳极导电填充物

Info

Publication number: CN103469212A
Application number: CN2013103344656A
Authority: CN
Inventors: 姚萍; 王洪仁; 刘光洲
Original assignee: Qingdao Sunrui Marine Environment Engineering Co Ltd
Current assignee: Qingdao Sunrui Marine Environment Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-08-05
Also published as: CN103469212B

Abstract

一种用于钢筋混凝土阴极保护系统的阳极导电填充物，其特征在于，包括粘结剂、固化剂、促进剂、焦屑、碳纤维、鳞片石墨、水泥和石英砂。所述的各成分的重量份数为：粘结剂30-70，固化剂1.5-2.5，促进剂0.5-1.5，焦屑80-140，碳纤维10-20，鳞片石墨20-30，水泥20-70，石英砂0-20。本发明的优点是：适合海洋大气环境中钢筋混凝土结构表面，包括水平面，垂直面和拱形面的应用。具有低电阻率、与混凝土表面良好的粘结强度、一定的机械强度，低收缩率，良好的耐候性，在阴极保护系统运行条件下经久耐用的优点。

Description

用于钢筋混凝土阴极保护系统的阳极导电填充物

技术领域

本发明涉及一种用于钢筋混凝土阴极保护系统的阳极导电填充物，属于钢筋混凝土构筑物阴极保护系统领域特别是海洋大气环境中的钢筋混凝土构筑物的阴极保护系统领域。

背景技术

20世纪 50 年代起，阴极保护技术被用于地面上和海上钢筋混凝土构筑物防腐蚀研究上，用于防止海中或地面上混凝土结构中钢筋的腐蚀。混凝土中的侵蚀性离子特别是氯离子是钢筋腐蚀的重要因素。氯化物引起腐蚀的钢筋混凝土结构物的修复变成为更复杂的电化学问题，必须通过阴极保护控制钢筋的电位解决这个问题。1973年，美国加里佛尼亚交通运输部首次将阴极保护技术成功应用在美国圣克拉蒙市以东的内华达山区 50 号公路 Sly桥的桥面板上，这是在暴露于大气中的氯化物引起严重破坏的钢筋混凝土典型结构上实施阴极保护的第一个成功范例，运行20 年后，仍然良好。此后国外尤其是欧美一些发达国家，对阴极保护技术在钢筋混凝土结构上的研究开发和应用日益重视。近10 年来，国外已经愈来愈多地将阴极保护作为一项能够为钢筋混凝土结构提供长期保护的经济有效的防腐蚀措施，保护效果已得到公认。

地面上钢筋混凝土构筑物的保护原理与通常的阴极保护原理是一样的，也是通过阴极极化的方法使被保护结构物的电位向负方向移动到一定范围。对于地面上的钢筋混凝土构筑物而言，为使被保护结构物达到完全保护，必须使整个结构物的点位极化到保护电位之内。处于海洋大气中污染的钢筋混凝土构筑物，它的电阻率通常为600-4500Ω.cm。如果不采取适当的措施，直接对暴露在空气中的混凝土构筑物部分进行阴极保护是非常困难的。

国内外研究表明：由于混凝土与其它导电介质（海水、土壤等）有所不同，混凝土的电阻率一般比较高，混凝土水分含量为13-15%时，混凝土的电阻率一般为10³-10⁴Ω.cm，干燥的混凝土的电阻率高达10⁵-10⁶Ω.cm。混凝土的导电性与其含水量、含盐量以及气候、季节、温度等有很大关系。另外，由于混凝土本身的多孔性，孔隙内含水量与盐分含量的不同造成混凝土局部导电性的不同。因此实施阴极保护时，保护电流的分布不均，直接影响阴极保护系统正常有效地使用。改善钢筋混凝土结构阴极保护电流的均匀分布，在技术上必须在采用阴极保护的混凝土结构表面上覆盖一层导电填充物，使阴极保护电流从阳极流出，经过导电填充物均匀分布到被保护结构物各处。导电填充物的性能优劣直接影响阴极保护系统的保护效果。

目前采用的主要导电填充物材料有沥青导电混凝土、聚合物导电混凝土、导电水泥砂浆等。美国R.F.Stratfull研制的沥青导电混凝土主要铺设在公路桥面上，主要缺点是施工性能较差，不适用于结构物的垂直面与拱形面。美国联邦公路管理局（FHWA）研制的聚合物导电混凝土主要由乙烯基树脂和石油焦屑等混合组成。这种聚合物导电混凝土主要用于非覆盖式沟槽阳极系统，利用框架在水平面或垂直面上做成平面或堆堤式导电复层。缺点是施工难度较大。南京水科院洪定海等人研制了一种加入高强度无熟料的胶凝材料和焦炭屑的导电水泥砂浆（简称AS导电砂浆），但耐酸性较差，容易由于阳极反应导致的酸性侵蚀而失效。

发明内容

本发明提供的导电填充物作为一种性能可靠的导电复层，实际上是作为主阳极的延续，它能将阳极流出的电流传导到混凝土结构物的各处，以便使各处的电位均达到保护电位。通过在被保护结构物表面上覆盖导电填充物，使保护电流能够均匀分布到结构物表面上。在实际使用时往往将阳极组件埋置在导电填充物中，通常将埋置的阳极组件称之为主阳极，而将四周的导电填充物称之为副阳极。解决现有技术存在的施工性能较差、施工难度较大和耐酸性较差的问题。

本发明的技术方案是：一种用于钢筋混凝土阴极保护系统的阳极导电填充物，其特征在于，包括粘结剂、固化剂、促进剂、焦屑、碳纤维、鳞片石墨、水泥和石英砂。

所述的各成分的重量份数为：粘结剂30-70，固化剂1.5-2.5，促进剂0.5-1.5，焦屑80-140，碳纤维10-20，鳞片石墨20-30，水泥20-70，石英砂0-20。

所述的胶粘剂采用具有高粘度（＞10000mPa.s）高触变性能的丙苯乳胶。

采用焦屑、石墨和碳纤维作为导电填料；所述的焦屑采用煅烧石油焦屑，石油焦经过1300℃高温煅烧热处理之后，除去原材料中的水分和一些挥发物质，使体积收缩促进结构的紧密化，从而提高了真实密度、强度、导电性及抗氧化性；石墨和碳纤维虽然具有较好的导电性，较大地改善导电填充物的导电性；石墨具有很强的转移特性。

采用水泥和石英砂等作为导电填充物的增强填料，以所述的配比添加水泥和石英砂可提高导电填充物的导电性。

将原料按配比称重，混合均匀，稠度适当，用抹铲将配好的导电填充物涂覆到施工表面，涂覆厚度为5-7mm。

本发明的优点是：适合海洋大气环境中钢筋混凝土结构表面，包括水平面，垂直面和拱形面的应用。具有低电阻率、与混凝土表面良好的粘结强度、

一定的机械强度，低收缩率，良好的耐候性，在阴极保护系统运行条件下经久耐用的优点。

附图说明

图1是本发明试验（应用）的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的导电填充物，由粘结剂，固化剂，促进剂，焦屑,碳纤维，鳞片石墨，水泥，石英砂等组成。采用具有高粘度（＞10000 mPa。.s）高触变性能的丙苯乳胶作为胶粘剂。

其配料比(质量比)为：粘结剂（30-70）：固化剂（1.5-2.5）：促进剂（0.5-1.5）: 焦屑（80-140）：碳纤维（10-20）：鳞片石墨（20-30）：水泥（20-70）：石英砂（0-20）。

其中的固化剂一般采用聚氮丙啶交联剂，但不限于此成分，用于增进或控制固化反应的物质或混合物，其功能是使粘结剂发生化学反应而将导电填料和砂浆固结在一起。

促进剂一般采用有机胺、有机硅等高分子聚合物材料，与固化剂配合使用，可促进固化反应或降低固化温度，增强导电填充物的附着力。固化剂和促进剂均是市售的苯丙乳胶的配套产品。

其制备方法是：

将原料按配比称重，混合均匀，稠度适当。用抹铲将配好的导电填充物涂覆到施工表面，涂覆厚度为5-7mm。

本发明导电填充物的主要成分作用说明如下：

（1）粘结剂：

采用具有高粘度（＞10000 mPa。.s）高触变性能的丙苯乳胶作为胶粘剂。导电填充物与混凝土表面粘接牢固；具有较低的收缩率，良好的机械强度和施工性能。原材料成本较低。

（2）导电填料：

采用煅烧石油焦屑、石墨和碳纤维作为导电填料。

石油焦经过高温（1300℃）煅烧热处理之后，除去原材料中的水分和一些挥发物质，使体积收缩促进结构的紧密化，从而提高了真实密度、强度、导电性及抗氧化性。石墨和碳纤维虽然具有较好的导电性，较大地改善导电填充物的导电性，但成本较高。此外，石墨具有很强的转移特性，与混凝土表面的粘附性差。采用少量石墨和碳纤维与煅烧石油焦混合使用，一般用量不超过10%。

（3）增强填料：

采用水泥和石英砂等作为导电填充物的增强填料。以适当配比添加水泥和石英砂可提高导电填充物的导电性。

对于所发明的导电填充物：粘结剂的含量占25-40%，导电填料的含量占40-60%。

本发明的导电填充物的性能指标及技术参数：

（1) 电阻率： 7Ω.cm

（2) 抗压强度：＞20MPa

（3) 抗拉粘结强度：＞ 0.9MPa

（4) 工作电流密度：80mA/M

（5) 消耗率：2.1Kg/A.yr

按照图1，对本发明对阴极保护系统的性能进行试验，在室外模拟海水飞溅有海盐污染钢筋混凝土试块的条件下，检验阴极保护运行条件下的导电填充物的使用性能。

制备标准的钢筋混凝土阴极保护试验试块（（钢筋1和混凝土2）），将所检验的导电填充物3涂覆在混凝土试块表面，厚度为8-10mm。一般在导电填充物3的表面设有装饰层5，也具有保护的功能。

参比电极部件在制备钢筋混凝土阴极保护试验试块时已预先埋置在混凝土内。

将本发明导电填充物3覆盖在被保护混凝土结构物（钢筋1和混凝土2）表面上，在导电填充物3内均布有多个阳极4，每个阳极（组件）4用导线7与直流电源6的正极连接，直流电源6的负极与钢筋1连接。阳极4流出的电流（图中箭头）由导电填充物3均匀地传导到混凝土结构物的各处，以便使各处的电位均达到保护电位。通过在被保护结构物表面上覆盖导电填充物3，使保护电流能够均匀分布到结构物表面上。

将直流电源6的正极分别与埋在导电填充物3中的四个阳极4相连接（分别为A、B、C、D回路），直流电源6的负极与钢筋1相连接。通电前测取钢筋1的自然电位，通电后调节输出电流使钢筋1的电位向负方向移动300mV以上。为了检验阴极保护体系的导电填充物3耐气体和耐电化学反应的性能，有时使试件的电位调到析氢电位以上。为了模拟海洋条件下的飞溅作用，每天两次向试验试块喷洒海水，并记录喷洒前后输出电压与电流值。阴极保护系统连续通电试验周期为350天。

试验结果显示导电填料在整个试验周期表面保持完好，无裂纹，无剥离，与混凝土表面结合紧密。

在通电试验时埋在导电填充物中的阳极和导电填充物已经成为一个整体，从阳极流出的电流通过导电填充物流向阴极即钢筋混凝土试块。覆盖导电填充物的钢筋混凝土阴极保护试验试块通电回路的等效电阻如下：

表1. 钢筋混凝土阴极保护试验试块通电回路的等效电阻

试验回路编号	输出电压（V）	输出电流（mA）	回路等效电阻（Ω）
				A回路	2.07	120	17
B回路	1.31	125	10
				C回路	1.07	125	9
D回路	1.29	130	10

表中A、B、C、D回路表示是四个阴极保护系统回路（参见附图），回路中的外加电流阴极保护阳极用A、B、C、D代表。回路中的等效电阻与导电填充物的导电性能相关。从回路等效电阻数值可以证明导电填充物具有较低的电阻率，导电性能良好，每个回路的外加电流阴极保护系统工作正常。

用埋设的参比电极测量钢筋混凝土阴极保护试验试块的阴极保护系统运行效果如表2所示：

表2. 钢筋混凝土阴极保护试验试块的阴极保护系统测量数据

试验证明所发明的导电填充物是一种实用的阴极保护系统的组件，可用于对海洋大气环境中的钢筋混凝土结构实施有效的阴极保护，防止结构内部钢筋的腐蚀。通过保护电流密度和阴极保护电位的测量数据表明外加电流阴极保护系统运行良好，被保护钢筋混凝土试验试块处于完全保护状态，达到制止其中钢筋腐蚀的目的。

Claims

1.一种用于钢筋混凝土阴极保护系统的阳极导电填充物，其特征在于，包括粘结剂、固化剂、促进剂、焦屑、碳纤维、鳞片石墨、水泥和石英砂。

2.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土阴极保护系统的阳极导电填充物，其特征在于，所述的各成分的重量份数为：粘结剂30-70，固化剂1.5-2.5，促进剂0.5-1.5，焦屑80-140，碳纤维10-20，鳞片石墨20-30，水泥20-70，石英砂0-20。

3.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土阴极保护系统的阳极导电填充物，其特征在于，所述的胶粘剂采用具有高粘度（＞10000mPa.s）高触变性能的丙苯乳胶。

4.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土阴极保护系统的阳极导电填充物，其特征在于，采用焦屑、石墨和碳纤维作为导电填料；所述的焦屑采用煅烧石油焦屑，石油焦经过1300℃高温煅烧热处理之后，除去原材料中的水分和一些挥发物质，使体积收缩促进结构的紧密化，从而提高了真实密度、强度、导电性及抗氧化性；石墨和碳纤维虽然具有较好的导电性，较大地改善导电填充物的导电性；石墨具有很强的转移特性。

5.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土阴极保护系统的阳极导电填充物，其特征在于，采用水泥和石英砂等作为导电填充物的增强填料，以所述的配比添加水泥和石英砂可提高导电填充物的导电性。

6.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土阴极保护系统的阳极导电填充物，其特征在于，将原料按配比称重，混合均匀，稠度适当，用抹铲将配好的导电填充物涂覆到施工表面，涂覆厚度为5-7mm。