EA005014B1 - Защищенная от коррозии железобетонная конструкция, способ ее изготовления и система для обеспечения коррозионной устойчивости стальной арматуры (варианты) - Google Patents
Защищенная от коррозии железобетонная конструкция, способ ее изготовления и система для обеспечения коррозионной устойчивости стальной арматуры (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- EA005014B1 EA005014B1 EA200300394A EA200300394A EA005014B1 EA 005014 B1 EA005014 B1 EA 005014B1 EA 200300394 A EA200300394 A EA 200300394A EA 200300394 A EA200300394 A EA 200300394A EA 005014 B1 EA005014 B1 EA 005014B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- potential
- corrosion
- aluminum
- rebars
- reinforcing bars
- Prior art date
Links
- 239000004567 concrete Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 160
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 157
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 153
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 153
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 80
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 79
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 42
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 129
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 17
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 claims description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 7
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims description 3
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 claims 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 3
- MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N O.O.O.[Al] Chemical compound O.O.O.[Al] MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 6
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 60
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 28
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 28
- 238000004210 cathodic protection Methods 0.000 description 26
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 12
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N calcium;oxido(oxo)alumane Chemical compound [Ca+2].[O-][Al]=O.[O-][Al]=O XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 10
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 5
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001294 Reinforcing steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 4
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 3
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000011513 prestressed concrete Substances 0.000 description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N sulfur trioxide Chemical compound O=S(=O)=O AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical group [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005269 aluminizing Methods 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960002523 mercuric chloride Drugs 0.000 description 1
- LWJROJCJINYWOX-UHFFFAOYSA-L mercury dichloride Chemical compound Cl[Hg]Cl LWJROJCJINYWOX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000001139 pH measurement Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- NDKWCCLKSWNDBG-UHFFFAOYSA-N zinc;dioxido(dioxo)chromium Chemical compound [Zn+2].[O-][Cr]([O-])(=O)=O NDKWCCLKSWNDBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
- G01N17/02—Electrochemical measuring systems for weathering, corrosion or corrosion-protection measurement
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
- C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
- C23F13/04—Controlling or regulating desired parameters
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F2201/00—Type of materials to be protected by cathodic protection
- C23F2201/02—Concrete, e.g. reinforced
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Ecology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Prevention Of Electric Corrosion (AREA)
Abstract
Изобретение относится к железобетонным конструкциям (11) со стальными арматурными прутками (12), покрытыми практически чистым алюминием (15), поверх которого нанесено покрытие из слоя оксида алюминия (15'). Указанный слой оксида алюминия находится в прямом соприкосновении с бетоном. Покрытые алюминием арматурные прутки могут быть защищены в гальванической цепи, в которой в качестве расходуемого анода используется магний или другой более щелочной металл, либо арматурные прутки подвергаются катодной защите подаваемым катодным током, плотность которого определяется по результатам измерения потенциала коррозии датчиком из практически чистого алюминия, вделанным в бетон, или в бетоне вне зоны, непосредственно окружающей арматурные прутки, измерением потенциала коррозии на датчике относительно электрода сравнения до тех пор, пока величина потенциала не будет стабилизирована на уровне измеренного стабильного потенциала. После этого используется подаваемый ток при потенциале более низком, чем коррозионный потенциал датчика коррозии.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системе катодной защиты арматурных элементов, называемых арматурными прутками, в армированных обычным способом железобетонных конструкциях. Такие арматурные прутки изготавливаются из мягкой (называемой также черной) стали, в которой содержится менее 1% углерода и в совокупности менее 2% легирующих элементов. Более конкретно в изобретении предлагается способ обеспечения катодной защиты, немедленно начинающей действовать на арматурных прутках, только что заделанных в железобетонные и/или предварительно напряженные бетонные конструкции, например, такие конструкции как мосты, здания, включая электростанции, морские конструкции, например доки, и дороги, находящиеся в стадии строительства.
Уровень техники
В тех случаях, когда стоимость применения стальных арматурных прутков, защищенных от коррозии, оправданна, арматурные прутки покрываются слоем синтетической смолы, обычно эпоксидной, которая служит барьером против любой жидкости, чем предотвращается образование гальванического элемента на поверхности стального арматурного прутка. Такая защита называется барьерной и иногда достигается путем покрытия арматурных прутков самыми различными красителями. В другом варианте, арматурные прутки подвергают гальванической защите путем погружения в расплавленный цинк. Другой альтернативой является совместная гальваническая и барьерная защита арматурного прутка. Например, некоторые красители содержат в высокой концентрации проводящий металл, например порошок цинка, или соли металлов, например хромат цинка. Изделия из стали с цинковым и алюминиевым покрытиями столь же распространены, как и алюминий в качестве материала анода. Известно, что тонкая алюминиевая лента с толщиной, не превышающей 0,2 мм, сама по себе имеет в качестве расходуемого анода ограниченные защитные функции, так как для расхода на длительный период от 20 до 50 лет этого алюминия недостаточно. Также известно, что более толстое покрытие из алюминия, толщиной от более чем 0,2 мм до приблизительно 1 мм в качестве расходуемого анода обеспечивает эффективную защиту при условии, что сам алюминий не разрушается силами коррозии окружающей среды. Такие коррозионные воздействия характерны для свежеуложенного бетона, имеющего рН от более 9 до приблизительно 13. Указанное значение сохраняется в течение нескольких лет в период затвердевания бетона, обычно около 5 лет, после чего науглероживание бетона и повышение его кислотности под влиянием триоксида серы, кислотной воды и других факторов начинают снижать величину рН бетона.
В патенте США № 5100738, выданном Графу, арматурный пруток из стальных сплавов, обычно используемый в стальной арматуре (колонка 1, строки 58-59), предлагается покрывать слоем алюминия или алюминиевого сплава (оба называемых алюминиевым слоем) и затем это однослойное покрытие покрывать слоем синтетической смолы (первым слоем).
Заявленное назначение алюминиевого слоя состоит в обеспечении надежной защиты от коррозии, в частности, даже когда в процессе эксплуатации в первом слое возникают трещины, например, при сгибании арматурной стали. В таких трещинах второй слой алюминия или алюминиевого сплава оказывается открытым и пока бетон или часть бетонной конструкции, в которую заделан арматурный стальной пруток, не затвердеет, этот слой в присутствии кислорода реагирует со свободной известью цемента в бетоне, образуя алюминат кальция, обеспечивающий очень твердое и плотное соединение со сталью арматуры, поэтому трещины и т. п., в которые возможно проникновение влаги и ее накопление между бетоном и сталью арматуры, отсутствуют. Первый слой защищает второй слой от внешних физических и/или химических воздействий (см. колонку 1, строки 21-36). В колонке 2, строках 27-48 повторно поясняется, как обеспечивается функционирование элементов арматуры Графа.
Так как назначением алюминиевого слоя является функция металла, вступающего в химическую реакцию со свободной известью с образованием алюмината кальция, то отсутствует необходимость в более толстом алюминиевом слое, чем тот, что нужен для химической реакции. Поэтому Граф определяет толщину алюминиевого слоя не более 200 мкм, предпочтительно около 20-25 мкм. При реакции алюминий образует алюминат кальция, обеспечивающий особенно твердое и прочное соединение со стальными прутками и бетоном.
Однако необходимая реакция для образования алюмината кальция является не единственной функцией алюминиевого покрытия, потому что Граф заявляет, что алюминиевый слой содержит цинк, и если содержание алюминия более 50%, а в предпочтительном варианте от приблизительно 55 до 70%, то содержание цинка не превышает 50%, а в предпочтительном варианте от приблизительно 28 до 43% (см. колонку 1, строки 44-49). В патенте Графа не указано, как наносится требуемый тонкий слой алюминия. Однако известно, что алюминиевый слой толщиной менее 200 мкм, обычно наносимый на арматурный пруток, не может не быть пористым, и, признавая это, Граф использует алюминиевый слой из алюминиевого сплава также в качестве расходуемого анода.
Признаки того, что работа тонкого слоя в качестве расходуемого анода заканчивается до того, как возникнет химическая реакция, образующая алюминат кальция, отсутствуют, так как очевидно, что если бы алюминат кальция образовался первым, расходуемый анод защиты не обеспечивал бы. Следовательно, любому специалисту понятно, что в зависимости от толщины металлического слоя, этот слой обеспечит по крайней мере частичную катодную защиту прутков благодаря металлическому слою, действующему как расходуемый анод. Таким образом, ясно, что в прутках, защищенных покрытием из алюминия по Графу, действующим и как реагент, и как расходуемый анод, нет основания использовать такой пруток с анодной защитой как катод.
Если на прутках отсутствовал бы слой синтетической смолы, покрывающей очень тонкий слой алюминия, вся поверхность прутков, вделанных в свежеуложенный бетон, покрылась бы очень тонким слоем алюмината кальция, который не должен быть подвержен коррозии. Так как алюминат кальция обеспечивает барьерную защиту и не предполагается и нет причин полагать, что алюминат кальция обеспечивает какую-либо гальваническую защиту, очевидно, что Граф не предполагает, что такая арматура могла бы быть использована с подаваемым током. Далее, так как по Графу алюминиевый слой специально покрывается эпоксидной смолой (заявлено только в п.8 формулы), как известно ток не проводящей, было бы неразумным применять такой пруток с подаваемым катодным током практически используемой величины.
Далее, известно, что при покрытии металлической поверхности с катодной защитой подаваемым током изолирующим слоем смолы, при наличии в последнем трещин, щелей и изломов, обнажающих металлическую поверхность в трещине, указанная металлическая поверхность защищается, но металлическая поверхность, окружающая указанные повреждения в слое смолы, подвергается коррозии, вследствие чего происходит отставание смолы от металлической поверхности непосредственно над поверхностью, подвергшейся коррозии. Это явление более полно объяснено в справочнике под названием НапбЬисй бек Ка1йоб1ксйеп Когтокюпккйи^ек, 1980 (164-173), в котором в соответствующем разделе отмечается: Характерные повреждения стали возникают, когда покрытие из цветного металла (например, алюминия) покрыто сверху смолой и используется система катодной защиты, и когда в покрытии смолой имеются трещины, в которые проникает окружающая среда. Такие повреждения называются катодными отслоениями. Выделение водорода при электрохимической реакции приводит к отделению покрытия из смолы и разрушению металла с высокой скоростью коррозии.
В настоящем изобретении используется не образование алюмината кальция и обеспечение с его помощью защиты, а установленный факт, что сплошной и непрерывный тонкий и в основном не имеющий пор, слой оксида (окиси) алюминия (А1-оксид) или слой гидроксида алюминия (На1-оксид) толщиной менее 100 мкм, обычно толщиной от 5 до 75 мкм, сохраняется на поверхности практически чистого алюминия, нанесенного на арматурный пруток в свежеуложенном бетоне, имеющем рН от 9 и примерно до 13, достаточно долго для защиты металлического алюминия до тех пор, пока бетон не затвердеет. Использованное ниже выражение комбинированный слой оксида алюминия относится к тонкому покрытию из оксида алюминия, или из гидроксида алюминия, или того и другого. Этот комбинированный слой оксида алюминия противостоит коррозии вплоть до разрушения.
Далее, комбинированный слой оксида алюминия не обеспечивает эффективного ограничения подаваемого тока в достаточной мере для того, чтобы нейтрализовать потенциал на катоде. Изобретение относится к сохранению комбинированного покрытия из оксида алюминия неопределенно продолжительное время, несмотря на изменение рН бетона, окружающего арматурный пруток. Наличие слоя оксида алюминия не только обеспечивает барьерную защиту, но и по сравнению с током, необходимым для защиты непокрытых слоем арматурных прутков, неожиданно снижает плотность тока (тА/м2), необходимого для эффективной защиты. Новые покрытые алюминиевым слоем арматурные прутки без покрытия смолой, тем не менее, имеют двойную защиту: (ί) первый слой практически чистый алюминий в контакте с арматурным прутком, и (ίί) второй слой - оксид алюминия (А12О3), покрывающий слой алюминия. Использованное ниже выражение с алюминиевым покрытием относится к такому арматурному прутку с двойной защитой. Было установлено, что покрытые алюминием арматурные прутки имеют достаточную проводимость для нанесения на них гальванического покрытия в предпочтительном варианте выполнения магниевого покрытия. Поскольку пленка оксида алюминия образуется непосредственно на практически чистом алюминии и покрытые алюминием арматурные прутки исходно заделываются в содержащий воду бетон, интерес представляют диаграммы РоигЬа1х для алюминия со слоем оксида алюминия и для алюминия со слоем гидроксида алюминия. Слой оксида алюминия невосприимчив или пассивен при значении рН, изменяющемся в пределах примерно от 5 до 9; слой гидроксида алюминия пассивен при рН, меняющемся примерно от 3 до 8,5 (см. Соттокюп Эа1а. А1ит1пшт апб А1итшшт А11оук, р. 16).
В гальванической цепи металл, подлежащий защите, становится катодом, с которым соединен анод. Например, относительно стандартного потенциала (в вольтах) водородного электрода сравнения (НВЕ) при 25°С, равного 0, потенциал железа (Ре) равен -0,44 В, для цинка (Ζη) равен -0,763 В, для алюминия (А1) равен -1,66 В и для магния (Мд) равен -2,37 В. Стандартный потенциал для Ре приведен для реакции на электроде Ре2+ + 2е- = Ре, потенциал для А1 приведен для реакции на электроде А13+ + 3е = А1, потенциал для Ζη приведен для реакции на электроде Ζη2+ + 2е- = Ζη и потенциал для Мд приведен для реакции на электроде Мд2+ + 2е- = Мд. В существующих конструкциях металлы имеют потенциалы коррозии, меняющиеся в зависимости от окружающей среды. В естественной типовой окружающей среде потенциал коррозии для Ре находится в пределах от -0,35 до -0,45 В, в среднем -0,4 В, для Ζη в пределах от -0,7 до -0,8 В, в среднем -0,75 В, для А1 в пределах от -0,50 до -0,60 В, в среднем -0,55В и для Мд в пределах от -1,20 до -1,40 В, в среднем -1,30В. Следовательно, как хорошо известно, алюминий ведет себя не так, как ожидалось в соответствии с его положением в ряду ЭДС.
Соответственно этому, стержни из алюминия или сплавов, богатых алюминием, из магния или сплавов, богатых магнием, из цинка или сплавов, богатых цинком, были использованы в качестве расходуемых анодов, расположенных рядом с конструкцией или заделанных в нее, и имеющих гальваническую связь со стальными арматурными прутками; или были использованы арматурные прутки, покрытые цинком; в любом случае, необходимая масса анода равна количеству металла, со временем переходящему в раствор, причем это количество металла равно количеству электричества, протекающему через гальваническую цепь и время, за которое этот металл расходуется (закон Фарадея).
Так как защита нужна на протяжении длительного времени и, если коррозия началась, то скорость расходования анода обычно высока, и необходимая масса расходуемого анода за длительный период, скажем 100 лет, велика. Более того, периодическая замена анодов, обеспечивающая продолжительную защиту, в лучшем случае, неудобна, а часто и невозможна. Вследствие этого использование таких расходуемых анодов, большей частью, прекращено, а вместо них используется внешний источник энергии, обеспечивающий подведение к корродирующему металлу подаваемого катодного тока. Управление этим током дает возможность не ограничивать продолжительность жизни конструкции коррозией ее стальной арматуры. Для того чтобы избежать путаницы, следует заметить, что в гальваническом элементе катод представляет собой положительный полюс, а анод - отрицательный. Электрод, на котором происходит химическое восстановление (или положительное электричество переходит в электрод из электролита), называется катодом (например, Н№ 1/2Н2 - е-); а электрод, на котором происходит химическое окисление (или положительное электричество из электрода поступает в электролит), называется анодом (например, Ζη^Ζη2+ + 2е-). Однако в том случае, когда ток из генератора или внешней батареи подается в элемент, на электроде, соединенном с отрицательным полюсом внешнего источника тока, происходит восстановление, и этот электрод будет катодом. Таким образом, катод - это электрод, в который ток поступает из электролита, а анод - это электрод, из которого выходит ток, возвращающийся в электролит. При протекании тока через элемент катионы мигрируют в направлении катода и имеют положительный заряд; анионы заряжены отрицательно.
При катодной защите подаваемый ток направляется из анода в электролит и далее в арматурные прутки в конструкции. Такая общепринятая защита со стальными арматурными прутками без покрытия в качестве катода дорога и требует значительно большей плотности тока для получения удовлетворительно низкого уровня коррозии, чем это необходимо для получения такой же защиты от коррозии арматурных прутков, покрытых алюминием.
Реальная выгода электрохимической защиты заключается в возможности получения эквивалентной защиты при значительно меньшей плотности тока. Указанная защита применяется в тех случаях, когда начинает играть роль электрохимическая природа покрытия. Распространение коррозии происходит по оксиду алюминия и/или гидроксиду алюминия, но проникновения внутрь стальной сердцевины катода нет. Скорость коррозии определяется относительным размером анода и рН окружающего бетона. Малая поверхность контакта анода с большой площадью катода приводит к быстрой и сильной коррозии. Поскольку степень ионизации покрытия низка, низка и скорость коррозии.
Несмотря на множество предложений по защите арматуры от коррозии в бетоне, в современном строительстве по старинке используются прутки без покрытия, нарезанные по длине на прокатном стане и окисленные в атмосфере, в которой хранились. Так как оксидное покрытие (закись железа и оксид железа) арматурного прутка обеспечивает ему существенную степень защиты от щелочной среды свежеуложенного и затвердевшего бетона, не было стимула в их дополнительной защите.
Хорошо известно, что алюминий и его сплавы можно защитить катодным методом при помощи расходуемого анода из магния или сплавов, имеющих меньшую электродвижущую силу (т.е. более низкий или более отрицательный потенциал), чем алюминий, но значительно более практично обеспечивать защиту при поΊ мощи подаваемого катодного тока. В цепи подаваемого тока объектом защиты является катод, а анод может быть расходуемым, но в предпочтительном варианте выполнения анод изготавливается из графита или другого нерасходуемого металла или сплава. Катод и анод в бетонной среде образуют соли, растворяющиеся в воде как в электролите.
Непрерывно меняющаяся среда в бетоне отличается от других сред, для которых используется множество других систем катодной защиты. Эти другие системы используются для корпусов судов и других крупных объектов из алюминия. Такие объекты существенно отличаются от арматурных прутков в том, что сечение алюминия или алюминиевых сплавов в них относительно велико - обычно по крайней мере 3 мм, и среда, в которой они находятся, не является бетоном. При такой толщине подаваемый ток может поддерживаться в широком интервале значений, так как величина рН непосредственного окружения анода и катода, например, морской воды, меняется в узких пределах от примерно 8 до 10.
Патент США № 4510030, выданный Мияшита и др., рассматривает проблему коррозии алюминия, имеющего на поверхности анодированное оксидное покрытие или пленку красителя, или алюминиевых материалов без покрытия, погруженных в воду, из-за возникновения точечной коррозии или межкристаллитной коррозии при применении вышеупомянутого расходуемого анода или способа катодной защиты (см. колонку 2, с. 1-5). Заявляется, что алюминиевый материал длительное время остается стабильным в воде, не подвергаясь существенно коррозии, если естественный потенциал алюминия поддерживается в узких пределах от приблизительно 0,3 В до приблизительно 0,4 В ниже потенциала точечной коррозии и до потенциала начала точечной коррозии... (см. колонку 2, сс. 17-19). Однако заявляется, что когда напряжение внешнего источника питания управляется так, что поддерживается потенциал катода в части алюминиевого материала, близкой к противоположному электроду, в надлежащих пределах, потенциал в части, удаленной от противоположного электрода, снижается недостаточно. С другой стороны, при желании снизить в достаточной степени потенциал части алюминиевого материала, удаленной от противоположного электрода, потенциал части, близкой противоположному электроду, снижается чрезмерно. Такое избыточное снижение потенциала ведет к растворению, т.е. к щелочной коррозии алюминиевого материала. Как описано выше, при применении способа с обычным расходуемым анодом или способа катодной защиты с использованием внешнего источника питания, эффективное управление катодным потенциалом всего объема алюминиевого материала, так чтобы потенциал оставался в пределах стабиль ного интервала, затруднено (см. колонку 2, строку 61 до колонки 3, строки 10). Хотя в патенте США № 4510030 не указывается диапазон рН, который они хотят поддерживать, или на необходимый диапазон плотностей тока (мА/м2), ясно, что их система предназначена для использования в морской воде, где рН равен примерно 9, и не предполагается, что придется иметь дело с рН, имеющим обычно начальную величину 13. Ясно также, что потенциал катода поддерживается в диапазоне от -700 до -1300 мВ относительно электрода из хлористой ртути (см. фиг. 2 рассматриваемого патента). В границах этого диапазона стабильный потенциал поддерживается в пределах от -700 до -1000 мВ и потому алюминий стабилен. Схемы, приведенные на фиг. 1а и 1Ь (см. патент), при достижении потенциала -700 мВ замыкаются накоротко, что возвращает потенциал до уровня около -1300 мВ. Так как в этом патенте возможно измерение потенциала на самой защищаемой поверхности алюминия, потенциал измеряется при его постепенном изменении до тех пор, пока он не приблизится к потенциалу коррозии -700 мВ, когда происходит кратковременное включение тока. Но невозможно измерение изменяющегося потенциала, так как потенциал коррозии меняется в соответствии с изменением условий окружающей среды при включенном подаваемом токе и, следовательно, нельзя отрегулировать ток надлежащим образом. Возможно только закорачивать цепь. В настоящем изобретении этот недостаток учтен путем включения датчика потенциала коррозии в схеме, отделенной от схемы, задающей подаваемый ток, защищающий арматурные прутки. В среде вновь уложенного бетона исходное рН находится на уровне около 12-14. С началом затвердевания рН бетона превышает 9 около 50 лет, после чего, из-за увеличения кислотности бетона постепенно снижается до уровня рН примерно 5-9. В бетоне с такой высокой щелочностью любая дополнительная щелочность, вызванная относительно малым подаваемым током, пренебрежимо мала.
Сущность изобретения
Основной задачей данного изобретения является сведение к минимуму, если не полное устранение ущерба, наносимого продуктами коррозии арматурных прутков из мягкой стали. Указанные продукты занимают больший объем, чем может занимать металл. Ослабевают не только арматурные прутки, но и бетон, который растрескивается и раскалывается.
Установлено, что стальные арматурные прутки, покрытые тонким слоем практически чистого алюминия без пор, толщиной более 250 мкм, но менее 2 мм, неразрывно внедренным в поверхность прутков, с образованным на их поверхности слоя практически непроводящих оксида алюминия и/или гидроксида алюминия, эффективно действуют в качестве катода. Такие арматурные прутки совместно со слоем оксида алюминия могут быть использованы с а) подаваемым током и нерастворимым анодом и Ь) с расходуемым растворимым анодом; в каждом случае срок службы защищаемой конструкции возрастает на произвольный неопределенно долгий срок. Важно, чтобы алюминиевое покрытие представляло собой практически чистый алюминий, содержащий, в общей сложности, менее 2% металлических примесей и кремния, и чтобы рН в зоне, непосредственно окружающей арматурный пруток и слой оксида алюминия на нем, поддерживался в пределах, когда степень коррозии минимальна, обычно примерно от 9 до 6, хотя начальное значение рН свежеуложенного бетона равно примерно 13 и после того, как бетон за период более 50 лет подвергнется воздействию кислотности окружающей среды, рН обычно снижается до 9 и ниже. Термин непосредственно окружающая зона означает область в пределах радиуса 10 мм от поверхности покрытого алюминием арматурного прутка. Под минимальной подразумевается скорость коррозии менее 20 мкм/год, а предпочтительно менее 10 мкм/год.
Следовательно, основной задачей данного изобретения является способ защиты стальных компонентов, включая элементы упрочнения, например арматурные прутки в железобетонных и предварительно напряженных бетонных конструкциях, путем покрытия арматурных прутков упомянутым выше тонким покрытием из практически чистого алюминия и формирование на этом покрытии перед укладкой бетона слоя оксида алюминия, толщиной примерно от 0,1 до 100 мкм так, что поверхность оксида находится в прямом контакте с бетоном и свободна от дополнительного слоя синтетической смолы; и электрического соединения практически непроводящего оксида в качестве катода в цепь, в которой возможно использовать нерастворимый или растворимый анод для подачи катодного подаваемого тока, причем каждый их этих анодов используется на поверхности конструкции, или в непосредственной близости от конструкции, или внутри нее. Независимо от выбора эффективного места размещения анодов, аноды являются важным компонентом защищаемой конструкции и должны быть неотъемлемой ее частью.
Неожиданно было установлено, что катодное покрытие алюминием, применяемое в данном случае, в 5-10 раз тоньше применявшегося раньше и получаемого гальваническим путем, и обеспечивающего такую же защиту от коррозии стальных арматурных прутков в бетоне. Более того, использование упомянутого выше алюминиевого покрытия снижает ток, необходимый для такой же степени катодной защиты, какая предоставляется обычной катодной защитой арматурных прутков без покрытия, примерно в 10-20 раз, обычно требуя плотности тока примерно 20-40 мА/м2; при этом покрытие из окси да алюминия обеспечивает достаточную проводимость при значении рН примерно от 6 до 9, оказывая неожиданно сильное воздействие на стоимость операции защиты и, обеспечивая коррозию в 10 мкм/год, по сравнению со стоимостью защиты арматурных прутков с покрытием расходуемым слоем цинка, и обеспечивая такую же степень защиты. Используемый ниже термин покрытие алюминием относится к покрытию алюминием, которое, в свою очередь, покрыто слоем комбинированного оксида алюминия.
В частности, было установлено, что покрытие алюминием удивительно противостоит щелочной коррозии, обеспечивая практически непрерывный подаваемый ток, поддерживаемый при уровне потенциала примерно на 150 мВ, но менее 300 мВ, а наиболее предпочтительно на 200 мВ, ниже потенциала коррозии датчика потенциала коррозии из практически чистого алюминия, заделанного в бетон в зоне, где значение рН составляет от примерно 9 до примерно 13, причем указанный датчик изготовлен из того же металла, что и покрытие арматурных прутков, а именно: алюминиевый датчик произвольной формы, в предпочтительном варианте выполнения представляющий собой пластину или стержень; потенциал подаваемого тока, необходимого для требуемой защиты покрытых алюминием прутков в бетоне, составляет от примерно -600 мВ (-0,6 В) до примерно -1300 мВ (-1,3 В) относительно водородного электрода сравнения. В конструкциях из твердеющего или затвердевшего железобетона подаваемый ток снижает катодный потенциал арматурных прутков до предварительно заданных пределов, соответствующих потенциалу коррозии, измеренному на датчике потенциала коррозии; далее, подаваемый ток поддерживает значение рН в пределах от примерно 6 до примерно 9 в зоне радиуса около 10мм относительно поверхности покрытого алюминием арматурного прутка.
Перечень фигур
Изложенные выше и дополнительные задачи и преимущества изобретения можно лучше понять, обращаясь к следующим подробным описаниям, сопровождаемым схематическими иллюстрациями предпочтительных вариантов выполнения изобретения, в которых одинаковыми цифрами обозначены одинаковые элементы и на которых фиг. 1 представляет график зависимости относительных скоростей коррозии А1 (алюминия), Ζη (цинка) и Ее (железа) от рН;
фиг. 2 - вид сбоку схематически изображенной железобетонной конструкции, в которой ее стальные арматурные прутки с алюминиевым покрытием подвергаются катодной защите посредством нескольких растворимых магниевых анодов, расположенных снаружи относительно арматурных прутков, либо, как вариант, внутри относительно них; причем все аноды имеют гальваническое соединение с катодом;
фиг. 3 - детальное изображение части покрытого алюминием арматурного прутка, имеющего на поверхности очень тонкий слой оксида алюминия и/или гидроксида алюминия, называемый далее комбинированным слоем оксида алюминия;
фиг. 4 - вид сбоку схематически изображенной железобетонной конструкции, в которой стальные арматурные прутки с алюминиевым покрытием подвергаются катодной защите посредством нескольких растворимых анодов из магния, расположенных разнесенными друг от друга, каждый из которых вделан в конструкцию и имеет гальваническое соединение с катодом;
фиг. 5 - схематическое изображение системы, содержащей вделанные арматурные прутки с алюминиевым покрытием, подвергаемые катодной защите посредством нерастворимого анода в цепи, в которой ток течет в катод; отдельная схема контролирует потенциал коррозии Ес пластины или стержня из практически чистого алюминия; в необязательном варианте выполнения имеется схема непрерывного измерения рН;
фиг. 6 - график плотности тока в функции скорости коррозии для стальных арматурных прутков в бетоне, при использовании обычной системы катодной защиты, на котором приведена информация о плотности тока, при которой поддерживается заданная скорость коррозии;
фиг. 7 - график плотности тока в функции скорости коррозии для покрытых алюминием стальных арматурных прутков в бетоне, при использовании системы катодной защиты, соответствующей данному изобретению, на котором представлена информация о плотности тока, при которой поддерживается заданная скорость коррозии;
фиг. 8 - два графика, один из которых обозначен \УСР. другой СР. Первый (\УСР) - для арматурного прутка с алюминиевым покрытием и катодной защитой без подаваемого тока, и второй (СР) - для арматурного прутка с алюминиевым покрытием и катодной защитой с подаваемым током. Обе системы имеют заданный срок службы.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Арматурные прутки с указанным выше алюминиевым покрытием, только что вделанные в бетон, немедленно подвергаются воздействию среды с рН около 13 и становятся объектом щелочной коррозии. Такие арматурные прутки могут быть гальванически защищены путем подключения к металлу, более щелочному, чем алюминий, т. е. имеющему более низкий стандартный потенциал, чем алюминий, что схематически показано на фиг. 2.
На фиг. 2 и 3 показана конструкция с катодной защитой, обозначенная цифрой 10, на которую воздействует атмосфера. В конструкцию входит железобетонная колонна 11, в которую заделана сетка (решетка) арматурных прутков 12, соответственно скрепленных стяжками из покрытой алюминием стальной проволоки (не показана). Бетон колонны 11 достаточно порист, что обеспечивает проникновение влаги и движение электронов. То же можно сказать о почве 13, в которой закреплена колонна. Часть колонны показана погруженной в воду 14. В предпочтительном варианте выполнения все арматурные прутки являются частью катода системы.
Перед заделкой в бетон арматурные прутки покрываются слоем 15 практически чистого алюминия, имеющего указанную выше толщину, предпочтительно, 0,25 мм, что схематически показано на фрагменте части покрытого арматурного прутка на фиг. 3. Способ, которым наносится алюминиевое покрытие, не имеет большого значения, при условии, что адгезия алюминиевого покрытия так велика, что оно становится неотъемлемой частью конструкции арматурного прутка, и покрытие практически не имеет пор. Выражение практически не имеет пор означает, что визуальный осмотр покрытой поверхности под микроскопом показывает, что покрытие из оксида алюминия, образовавшееся на алюминии, занимает не менее 95% поверхности арматурного прутка.
Прутки могут быть подвергнуты горячему алюминированию обычным способом, со снятием отложений, ржавчины и поверхностных загрязнений посредством травления и очисткой и непрерывной протяжкой через печь с окислительной атмосферой при температуре 1093°С (2000°Е), для устранения любых остаточных загрязнений и с образованием тонкого покрытия из оксида. Арматурные прутки с оксидным покрытием непрерывно протягиваются через печь, содержащую восстановительную атмосферу (80% азота/20% водорода) для восстановления оксидного покрытия до металлической поверхности, свободной от неметаллических примесей, и для образования поверхности, к которой алюминиевое покрытие, полученное горячим алюминированием, имеет высокую адгезию. После этого в инертной атмосфере прутки погружаются в расплавленный алюминий и, во избежание образования диффузионного слоя сплава, охлаждаются в регулируемой окислительной атмосфере без дальнейшего нагрева и без образования промежуточного слоя, содержащего соединения металлов, образующиеся как продукты реакции между листовой сталью и покрывающим ее алюминием, как, например, в производстве автомобильных выхлопных систем и бытовых приборов.
В другом варианте арматурные прутки могут быть покрыты путем распыления посредст вом электрической дуги в инертной атмосфере. Безотносительно к тому, как получено алюминиевое покрытие, оно приобретает тонкий слой оксида алюминия 15', присутствующий всегда (размеры которого на фиг. 3 показаны сильно преувеличенными и не в масштабе). При заделке в свежеуложенный бетон также образуется покрытие из гидроксида алюминия, составляющее единое целое и являющееся частью слоя 15' оксида алюминия. Поэтому, слой гидроксида алюминия отдельно не выделяется. Толщина комбинированного слоя оксида алюминия зависит от конкретного бетона, его температуры и времени пребывания арматурных прутков в данной среде. Толщина комбинированного покрытия 15' оксида алюминия обычно находится в пределах от 0,5 примерно до 5 мкм.
Колонна 11 окружена несколькими анодами 16 из металла, образующего раствор соли в водной среде, причем металлом в предпочтительном варианте выполнения является магний или богатый магнием сплав; как вариант, в новых конструкциях дополнительные расходуемые аноды могут быть распределены внутри конструкции. В предпочтительном варианте выполнения площадь используемого анода составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 1 м2 на 50 м2 площади непокрытого катода. Аноды 16 распределены по вертикали относительно друг друга по всей длине колонны, располагаясь к колонне достаточно близко; для обеспечения соответствующей плотности тока, когда все аноды электрически соединены с сеткой арматурных прутков 12, используется достаточное количество анодов 16. В предпочтительном варианте выполнения некоторые аноды прикреплены к поверхности колонны, другие размещаются вблизи поверхности, некоторые находятся в воде. Все провода в электрической схеме соответствующим образом изолированы.
В упомянутом патенте США № 4510030 указано, что в том случае, когда расходуемый анод, изготовленный из металла, обладающего более щелочным потенциалом, чем алюминий, достаточным для того, чтобы управлять потенциалом даже в части алюминиевого материала, удаленной от расходуемого анода, часть алюминиевого материала, близкая к расходуемому аноду, подвергается воздействию избыточного потенциала, который вызывает щелочную коррозию из-за так называемой избыточной антикоррозии (см. колонку 2, строки 50-58); и избыточное снижение потенциала стремится вызвать растворение, т.е. щелочную коррозию алюминиевого материала (см. колонку 3, строки 3-4). Эта трудность в предпочтительном варианте выполнения преодолевается путем использования инертного анода и, как подробно описано ниже, сильно уменьшается при использовании подаваемого тока при потенциале от 900 мВ (0,9 В) до 1500 мВ (1,5 В) независимо от используемого анода, естественно, при условии, что его материал более щелочной, чем алюминий.
Относительно пропускания подаваемого катодного тока через алюминиевый катод, в упомянутом патенте США сказано, что: нанесение анодированного оксидного покрытия на поверхности таких алюминиевых материалов и/или использование пленки красителя на такой поверхности принято в реальной практике и действительно, в некоторой степени предохраняет от такой коррозии (см. колонку 1, строки 34-38); и простое применение общепринятого способа с расходуемым анодом для таких алюминиевых материалов не дало такой же удовлетворительной защиты от коррозии, как это было получено для стальных материалов. Причина этой неудачи заключается в том, что в отличие от стали, алюминий является так называемым амфотерным металлом, растворимым как в кислотах, так и в щелочах (колонка 2, строки 612). Более вероятной причиной этой неудачи, чем амфотерность, является то, что Мияшита и др. имели дело с морской средой, а не с бетоном. Они, следовательно, упустили из виду, что комбинированный слой оксида алюминия может обеспечить превосходную защиту от коррозии, если он использован совместно с практически непрерывным катодным подаваемым током.
Вследствие значительно более высокого значения рН свежеуложенного и только что затвердевшего бетона, относительно малый антикоррозийный катодный подаваемый ток, поступающий в арматурные прутки с алюминиевым покрытием от отрицательного полюса внешнего источника питания при потенциале Ес, поддерживает потенциал арматурных прутков ниже потенциала коррозии алюминиевых пластины или стержня, заделанных в бетон (см. фиг. 5). Высокое значение рН бетона, окружающего арматурные прутки, устраняет любую опасность того, что потенциал арматурных прутков поднимется выше потенциала Ес алюминиевых пластины или стержня и по аналогии арматурных прутков. Потенциал Ес непрерывно контролируется и величина подаваемого тока обеспечивается такой, чтобы Ер = Ес + 200 мВ. Потенциал покрытых алюминием арматурных прутков не измеряется.
Плотность тока была измерена при приведенных ниже условиях. Секция арматурных прутков была заделана в бетон, а бетон затвердевал в течение 30 дней. Пластина алюминия размерами 2,5 см х 5 см х 1 см также была заделана в бетон. Ток был включен, когда стало возможно измерение Ес в алюминиевой пластине. Был приложен ток, достаточный для поддержания рН в пределах от примерно 7 до 8. Потенциал коррозии Ес, потенциал катодной поляризации Ер, ток I, рН бетона и сопротивление бетона К.с, как и вес прутков, измерялись ежедневно. Ток поляризации был выключен после того, как параметры, подлежащие измере нию, стали относительно стабильными. Величины потенциалов Ес и Ер, приведенные здесь, отсчитывались относительно водородного электрода сравнения.
Арматурные прутки были изготовлены из стали с низким содержанием углерода (менее 1%, предпочтительно менее 0,75%) с совокупным содержанием менее 5%, обычно менее 1%, легирующих примесей. В сухом климате коррозия, несмотря на щелочную среду цементного раствора, отсутствует. Однако если железобетонная конструкция находится во влажной атмосфере, которая также может содержать кислотные загрязнения, подобные диоксиду серы, и увлажняется раствором соли, подобной хлориду натрия, широко применяемому зимой для таяния льда на поверхности бетона, коррозия начинается. Как только это происходит, из-за выработки кислоты на аноде щелочная среда теряется.
Настоящее изобретение решает проблему электролитической коррозии, используя покрытые алюминием арматурные прутки, вместо непокрытых арматурных прутков и используя стержни из алюминия или богатых алюминием сплавов в качестве расходуемых анодов. На практике катодного подаваемого тока, по крайней мере, достаточно, чтобы устранить процесс электролиза; в предпочтительном варианте выполнения ток должен быть достаточно велик, чтобы эффективно изменить направление процесса электролиза, при этом ток протекает от анода к катоду так, что электроны уходят с поверхности металла катода, подлежащей защите. Разумеется, направление тока и направление движения электронов противоположны: ток течет от анода к катоду, а электроны от катода к аноду.
График, представленный на фиг. 1, отражает скорость коррозии в мкм в год в функции рН для стержней из А1, Ζη и Ее; при этом стержни имеют одинаковую длину в 10 см и диаметр 2,0 см. Стержни были помещены в одинаковые градуированные стеклянные цилиндры с одинаковым количеством жидкости с одинаковым значением ее рН. Таким образом, 15 цилиндров содержали водный раствор с рН 5, 7, 9, 11 и 13, соответственно, группами по три. Измерения выполнялись в течение шести месяцев с использованием игольчатого зонда, вдавливаемого в поверхность стержня с одинаковым усилием и с измерением глубины проникновения иглы при помощи микроскопа. Результаты отражены на кривой А для алюминия, на кривой Е для железа и на кривой Ζ для цинка. Ясно, что алюминий коррозионно стоек только в диапазоне рН от приблизительно 6 до 9, цинк коррозионно стоек в диапазоне от примерно рН от 6 до 12 и железо коррозионно стойко в диапазоне рН от примерно 6 до 13.
На фиг. 4 приведено изображение конструкции с катодной защитой 11, аналогичной конструкции на фиг. 2, в которой, однако, все аноды являются расходуемыми анодами (показан анод из магния), заделанными внутрь сетки арматурных прутков и для получения наилучшего распределения катодной защиты разнесены на соответствующие расстояния относительно друг друга. Очевидно, что такой вариант будет полезен только в конструкции со свежеуложенным бетоном, но не в уже существующей конструкции.
На фиг. 5 приведено схематическое изображение системы управления, в которой сетка арматурных прутков 12, покрытых алюминием, и аноды 17 электрически соединены с автоматически регулируемым источником 20 питания постоянного тока (источником электронов), который управляется программируемыми средствами 25 управления, обеспечивая подачу выбранного напряжения на арматурные прутки 12.
Источник электронов представляет собой трансформатор/выпрямитель или батарею, имеющую отрицательный вывод 21 и положительный вывод 22. Вывод 21 проводом 23 электрически соединен с сеткой 12 арматурных прутков; аноды 17 проводом 24 соединены с выводом 22. Аноды 17 расположены на соответствующих местах внутри и вне бетонной конструкции, обеспечивая необходимую плотность тока. Внешние аноды, инертные или растворимые, если они размещены вне поверхности бетонной конструкции, располагаются в зависимости от особенностей окружающей среды почвы и/или воды, однако, должны быть расположены близко к арматурным пруткам 12, т.е. внутри бетонной конструкции, или на ее поверхности, или на малом расстоянии от бетонной конструкции; при этом расстояние зависит от омического сопротивления среды между конструкцией и анодом таким образом, чтобы не требовался подаваемый ток, превышающий 200 мА/м2. Аноды могут быть выполнены из графита или представлять собой титановые стержни, покрытые смесью оксидов металлов, известных специалистам и продаваемых под торговой маркой ЬГОА.
Средства измерения, такие как алюминиевый датчик потенциала коррозии, например, пластина 30, электрод 40 сравнения и рНэлектрод или рН-метр 50 электрически подключены к компаратору (средству сравнения) 60, измеряющему (ί) потенциал датчика коррозии относительно электрода сравнения до тех пор, пока его уровень не зафиксируется на стабильном уровне, (ίί) потенциал коррозии на алюминиевой пластине или стержне 30 и также, в предпочтительном варианте выполнения, (ίίί) непрерывно рН бетона; результаты измерений передаются компаратору 60. Требуемое напряжение противоположно по направлению напряжению внешнего источнику напряжения, так как аноды нерасходуемы. Зная напряжение и ток в цепи, можно вычислить мощность, нуж ную для получения необходимого уровня защиты. Алюминиевый элемент может быть заделан в железобетонную конструкцию или в бетон, используемый для указанной конструкции, но отдельно от железобетонной конструкции в зоне, лежащей вне железобетонной конструкции.
В этой системе с подаваемым током целесообразно для создания потенциала, необходимого для получения требуемой плотности тока, использовать выпрямитель. Электрический ток протекает в почве от зарытых анодов к защищаемой конструкции. Следовательно, анод соединен с положительным полюсом выпрямителя, а арматурные прутки конструкции соединены с отрицательным. Как и ранее, все провода от выпрямителя к аноду и к конструкции должны быть электрически изолированы. Величина потенциала определяется по потенциалу конструкции на поверхности почвы, на различных глубинах внутри почвы и на колонне в различных ее точках. Для непрерывного измерения потенциала коррозии на поверхности алюминиевой пластины или стержня 30 относительно электрода 40 сравнения, безотносительно к потенциалу коррозии на арматурных прутках 12, в компараторе 60 применяются обычные средства. Затем в программируемые средства 25 управления вводятся из компаратора 60 результаты измерений текущих значений потенциала на алюминиевых пластине или стержне и на электроде сравнения, которые затем обеспечивают поддержание соответствующих значений напряжения и плотности тока, которые источник 20 электронов подает в сетку 12. В указанные измерения входит измерение потенциала на электроде сравнения.
Важно, чтобы выполнялись измерения потенциала коррозии на алюминиевых пластине или стержне 30 вместо потенциала коррозии арматурных прутков, так как установлено, что измерения, выполненные на арматурных прутках, недостаточно надежны. Размеры алюминиевых пластины или стержня не очень критичны, но их следует располагать вне области рН, непосредственно окружающей конструкцию. Считаются пригодными пластина с размерами 2,5 см х 5 см х 1 см толщиной или стержень 10 см длиной и 2,5 см в диаметре.
Для того чтобы обеспечить создание посредством катодной защиты зоны рН в интервале от 6 до 9 в непосредственной близости от арматурного прутка, в конструкцию заделывается рН-метр 50, и его измерительный зонд заделывается в зону, непосредственно окружающую пруток. В предпочтительном варианте выполнения таким образом заделывается несколько одинаковых измерителей рН.
Новая система практически обеспечивает отсутствие коррозии сетки 12 в железобетонной конструкции, имеющей величину рН в пределах примерно от 6 до 9, измеренной в зоне, непосредственно окружающей указанные арматурные прутки. Источник 20 питания обеспечивает достаточный ток при потенциале Ер, который достаточно электроотрицателен относительно измеренного потенциала Ес коррозии алюминиевой пластины, чтобы снизить катодный потенциал арматурных прутков до катодного потенциала указанных прутков в заданных пределах, которые могут быть коррелированы с рН в пределах от приблизительно 6 до 9. Источник 20 питания непрерывно поддерживает ток при Ес (измеренный потенциал коррозии) плюс 200 мВ (0,2 В) при плотности тока, при которой коррозия минимальна, т.е. при которой обеспечена максимальная защита от коррозии в течение неопределенно долгого срока службы в 100 и более лет.
График, представленный на фиг. 6, отображает зависимость скорости коррозии (мкм/год) стальных арматурных прутков без покрытия от плотности тока, при которой поддерживается указанная скорость коррозии. Очевидно, что для получения скорости коррозии менее 50 мкм/год с использованием катодной защиты требуется плотность тока в 200 мА/м2.
График, представленный на фиг. 8, отображает зависимость скорости коррозии стальных арматурных прутков, покрытых слоем практически чистого алюминия без пор толщиной 0,25 мм, от плотности тока, при использовании системы, показанной на фиг. 5. Очевидно, что для получения скорости коррозии менее 50 мкм/год требуется плотность тока около 2 мА/м2, а при плотности тока 20 мА/м2 скорость коррозии составит около 5 мкм/год.
В следующей ниже табл. 1 приведены требования к стальному арматурному прутку без покрытия и с покрытием из алюминия при потенциале Ер = -200 мВ для получения данных о коррозии в бетоне с рН от более чем 9 до примерно 13.
Таблица 1
| Катодная защита Да или Нет | Скорость коррозии, мкм/год | Ток, мкА | |
| Пруток с без покрытия | Нет | 60-180 | 0 |
| Пруток с без покрытия | Да | 20-40 | 420-710 |
| Пруток с алюминиевым покрытием | Нет | 50-1000 | 0 |
| Пруток с алюминиевым покрытием | Да | <5 | 51-98 |
Приведенная информация показывает, что при включении подаваемого тока вскоре после укладки бетона будет получена превосходная защита при толщине алюминиевого покрытия, указанной выше, причем такая защита сохраняется более 40 лет.
В следующей ниже табл. 2 приведены требования к току катодной защиты стальных арматурных прутков с алюминиевым покрытием при потенциалах Ер= -50, -100 и -200 мВ при коррозии в бетоне с рН от более чем 9 до примерно 13.
Таблица 2
| Потенциал, мВ | Скорость коррозии, мкм/год | Ток, мкА | |
| -Ес | -Ер | ||
| 550-600 | 50 | 30-60 | 8-17 |
| 550-600 | 100 | <5 | 19-38 |
| 550-600 | 200 | <5 | 39-77 |
Таким образом, из общего обсуждения и описания системы и процесса катодной защиты арматурных прутков, покрытых алюминием, заделанных в бетон, и иллюстраций изобретения, становится очевидно, что изобретение обеспечивает эффективное решение давно существующей проблемы. Поэтому следует иметь в виду, что приведенные и обсужденные конкретные варианты выполнения не должны служить причиной для ненадлежащих ограничений, и, в частности, изобретение не ограничено приведенными в данном описании конкретными деталями.
Claims (16)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ изготовления железобетонной конструкции со стальными арматурными прутками, в котором упомянутые арматурные прутки заделывают в бетон, имеющий значение рН от примерно 9 до примерно 13, отличающийся тем, что упомянутые прутки имеют покрытие из практически чистого алюминия толщиной от примерно 0,25 до 2 мм, на котором имеется слой оксида, имеющий толщину от примерно 0,1 до примерно 100 мкм и содержащий оксид алюминия и/или гидроксид алюминия в комбинированном слое оксида алюминия, который находится в прямом контакте с указанным бетоном, при этом внутрь упомянутой конструкции заделывают датчик потенциала коррозии из практически чистого алюминия и осуществляют непрерывное измерение потенциала коррозии на поверхности упомянутого датчика потенциала коррозии относительно электрода сравнения, пока его величина не стабилизируется на измеренном уровне стабильного потенциала без измерения потенциала коррозии на упомянутых арматурных прутках, осуществляют анодное соединение источника потенциала с анодом, расположенным в непосредственной близости к упомянутым арматурным пруткам, и катодное соединение упомянутых арматурных прутков с источником потенциала, обладающим электроотрицательным потенциалом относительно упомянутого измеренного стабильного потенциала, достаточным для снижения катодного потенциала упомянутых арматурных прутков до предварительно заданных пределов, коррелируемых с потенциалом коррозии, измеренным на упомянутом датчике потенциала коррозии, и осуществляют непрерывное поддержание тока от упомянутого источника электроотрицательного потенциала при потенциале, который ниже потенциала коррозии упомянутого датчика потенциала коррозии на величину от примерно 150 до менее 300 мВ.
- 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутые арматурные прутки соединяют с упомянутым источником потенциала с обеспечением подаваемого тока при потенциале от примерно -0,9 до примерно -1,5 В относительно водородного потенциала сравнения.
- 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют арматурные прутки с толщиной упомянутого покрытия из практически чистого алюминия и комбинированного слоя оксида алюминия от более 0,2 до примерно 1 мм.
- 4. Система для обеспечения коррозионной устойчивости железобетонной конструкции, содержащей бетонную массу, имеющую значение рН от примерно 9 до примерно 13, в которой размещены стальные арматурные прутки, электрически соединенные друг с другом с образованием сетки, причем упомянутые арматурные прутки имеют покрытие из практически чистого алюминия с толщиной от примерно 0,25 до 2 мм, на котором имеется слой оксида, включающий оксид алюминия и гидроксид алюминия и имеющий толщину от 0,1 до 100 мкм, отличающаяся тем, что она содержит датчик потенциала коррозии, внешний источник питания, связанный с программируемым средством управления, которое связано с последовательно включенными средствами сравнения потенциалов с возможностью действия на основании данных от упомянутого внешнего источника питания и от упомянутых средств сравнения потенциалов, средства измерения потенциалов, связанные с упомянутыми средствами сравнения потенциалов с возможностью непрерывного измерения потенциала коррозии на поверхности датчика потенциала коррозии относительно электрода сравнения пока его величина не стабилизируется на уровне измеренного стабильного потенциала, средства анодного соединения внешнего источника потенциала с анодом, расположенным в непосредственной близости к упомянутым арматурным пруткам, средства катодного соединения упомянутых арматурных прутков с упомянутым внешним источником питания, обладающим электроотрицательным потенциалом относительно упомянутого измеренного стабильного потенциала, достаточным для снижения катодного потенциала упомяну тых арматурных прутков до заданных пределов, и средства непрерывного поддержания тока от упомянутого источника электроотрицательного потенциала при потенциале, который ниже потенциала коррозии упомянутого датчика потенциала коррозии на величину от примерно 150 до менее 300 мВ.
- 5. Защищенная от коррозии конструкция, содержащая бетонную массу, имеющую рН в интервале от примерно 9 до примерно 13, и в которой размещены покрытые алюминием стальные арматурные прутки, отличающаяся тем, что она содержит датчик потенциала коррозии из практически чистого алюминия, заделанный в упомянутую конструкцию, средства непрерывного измерения потенциала коррозии на поверхности упомянутого датчика потенциала коррозии относительно электрода сравнения, пока его величина не стабилизируется на уровне измеренного стабильного потенциала, средства анодного соединения внешнего источника потенциала с анодом, расположенным в непосредственной близости к упомянутым арматурным пруткам, средства катодного соединения упомянутых арматурных прутков с источником потенциала, обладающим электроотрицательным потенциалом относительно упомянутого измеренного стабильного потенциала, достаточным для снижения катодного потенциала упомянутых арматурных прутков до заданных пределов, и средства непрерывного поддержания тока от упомянутого источника электроотрицательного потенциала при потенциале, который меньше потенциала коррозии упомянутого датчика потенциала коррозии на величину от примерно 150 до менее 300 мВ, при этом упомянутые арматурные прутки имеют покрытие из практически чистого алюминия толщиной от примерно 0,25 до 2 мм, на котором имеется слой оксида, включающий оксид алюминия и гидроксид алюминия и имеющий толщину от 0,1 до 100 мкм, а часть упомянутой бетонной массы, находящаяся в радиусе 10 мм от поверхности арматурных прутков, имеет рН от 6 до примерно 9.
- 6. Защищенная от коррозии конструкция со стальными арматурными прутками, содержащая бетонную массу, имеющую значение рН в интервале от примерно 9 до примерно 13, отличающаяся тем, что она содержит расходуемый анод, имеющий гальваническое соединение с упомянутыми арматурными прутками и расположенный в непосредственной близости от них, при этом арматурные прутки имеют покрытие из практически чистого алюминия толщиной от примерно 0,25 до 2 мм, на котором имеется слой оксида, включающий оксид алюминия и гидроксид алюминия и имеющий толщину от 0,1 до 100 мкм.
- 7. Способ изготовления железобетонной конструкции со стальными арматурными прутками, в котором заделывают в бетон арматур ные прутки, отличающийся тем, что арматурные прутки имеют покрытие из алюминия толщиной от примерно 0,25 до примерно 2 мм, на котором имеется слой оксида, имеющий толщину от примерно 0,1 до примерно 100 мкм и содержащий оксид алюминия и/или гидроксид алюминия в комбинированном слое оксида алюминия, который находится в прямом контакте с указанным бетоном, кроме того, внутрь упомянутой конструкции заделывают датчик потенциала коррозии из алюминия и осуществляют измерение потенциала коррозии на поверхности датчика потенциала коррозии относительно электрода сравнения, пока его величина не стабилизируется на измеренном уровне стабильного потенциала без измерения потенциала коррозии на арматурных прутках, осуществляют анодное соединение источника потенциала с анодом, расположенным в непосредственной близости к арматурным прутками, и катодное соединение арматурных прутков с источником потенциала, обладающим электроотрицательным потенциалом относительно измеренного стабильного потенциала, достаточным для снижения катодного потенциала арматурных прутков до предварительно заданных пределов, коррелируемых с потенциалом коррозии, измеренном на датчике потенциала коррозии, и осуществляют непрерывное поддержание тока от источника электроотрицательного потенциала при потенциале, который ниже потенциала коррозии датчика потенциала коррозии.
- 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что используют арматурные прутки с толщиной покрытия из алюминия и комбинированного слоя оксида алюминия от примерно 0,2 до примерно 1 мм.
- 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что арматурные прутки соединяют с источником потенциала с обеспечением подаваемого тока при потенциале от примерно -0,6 до примерно -1,3 В относительно водородного потенциала сравнения.
- 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что используют арматурные прутки с толщиной покрытия из алюминия и комбинированного слоя оксида алюминия от примерно 0,2 до примерно 1 мм.
- 11. Система для обеспечения коррозионной устойчивости стальных арматурных прутков железобетонной конструкции, содержащей бетонную массу, в которой размещены арматурные прутки, электрически соединенные друг с другом с образованием сетки, причем арматурные прутки имеют покрытие из алюминия с толщиной от примерно 0,25 до примерно 2 мм, на котором имеется слой оксида, включающий оксид алюминия и гидроксид алюминия и имеющий толщину от примерно 0,1 до примерно 100 мкм, отличающаяся тем, что она содержит датчик потенциала коррозии, внешний источник питания, связанный с программируемым средством управления, которое связано с последовательно включенными средствами сравнения потенциалов с возможностью действия на основании данных от внешнего источника питания и от средств сравнения потенциалов, средства измерения потенциалов, связанные с средствами сравнения с возможностью измерения потенциала коррозии на поверхности датчика потенциала коррозии относительно электрода сравнения, пока его величина не стабилизируется на уровне измеренного стабильного потенциала, средства анодного соединения внешнего источника потенциала с анодом, расположенным в непосредственной близости к арматурным пруткам, средства катодного соединения арматурных прутков с внешним источником питания, обладающим электроотрицательным потенциалом относительно измеренного стабильного потенциала, достаточным для снижения катодного потенциала арматурных прутков до заданных пределов, и средства непрерывного поддержания тока от источника электроотрицательного потенциала при потенциале, который ниже потенциала коррозии датчика потенциала коррозии.
- 12. Система по п.11, отличающаяся тем, что покрытие из алюминия и комбинированного слоя оксида алюминия имеет толщину от примерно 0,2 до примерно 1 мм.
- 13. Защищенная от коррозии конструкция, содержащая бетонную массу, в которой размещены арматурные прутки, отличающаяся тем, что она содержит датчик потенциала коррозии из алюминия, заделанный в упомянутую конструкцию, средства измерения потенциала коррозии на поверхности датчика потенциала коррозии относительно электрода сравнения, пока его величина не стабилизируется на уровне измеренного стабильного потенциала, средства анодного соединения внешнего источника потенциала с анодом, расположенным в непосредственной близости к арматурным пруткам, средства катодного соединения арматурных прутков с источником потенциала, обладающим электроотрицательным потенциалом относительно измеренного стабильного потенциала, достаточным для снижения катодного потенциала арматурных прутков до заданных пределов, и средства непрерывного поддержания тока от источника электроотрицательного потенциала при потенциале, который меньше потенциала коррозии датчика потенциала коррозии, при этом арматурные прутки имеют покрытие из алюминия толщиной от примерно 0,25 до 2 мм, на котором имеется слой оксида, включающий оксид алюминия и гидроксид алюминия и имеющий толщину от примерно 0,1 до примерно 100 мкм, а часть бетонной массы, находящаяся в радиусе 10 мм от поверхности арматурных прутков, имеет рН от примерно 6 до примерно 9.
- 14. Система по п.13, отличающаяся тем, что покрытие из алюминия и комбинированного слоя оксида алюминия имеет толщину в интервале от примерно 0,2 до примерно 1 мм.
- 15. Защищенная от коррозии конструкция со стальными арматурными прутками, содержащая бетонную массу, отличающаяся тем, что она содержит расходуемый анод, имеющий гальваническое соединение с арматурными прутками и расположенный в непосредственной близости от них, при этом по меньшей мере один арматурный пруток имеет покрытие из алюминия толщиной от примерно 0,25 до примерно 2 мм, на котором имеется слой оксида, включающий оксид алюминия и гидроксид алюминия и имеющий толщину от примерно 0,1 до примерно 100 мкм.
- 16. Система по п.15, отличающаяся тем, что покрытие из алюминия и комбинированного слоя оксида алюминия имеет толщину в интервале от примерно 0,2 до примерно 1 мм.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/663,958 US6358397B1 (en) | 2000-09-19 | 2000-09-19 | Doubly-protected reinforcing members in concrete |
| PCT/US2001/029350 WO2002024978A1 (en) | 2000-09-19 | 2001-09-19 | Doubly-protected reinforcing members in concrete |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200300394A1 EA200300394A1 (ru) | 2003-10-30 |
| EA005014B1 true EA005014B1 (ru) | 2004-10-28 |
Family
ID=24663908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200300394A EA005014B1 (ru) | 2000-09-19 | 2001-09-19 | Защищенная от коррозии железобетонная конструкция, способ ее изготовления и система для обеспечения коррозионной устойчивости стальной арматуры (варианты) |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6358397B1 (ru) |
| EP (1) | EP1337688A4 (ru) |
| AU (1) | AU2001292827A1 (ru) |
| CA (1) | CA2423116C (ru) |
| CZ (1) | CZ20031118A3 (ru) |
| EA (1) | EA005014B1 (ru) |
| JO (1) | JO2221B1 (ru) |
| WO (1) | WO2002024978A1 (ru) |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU7644900A (en) * | 1999-09-15 | 2001-04-17 | Citec Gmbh | Combination electrode for the electrochemical restoration of corrosion-damaged reinforced concrete and corresponding method for controlling the same |
| US6358397B1 (en) * | 2000-09-19 | 2002-03-19 | Cor/Sci, Llc. | Doubly-protected reinforcing members in concrete |
| JP2005522629A (ja) | 2002-04-11 | 2005-07-28 | エイ． ハーゼ，リチャード | 水燃焼技術−水素と酸素を燃焼させる方法、プロセス、システム及び装置 |
| US9511446B2 (en) * | 2014-12-17 | 2016-12-06 | Aeroprobe Corporation | In-situ interlocking of metals using additive friction stir processing |
| US9266191B2 (en) | 2013-12-18 | 2016-02-23 | Aeroprobe Corporation | Fabrication of monolithic stiffening ribs on metallic sheets |
| US20070189959A1 (en) * | 2006-02-15 | 2007-08-16 | Steven Allen Carlson | Methods of preparing separators for electrochemical cells |
| US7520974B2 (en) * | 2007-02-26 | 2009-04-21 | David Whitmore | Cathodic protection of a concrete structure having a part in contact with a wetting medium and a part above the medium |
| US7667576B2 (en) * | 2007-07-23 | 2010-02-23 | The Hong Kong Polytechnic University | Method of transmitting signals via reinforced steel bar |
| US8697251B2 (en) * | 2010-01-20 | 2014-04-15 | United States Pipe And Foundry Company, Llc | Protective coating for metal surfaces |
| US8329003B2 (en) * | 2011-02-07 | 2012-12-11 | GM Global Technology Operations LLC | System and method for detecting and preventing galvanic corrosion |
| US9656201B2 (en) | 2014-12-24 | 2017-05-23 | Northern Technologies International Corporation | Smart, on-demand controlled release corrosion protection and/or prevention of metals in an enclosure |
| CN104480521B (zh) * | 2014-12-30 | 2017-04-12 | 深圳大学 | 气液循环式钢筋混凝土中钢筋加速锈蚀方法及装置 |
| CN105132923B (zh) * | 2015-06-03 | 2018-02-16 | 清华大学 | 混凝土中栓钉或钢筋腐蚀主动控制系统及方法 |
| CN105259103B (zh) * | 2015-11-23 | 2018-05-15 | 河海大学 | 海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统 |
| US10307787B2 (en) | 2015-12-15 | 2019-06-04 | Prp Industries, Inc. | Corrosion resistant wheels, anticorrosion layers associated with wheels, and methods for manufacturing the same |
| CN107917943B (zh) * | 2017-10-26 | 2019-10-22 | 天津大学 | 一种圆柱形海洋设备电化学保护测试系统 |
| KR102273514B1 (ko) | 2017-10-31 | 2021-07-06 | 멜드 매뉴팩쳐링 코포레이션 | 고체-상태의 첨가제 제조 시스템 및 재료 조성물 및 구조 |
| CN108562534B (zh) * | 2017-12-29 | 2023-09-05 | 浙江大学 | 一种钢筋非均匀锈蚀辅助电极定位装置 |
| CN109580463B (zh) * | 2018-11-22 | 2021-08-20 | 国网天津市电力公司电力科学研究院 | 一种测量接地网腐蚀程度的方法 |
| CN110186964B (zh) * | 2019-04-26 | 2021-05-07 | 浙江大学 | 一种测试混凝土内部钢筋腐蚀宏电流的装置及方法 |
| EP3792402A1 (en) * | 2019-09-11 | 2021-03-17 | Ørsted Wind Power A/S | Fixture for securing into a soil, and a method of securing and manufacturing the same |
| GB201914014D0 (en) * | 2019-09-27 | 2019-11-13 | E Chem Tech Ltd | Protected Reinforced Concrete Structure |
| US11965818B1 (en) * | 2020-05-28 | 2024-04-23 | Mopeka Products Llc | Corrosion monitor |
| US12024885B2 (en) | 2020-09-11 | 2024-07-02 | Basanite Industries Llc | Basalt fiber composite rebar and method of manufacturing |
| CN112176352B (zh) * | 2020-09-11 | 2023-02-10 | 山东大卫国际建筑设计有限公司 | 一种钢筋混凝土防锈蚀结构和防锈蚀的施工方法 |
| CN112833765B (zh) * | 2021-03-13 | 2022-07-01 | 杭州市交通工程试验检测中心有限公司 | 一种混凝土结构钢筋保护层厚度检测环境校准装置 |
| CN113373377B (zh) * | 2021-05-28 | 2022-10-25 | 广西柳钢华创科技研发有限公司 | 低成本且表面氧化铁皮厚度10μm以上的高速棒材螺纹钢及生产方法 |
| CN116413197B (zh) * | 2023-03-30 | 2024-07-19 | 北京市燃气集团有限责任公司 | 一种柔性阳极断点位置测试和确定方法及装置 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4510030A (en) | 1982-12-21 | 1985-04-09 | Nippon Light Metal Company Limited | Method for cathodic protection of aluminum material |
| JPH028733A (ja) * | 1988-04-04 | 1990-01-12 | Nakagawa Boshoku Kogyo Kk | コンクリート中の鋼材腐食評価方法 |
| DE3834628A1 (de) * | 1988-10-11 | 1990-04-12 | Peter Dr Ing Schiessl | Korrosionsmesszelle |
| US5100738A (en) | 1990-07-12 | 1992-03-31 | Rebar Couplerbox, Inc. | Reinforced concrete containing coated steel reinforcing member |
| US5141607A (en) * | 1990-07-31 | 1992-08-25 | Corrpro Companies, Inc. | Method and apparatus for the removal of chlorides from steel reinforced concrete structures |
| GB9312431D0 (en) * | 1993-06-16 | 1993-07-28 | Aston Material Services Ltd | Improvements in and relating to protecting reinforced concrete |
| US5792337A (en) * | 1994-05-12 | 1998-08-11 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for detection of corrosion |
| US6224743B1 (en) * | 1998-02-06 | 2001-05-01 | Fluor Daniel, Inc. | Cathodic protection methods and apparatus |
| US6165346A (en) * | 1999-02-05 | 2000-12-26 | Whitmore; David | Cathodic protection of concrete |
| US6358397B1 (en) * | 2000-09-19 | 2002-03-19 | Cor/Sci, Llc. | Doubly-protected reinforcing members in concrete |
-
2000
- 2000-09-19 US US09/663,958 patent/US6358397B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-09-19 JO JO2001151A patent/JO2221B1/en active
- 2001-09-19 AU AU2001292827A patent/AU2001292827A1/en not_active Abandoned
- 2001-09-19 EA EA200300394A patent/EA005014B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2001-09-19 CA CA002423116A patent/CA2423116C/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-09-19 EP EP01973226A patent/EP1337688A4/en not_active Withdrawn
- 2001-09-19 CZ CZ20031118A patent/CZ20031118A3/cs unknown
- 2001-09-19 WO PCT/US2001/029350 patent/WO2002024978A1/en active Application Filing
-
2002
- 2002-03-15 US US10/099,418 patent/US20020134690A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6358397B1 (en) | 2002-03-19 |
| WO2002024978A1 (en) | 2002-03-28 |
| US20020134690A1 (en) | 2002-09-26 |
| CA2423116A1 (en) | 2002-03-28 |
| CA2423116C (en) | 2008-06-03 |
| EP1337688A1 (en) | 2003-08-27 |
| JO2221B1 (en) | 2004-10-07 |
| CZ20031118A3 (cs) | 2004-02-18 |
| AU2001292827A1 (en) | 2002-04-02 |
| EA200300394A1 (ru) | 2003-10-30 |
| EP1337688A4 (en) | 2009-07-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA005014B1 (ru) | Защищенная от коррозии железобетонная конструкция, способ ее изготовления и система для обеспечения коррозионной устойчивости стальной арматуры (варианты) | |
| Hansson | Comments on electrochemical measurements of the rate of corrosion of steel in concrete | |
| JP4806006B2 (ja) | コンクリートの処理方法 | |
| US20150198518A1 (en) | Cathodic protection reference cell article and method | |
| US5031290A (en) | Production of metal mesh | |
| Scott | Corrosion protection properties of portland cement concrete | |
| Videm et al. | Electrochemical behavior of steel in concrete and evaluation of the corrosion rate | |
| Heidersbach | Cathodic protection | |
| Hanif et al. | Comparison of Sacrificial Anode and Impressed Current Cathodic Protection Methods using Electric Resistance of Mild Steel | |
| JP7483190B2 (ja) | 犠牲陽極モニタリングセンサおよびモニタリング方法 | |
| JP2019066300A (ja) | 電気防食効果検出方法 | |
| Davies et al. | Cathodic protection mechanism and a review of criteria | |
| Polder et al. | A multi-element approach for cathodic protection of reinforced concrete | |
| Kahrs et al. | Evaluation of Corrosion Resistance of Type 304 Stainless Steel Clad Reinforcing Bars | |
| JP2594246B2 (ja) | 防食方法及び防食用装置 | |
| Schwarz et al. | A novel type of discrete galvanic zinc anodes for the prevention of incipient anodes induced by patch repair | |
| Hayfield et al. | Titanium based mesh anode in the catholic protection of reinforcing bars in concrete | |
| JPH06100570B2 (ja) | 被覆金属の寿命予測方法 | |
| Grayli | Evaluation of Multiple Corrosion Protection Systems for Reinforced Concrete Bridge Decks | |
| SK4962003A3 (sk) | Dvojnásobné chránené vystužovacie prvky v betóne | |
| JP4323292B2 (ja) | セメント系組成物 | |
| Yaro et al. | Sacrificial anode cathodic protection of low carbon steel in sea water | |
| Schwerdtfeger et al. | Coatings formed on steel by cathodic protection and their evaluation by polarization measurements | |
| Fache et al. | On the Impact of Cathodic Polarization on the Chloride Threshold of Carbon Steel in Alkaline Solutions | |
| Lyublinski et al. | Corrosion Protection of New Reinforced Concrete Structures |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KG MD TJ |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): KZ TM RU |