CN110964947A

CN110964947A - 一种氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料

Info

Publication number: CN110964947A
Application number: CN201911213733.2A
Authority: CN
Inventors: 南雪丽; 许辉; 唐维斌; 魏定邦; 李荣洋; 王毅; 姬建瑞; 陈浩
Original assignee: Gansu Provincial Highway Bureau; Lanzhou University of Technology; Gansu Province Transportation Planning Survey and Design Institute Co Ltd
Current assignee: Gansu Provincial Highway Bureau; Lanzhou University of Technology; Gansu Province Transportation Planning Survey and Design Institute Co Ltd
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2020-04-07

Abstract

本发明属于钢筋混凝土结构牺牲阳极保护材料，公开了一种氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料，以解决现有技术牺牲阳极材料中存在的问题，该牺牲阳极材料按质量百分比计包括以下成分：Al为0.5%，Cd为0.1%，La为0.18%～0.36%，Ce为0.42%～0.84%，杂质＜0.1%，余量为Zn。本发明的锌合金牺牲阳极材料具有良好的活化性能，腐蚀均匀，表面腐蚀产物疏松易脱落，耐蚀性好，使用寿命长，满足钢筋混凝土中的使用要求。本发明的锌合金牺牲阳极材料电化学性能优良，电流效率达到95%左右。

Description

一种氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料

技术领域

本发明涉及钢筋混凝土结构牺牲阳极保护材料，具体涉及一种氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料。

背景技术

混凝土中钢筋的阴极保护是一种公认的为金属提供腐蚀保护的方法，特别是在混凝土中氯离子浓度很高的情况下，而目前应用于混凝土环境中的牺牲阳极材料主要有铝合金、镁合金、锌合金等。相对于前两种阳极材料较为苛刻的使用条件，锌合金阳极因更高的电流效率及自调节特性等优点使其成为主要的牺牲阳极材料。但是锌合金阳极中存在的有害杂质元素对阳极材料的腐蚀溶解及性能造成很大的影响，进而影响其在氯盐侵蚀环境下钢筋防腐的有效性。面对这种情况，目前使用锌阳极材料有两种，一种是使用高纯锌阳极（Zn>99.995%、Fe<0.0014%、Cu<0.002%、Pb<0.003%），这就需要提高工艺水平且增加成本，另一种就是通过加入常规微量元素合金化方法改善阳极的性能，但改善效果有限，在混凝土这种特殊环境下，国标中提供Zn-Al-Cd合金阳极，由于存在晶间腐蚀的问题，导致腐蚀不均匀,保护效果下降。现有技术无法解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术牺牲阳极材料中存在的问题，提供了一种可以溶解性及电化学性能较好、防腐性能优良的氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种氯盐环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料，按质量百分比计包括以下成分：Al为0.5%，Cd：0.1%，La为0.18%～0.36%， Ce为0.42%～0.84%，杂质＜0.1%，余量为Zn。

进一步地，该锌合金牺牲阳极材料按质量百分比计，包括以下成分：Al为0.5%，Cd为0.1%，La为0.24%～0.3%， Ce为0.56%～0.7%，杂质＜0.1%，余量为Zn。

进一步地，杂质为Fe、Cu、Pb。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、Al、Cd元素的加入可以细化晶粒，消除杂质元素的不利影响，Al可以是阳极表面的腐蚀产物变得疏松而极易脱落。Cd可以与Zn中的杂质Pb形成固溶体，也可以减少锌合金的自腐蚀作用。

2、La及Ce元素的添加除了能改善合金的组织转变及晶粒大小，还能与Fe、Pb、Cu等形成（La,Fe）Al₄Zn₈、CePb₃、（La,Fe）Al₄Zn₈等，既消除Fe、Pb、Cu有害元素的影响，又强化基体，改善改善性能，活化阳极，提高电流效率。

3、本发明的锌合金牺牲阳极材料具有良好的活化性能，腐蚀均匀，表面腐蚀产物疏松易脱落，耐蚀性好，使用寿命长，满足钢筋混凝土中的使用要求。

4、本发明的锌合金牺牲阳极材料电化学性能优良，电流效率达到95%左右。

附图说明

图1为浇铸成型的锌合金阳极。

图2为不同稀土含量下锌合金阳极的溶解形貌图。

图3不同稀土含量下锌合金阳极的腐蚀形貌图。

图4为锌合金阳极的极化曲线测试曲线图。

图5为锌合金阳极的阻抗测试曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

一种氯盐环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料，按质量百分比计包括以下成分：Al：0.5%，Cd：0.1%，La:0.24%～0.3%， Ce:0.56%～0.7%。杂质＜0.1%，余量为Zn。杂质为Fe、Cu、Pb。

实施例1：一种氯盐环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料，按质量百分比计包括以下成分：Al：0.5%，Cd：0.1%，La:0.18%， Ce:为0.42%。杂质＜0.1%，余量为Zn。

实施例2：一种氯盐环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料，按质量百分比计包括以下成分：Al：0.5%，Cd：0.1%，La:0.24%， Ce:为0.56%。杂质＜0.1%，余量为Zn。

实施例3：一种氯盐环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料，按质量百分比计包括以下成分：Al：0.5%，Cd：0.1%，La:0.3%， Ce:为0.7%。杂质＜0.1%，余量为Zn。

实施例4：一种氯盐环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料，按质量百分比计包括以下成分：Al：0.5%，Cd：0.1%，La:0.36%， Ce:为0.84%。杂质＜0.1%，余量为Zn。

上述牺牲阳极材料的制备方法为：根据合金配方，称取相应的合金元素，采用电阻干锅炉熔制。将锌料置于熔炼炉内已预热后的石墨坩埚中，加入木炭覆盖剂，温度调定在680℃，待锌熔化后，再将称好的并用锌箔包覆的稀土单质及铝单质用钟罩压入锌液中，保温30分钟，待全部熔化后，即可断电。然后加入精炼剂精炼，之后轻轻搅动，使各合金组分混合均匀并充分合金化，待温度炉温降至580℃～600℃左右扒渣后浇注并自然冷却,浇铸成型后的锌合金阳极如图1所示。

对比例1：一种氯盐环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料，按质量百分比计包括以下成分：Al：0.5%，Cd：0.1%，杂质＜0.1%，余量为Zn。

验证例1：将对比例1以及实施例1-4中制备的不同La、Ce含量的锌合金阳极材料进行电化学性能测试参照标准GB/T17848-1999国家标准规定，对制备的不同La、Ce含量的Zn-Al-Cd合金阳极进行电化学性能及溶解性测试。

试验介质：人造海水，试验温度为室温，阳极电化学性能测试结果如表1所示。

恒电流腐蚀后锌合金阳极溶解、腐蚀形貌如图2，图3所示。

采用对比例1及实施例1-4所述稀土含量的锌合金阳极材料在室温下的电化学性能测试表明，当Al：0.5%，Cd：0.1%，La:0.24%～0.3%， Ce:0.56%～0.7%，Zn：余量，杂质含量<0.1%时，Zn-Al-Cd合金阳极电化学性能最好，电流效率>94%，且阳极腐蚀均匀，腐蚀产物疏松易脱落。

验证例2：

对对比例1及实施例1- 4制备的锌合金阳极材料采用Metrohm PGSTAT302N电化学工作站进行极化曲线测试，阻抗测试，从而表征La、Ce含量对其耐腐蚀性能的影响。

采用三电极体系，辅助电极为铂电极，参比电极为232饱和甘汞电极，工作电极为锌阳极，腐蚀介质为3.5%的NaCl溶液。用动电位测量法进行极化曲线测试，扫描范围为相对于开路电位-0.25V到+0.25V，扫描速度为0.2mV/s；电化学阻抗测试频率范围为100～106Hz，正弦信号幅值为5mV。

测试结果如图4、图5所示。采用对比例1及实施例1-4所述稀土含量的锌合金阳极材料在室温下进行的极化曲线测试，阻抗测试表明，结合验证例1中电化学性能的测试结果，进一步表明，当Al：0.5%，Cd：0.1%，La:0.24%～0.3%， Ce:0.56%～0.7%，Zn：余量，杂质含量<0.1%时，Zn-Al-Cd合金阳极的电流效率>94%，在钢筋混凝土结构的实际应用中具有较好的保护性，重量轻，易于安装且成本低。

Claims

1.一种氯盐环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料，其特征是：按质量百分比计包括以下成分：Al为0.5%，Cd为0.1%，La为0.18%～0.36%， Ce为0.42%～0.84%，杂质＜0.1%，余量为Zn。

2.根据权利要求1所述的一种氯盐环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料，其特征是：按质量百分比计包括以下成分：Al为0.5%，Cd为0.1%，La为0.24%～0.3%， Ce为0.56%～0.7%，杂质＜0.1%，余量为Zn。

3.根据权利要求1或2所述的一种氯盐环境下钢筋混凝土结构用锌合金牺牲阳极材料，其特征是：所述杂质为Fe、Cu、Pb。