CN2813639Y - 钢筋混凝土构筑物的牺牲阳极保护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是钢筋混凝土构筑物的牺牲阳极保护装置，其包括：牺牲阳极，电缆，与电缆另一端连接的该构筑物内部被保护金属的钢筋。该装置是由砂浆将该阳极固定在该构筑物的潮差区或浪溅区部位表面，该砂浆浇灌固化后的孔隙半径在1.5×10－8～2×10－5m，抗压强度在2.5～25MPa。该砂浆浇灌固化后的最低构筑线，要浸没或至少接触在低潮位线。该砂浆既有一定的孔隙率又有很好的结合力，其不仅能牢固的将牺牲阳极固定在构筑物表面，而且牺牲阳极的腐蚀产物很容易被海水带走，不会因为阳极表面腐蚀产物的聚积而发生破裂。使用的牺牲阳极是铝锌牺牲阳极重量轻，阳极产物较易在砂浆中扩散。
Description
技术领域
本实用新型涉及海洋环境中钢筋混凝土构筑物防腐技术的改进，具体讲是一种钢筋混凝土构筑物的牺牲阳极保护装置，其属于海洋环境中金属腐蚀与防护研究的阴极保护技术领域。
背景技术
众所周知，钢筋混凝土因其原材料来源广泛和坚固耐用而在海洋环境中被大量使用。由于混凝土内部是一个强碱性环境，在这种环境中钢筋表面会形成一层钝化膜。如果钢筋周围的混凝土层有足够的厚度和密闭性，内部的钢筋是相当安全的。钢筋混凝土构筑物的使用寿命通常可达几十年。可是，由于海洋环境的腐蚀性非常强，钢筋混凝土构筑物暴露在潮差区和浪溅区的部位因为干湿交替、海水蒸发、冲刷以及毛细作用，使得此部位的混凝土中氯离子的含量很高。而氯离子又可对钢筋表面的钝化膜产生破坏，所以此部位的钢筋最容易发生腐蚀。钢筋的腐蚀产物在钢筋/混凝土界面产生的巨大应力可以导致混凝土的开裂、崩落，从而进一步加速海水的进入和钢筋的腐蚀，所以钢筋混凝土构筑物在潮差区、浪溅区部位最容易发生破损。对此部位最容易发生腐蚀的钢筋加以保护，通常采用阴极保护技术。该技术是通过外部提供的电流使被腐蚀金属向阴极方向极化，从而抑制腐蚀发生的一种保护手段。根据电流提供方式的不同，阴极保护技术又分为：外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护两种形式。其中，对钢筋混凝土构筑物的外加电流阴极保护通常是由电源、整流器、惰性阳极、导线以及被保护构筑物组成。其缺点：一是需要外界提供电源(这在远离陆地或偏远的地区很难做到)。二是需要直、交流电的转换装置(阴极保护使用的是直流电，所以要将交流电转换为直流电，因此转换装置在恶劣环境中的工作状况直接影响到阴极保护的效果)。三是在实际应用中很难把握和准确评价混凝土层下钢筋的电位，其必须对保护电位进行严格控制(一般控制在-0.5～-0.77V，相对于饱和Cu/CuSO4电极)，如果钢筋电位过负就会在钢筋表面析氢，这会破坏钢筋与混凝土的结合力，而且有氢脆的危险，尤其对预应力钢筋更有氢脆的危险。四是由于混凝土表层的含水量随气候条件变化有较大波动，这会影响混凝土的电阻率，因此，对钢筋混凝土构筑物保护系统的电源输出，要由有经验的工作人员随时监控和调整。五是对潮差区和浪溅区的混凝土构筑物保护时，要安装大量惰性阳极。这些阳极材料要与混凝土表面紧密接触，否则某些部位不能得到保护；六是外加电流阴极保护还容易引起周围不受保护的金属构筑物的腐蚀。外加电流阴极保护技术的这些不足严重制约着其在海洋环境中潮差区、浪溅区钢筋混凝土构筑物上的应用。
其中，牺牲阳极保护是把某种电极电位比较负的金属材料与电极电位比较正的被保护金属构筑物相连接，使被保护金属构筑物的电位负移的保护技术。牺牲阳极保护技术可以对水下的钢筋混凝土内的钢筋进行保护，而对于暴露在空气中的部位则不能起到保护作用，这是因为牺牲阳极的驱动电位有限，而钢筋混凝土的电阻率很大造成的，这也是制约牺牲阳极保护技术在钢筋混凝土构筑物上应用的最大障碍。但牺牲阳极保护技术的优点也很明显，如安装简单，维护方便，不需要外部电源，对邻近金属构筑物干扰小，不会产生过保护(析氢)等。
发明内容
本实用新型的目的是充分利用牺牲阳极保护的原有优点，设计了一种装置，能使牺牲阳极在潮水下降后依然可以对潮差区和浪溅区的钢筋混凝土构筑物进行保护
本实用新型的任务是由以下技术方案完成的，研制了一种钢筋混凝土构筑物的牺牲阳极保护装置，其包括：以低于被保护金属电极电位的金属作为的牺牲阳极，与该阳极连接的电缆，与电缆另一端连接的该构筑物内部被保护金属的钢筋。该装置是由砂浆将该阳极固定在该构筑物的潮差区或浪溅区部位表面，该砂浆浇灌固化后的孔隙半径在1.5×10-8～2×10-5m，抗压强度在2.5～25MPa。
所述的砂浆浇灌固化后的最低构筑线，要浸没或至少接触在低潮位线。
所述的砂浆，其是由淡水和水泥混合而成，其水灰比的范围是(0.2～3.0)∶1；灰沙比的范围是0.1～0.8∶1。
所述的砂浆，其中的水泥是指：GB175-1999、GB1344-1999和GB12958-1999规定的六大类水泥；即，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。
所述的砂浆，在其砂浆调配过程中，还加入水泥量0.1～1％的高吸水性树脂。
所述的高吸水性树脂，其类型有：聚丙烯酸酯类树脂，聚乙烯醇类树脂，醋酸乙烯共聚物类树脂，聚氨酯类树脂，聚环氧乙烷类树脂和淀粉接校共聚物类树脂；选择其中一种或几种。
本实用新型的优点在于，由于本牺牲阳极保护装置包括：以低于被保护金属电极电位的金属作为的牺牲阳极，与该阳极连接的电缆，与电缆另一端连接的该构筑物内部被保护金属的钢筋。该装置是由砂浆将该阳极固定在该构筑物的潮差区或浪溅区部位表面，该砂浆浇灌固化后的孔隙半径在1.5×10-8～2×10-5米，抗压强度在2.5～25MPa。又由于所述的砂浆浇灌固化后的最低构筑线，要浸没或至少接触在低潮位线，使得浇灌固化后的砂浆通过始终接触海水。该固化后的砂浆又利用其本身砂浆吸水的特点，而使本砂浆有较低的电阻率，保障驱动电位的存在，并且使得牺牲阳极的腐蚀产物很容易被海水带走。
由于经过实验设计筛选的砂浆的配方，并使用该砂浆将牺牲阳极固定在构筑物潮差区、浪溅区部位表面。利用本砂浆吸水的特点，使得砂浆内的牺牲阳极在潮水下落后仍能向保护部位内的钢筋提供足够的保护电流，从而达到对潮差区、浪溅区钢筋混凝土构筑物保护的目的。本实用新型的砂浆既有一定的孔隙率又有很好的结合力，其不仅能牢固的将牺牲阳极固定在构筑物表面，而且牺牲阳极的腐蚀产物很容易被海水带走，该砂浆不会因为阳极表面腐蚀产物的聚积而发生破裂。由于铝基牺牲阳极重量轻，阳极产物较易在砂浆中扩散，本实用新型使用的牺牲阳极是铝锌铟牺牲阳极，其标准符合GB4950-85规定。该铝锌铟牺牲阳极技术参数如下：
本实用新型为了提高砂浆的吸水性能，在砂浆调配过程中还可加入一定比例(水泥量的0.1～1％)的高吸水性树脂(主要类型有聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类、聚环氧乙烷类、淀粉接校共聚物类等选择其中一种或几种)。这些高吸水性树脂是一种白色或徽黄色、无毒无味的中性小颗粒。它是通过化学作用吸水的，所以树脂一旦吸水成为膨胀的凝胶体，即使在外力作用下也很难脱水。高吸水性树脂具有吸水量高，保水性好、吸水性快等特点。因为所设计的砂浆有一定的孔隙率，所以吸水性树脂吸水后形成的水凝胶会填充在砂浆的孔隙中，不会对砂浆造成破坏。
附图说明与具体实施方式：
图1是对混凝土桥墩的牺牲阳极保护装置的示意图。
参见图1，以图1为例说明本牺牲阳极保护装置安装使用的实施方式：首先在最低潮水位时将牺牲阳极3固定在混凝土构筑的桥墩1表面，然后用玻璃纤维套筒(图中未画出)将其包住，最后将砂浆2浇入该套筒(图中未画出)，待1～2周的固化时间，砂浆2固化后拆除套筒(图中未画出)。在混凝土构筑的桥墩1上部找到钢筋混凝土内部的钢筋(图中未画出)。在确保内部钢筋(图中未画出)都连通后将防水电缆4与此钢筋连接。防水电缆4的另一端与牺牲阳极3连接。牺牲阳极3的数目根据构筑物的结构、使用寿命以及所需保护电流密度的要求单独设计。
标准符合GB4950-85规定的铝锌铟牺牲阳极技术参数如下表1：
| 项目 | 开路电位(SCE) | 工作电位(SCE) | 实际电容量A*h/kg | 电流效率％ |
| 性能 | -1.18-1.10V | -1.12-1.05V | ≥2400 | ≥85 |
例如要求保护电流密度是1A/m2，所需保护钢筋的面积是10m2，这样保护电流就是10A，那么一年所需电量就是10×365×24A·h。根据表1，铝锌铟牺牲阳极的电化学容量是2400A·h/kg，电流效率大于等于85％。这样每年所需铝锌铟牺牲阳极的重量就是10×365×24÷(2400×85％)kg＝42kg/年。如果该混凝土构筑的桥墩1预期使用寿命是20年，而每块铝锌铟牺牲阳极的重量是50kg，那么该铝锌铟牺牲阳极安装17块就可以了。
本领域的普通技术人员都会理解，在本实用新型的保护范围内，对于上述实施例进行修改，添加和替换都是可能的，其都没有超出本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1、一种钢筋混凝土构筑物的牺牲阳极保护装置，其包括：以低于被保护金属电极电位的金属作为的牺牲阳极，与该阳极连接的电缆，与电缆另一端连接的该构筑物内部被保护金属的钢筋，其特征在于：由砂浆将该阳极固定在该构筑物的潮差区或浪溅区部位表面，该砂浆浇灌固化后的孔隙半径在1.5×10-8--2×10-5m，抗压强度在2.5--25MPa。
2、根据权利要求1所述钢筋混凝土构筑物的牺牲阳极保护装置，其特征在于：所述的砂浆浇灌固化后的最低构筑线，要浸没或至少接触在低潮位线。
3、根据权利要求1或2所述钢筋混凝土构筑物的牺牲阳极保护装置，其特征在于：所述的砂浆，其是由淡水和水泥混合而成，其水灰比的范围是(0.2～3.0)∶1；灰沙比的范围是0.1～0.8∶1。
4、根据权利要求1或2所述钢筋混凝土构筑物的牺牲阳极保护装置，其特征在于：所述的砂浆，其中的水泥是指：GB175-1999、GB1344-1999和GB12958-1999规定的六大类水泥；即，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。
5、根据权利要求1或2所述钢筋混凝土构筑物的牺牲阳极保护装置，其特征在于：所述的砂浆，在其砂浆调配过程中，还加入水泥量0.1——1％的高吸水性树脂。
6、根据权利要求5所述钢筋混凝土构筑物的牺牲阳极保护装置，其特征在于：所述的高吸水性树脂，其主要类型有：聚丙烯酸酯类树脂，聚乙烯醇类树脂，醋酸乙烯共聚物类树脂，聚氨酯类树脂，聚环氧乙烷类树脂和淀粉接校共聚物类树脂；选择其中一种或几种。
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