CN105925989A - 使用网格状钛阳极的电化学防腐装置及防护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种使用网格状钛阳极的电化学防腐装置及防护方法，保护罩设置在钢筋混凝土构件的上表面，内部放置电解质溶液，金属网设置在保护罩的内侧；直流电源的正极通过导线穿过第一开孔与金属网相连接，直流电源的负极通过导线穿过第二开孔与钢筋相连接，形成电回路。采用面积可调节的保护罩放置电解质溶液，可以针对不同情况进行调节，应用范围广，同时克服了现有的氯离子抽离单次作业范围小、效率低的缺陷；采用氢氧化锂电解液，发生碱骨料反应的可能性比氢氧化钙溶液小；牺牲阳极部分的金属网用钛金属网，不会被腐蚀掉，还可以重复利用，也不会对混凝土表面产生污染。

Description

使用网格状钛阳极的电化学防腐装置及防护方法
技术领域
本发明涉及一种防腐蚀装置，尤其涉及一种使用网格状钛阳极的电化学防腐装置及防护方法。
背景技术
沿海钢筋混凝土结构处于海水及海洋气候等恶劣的腐蚀环境中，存在大量对钢筋有腐蚀性的氯离子，因此其工程寿命一直无法达到人们设计时所期望的要求，防腐问题，尤其是结构中氯离子的抽离是一个相当严峻的需要解决的问题。由于氯离子腐蚀对混凝土结构造成的破坏较为严重，在各个国家每年用于防治钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀的投资非常大。北京西直门立交桥于1979年建成投入使用，不到20年钢筋混凝土的腐蚀已十分严重，不得不进行改建。引起西直门立交桥过早破坏的原因是多方面的，但长期在冬季向立交桥撒含氯化物除冰盐引起钢筋腐蚀使立交桥结构受到破坏是突出的因素。台湾四面环海，许多钢筋混凝土构筑物受破坏，以及不断发生的“海砂屋”事件也是氯化物侵蚀所引起的。目前，为了防止氯化物的腐蚀，研究钢筋混凝土结构进行抽离氯离子，采用的原理为阴极保护的电化学防腐，但目前采用的这种方法氯离子抽离单次作业范围小，不具备在大范围同时抽离氯离子的工作条件，因此工作效率很低。
有鉴于上述现有的氯离子抽离存在的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置及防护方法，使其更具有实用性。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的氯离子抽离存在的缺陷，而提供一种新型结构的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置及防护方法，同时抽离钢筋混凝土结构中的大体量氯离子，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置，包括有保护罩、金属网、直流电源、钢筋混凝土构件、电解质溶液、钢筋、第一开孔和第二开孔，
所述保护罩设置在钢筋混凝土构件的上表面，所述保护罩的内部放置电解质溶液，所述金属网设置在保护罩的内侧；
所述保护罩上表面设置有第一开孔，所述钢筋混凝土构件靠近钢筋的外侧设置有第二开孔，所述直流电源的正极通过导线穿过第一开孔与所述金属网相连接，所述直流电源的负极通过导线穿过第二开孔与所述钢筋相连接，形成电回路。
作为优选的，在选用电解质溶液时，要考虑到氢氧化钙电解液和氢氧化锂电解液的选择，其中氢氧化钙电解液较常用，从防腐效果看，两种电解液在多年的实用中没有发现明显的区别，但使用氢氧化锂电解液发生碱骨料反应的可能性比氢氧化钙溶液小；资料表明，使用氢氧化锂电解液能形成无膨胀的凝胶以减轻碱骨料反应。在通电的初始状态，电解液的pH值应大于12。随着时间的延长，电解液的pH 值会降低，这时要提高电解液的浓度，使pH值至少达到6以上才能保证有效的效率。一般来说，应用氢氧化锂溶液，容易在整个防腐过程中维持较高的pH 值。
该装置的工作原理为：金属网与直流电源正极连通且钢筋混凝土构件的内部钢筋与直流电源的负极连通，通电后金属网和钢筋之间产生电势差，使得钢筋混凝土构件的混凝土中带负电的氯离子向正极移动，从混凝土中进入到绝缘防水的塑料保护罩空腔的电解质溶液内。在阳极发生的电化学反应如下：
（1）
（2）
（3）
在高pH值条件下，反应式以（1）式为主，随着pH降低，反应式以（2）式为主，并随着氯离子浓度的升高，约80%的氯离子以氯气的形式被析出，作为阳极的钛金属对氯气的释放有抑制作用，避免了环境污染和人员中毒等问题。
与此同时，空腔内的溶液电解出带正电的锂离子，会在电势差作用下向负极移动，最终附着在钢筋混凝土构件的钢筋外形成锂离子保护层，进一步避免钢筋混凝土构件钢筋被腐蚀。在阴极发生的电化学反应如下：
（4）
（5）
在氧气充足的情况下，以反应式（4）为主，当氧气消耗较多后，以反应式（5）为主。氢氧根离子的产生使得pH值升高，有利于钢筋的钝化，在一定程度上缓解今后的腐蚀。
作为优选的，前述的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置，所述保护罩由多块侧板和底板组合构成，钛金属网固定在保护罩的底板的内表面；保护罩要求绝缘不透水，面积随需要进行防腐作业的面积而定，内部高度在1厘米左右，考虑到绝缘和不透水的要求，拟采用塑料制成，在满足绝缘和防水的前提下，确保硬度较大且厚度合适以使得在作业面积较大的时候保护罩中间部分不发生挠曲变形。
作为优选的，前述的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置，在所述保护罩与钢筋混凝土构件相接触的位置设置有密封条，防止电解质溶液漏液。
作为优选的，前述的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置，在所述保护罩的外表面还分别设置有木质压条和木质侧板，所述木质侧板设置在所述保护罩的四个侧面，所述木质压条设置在保护罩的顶面上。以确保保护罩牢牢地固定在钢筋混凝土构件上，防止电解液的漏出。
作为优选的，前述的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置，所述木质压条和木质侧板分别通过螺栓压紧保护罩，固定在所述钢筋混凝土构件上，加强防漏夜防护。
作为优选的，作为牺牲阳极部分的金属网的材料可以选用普通的钢材料，也可以选用价格较为昂贵的钛金属。但是如果选用普通的钢丝网作为正极，金属网很容易被腐蚀掉，所以如果通电的时间较长，往往需要更换金属网，而且产生的腐蚀物会污染混凝土表面，当通电完毕后需要对混凝土表面进行清理。用钛金属网不会被腐蚀掉，还可以重复利用，也不会对混凝土表面产生污染。
使用网格状钛阳极的电化学防腐装置的防护方法，包括如下操作步骤：
（1）.确定作业范围，并根据作业范围制作保护罩和木质侧板，保护罩深度10厘米，壁厚1毫米；
（2）.对混凝土结构进行裂缝检查，确保工作过程中无漏液可能，并取样检测氯离子沿混凝土深度的分布情况，与防腐工作后进行对比，确定防腐效果；
（3）.在作业面上确定保护罩和竖板的放置位置，在周围外圈放置四块木质侧板；
（4）.在混凝土作业上拟定与保护罩四面塑料侧板接触的位置粘贴橡胶密封条，然后放置保护罩1在橡胶密封条上，保护罩内部已固定钛金属网；
（5）.在木质侧板上放置木质压条，从压条上部用钻孔经竖板直至混凝土内部，打入螺栓并在上部用垫圈和六角螺帽拧紧，将保护罩压实；
（6）.用导线经混凝土第二开孔连接内部钢筋，导线另一头经保护罩上方中心位置第一开孔与钛金属网相连；
（7）.通40V直流电，并每隔30分钟从保护罩上方中心位置开孔插入吸管，取样检测氢氧化锂电解质溶液的pH值和氯离子含量，维持电解质中氢氧化锂的浓度使得pH值在6以上以确保电化学反应的效率；
（8）.当氯离子含量低于0.2%时结束作业，取样检测氯离子沿混凝土深度的分布情况，与防腐工作前进行对比，确定防腐效果。
借由上述技术方案，本发明的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置及防护方法至少具有下列优点：
本发明的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置及防护方法，采用面积可调节的保护罩放置电解质溶液，可以针对不同情况进行调节，应用范围广，同时克服了现有的氯离子抽离单次作业范围小、效率低的缺陷；采用氢氧化锂电解液，发生碱骨料反应的可能性比氢氧化钙溶液小；牺牲阳极部分的金属网用钛金属网，不会被腐蚀掉，还可以重复利用，也不会对混凝土表面产生污染；保护罩的设置采用多重防护措施，避免了漏液的风险，起到良好的抽离氯离子、防腐蚀的作用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为使用网格状钛阳极的电化学防腐装置立体结构图；
图2为使用网格状钛阳极的电化学防腐装置平面剖视结构图；
图3为电离过程示意图；
图4~8为操作过程示意图；
图中标记含义：1.保护罩；1-1.侧板；1-2.底板；2.金属网；3.直流电源；4.钢筋混凝土构件；5.电解质溶液；6.木质压条；7.木质侧板；8.螺栓；9.六角螺帽；10.垫圈；11.钢筋；12.第一开孔；13，第二开孔；14.密封条。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式详细说明如后。
如图1和2所示本发明的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置结构示意图，包括有保护罩1、侧板1-1、底板1-2、金属网2、直流电源3、钢筋混凝土构件4、电解质溶液5、木质压条6、木质侧板7、螺栓8、六角螺帽9、垫圈10、钢筋11、第一开孔12、第二开孔13和密封条14。
保护罩1设置在钢筋混凝土构件4的上表面，保护罩1由多块侧板1-1和底板1-2组合构成，面积可调。在保护罩1的内部放置电解质溶液5，金属网2设置在保护罩1的内侧；金属网2优选钛金属网，面积与保护罩1底板1-2面积相同。
钛金属网固定在绝缘防水塑料保护罩的底板1-2内表面，用环氧树脂胶连接，塑料保护罩的侧板1-1边缘与钢筋混凝土构件4的作业平面贴紧且保护罩与该平面形成封闭的空腔。
保护罩1上表面设置有第一开孔12，钢筋混凝土构件4靠近钢筋11的外侧设置有第二开孔13，直流电源3为40V直流电源，正极通过导线穿过第一开孔12与金属网2相连接，直流电源3的负极通过导线穿过第二开孔13与钢筋11相连接，形成电回路。
在保护罩1与钢筋混凝土构件4相接触的位置设置有密封条14，密封条14为橡胶密封条。在保护罩1的外表面还分别设置有木质压条6和木质侧板7，木质侧板7设置在保护罩1的四个侧面，木质压条6设置在保护罩1的顶面上。木质压条6和木质侧板7分别通过螺栓8压紧保护罩1，固定在钢筋混凝土构件4上。螺栓8起到固定作用，上面固定有六角螺帽9，在螺栓8与六角螺帽9之间设置有垫圈10，连接更加牢固。
其中一种优化的方案为，在选用电解质溶液时，要考虑到氢氧化钙电解液和氢氧化锂电解液的选择，其中氢氧化钙电解液较常用。从防腐效果看,两种电解液在多年的实用中没有发现明显的区别，但使用氢氧化锂电解液发生碱骨料反应的可能性比氢氧化钙溶液小。资料表明,使用氢氧化锂电解液能形成无膨胀的凝胶以减轻碱骨料反应。在通电的初始状态，电解液的pH值应大于12。随着时间的延长,电解液的pH 值会降低，这时要提高电解液的浓度，使pH值至少达到6以上才能保证有效的效率。一般来说,应用氢氧化锂溶液, 容易在整个防腐过程中维持较高的pH 值。
其中一种优化的方案为，作为牺牲阳极部分的金属网的材料可以选用普通的钢材料，也可以选用价格较为昂贵的钛金属。但是如果选用普通的钢丝网作为正极，金属网很容易被腐蚀掉，所以如果通电的时间较长，往往需要更换金属网，而且产生的腐蚀物会污染混凝土表面，当通电完毕后需要对混凝土表面进行清理。用钛材料网，尽管一次投资较大，但不会被腐蚀，可以重复利用，也不会对混凝土表面产生污染。
其中一种优化的方案为，该装置还包括四根固定在平面钢筋混凝土构件上的竖板7和多根压条6，两竖板分别位于绝缘防水的塑料保护罩1四周，每根压条的两端分别与两根竖板固定且每根横压条压紧在防水保护罩的底板外表面，这样，上述装置能进一步将防水保护罩压紧在平面钢筋混凝土构件的作业平面上，保证防水保护罩与平面型钢筋混凝土构件的平面紧密贴合，防止电解质的流出。
具体使用过程的操作步骤如下:
1.确定作业范围，并根据作业范围制作保护罩1和木质侧板7，保护罩深度10厘米，壁厚1毫米。
2.对钢筋混凝土构件4进行裂缝检查，确保工作过程中无漏液可能，并取样检测氯离子沿混凝土深度的分布情况，与防腐工作后进行对比，确定防腐效果。
3.在作业面上确定保护罩1和竖板的放置位置，在周围外圈放置四块木质侧板7。
4.在钢筋混凝土构件4上拟定与保护罩1四面塑料侧板1-1接触的位置粘贴橡胶密封条14，然后放置保护罩1在橡胶密封条上，保护罩1内部已固定钛金属网2。
5.在木质侧板7上放置木质压条6，从压条上部用钻孔经竖板直至混凝土内部，打入螺栓8并在上部用垫圈10和六角螺帽9拧紧，将保护罩1压实。
6.用导线经混凝土第二开孔13连接内部钢筋，导线另一头经保护罩1上方中心位置第一开孔12与钛金属网2相连。
7.通40V直流电，并每隔30分钟从保护罩1上方中心位置开孔插入吸管，取样检测氢氧化锂电解质溶液的pH值和氯离子含量，维持电解质中氢氧化锂的浓度使得pH值在6以上以确保电化学反应的效率。
8.当氯离子含量低于0.2%时结束作业，取样检测氯离子沿混凝土深度的分布情况，与防腐工作前进行对比，确定防腐效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种使用网格状钛阳极的电化学防腐装置，其特征在于：包括有保护罩（1）、金属网（2）、直流电源（3）、钢筋混凝土构件（4）、电解质溶液（5）、钢筋（11）、第一开孔（12）和第二开孔（13），
所述保护罩（1）设置在钢筋混凝土构件（4）的上表面，所述保护罩（1）的内部放置电解质溶液（5），所述金属网（2）设置在保护罩（1）的内侧；
所述保护罩（1）上表面设置有第一开孔（12），所述钢筋混凝土构件（4）靠近钢筋（11）的外侧设置有第二开孔（13），所述直流电源（3）的正极通过导线穿过第一开孔（12）与所述金属网（2）相连接，所述直流电源（3）的负极通过导线穿过第二开孔（13）与所述钢筋（11）相连接，形成电回路。
2.根据权利要求1所述的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置，其特征在于：所述保护罩（1）由多块侧板（1-1）和底板（1-2）组合构成。
3.根据权利要求1或2所述的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置，其特征在于：在所述保护罩（1）与钢筋混凝土构件（4）相接触的位置设置有密封条（14）。
4.根据权利要求3所述的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置，其特征在于：在所述保护罩（1）的外表面还分别设置有木质压条（6）和木质侧板（7），所述木质侧板（7）设置在所述保护罩（1）的四个侧面，所述木质压条（6）设置在保护罩（1）的顶面上。
5.根据权利要求4所述的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置，其特征在于：所述木质压条（6）和木质侧板（7）分别通过螺栓（8）压紧保护罩（1），固定在所述钢筋混凝土构件（4）上。
6.根据权利要求1所述的使用网格状钛阳极的电化学防腐装置的防护方法，其特征在于：包括如下操作步骤，
（1）确定作业范围，并根据作业范围制作保护罩（1）和木质侧板（7）；
（2）对钢筋混凝土构件（4）进行裂缝检查，确保工作过程中无漏液可能，并取样检测氯离子沿混凝土深度的分布情况；
（3）在作业面上确定保护罩（1）和竖板的放置位置，在周围外圈放置四块木质侧板（7）；
（4）在钢筋混凝土构件（4）上拟定与保护罩（1）四面侧板（1-1）接触的位置粘贴密封条（14），然后放置保护罩（1）在密封条（14）上，保护罩（1）内部已固定金属网（2）；
（5）在木质侧板（7）上放置木质压条（6），将保护罩（1）压实；
（6）用导线经第二开孔（13）连接内部钢筋，导线另一头经保护罩（1）上方中心位置第一开孔（12）与金属网（2）相连；
（7）通电，每隔30分钟取样检测电解质溶液（5）的pH值和氯离子含量；
（8）当氯离子含量低于0.2%时结束作业，取样检测氯离子沿混凝土深度的分布情况，与防腐工作前进行对比，确定防腐效果。
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