CN1653017A - 潮湿和温润的海上建筑钢筋腐蚀的阴极保护方法 - Google Patents

Abstract

一种用于防止半干、潮湿和湿润的海上混凝土建筑腐蚀的方法，包括靠着需以永久方式保护的建筑表面固定一种惰性的导电材料，该材料是通过固定到一种中间的实现接触的吸湿性材料上来压上去，其中以永久方式对混凝土中的钢筋和附着的惰性导电材料之间施加电压。

Description

潮湿和湿润的海上建筑钢筋腐蚀的阴极保护方法

本发明涉及一种防止半干、潮湿和湿润的海上建筑钢筋腐蚀的阴极保护方法。

位于盐水/海水中的海上钢筋混凝土建筑特别容易受到侵蚀。这是由于盐水中的氯化物渗入混凝土中并导致钢筋腐蚀，并随后使负荷能力丧失。因为所述的建筑常常是码头、桥等，这种负荷能力的丧失是十分严重的。这种侵蚀将大大缩短建筑的使用期限并且导致养护成本大大提高。

已经做了大量的努力来寻找能够防止普通混凝土，以及海上混凝土建筑腐蚀的方法。除了阴极保护之外，本发明的方法就是这样的一个例子，还利用了再碱化和除去氯化物的步骤。再碱化和除去氯化物具有许多的共同特征：处理有时间限制，典型地是2到6个星期，并且当将氯化物完全除去后，或者当这种混凝土被认为是再碱化的时候就终止。使用的是一种较强的电流，通常比阴极保护使用的电流强几十倍。而且，因为是混凝土而不是(如在阴极保护的情况下)实际使用的钢筋受其作用，所以必须对整个表面进行处理。

当终止除去氯化物时，常常利用一种专门的油漆或者膜保护表面防止氯化物的再渗透。

与再碱化和氯化物除去的方法不同，阴极保护(CP)是一种永久性的系统，一旦安装能保持几十年有效。在该方法中，氯化物残留在混凝土中，而通过在恒电场中极化来防止钢筋腐蚀。由于它对钢筋起作用，没有必要为了防护而覆盖整个建筑。

在下列文献中，描述了作为本发明基础的为解决这种问题所作的各种努力的一些实例。

US5,296,120描述了一种用于再碱化或者除去氯化物的系统。这种系统的形状是片型或垫型，它能够卷起并且能够用在非常不平的表面上。这种垫含有分布在纤维素纤维内的电解质。该电解质的一个目的是传递出混凝土中的氯离子。在排出氯化物和再碱化期间，碱金属或者碱土金属的氢氧化物常常被用作碱性组分。随着时间的推移，在被海水浸湿的海上建筑上使用这种系统就不再有效，在处理之后，有新的氯离子渗入，部分原因是因为这种裸露的表面不容易被耐氯化物渗透的涂层包覆。

这种系统还必须覆盖待处理的整个表面，在整个表面上必须有接收氯离子的储存器。

在GB-A-2279664中描述了一个基本类似的系统。在该文献中也描述了再碱化过程。

与前面的两篇文献不同，Solomon等人在Corrosion Science(1993)，第35卷，No.5-8，第1649-1660页中描述了一种基于CP的解决方案。混凝土表面覆盖有导电条和由涂有混合金属氧化物的钛网组成的阳极。根据该文献，这种系统在桥脚和柱体上使用，其中能够通过，例如捆扎，将该层固定在柱体的表面上。在实践中，这种系统不能用在，例如，不可能附着的码头的底部。然而，在这种表面上问题常常很多。

传统上，在施加电压的CP期间，阳极材料被置于混凝土内。阳极材料或者被插入在混凝土块上切出的许多狭槽中，大量塞子被插入以短中心距离钻孔的孔洞中，或者在要求对钢筋进行保护的整个区域上喷射混凝土来覆盖金属网。近年已经开发出在表面上涂抹或者喷雾的液体阳极系统。在选作正极的阳极和作为负极的钢筋之间施加直流电流。这类解决方案的共同特征是，必须努力使阳极尽可能地靠近受侵蚀的钢筋放置，但不与该钢筋接触，否则将导致短路，因此破坏对该区域钢筋的防腐蚀。上面描述的努力被认为是一种专业水准的努力，必须小心地监视安装过程并且保证其质量以避免上述的副作用。

一般地，在码头下面进行的修补和安装作业涉及巨大的成本。码头能够分为两类。有一些码头距离水面较高，码头下面的换气良好。另一方面，有一些较低的码头换气不良，这是因为它们距离水面较近，表面上总是潮湿或者浸湿的。

在第一种提到的码头上，所描述的安装阳极迄今是保护钢筋免遭侵蚀作用的唯一办法。这种混凝土具有比较高的电阻，必须如上所述在混凝土上切出孔或者钻孔来安装阳极，或者提供液体阳极。与低位型的码头相比较，在这类码头上进行作业成本比较低廉，因为在比较高的码头下面有作业空间(其常常位于水面上方2米以上)。

在最后提到的低位型的码头上，这种安装更加复杂。没有充足的空间供人们舒适地进行作业。而且，潮汐的涨落、天气和船运交通都将极大地影响作业。浸湿的和较暗的环境也使这种作业更加困难。结果造成这种作业的成本非常高昂。

现有技术中，可通过直接将阳极材料放置在海水中来保护在水中的湿的建筑部分，或者通过使用自发阳极(GA)(牺牲阳极)的原理保护穿过混凝土的现在已被浸湿并具有很低电阻的钢筋。

然而，申请人已经对典型的码头上进行的测试表明，在常常需要大量结构钢筋的承重梁底边缘和码头面上所需的动力太大，以至那些GA系统不能以良好的方式发挥作用。如果使用低压(如在GA系统中)，通过在海水中的阳极和较高位置承重梁中的钢筋之间使用施加电压的CP将会出现上述情况。

如果将电压增加到能充分保护较高位置的钢筋(在常用的阴极保护中，即，使用外加电压(impressed voltage))，测量表明电流没有到达较高位置的钢筋，并且唯一的结果是对接近水面的钢筋形成牢固的并且是多余的过度防护。

对于在裸露结构中的钢筋上利用腐蚀抑制方式来作业的CP来说，根据常识必须将钢筋与电源接头相连接并且与混凝土块中的所有其它裸露钢筋保持电连接。在高位型的码头上，所有的钢筋，如果没有处于电连接，必须在处理开始以前接通。这种作业非常耗时和困难并且，如前面所述，包括基本上不可预知的高成本。

令人惊讶地，已经发现在湿码头上，即使没有依照传统的想法和措施使钢筋保持电连接，也可得到一种良好的CP效果。假设这是因为在这种饱和结构中，尽管是预告分散的连接措施，但当CP电流电路激活时，这种钢筋仍处于充分的电连接。在设计检修作业以前，得到这种情报是非常重要的。

另一个主要的问题是，在码头下面常常发现由这种钢筋腐蚀造成的对混凝土的损害。一般前述CP系统在很大程度上要求在将窄条埋入狭槽，将塞子埋入钻的孔洞中，或者使金属网埋在混凝土中以前，应该修复混凝土表面。

从对低位型码头的功率测量已经令人惊讶地发现，没有埋在混凝土中的裸露钢筋受到了阴极保护。这是因为钢筋表面上填充氯化物的腐蚀产物已经具有足够的电导率能使电流通过钢筋。

因此需要提供一种简单和成本低廉的方法便于保护码头。根据如上所述的新知识，以及对所述细节的了解，例如可以从试验工程中的结构收集重要数据。该数据可用于描述修复出问题的码头时所采用的CP方法，其中避免了专业的作业，代之以无需熟练的专业人员就能进行的作业，但其中对钢筋的CP标准动力要求构成了最终结果的基础。

本发明是提供一种CP系统，它观注上述的焦点并因此使所需成本低廉。

所以，本发明提供一种防止潮湿、浸湿和半潮湿的海上建筑以及较高建筑腐蚀的方法，靠着需保护的建筑的表面，将一种惰性导电材料压靠在中间的实现接触的材料(contact-establishing material)上，以永久方式在混凝土中的钢筋和附着的惰性导电材料之间施加电压。

作为惰性导电材料，优选使用金属条例如，涂有混合金属氧化物的钛条。作为实现接触的材料，优选使用一种吸湿性柔软的，耐氯、耐酸和耐海水的吸湿性材料。

本发明另外的优选特点在其他的从属权利要求中阐述。

现有技术要求进行大规模修整、修补、切口和埋入导电条、塞子或者在混凝土中置网，以及其他阳极的耗时安装，与此不同，本发明的方法相当简单并且比较便宜。

在本发明的方法中，码头上的实现接触的材料在涨潮时并且当有浪花时被海水浸润，从而在阳极和在下面的混凝土之间产生极好的电接触。令人惊讶地是，已经发现随着时间的推移，仍在保持这种良好的接触，这意味着不管水的水位如何，这种方法的效力完全一样。码头下面环境中的湿度是决定性的因素。

根据对本发明的进一步研究，通过浸渍使固定接触材料具有坚固性和持久的吸湿性能，也可将上述方法用在所述高位型的码头上。而且，通过以一种合适的方式使码头下的环境立即变得更加潮湿和湿润，也可以实现相同的目标。因此，与传统的可能情况相比较，这类码头也能够以极低的成本得到保护。该目的可以通过如下方式实现例如，使用与码头接触的海水浸润码头的底部，或通过在码头的侧面上设置一种永久的结构防止码头下面的换气和排气，通过使用吸水的引线使海水与阳极连接，或者通过使用供水系统用海水对的码头底部进行喷雾。在每种情况下，可以用一种简单的方式使用附近的海水来浸润码头的底部和阳极区域。

本发明的一些可能的具体实施方案将描述如下。

当实施本发明时，可以使用涂有混合金属氧化物的标准穿孔钛条(Ti条)。

在本发明中，没有将这个金属条插入混凝土上切出的狭槽里或者埋入混凝土中，而是从外面压靠在混凝土块上，压靠在实现接触的吸湿性物质上，例如，一种石棉的耐氯或者耐酸层或者玻璃纤维填料，聚合物毡、碳毡等等。

作为能在吸湿性的实现接触的材料中保持高度湿润的物质，已经发现吸湿性盐如硝酸锂或者溴化锂等等非常有效。也可以用吸湿的无机凝胶如硅胶或者某些类型的沸石浸渍这种实现接触的材料。

还可以使用吸湿的耐氧化有机凝胶。

这种吸湿性物质在盐水中浸润并且在这个环境下安装之后还保持浸润。钛条能够以夹层的形式在外侧和内侧上与吸收性物质结合起来，如浸渍的泡沫或者石棉，并且例如通过夹持(stapling)或螺钉将浸渍的木板条(箱)固定在钛条的外侧，而使其压靠在混凝土上。有利地是，板条可以预制成适合于上述建筑的长度。

或者，可以将钛网放置在饰面的预制防水板上，然后用例如，石棉覆盖，并且因此随时可将其拧在混凝土上，所述混凝土将得到该箱的保护。该作业不要求任何专业技术，并且该预制箱可以装配为下一步连接作准备的耐蚀插槽。

具有20×100mm横截面的箱可以制造成例如，3米的长度，其中将钛条固定在宽面中央，其中使螺钉固定件透过箱并进入钛条两侧上的混凝土里。为了保护承重梁，例如将一个条板置于承重梁下部边缘的一侧。为了保护面层，可以浸润前述板或者箱并且将其固定在码头面层的底面上。钛条连接在一起形成一个阳极场，以后阳极场将背向钢筋。对该安装做记录，如果需要的话测定动力并作出调整。因为本安装中的箱容易接近并且是可见的，不论什么时候都可能评估这种安装的需要维修并进行维修。

在传统的将钛条等埋入低位型的码头的技术中，除了必须在安装阳极以前对那些不符合系统要求的混凝土表面上的损坏混凝土进行修复的系统要求，即，这是一个基本的作业(前述)，这也将是一种非常艰难的作业环境，这项作业将在浮舟，船等等物体上进行并且作业高度低并且常常是在移动中的基底上，换言之，对于HSE(健康，安全和环境)而言，这种条件差。自然地，在作业期间这将导致高昂的劳动力成本和高昂的最终成本，由此降低成本效益。通过传统的操作方法得到的优点是埋入的金属条是建筑的一部分并且不会被码头下的冰或者其它浮动物体撞落或者磨损。缺点是该作业要求非常高的专门技术而且因为安装的复杂性，其成本常常是难以预料的。万一这种建筑中的阳极系统失效，如，因为短路或者疏忽，进行昂贵的新安装常常是唯一的解决办法。

本发明提供的方法是一种简单并且比较便宜的方法，这首先是因为它可以避免高昂的施工费用，而且还因为它根本没有进行维修的系统要求。如上所述，绝大多数的这种安装作业还可以由没有专业技能的人进行如，建筑物附近的普通工人。

由于码头常常是远离城市的建筑，显然这种改善的资源利用可以形成实实在在的节省。安装所要求的专业技术部分是，例如设计、试验、箱的连接和CP电压系统的安装和其相应的远距离监测。而且，得到一个改进的HSE标准。另一个优点是例如可以整年地直观控制阳极材料，并且可以容易地修理从视觉上觉察到的条板或者板上的损伤。

正如前面提到的那样，申请人进行的试验已经表明，用本发明的方法没有必要使钢筋处电连接状态，即将它们连接在一起。已经证实，如果混凝土充分地浸润并且它的电阻因此而降低，如果阳极处于几何最佳位置，则不要求钢筋的电连接。该″可移动的″阳极类型使得可以在主体安装开始以前进行最佳位置的试验。自然地，这种方法有可能实现相当可观的节约，这能更进一步的增强由本发明方法带来的经济利益。

在本发明的试验过程中，同时已经发现，从腐蚀防护的观点看，可能不必对侵蚀的建筑物进行修理。其理由是位于潮湿环境中的侵蚀钢筋，如低位型的码头下，即使钢是裸露的而非埋入的，它也得到了保护。已经发现潮湿的腐蚀产物具有足够的电导率能使电流不从CP系统到达钢筋上。当然，可以预测这种建筑物不会损伤到静态下不能承受应力的程度。如果有时钢表面上没有生锈，通过将阳极极化和潮湿的实现接触的材料例如，石棉或者玻璃纤维填料压靠在裸露的钢筋上，仍然可以避免修理。

因此，据本发明的方法使遭受严重侵蚀的码头得以以合理的成本延长其使用期限，使得码头被保护起来并且，如有必要，可以进行修理而不是拆除和改建。这意味着为拥有者和环境提供了相当可观的节约并且提供了一个改进的HSE标准。

下列实施例是用来更进一步的说明本发明。

实施例

已经在低位型的码头上试验过本发明的方法。这个码头位于挪威中部。海平面和码头底部边缘的距离是1.7米，并且与承重梁下边缘的距离大约是0.8米。

将涂有混合金属氧化物的钛条用作导电条，并且将浸润的玻璃纤维填料用作柔性的耐氯和耐酸材料。在浸渍的箱(木板条的)上预先安装这种钛条和玻璃纤维填料。在盐水中浸润木板条并且用钢钉在相隔约1米交替地钻通箱的上下部分螺栓结合到混凝土表面上。安装传感器测量单根钢筋的动力。结果如下：在玻璃纤维填料浸渍约1星期后，有比较高的电流从阳极系统流入混凝土建筑，因此容易达到目前标准的保护指标。

在其裸露表面上带有腐蚀产物的钢筋被与预埋入的钢筋一样有效地极化。

典型稳定的电流密度的测量结果为约40-50mA/延米箱(running metre ofcassette)。

发现基于条板或者箱的保护成本与普通型的安装成本之比在大约1∶3到1∶4之间。结果，即这种腐蚀防护结果，当使用本方法时，至少与安装阳极和普通型的系统时的一样好。

Claims (8)

1.一种防止半干、潮湿和浸润的海上混凝土建筑中钢筋腐蚀的阴极保护方法，包括靠着需保护的建筑表面，将一种惰性的导电阳极材料压靠在中间的吸湿性和实现接触的材料上，该实现接触的材料任选被浸渍过，并包括以永久方式对混凝土中的钢筋和附着的惰性导电阳极材料施加电压，其中，由于附近存在海水使这种建筑和这种吸湿性实现接触的材料保持在潮湿或者浸润的状态。

2.根据权利要求1的方法，其中使用一种柔性的、吸收性的耐氯、耐酸和耐海水的材料作为所述实现接触的材料。

3.根据权利要求2的方法，其中将有孔橡胶、泡沫橡胶、玻璃棉、石棉、多孔合成材料或者类似的有机或者无机纤维材料用作所述柔性的、耐氯、耐酸和耐海水材料。

4.根据前面权利要求的方法，其中将吸湿性盐如硝酸锂、溴化锂等用于亲水浸渍所述实现接触的材料。

5.根据前面权利要求的方法，其中将无机凝胶如硅胶或者各种沸石用于亲水浸渍所述实现接触的材料。

6.根据权利要求1的方法，其中将耐化学制品和耐氧化的有机凝胶如改性甲壳质凝胶等用于亲水浸渍所述实现接触的材料。

7.根据权利要求1的方法，其中金属条是一种涂敷MMO的金属钛或者具有铜心涂有铂的钛的条。

8.根据权利要求7的方法，其中所述惰性的导电材料是一种纤维条，例如饱和了导电漆的玻璃纤维，其中以碳条形式放置了一种或多种导体。