CN104611709A - 一种用于索体的防腐蚀的电化学方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于索体的防腐蚀的电化学方法，包括：外加直流电通过活性炭纤维布上的导电部向索体施加电流，并与平行钢丝束或钢绞线束上设置的阴极接入点之间形成导电回路，所述导电部是由高硅铬铁、磁性氧化铁、铅银合金、铂复合材料中的任一材料制成；监测控制索体的电位值数据，其包括以下步骤：比较索体的目标电位值数据和采集到的索体实际电位值数据，根据比较结果信息，调整外加直流电的输出值。本发明还公开了一种用于索体的防腐蚀的电化学装置。实施本发明的用于索体的防腐蚀的电化学方法及装置，能够增强对桥梁索体锈蚀的抑制，消除锈蚀对索体使用寿命的影响，可以大幅提高目前索体的使用寿命。

Description

一种用于索体的防腐蚀的电化学方法及装置

技术领域

本发明涉及桥梁施工领域，尤其涉及一种用于索体的防腐蚀的电化学方法及装置。

背景技术

现有技术中，索结构桥梁在大型桥梁中占有相当大的比例，是跨越大江、海峡桥梁项目不可或缺的桥型，有时甚至是唯一合理的结构。桥梁索体，作为索结构桥梁上的关键构件，其可靠性、耐久性，关系到桥梁整体的安全。近年来的断索事例表明，索体的耐久性问题并未能得到有效解决，断索毁桥的危险并没有排除。现有桥梁索体的寿命，迄今的统计值一般为3至16年，很少超过20年。即便有近年的技术改进，也还无法实现索体寿命与桥梁的设计寿命相同。桥梁索体破断的根本原因，是应力腐蚀与腐蚀疲劳。

从桥梁索体失效的机制来看，主要是由于介质腐蚀和外界荷载的共同作用引起的，即应力腐蚀、疲劳腐蚀和机械疲劳共同耦合作用下引起的破断。由于腐蚀的存在是偶然性的，应力腐蚀、疲劳腐蚀和机械疲劳的耦合作用引起的桥梁索体承载能力的损失通过分析的方法很难确定，因此造成对于桥梁索体使用寿命预测不准确。目前的检测手段对于吊杆的盲区无法准确检测，工程中通常是在吊杆使用3~15年后就整体更换，造成较大的经济损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于索体的防腐蚀的电化学方法，能够增强对桥梁索体锈蚀的抑制，消除锈蚀对索体使用寿命的影响，可以大幅提高目前索体的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种用于索体的防腐蚀的电化学方法，包括以下步骤：外加直流电通过活性炭纤维布上的导电部向索体施加电流，并与平行钢丝束或钢绞线束上设置的阴极接入点之间形成导电回路，导电部是无胶基的活性炭纤维布；监测控制索体的电位值数据，其包括以下步骤：比较索体的目标电位值数据和采集到的索体实际电位值数据，根据比较结果信息，调整外加直流电的输出值。

其中：还包括在活性炭纤维布上设置交替间隔连接的粘接部和导电部，且将粘接部的面积设成大于导电部面积的步骤。

为解决上述技术问题，本发明还公开了一种用于索体的防腐蚀的电化学装置，其包括：平行钢丝束或钢绞线束和包覆在平行钢丝束或钢绞线束外周部分区域的活性炭纤维布，活性炭纤维布至少包括粘接部和导电部，粘接部和导电部设置交替间隔连接，导电部无胶基的活性炭纤维布；活性炭纤维布的外层挤压设有护套，平行钢丝束或钢绞线束上设置阴极接入点；用于索体的防腐蚀的电化学装置还包括：参比电极和用于提供持续、稳定电压或电流的直流电源，参比电极设置绝缘，其安装在平行钢丝束或钢绞线束的外侧；直流电源的一端分别与活性炭纤维布上的多块导电部相连接，其相对的另一端连接在阴极接入点上，其中：直流电源施加直流电分别在活性炭纤维布和阴极接入点上，活性炭纤维布分别与阴极接入点间通过导电部形成导电回路。

其中，粘接部的面积大于导电部的面积。

其中，平行钢丝束或钢绞线束上设置电位测试点，参比电极接连在电位测试点上，其中：参比电极在干燥状态下的绝缘电阻大于1MΩ，其由银、氯化银和钛中的任一成分的材料制成。

本发明所提供的用于索体的防腐蚀的电化学方法及装置，由于外加直流电分别施加在索体的活性炭纤维布和阴极接入点上，活性炭纤维布分别与阴极接入点间通过导电部形成导电回路，该导电回路在索体上产生了阴极极化，增强了对桥梁索体锈蚀的抑制，消除锈蚀对索体使用寿命的影响，可以大幅提高目前索体的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的用于索体的防腐蚀的电化学装置的构造示意图；

图2是本发明实施例的用于索体的防腐蚀的电化学装置的连接结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合参见图1-图2所示，为本发明用于索体的防腐蚀的电化学装置的实施例一。

本发明公开了一种用于索体的防腐蚀的电化学装置，包括：平行钢丝束或钢绞线束1和包覆在所述平行钢丝束或钢绞线束1外周部分区域的活性炭纤维布2，所述活性炭纤维布2至少包括粘接部21和导电部22，所述粘接部21和所述导电部22设置交替间隔连接，所述平行钢丝束或钢绞线束1上设置阴极接入点3.

活性炭纤维布2是包含有粘接部21和导电部22的一整块布体，呈条状缠裹在钢绞线束1的外周，中间位置为粘接部22，两边位置为导电部22，导电部22无胶基活性炭纤维布，粘接部位有胶基活性炭纤维布，其上的粘接部21和导电部22设置交替间隔连接，粘接部21和导电部22均呈条状，且粘接部21的面积较大于导电部22的面积。具体实施时，活性炭纤维布2能够通过其上较大面积的粘接部21粘接在平行钢丝束或钢绞线束1的外周，而其上的导电部22作为辅助阳极主要起到提供电子的作用，请参见如图1所示的粘接部21，以及分别设置在粘接部21两侧的导电部22。

导电部22设置在平行钢丝束或钢绞线束1的外周，其布置方式呈条状螺旋缠绕布置在钢丝束或钢绞线束的外周，在外接直流电源的作用下，导电部22作为辅助阳极提供电子，同时，导电部22是电的良导体，使活性炭纤维布2在满足相应的导电条件时形成稳定的电回路。使钢绞线的阴极接入点发生阴极极化，从而起到抑制锈蚀的作用。

    所述用于索体的防腐蚀的电化学装置还包括：用于提供持续、稳定电压或电流的直流电源4，所述直流电源4的一端分别与所述活性炭纤维布2上的多块导电部22相连接，其相对的另一端连接在所述阴极接入点3上。所设置的活性炭纤维布2可以通过上述导电部22与索体间形成电回路，具体结构下述说明。

以下以一根包覆有活性炭纤维布2的平行钢丝束或钢绞线束1为例，说明本发明具有防腐功能索体的结构。平行钢丝束或钢绞线束1的端部设置有阴极接入点3，直流电源4的两端分别与活性炭纤维布2上的多块导电部22和阴极接入点3相连接。

如图2所示，直流电源4要求能够长期、持续的提供稳定的电压或电流，实际工作中常使用恒电位仪和变压整流器。恒电位仪的输出电流、输出电压可以根据使用条件、被保护索体结构所需的电流和保护系统回路的电阻进行计算确定。由于活性炭纤维布2上设有导电部22，活性炭纤维布2分别与阴极接入点3间通过导电部22形成导电回路。通过在活性炭纤维布2的表面发生电化学反应，不断地向阴极接入点3提供电子。活性炭纤维布2的导电部22为无胶基的活性炭纤维布；，具有电化学惰性，阳极极化率低，损耗少等特性。

进一步的，由于直流电源4可对平行钢丝束或钢绞线束1和导电部22施加一定的直流电流，导电部22的表面将发生电化学反应，使其能够不断的向平行钢丝束或钢绞线束1的阴极接入点3提供电子，从而使平行钢丝束或钢绞线束1产生阴极极化。当平行钢丝束或钢绞线束1的阴极接入点3的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过程就会得到有效抑制，进而实现对桥梁索体锈蚀的抑制，可以大幅提高目前索体的使用寿命，去除了锈蚀对索体使用寿命的影响，使索体的寿命计算成为可能，经济效益和社会效益显著。

进一步的，本发明用于索体的防腐蚀的电化学装置的另一种实施方式中，索体结构还包括参比电极5，参比电极5接连在活性炭纤维布2的电位测试点（图未示）上。参比电极5是用来测量平行钢丝束或钢绞线束1上电位测试点保护电位的设备，通过设置参比电极5可以监测平行钢丝束或钢绞线束1上的保护电位是否达到了设计要求。具体实施时，参比电极5具有极化小、稳定性好、不易损坏、使用寿命长等特性。具体实施时，参比电极5要求具有绝缘性能，参比电极5在干燥状态下，其具有的电极体或导电杆与电极水密罩或填料函间的绝缘电阻应大于1MΩ，且具有较好的水密性能，能够防止雨水侵入。

优选的，参比电极5被安装在平行钢丝束或钢绞线束1的外侧，便于更换。参比电极5能够长期准确、可靠地测量索体各部分的保护电位，以保证各个部分的保护效果。

优选的，参比电极5由银、氯化银和钛中的一种或多种材料制成。采用银或氯化银材料制成的参比电极5的使用寿命更长，能够满足设计使用年限的要求。

在上述用于索体的防腐蚀的电化学装置的其他实施方式中：索体结构还包括挤压在活性炭纤维布2外层的护套6，护套6可以保持活性炭纤维布2及参比电极5的绝缘性，方便接线管理，避免发生因接线混乱引起电路短路、线体老化等问题的发生。此外，也可按照以下方式在吊杆拱桥、斜拉桥或悬索桥中全部或部分的平行钢丝束或钢绞线束1上进行实施，例如：对于索体构件长度较长的情况，可以分段包覆活性炭纤维布2，实施分段极化。

本发明还公开了一种用于索体的防腐蚀的电化学方法，包括以下步骤：

外加直流电通过活性炭纤维布上的导电部向索体施加电流，并与平行钢丝束或钢绞线束上设置的阴极接入点之间形成导电回路，导电部是无胶基的活性炭纤维布制成；

监测控制索体的电位值数据，其包括以下步骤：比较索体的目标电位值数据和采集到的索体实际电位值数据，根据比较结果信息，调整外加直流电的输出值。

该用于索体的防腐蚀的电化学方法在具体实施时，可以在待保护平行钢丝束或钢绞线束1的周围设置相对密封的导电区域，如分别在活性炭纤维布2上该设置的多块导电部22，并将位于该导电区域中的平行钢丝束或钢绞线束1上设置阴极接入点3，外加直流电分别连接在活性炭纤维布2上的多块导电部22和阴极接入点3上，活性炭纤维布2分别与阴极接入点3间通过多块导电部22形成导电回路。

由于直流电源4可对索体平行钢丝束或钢绞线束1和活性炭纤维布2施加一定的直流电流，导电部22的表面将发生电化学反应，使其能够不断的向平行钢丝束或钢绞线束1的阴极接入点3提供电子，从而使平行钢丝束或钢绞线束1产生阴极极化。当平行钢丝束或钢绞线束1的阴极接入点3的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过程就会得到有效抑制，进而实现对桥梁索体锈蚀的抑制，可以大幅提高目前索体的使用寿命，去除了锈蚀对索体使用寿命的影响，使索体的寿命计算成为可能。

监测控制索体电位值的步骤在具体实施时，可以通过连接在平行钢丝束或钢绞线束1上电位测试点上的监测装置，如电位采集仪，采集平行钢丝束或钢绞线束1的电位值数据，电位采集仪通过有线或无线的方式将数据信息发送给控制装置，如恒电位仪监测器，恒电位仪监测器通过比较索体的目标电位值数据和由电位采集仪采集到的索体实际电位值数据，输出比较结果信息，并调整外加直流电的输出值，使平行钢丝束或钢绞线束1阴极接入点3的电位始终处于设计的要求值。

实施本发明实施例的用于索体的防腐蚀的电化学方法及装置，由于外加直流电分别施加在索体的活性炭纤维布和阴极接入点上，活性炭纤维布分别与阴极接入点间通过导电部形成导电回路，该导电回路在索体上产生了阴极极化，增强了对桥梁索体锈蚀的抑制，消除锈蚀对索体使用寿命的影响，可以大幅提高目前索体的使用寿命。

Claims (5)

1.一种用于索体的防腐蚀的电化学方法，其特征在于，包括以下步骤：

外加直流电通过活性炭纤维布上的导电部向索体施加电流，并与平行钢丝束或钢绞线束上设置的阴极接入点之间形成导电回路，所述导电部是无胶基的活性炭纤维布；

监测控制索体的电位值数据，其包括以下步骤：比较索体的目标电位值数据和采集到的索体实际电位值数据，根据比较结果信息，调整外加直流电的输出值。

2.如权利要求1所述的用于索体的防腐蚀的电化学方法，其特征在于，还包括在所述活性炭纤维布上设置交替间隔连接的粘接部和导电部，且将所述粘接部的面积设成大于所述导电部面积的步骤。

3.一种用于索体的防腐蚀的电化学装置，其特征在于，包括：平行钢丝束或钢绞线束和包覆在所述平行钢丝束或钢绞线束外周部分区域的活性炭纤维布，所述活性炭纤维布至少包括粘接部和导电部，所述粘接部和所述导电部设置交替间隔连接，所述导电部是无胶基的活性炭纤维布；

所述活性炭纤维布的外层挤压设有护套，所述平行钢丝束或钢绞线束上设置阴极接入点；

所述用于索体的防腐蚀的电化学装置还包括：参比电极和用于提供持续、稳定电压或电流的直流电源，所述参比电极设置绝缘，其安装在所述平行钢丝束或钢绞线束的外侧；所述直流电源的一端分别与所述活性炭纤维布上的所述多块导电部相连接，其相对的另一端连接在所述阴极接入点上，其中：所述直流电源施加直流电分别在所述活性炭纤维布和所述阴极接入点上，所述活性炭纤维布分别与所述阴极接入点间通过所述导电部形成导电回路。

4.如权利要求3所述的用于索体的防腐蚀的电化学装置，其特征在于，所述粘接部的面积大于所述导电部的面积。

5.如权利要求4所述的用于索体的防腐蚀的电化学装置，其特征在于，所述平行钢丝束或钢绞线束上设置电位测试点，所述参比电极接连在所述电位测试点上，其中：所述参比电极在干燥状态下的绝缘电阻大于1MΩ，其由银、氯化银和钛中的任一成分的材料制成。