EA024024B1 - Способ изготовления анода для катодной защиты - Google Patents

Abstract

В изобретении описан металлический анод для катодной защиты в виде сетчатой ленты с ячейками, отверстия которых имеют ромбоидную форму, отличающийся тем, что такие отверстия ромбоидной формы выполнены с большой диагональю, ориентированной вдоль направления длины ленты, а также тем, что боковые края по длине ленты не имеют острых выступов. Также описан способ получения такого анода.

Description

Область изобретения

Изобретение относится к области катодной защиты конструкций из армированного бетона (железобетонных конструкций) и, в частности, к конструкции анода, особенно эффективной с точки зрения электрического сопротивления на единицу длины и гибкости и особенно безопасной при установке и обращении с ней.

Изобретение также относится к способу изготовления такого анода.

Предпосылки изобретения

Явления коррозии, влияющие на железобетонные конструкции, хорошо известны в данной области техники. Стальная арматура, вставленная в цементные конструкции с целью повышения их механических свойств, обычно работает в режиме пассивации, вызванном щелочной средой бетона; однако по истечении некоторого времени, миграция ионов через пористую поверхность бетона приводит к локализованному агрессивному воздействию на защитную пассивационную пленку. Особенное беспокойство вызывает агрессивное воздействие хлоридов, которые присутствуют практически во всех типах сред, где применяются железобетонные конструкции, и в еще большей степени там, где имеет место воздействие жесткой или солоноватой воды (мосты, колонны, пилоны, пиллерсы, здания, расположенные в приморских зонах), солей противообледенительных средств (мосты и дорожные конструкции в холодных климатических зонах) или даже морской воды, например, в случае пирсов и доков. Критической величиной при воздействии хлоридов считается приблизительно 0,6 кг на 1 куб.м бетона, при превышении которой состояние пассивации армирующей стали не гарантируется. Другая форма разрушения бетона представлена явлением карбонизации, то есть образованием карбоната кальция при реакции извести из цементирующей смеси с атмосферным диоксидом углерода. Карбонат кальция снижает содержание щелочи в бетоне (с рН 13,5 до 9), переводя железо в незащищенное состояние. Присутствие хлоридов и одновременная карбонизация представляет собой наихудшее из условий для предохранения армирующего прутка в конструкциях. Продукты коррозии стали являются более объемными, чем сама сталь, и механические напряжения, возникающие в результате их образования, могут привести к явлениям расслоения и растрескивания бетона, которые трансформируются в огромные убытки с экономической точки зрения, помимо ущерба безопасности. По этой причине в данной области техники известно, что наиболее эффективный способ продления на неопределенное время срока службы железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию атмосферных явлений, даже в случае соответствующих концентраций солей, заключается в катодной поляризации стальной арматуры. При этом приеме последняя становится местом катодного восстановления кислорода, подавляя анодные реакции коррозии и растворения. Такая система, известная как катодная защита армированного бетона, на практике реализуется путем соединения с бетоном анодных конструкций различного типа, в отношении которых защищаемая арматура действует как катодный противоэлектрод; возникающие электрические токи, поддерживаемые внешним выпрямителем, протекают через электролит, состоящий из пористого бетона, отчасти пропитанного солевым раствором.

Аноды, обычно используемые для катодной защиты армированного бетона, состоят из титановой подложки, покрытой оксидами переходных металлов или другими типами катализаторов анодного выделения кислорода. В качестве подложки можно использовать и другие вентильные металлы, чистые или легированные, однако чистый титан является наиболее предпочтительным выбором с точки зрения стоимости.

В европейском патенте ЕР458951 описана электродная конструкция решетчатого типа для катодной защиты, состоящая из множества лент металла с электрокаталитическим покрытием, имеющих пустоты различной геометрии.

Этот тип лент можно изготавливать путем перфорирования сплошных металлических лент или, в более общем случае, традиционными способами растяжения металла, при которых металлический лист растягивают путем нажатия и перфорирования посредством ряда ножей, расположенных перпендикулярно направлению продвижения самой ленты. Этот первый этап позволяет получить растянутый металлический лист. Такой лист затем подвергают второму этапу разрезания, подходящего для получения лент требуемых размеров. Эти растянутые ленты металла имеют ячейки с пустотами ромбоидной формы, большая диагональ которых ориентирована перпендикулярно длине ленты.

Этот способ изготовления имеет недостаток, заключающийся в получении лент металла с ячейками, имеющими острые боковые выступы, автоматически образующиеся во время операции разрезания, что делает такие аноды сложными в обращении, а фазу их установки соответственно опасной.

В заявке на канадский патент СА 2078616 А1 раскрыты ленты (полосы) металла с гладкими боковыми краями; при способе, описанном в этом документе, полученные ленты имеют непрерывный продольно простирающийся сплошной участок определенной ширины, который обязательно образуется в процессе изготовления и который может быть использован только для точечной сварки. В существующих системах катодной защиты, однако, предпочтительно вообще не сваривать ленточные аноды, а вместо этого накладывать их непосредственно на арматуру с установкой в промежутке между ними пластиковых прокладок. В этом случае продольно простирающийся сплошной участок является всего лишь потерей материала, особенно из-за того, что этот сплошной участок обязательно становится покрытым

- 1 024024 дорогостоящими металлами во время нанесения каталитического слоя. Однако такой каталитический слой не может работать должным образом на неперфорированной конструкции и влияет на расчет реальной плотности тока, создаваемой в анодной конструкции, тем самым усложняя разработку всей системы катодной защиты в целом.

Сущность изобретения

Различные аспекты изобретения изложены в приложенной формуле изобретения.

Согласно одному аспекту изобретение относится к аноду в виде сетчатой ленты для систем катодной защиты, например катодной защиты конструкций из армированного бетона (железобетонных конструкций), преодолевающему недостатки уровня техники, края которого, по существу, не имеют нарушений непрерывности в виде острых выступов и имеют синусоидальную форму.

Хотя в контексте данного описания в целях простоты рассмотрена катодная защита конструкций из армированного бетона, понятно, что изобретение может быть реализовано на практике в области катодной защиты в общем, например, включая катодную защиту дна металлических емкостей.

Согласно другому аспекту изобретение относится к способу изготовления упомянутого анода.

Согласно еще одному аспекту изобретение относится к системе катодной защиты, содержащей по меньшей мере один анод в виде сетчатой ленты, края которой, по существу, не имеют острых выступов.

Некоторые из наиболее значимых результатов, полученных авторами изобретения, представлены в последующем описании, которое приведено просто в качестве примера, без желания ограничить изобретение.

Анод по изобретению представляет собой ленту растянутого металла, отличающуюся ячейками с пустотами ромбоидной формы, большая диагональ которых ориентирована по направлению длины ленты. В одном варианте реализации боковые края ленты имеют синусоидальный профиль и не имеют острых выступов.

Авторы изобретения с удивлением обнаружили, что описанный выше анод для катодной защиты проявляет заметно сниженное омическое (активное) сопротивление на единицу длины, например, сниженное до 4 раз, по сравнению с анодами уровня техники.

Более низкое электрическое сопротивление позволяет уменьшить число электрических соединений, например, в решетчатой системе с ощутимыми экономиями материала и времени установки.

В одном варианте реализации сетчатая лента металла выполнена из титана.

В другом варианте реализации сетчатая лента металла покрыта каталитическим покрытием, содержащим благородные металлы или их оксиды.

В одном варианте реализации размеры ленты могут варьироваться по ширине от 3 до 100 мм при толщине от 0,25 до 2,5 мм и длине от 1 до 150 м.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания изобретения оно будет рассмотрено со ссылкой на нижеследующие чертежи, назначением которых является иллюстрация некоторых предпочтительных вариантов реализации изобретения без ограничения его объема.

Фиг. 1А показывает вид сверху традиционного анода из растянутого металла; фиг. 1В показывает вид сверху анода из растянутого металла по изобретению.

Подробное описание чертежей

Если говорить подробно, фиг. 1А показывает вид сверху традиционного анода, в котором хорошо видны острые (режущие) выступы 1, обусловленные способом изготовления, включающим этап разрезания, ромбоидная геометрия с большой диагональю 3 ромбоидных пустот, расположенной в направлении ширины ленты, и их малой диагональю 4, расположенной в направлении длины ленты.

Фиг. 1В показывает вид сверху анода по изобретению, в котором хорошо видны неострые, округлые боковые края 2, ромбоидная геометрия с большой диагональю 3 ромбоидных пустот, расположенной в направлении длины ленты, и их малой диагональю 4, расположенной в направлении ширины ленты.

Пример.

Некоторые из наиболее значимых результатов, полученных авторами изобретения, приведены в таблице, где данные по омическому сопротивлению репрезентативных анодов по изобретению сравниваются с традиционными анодами. Аноды, обозначенные как А и В, представляют собой аноды с ромбоидной геометрией с большой диагональю ромбоидов, ориентированной перпендикулярно длине ленты, аналогичные изображенному на фиг. 1А, традиционно получаемые путем продольного растяжения по отношению к направлению перемещения сплошной ленты металла. Аноды, обозначенные как С и Ό, представляют собой аноды с ромбоидной геометрией по одному из вариантов реализации изобретения, аналогичные изображенному на фиг. 1В.

Аноды С и Ό приготовили путем растяжения перпендикулярно по отношению к направлению перемещения сплошной ленты металла, которую пропускают в аппарате через параллельный ряд ножей, что приводит к растяжению сплошной ленты в перпендикулярном направлении за счет нажатия и перфорирования. Изготовление ленты завершают посредством последней серии ножей, имеющих лезвия заданной длины, большей, чем у лезвий предшествующих ножей, которые при приложении давления пригодны для моделирования бокового края ленты, изображенной на фиг. 1В. Кроме уже поясненных пре- 2 024024 имуществ с точки зрения проводимости, обусловленной геометрией анода, этот способ обладает преимуществом обеспечения растянутой ленты металла без продольно простирающихся сплошных участков, которая, не подвергаясь последующему разрезанию, не имеет никаких острых краев и поэтому намного более безопасна и легка в обращении с ней во время установки. Более того, этот способ позволяет выгодным образом получать ленту металла требуемой длины непосредственно после завершения растяжения. Такой способ производства, кроме того, позволяет получать ленты большей длины, чем традиционный способ, что облегчает установку больших размеров, что потребовало бы соединений множественных лент, при более низкой сплошности анодной системы в целом.

Из данных, приведенных в таблице, можно видеть, что при некой данной ширине аноды по изобретению проявляют омическое сопротивление примерно на 60% ниже.

Аноды в соответствии с Фиг, 1А	Е - Омическое сопротивление
А - 20 мм шириной	0,22 Ом/м
В - 10 мм шириной	0,43 Ом/м
Аноды в соответствии с Фиг. 1В	Е - Омическое сопротивление
С - 2 0 мм шириной	0,088 Ом/м
ϋ - 10 мм шириной	0,177 Ом/м

Приведенное выше описание не предназначено для ограничения изобретения, которое может быть применено согласно другим вариантам реализации без выхода за его пределы и объем которого определяется исключительно приложенной формулой изобретения.

По всему описанию и формуле изобретения данной заявки термин содержать и его словоформы, такие как содержащий и содержит, не исключают наличия других элементов или добавок.

Обсуждение документов, нормативных актов, материалов, устройств, изделий и т.п. включено в это описание исключительно с целью обеспечения контекста для настоящего изобретения. Это не предполагает и не является свидетельством того, что любой или все из этих объектов формировали основу уровня техники или были общеизвестными сведениями в той области, к которой относится настоящее изобретение, до даты приоритета каждого пункта формулы изобретения данного изобретения.

Claims (5)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ изготовления анода для катодной защиты в виде растянутой ленты металла с ромбоидными ячейками без продольно простирающихся сплошных участков, геометрически выполненными с большой диагональю, параллельной направлению длины ленты, содержащий следующие этапы:

   пропускание ленты металла через растягивающее устройство, снабженное по меньшей мере одним рядом ножей первой заданной длины, расположенных параллельно направлению перемещения ленты;

   растягивание ленты металла посредством нажимающего и перфорирующего действия упомянутого по меньшей мере одного ряда ножей;

   формирование профилей боковых краев растянутой ленты металла посредством нажимающего и перфорирующего действия последнего ряда ножей, имеющих лезвия второй заданной длины, превышающей упомянутую первую длину.
2. 2. Способ по п.1, причем в упомянутом аноде профили боковых краев по длине упомянутой ленты металла не имеют нарушений непрерывности.
3. 3. Способ по п. 1 или 2, причем упомянутым металлом является титан.
4. 4. Способ по любому из пп.1-3, причем упомянутый металл покрыт каталитическим слоем.
5. 5. Способ по п.4, причем упомянутый каталитический слой содержит благородные металлы или их оксиды.