CN106283072B - 一种cfrp嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护方法和装置，钢筋混凝土阴极保护装置包括混凝土、复数根钢筋、直流电源和CFRP阳极，所述的CFRP阳极包括复数根CFRP复合受力筋，所述的CFRP复合受力筋与钢筋平行地埋入到混凝土中；复数根CFRP复合受力筋并联接直流电源正极，所述的钢筋并联后接直流电源的负极。本发明施工简单、阳极材料与混凝土之间的粘结强度高、阴极与阳极之间的电阻小，降低了工程成本和保护电路正常使用时的费用。

Description

一种CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护方法和装置
[技术领域]
本发明涉及钢筋混凝土阴极保护，尤其涉及一种CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护方法和装置。
[背景技术]
钢筋混凝土作为一种结构材料，被广泛应用于桥梁、房屋等建筑物中。然而，混凝土是一种有孔性材料，当结构处于海洋、盐碱地、冻融循环、除冰盐等不利环境时，环境中的有害介质会通过混凝土内的孔隙渗透到钢筋表面，与之发生反应，引起钢筋锈蚀，导致结构的使用寿命远低于设计寿命。为了应对钢筋锈蚀问题，目前、常用的钢筋锈蚀保护的措施有涂覆混凝土表面防渗层、使用密实性好的混凝土、对钢筋实施电化学阴极保护、钢筋表面加防腐层、应用高抗腐蚀钢筋等。在这些措施中，电化学阴极保护法能直接抑制钢筋自身的电化学腐蚀过程，被认为是最有效的方法之一。
根据阴极电流施加方式的不同，可以将电化学阴极保护法分为外加电流法和牺牲阳极法；由于外加电流法具有电压电流可调节的优势，在实际工程中更受业内人士的青睐。自外加电流法被应用于钢筋混凝土结构以来，人们致力于研究开发阳极系统，不断有新的材料被开发和应用。如，(1)主阳极块+导电覆盖层、(2)主阳极丝+导电聚合物、(3)主阳极丝+喷涂金属层、(4)主阳极丝+导电涂层(5)电缆阳极、(6)金属氧化物钛网阳极和(7)埋入型阳极。钢筋混凝土结构是一种极为复杂的多相体系，混凝土中电阻率高，分布不均匀，还受环境和季节的影响。这就对所选择的阳极系统提出了较高的要求，以上几种阳极系统均有应用于钢筋混凝土结构的实例，但都有各自的极限性，其中，金属氧化物钛网阳极是当今在岗筋混凝土阴极保护中应用最为成功的阳极系统，但其材料昂贵，显著地增加了工程成本，这对于其在实际工程中的应用推广上是一个难以避开的障碍。
申请号为CN201310131212.9的发明公开了一种采用CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护方法及装置，所述方法包括步骤：在所述保护区域位置按规定尺寸开设凹槽；在钢筋混凝土结构本体的保护区域表面设置CFRP片材，所述CFRP片材包括与凹槽适配的加劲肋及与固定在保护区域内表面的加劲板；将粘结材料涂抹在所述CFRP片材的加劲肋与混凝土凹槽相连接的侧表面和加劲板与混凝土之间，将加劲肋与混凝土凹槽以及加劲板与混凝土嵌入连接。该装置由于采用CFRP片材设计成加劲肋结构嵌入进混凝土中减小了CFRP片材与钢筋之间的距离，降低了两者之间的电阻，从而有利于混凝土结构中保护电流的连续均匀分布，可以达到更好的保护效果。
但是该发明施工时需要二次作业，施工麻烦；因为需要二次加工，阳极材料与混凝土之间的粘结强度难以保证，阳极材料和混凝土之间工作的协同性不好；阳极材料与阴极材料(钢筋)之间的混凝土厚度在，阴极与阳极之间的电阻大，耗能多。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种施工简单、阳极材料与混凝土之间的粘结强度高、阴极与阳极之间的电阻小的CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护装置。
本发明另一个要解决的技术问题是提供一种施工简单、阳极材料与混凝土之间的粘结强度高、阴极与阳极之间的电阻小的CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护装置，包括混凝土、复数根钢筋、直流电源和CFRP阳极，所述的CFRP阳极包括复数根CFRP复合受力筋，CFRP复合受力筋与钢筋平行地埋入到混凝土中；复数根CFRP复合受力筋并联后接直流电源正极，所述的钢筋并联后接直流电源的负极。
以上所述的钢筋混凝土阴极保护装置，CFRP复合受力筋与所述的钢筋间隔布置，每一根CFRP复合受力筋与两根钢筋相邻。
以上所述的钢筋混凝土阴极保护装置，在同一列中，每隔两根钢筋布置一根CFRP复合受力筋，或每隔一根钢筋布置一根CFRP复合受力筋。
以上所述的钢筋混凝土阴极保护装置，所述的CFRP阳极包括碳纤维丝网，碳纤维丝网连接所述的CFRP复合受力筋，与CFRP复合受力筋电连接。
以上所述的钢筋混凝土阴极保护装置，所述的钢筋布置在混凝土的内侧，所述的CFRP阳极布置在混凝土的外侧。
以上所述的钢筋混凝土阴极保护装置，所述的CFRP复合受力筋是将连续碳纤维经过树脂基体浸渍，经拉挤、拉拔、固化成型的纤维增强复合材料筋。
一种CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护方法，在浇筑混凝土时，将复数根CFRP复合受力筋与复数根钢筋平行配置，分别将CFRP复合受力筋和钢筋进行电路并联，将作为CFRP阳极的CFRP复合受力筋与直流电源的正极相连，将钢筋与直流电源负极相连，形成阴极保护电路。
以上所述的钢筋混凝土阴极保护方法，CFRP复合受力筋与钢筋间隔布置，在同一列中，每隔两根钢筋布置一根CFRP复合受力筋，或每隔一根钢筋布置一根CFRP复合受力筋。
以上所述的钢筋混凝土阴极保护方法，CFRP阳极包括碳纤维丝网，碳纤维丝网连接CFRP复合受力筋，与CFRP复合受力筋电连接；钢筋布置在混凝土的内侧，CFRP阳极布置在混凝土的外侧。
以上所述的钢筋混凝土阴极保护方法，所述的CFRP复合受力筋是将连续碳纤维经过树脂浸渍，经拉挤、拉拔、固化成型的纤维增强复合材料筋。
本发明的钢筋混凝土阴极保护装置和方法施工简单、阳极材料与混凝土之间的粘结强度高、阴极与阳极之间的电阻小，降低了工程成本和保护电路正常使用时的费用。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例1CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护装置横剖面的结构示意图。
图2是本发明实施例1CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护装置纵剖面的结构示意图。
图3是本发明实施例2CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护装置的结构示意图。
图4是本发明实施例2CFRP阳极的结构示意图。
[具体实施方式]
本发明实施例CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护装置的结构如图1至图4所示。
CFRP复合受力筋(carbon fiber reinforced polymer bar)是一种将连续长纤维(碳纤维)经过树脂基体浸渍，经由拉挤、拉拔、固化成型的纤维增强复合材料筋。它以其轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳等诸多优点而成为一些工程结构中钢筋的替代品。
实施例1：
实施例1单层配筋的混凝土结构如图1和图2所示，对于单层配筋的钢筋混凝土结构，在结构浇筑混凝土(或构件预制)时，在所配的普通钢筋之间间隔配备CFRP复合受力筋，然后分别对CFRP复合受力筋和普通钢筋进行电路并联，并将CFRP复合受力筋与直流电源的正极相连，将普通钢筋与直流电源负极相连，形成阴极保护电路；根据需要，CFRP复合受力筋和隔一布置(每隔一根普通钢筋布置一根CFRP复合受力筋)，也可以隔二布置(每隔两根普通钢筋布置一根CFRP复合受力筋)。通电后，电荷(电子)由直流电源负极通过导线流向普通钢筋(阴极电极)，使普通钢筋阴极极化，抑制钢筋的氧化反应；在电场的作用下，电解质(混凝土)中的离子发生移动，在电解质中形成电流，Cl-带负电，在电场的作用下向阳极(CFRP复合受力筋)移动，降低了阴极(普通钢筋)周围的Cl-浓度，从另一方面起到了保护钢筋的作用。在结构中，CFRP复合受力筋与普通钢筋一起共同受力，承担受力筋的作用；同时，在阴极保护电路中，CFRP复合受力筋充当主阳极，由于CFRP复合受力筋与普通钢筋一起埋置于混凝土内部，使得阴极保护电路中阴极(普通钢筋)和阳极(CFRP复合受力筋)之间的距离更小，降低了两者之间的电阻，从而能够提供更加均匀的保护电流，并降低了保护电路正常使用时的费用。
实施例2：
实施例2多层配筋的混凝土结构如图3和图4所示，对于多层配筋的钢筋混凝土结构，在浇筑混凝土(或构件预制)过程中，在混凝土结构外层预埋由连续碳纤维丝网连接CFRP复合受力筋形成的碳纤维丝-CFRP复合受力筋网，而将普通钢筋层布置在混凝土内侧，根据结构所受荷载和环境条件的变化，可以调整碳纤维-CFRP复合受力筋网和普通钢筋层的数量和间隔。由于本装置的阳极系统，连续碳纤维丝-CFRP复合受力筋网，与普通钢筋是在混凝土浇筑前直接安装在结构上，缩小了阴极保护电路中阴极(连续碳纤维-CFRP复合受力筋网)和阳极(普通钢筋层)之间的距离，同时主阳极(CFRP复合受力筋)和辅助阳极(连续碳纤维丝)形成的导电层能够提供更加均匀的保护电流；同时，由于电场的作用，Cl-由阴极保护电路的阴极(普通钢筋)向阳极(连续碳纤维丝-CFRP复合受力筋网)移动，在阳极周围富集，从而抑制了Cl-向混凝土内的普通钢筋表面的渗透。作为阴极保护电路的阳极系统，CFRP复合受力筋和连续碳纤维丝具有良好的耐久性，同时，通过合理设置连续碳纤维丝-CFRP复合受力筋网和普通钢筋，根据结构使用状况和环境条件，调节电流强度，阴极保护电路能够有效地保护混凝土内的普通钢筋，因此，使用本装置能够有效延长钢筋混凝土结构的使用寿命。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
施工方便：与以往阳极系统相比，本发明提出的碳纤维丝-CFRP复合受力筋网阳极系统在工程施工上有着十分明显的优势。尤其是当应用于新建钢筋混凝土结构中的阴极保护时，如用于侵蚀环境中的新建钢筋混凝土结构上，可以在浇筑混凝土前直接安装(预埋)在结构上，无需二次作业，施工方便，大大减少了施工量。
提高了材料的利用率：CFRP复合受力筋不仅具有优良的力学性能，而且在绝大多数溶液中均能保持其稳定性，被视为钢筋混凝土结构中理想的受力筋替代品。将CFRP复合受力筋应用于钢筋混凝土结构中，不仅能起到受力筋的作用，同时能够充当外加电流法中的阳极系统，大大提高了材料的利用率。
具有明显的经济效益：由于作为阳极系统的CFRP复合受力筋同时也承担的受力筋的作用，从而减少了普通钢筋的使用量；由于本装置的阳极系统是在结构浇筑混凝土前预埋在混凝土内，减小了阴极和阳极之间混凝土层的厚度，从而降低了阴极和阳极之间的电阻，因此在使用过程中耗费更少。
综上所述，本发明以上实施例提出的采用CFRP复合受力筋材充当钢筋混凝土结构外加电流阴极保护法的阳极系统的预埋式阴极保护方法及装置，以CFRP复合受力筋作为主阳极，同时以连续碳纤维丝网连接各CFRP复合受力筋制成的碳纤维丝-CFRP复合受力筋网形成的阳极系统。这种阳极系统以在钢筋混凝土中充当受力筋的CFRP复合受力筋作为主阳极而无需另设其它阳极，降低了工程成本：由于CFRP复合受力筋位于钢筋混凝土内，与钢筋的距离较小，降低了阴极和阳极之间的电阻；同时作为辅助阳极的连续碳纤维丝网能提供均匀电场，可以达到更好的保护效果；这种阳极系统如果用于侵蚀环境中的新建钢筋混凝土结构，可以在浇筑混凝土前直接安装在结构上，无需二次作业，施工方便。

Claims (10)

1.一种CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护装置，包括混凝土、复数根钢筋、直流电源和CFRP阳极，其特征在于，所述的CFRP阳极包括复数根CFRP复合受力筋，CFRP复合受力筋与钢筋平行地埋入到混凝土中；复数根CFRP复合受力筋并联后接直流电源正极，所述的钢筋并联后接直流电源的负极。
2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土阴极保护装置，其特征在于，CFRP复合受力筋与所述的钢筋间隔布置，每一根CFRP复合受力筋与两根钢筋相邻。
3.根据权利要求2所述的钢筋混凝土阴极保护装置，其特征在于，在同一列中，每隔两根钢筋布置一根CFRP复合受力筋，或每隔一根钢筋布置一根CFRP复合受力筋。
4.根据权利要求1所述的钢筋混凝土阴极保护装置，其特征在于，所述的CFRP阳极包括碳纤维丝网，碳纤维丝网连接所述的CFRP复合受力筋，与CFRP复合受力筋电连接。
5.根据权利要求4所述的钢筋混凝土阴极保护装置，其特征在于，所述的钢筋布置在混凝土的内侧，所述的CFRP阳极布置在混凝土的外侧。
6.根据权利要求1所述的钢筋混凝土阴极保护装置，其特征在于，所述的CFRP复合受力筋是将连续碳纤维经过树脂浸渍，经拉挤、拉拔、固化成型的纤维增强复合材料筋。
7.一种CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护方法，其特征在于，在浇筑混凝土时，将复数根CFRP复合受力筋与复数根钢筋平行配置，分别将CFRP复合受力筋和钢筋进行电路并联，将作为CFRP阳极的CFRP复合受力筋与直流电源的正极相连，将钢筋与直流电源负极相连，形成阴极保护电路。
8.根据权利要求7所述的钢筋混凝土阴极保护方法，其特征在于，CFRP复合受力筋与钢筋间隔布置，在同一列中，每隔两根钢筋布置一根CFRP复合受力筋，或每隔一根钢筋布置一根CFRP复合受力筋。
9.根据权利要求7所述的钢筋混凝土阴极保护方法，其特征在于，CFRP阳极包括碳纤维丝网，碳纤维丝网连接CFRP复合受力筋，与CFRP复合受力筋电连接；钢筋布置在混凝土的内侧，CFRP阳极布置在混凝土的外侧。
10.根据权利要求7所述的钢筋混凝土阴极保护方法，其特征在于，所述的CFRP复合受力筋是将连续碳纤维经过树脂浸渍，经拉挤、拉拔、固化成型的纤维增强复合材料筋。
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