KR20070116095A - Treatment process for concrete - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스틸의 부식으로 인한 열화를 방지하기 위한 강화 콘크리트의 전기화학 처리에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 스틸 강화 부식을 저지하고 따라서 부식의 개시를 방지하기 위한 하이브리드 전기화학 처리에 관한 것이다.The present invention relates to the electrochemical treatment of reinforced concrete to prevent deterioration due to corrosion of steel. More particularly, it relates to a hybrid electrochemical treatment for preventing steel reinforced corrosion and thus preventing the onset of corrosion.
강화 콘크리트에서 스틸(steel)의 부식은 중요한 문제이다. 지속적 전기화학 처리와 일시적 전기화학 처리가 모두 이 문제를 저지하기 위해 사용되어 왔다. 이들은 설치된 양극 시스템(anode system)으로부터 콘크리트를 통해 스틸로 전류를 통전시키는 것을 포함한다. 모든 경우에, 스틸은 형성된 전기화학 전지의 음극(cathode)이 된다. 강제 전류 전기화학 처리(impressed current electrochemical treatment)에서, 양극은 양극 단자(negative terminal)에 연결되고 스틸은 DC 전력원의 음극 단자에 연결된다. 희생성 전기화학 처리(sacrificial electrochemical treatment)에서는, 스틸에 직접적으로 연결된 희생 양극을 부식시킴으로써 보호전류가 제공된다.Corrosion of steel is an important issue in reinforced concrete. Both continuous electrochemical treatment and transient electrochemical treatment have been used to counter this problem. These include conducting current from the installed anode system to the steel through the concrete. In all cases, the steel becomes the cathode of the formed electrochemical cell. In forced current electrochemical treatment, the anode is connected to the negative terminal and the steel is connected to the negative terminal of the DC power source. In sacrificial electrochemical treatment, a protective current is provided by corrosion of the sacrificial anode directly connected to the steel.
지속적 또는 장기간 전기화학 처리들은 예상 가능한 미래에 처리를 유지하기 위한 목적으로 이루어진다. 전기화학 처리기간은 일반적으로 연 단위로 측정된다. 잘 알려진 지속적 또는 장기간 기술들의 군은 음극 보호(cathodic protection)이 다. 이는 강제 전류 음극 보호, 희생성 음극 보호, 간헐성(intermittent) 음극 보호 및 음극 보호를 포함한다. 이러한 기술들에서 장기간 또는 영구적 양극은 스틸 강화에 작은 전류를 가한다. 스틸 표면의 단위 면적당 평균 전류 밀도들은 일반적으로 기존 열화를 저지하기 위해서는 2 내지 20 mA/m2, 열화의 개시를 방지하기 위해서는 0.2 내지 2 mA/m2 범위이다. 전류는 펄스화될 수 있지만 평균 인가 전류들은 일반적으로 상기 범위 내이다. 전류는 때때로 작업 데이터의 분석에 기초한 수정으로 수정될 수 있다.Continuous or long term electrochemical treatments are aimed at maintaining the treatment in the foreseeable future. Electrochemical treatment periods are generally measured annually. A well-known group of continuous or long term technologies is cathodic protection. This includes forced current cathode protection, sacrificial cathode protection, intermittent cathode protection and cathode protection. In these techniques, long term or permanent anodes apply a small current to the steel reinforcement. Average current densities per unit area of the steel surface are generally in the range of 2 to 20 mA / m 2 to counteract existing degradation and 0.2 to 2 mA / m 2 to prevent the onset of degradation. The current can be pulsed but the average applied currents are generally within this range. The current can sometimes be modified with modifications based on analysis of working data.
일시적 또는 단기간 전기화학 처리들은 예상가능한 미래에 처리를 중지하려는 목적으로 설치된다. 전기화학 처리기간은 일반적으로 일 단위, 주 단위 또는 월 단위로 측정된다. 강화 부식을 저지하기 위해 설계된 일시적 처리들은 염화물 추출(US 6027633) 및 재-알칼리화(re-alkalisation)(US 6258236)를 포함한다. 이러한 시스템들에서, 일시적으로 설치된 양극 시스템은 스틸 강화에 대해 짧은 기간(일반적으로 3 개월 미만)동안 스틸 표면의 단위 면적당 1000 mA/m2 단위의 큰 전류를 가하기 위한 일시적 DC 전력 공급과 관련하여 사용된다.Temporary or short term electrochemical treatments are established for the purpose of stopping the treatment in the foreseeable future. Electrochemical treatment periods are generally measured on a daily, weekly or monthly basis. Temporary treatments designed to prevent reinforcing corrosion include chloride extraction (US 6027633) and re-alkalisation (US 6258236). In these systems, a temporarily installed anode system is used in connection with a transient DC power supply for applying a large current of 1000 mA / m 2 per unit area of the steel surface for a short period of time (typically less than three months) for steel reinforcement. do.
양극들은 순(net) 산화 공정을 지원하는 전극들이다. 콘크리트 구조체들을 위한 양극들은 불활성 양극들 또는 희생 양극들로 나뉘어질 수 있다. 그들은 또한 분리 또는 비분리 양극들로 나뉠 수 있음은 물론이고, 다공 매트릭스 내에 실장된(embedded) 양극들 및 노출되어 접근 가능하도록 콘크리트 표면에 부착된 양극들로도 나뉠 수 있다. 양극과 지원 전해질을 포함하는 양극 시스템들은 일시적 및 장 기간 양극 시스템들로 나뉠 수 있다. 그 차이점들은 하기 문단들에 요약되어 있다.Anodes are electrodes that support a net oxidation process. Anodes for concrete structures can be divided into inert anodes or sacrificial anodes. They can also be divided into separate or unseparated anodes, as well as anodes embedded in the porous matrix and anodes attached to the concrete surface to make them accessible. Anode systems comprising an anode and a supporting electrolyte can be divided into transient and long term anode systems. The differences are summarized in the following paragraphs.
불활성 양극들은 양극 소모에 견뎌낸다. 그들은 대부분의 전기화학 처리들에 사용되어 왔으며, 이론 예외는 희생성 음극 보호(sacrificial cathodic protection)이다. 주 양극 반응은 산소 기체와 산을 만들어내는 물의 산화이다. 산은 콘크리트에서 시멘트 페이스트(paste)를 공격한다. 결과적으로, 불활성 양극들로부터의 전류 밀도는 양극 표면의 단위 면적당 200 mA/m2 미만으로 제한되기 쉽다. 광범위하게 사용되는 양극 시스템은 콘크리트 표면 상의 시멘트질 오버레이(overlay) 내에 실장된 혼합 금속 산화물(mixed metal oxide: MMO) 코팅 티타늄 메쉬이다(US 5421968). 양극 표면으로부터 최대 1000 mA/m2의 더 높은 양극 전류 밀도들을 가하도록 청구된 분리 다공성 티타늄 산화물 양극 역시 사용되었다(US 6332971).Inert anodes withstand anode consumption. They have been used in most electrochemical processes, with the theoretical exception being sacrificial cathodic protection. The main anode reaction is the oxidation of water to produce oxygen gas and acid. Acids attack cement pastes in concrete. As a result, the current density from inert anodes is likely to be limited to less than 200 mA / m 2 per unit area of the anode surface. A widely used anode system is a mixed metal oxide (MMO) coated titanium mesh mounted in a cementitious overlay on a concrete surface (US 5421968). Separated porous titanium oxide anodes claimed to apply higher anode current densities of up to 1000 mA / m 2 from the anode surface were also used (US 6332971).
희생 양극들은 보호 전류를 가하는 공정에서 소모된다. 주 양극 반응은 희생 금속의 용해이다. 결과적으로 희생 양극의 수명은 제한된다. 희생 양극들은 희생성 음극 보호 시스템(WO 9429496)에서의 실장된(매몰된) 분리 양극들 및 희생성 음극 보호(US 5714045)에서의 오버레이를 가지는 메쉬로서 적용되어왔다. 그러나, 수명이 다하면 양극들을 교체해야 하는 필요로 인해 실장된 희생 양극 시스템들의 사용이 주저된다. 희생 양극 시스템들도 콘크리트 표면에 직접 부착되었었고(US 5650060) 접근 가능하여 양극 교체를 용이하게 한다. 강제 전류 역할에 희생 양극들을 사용하는 것은 이 역할에서 양극이 더욱 급속하게 소모되기 때문에 주저된다. 그러나, 표면 적용 양극들은 교체가 용이하고 이 유형의 시스템은 일반적으로 25 mA/m2 미만의 양극 전류 밀도에서 강제 전류 양극으로 사용되어 왔다(US 5292411).Sacrificial anodes are consumed in the process of applying a protective current. The main anode reaction is the dissolution of the sacrificial metal. As a result, the life of the sacrificial anode is limited. Sacrificial anodes have been applied as a mesh with mounted (buried) separation anodes in sacrificial cathode protection system (WO 9429496) and overlay in sacrificial cathode protection (US 5714045). However, at the end of their life, the need to replace the anodes reluctance to use the mounted sacrificial anode systems. Sacrificial anode systems were also attached directly to the concrete surface (US 5650060) and are accessible to facilitate anode replacement. The use of sacrificial anodes in the forced current role is hesitant because the anode is consumed more rapidly in this role. However, surface-applying anodes are easy to replace and systems of this type have generally been used as forced current anodes at anode current densities of less than 25 mA / m 2 (US 5292411).
분리 양극들은 일반적으로 콘크리트 내의 구멍에 실장되거나 콘크리트에 대한 패치 수리가 보증되는 위치에 설치된 개별적으로 별개의 소형 양극들이다. 분리 양극들에 대한 상세한 설명은 US 6217742에 나타나 있다. 실장된 분리 양극들은 콘크리트에 강하게 부착되며 콘크리트 표면에 적용된 비분리 양극들에 비해 부착 실패가 덜 일반적이다.Separation anodes are generally separate small anodes that are mounted in holes in the concrete or installed in locations where a patch repair for the concrete is warranted. A detailed description of the separation anodes is given in US Pat. No. 6,217,742. The mounted separation anodes are strongly attached to the concrete and are less common in attachment failures than non-separation anodes applied to the concrete surface.
일시적 양극 시스템들은 통상 콘크리트 표면에 부착되어 단기간 고전류 일시적 전기화학 처리들을 가하며 일반적으로 3 개월 미만의 처리기간치 끝나면 제거된다. 일시적 양극들은 처리 공정이 끝나면 쉽게 제거되는 포화 셀룰로스 섬유와 같은 전해질 물질 또는 탱크에 보관된 액체와 같은 일시적 전해질에 의해 둘러싸여 있다(US 5538619). 고전류 출력을 지지하기 위해 높은 체적의 전해질과 함께 높은 드라이브 전압이 일반적으로 필요하다. 대조적으로, 수년간 보호 전류를 가하기 위한 장기간 양극 시스템들은 콘크리트에 강하게 부착되고 콘크리트 내의 구멍에 실장되어 양극 부착을 향상시킬 수 있다.Temporary anode systems are usually attached to the concrete surface to apply short-term, high-current, temporary electrochemical treatments and are typically removed after a treatment period of less than three months. The transient anodes are surrounded by an electrolyte material such as saturated cellulose fiber which is easily removed at the end of the treatment process or by a transient electrolyte such as liquid stored in a tank (US 5538619). High drive voltages are typically required with high volume electrolytes to support high current outputs. In contrast, long-term anode systems for applying protective current for many years can be strongly attached to concrete and mounted in holes in the concrete to improve anode attachment.
강제 전류 음극 보호는 콘크리트에서 스틸의 염화물 유발 부식을 저지하는 현존 방법 중 가장 입증된 것이다. 그러나, 다른 강화 콘크리트 구조체들의 검사 또는 유지보수와 비교할 때 높은 수준의 유지보수를 필요로 한다. 또한, 강제 전류 음극 보호 시스템들은 모든 갈라지고 부서진 콘크리트 영역들이 보수된 후에, 그 후 몇몇 양극 시스템들에서 높은 시동(start up) 음극 전류 밀도들은 산과 기체를 생성함에 따라 기인하는 유해한 효과들을 가지므로 국부 스틸 부식 속도 보다 현저히 낮은 보호 전류 밀도에서만 일반적으로 작동된다. 낮은 전류 밀도들이 결국 부식을 저지하지만, 부식 유발 손상은 부식 과정이 저지될 때까지 계속된다.Forced current cathodic protection is the most proven method of preventing chloride-induced corrosion of steel in concrete. However, a high level of maintenance is required when compared to the inspection or maintenance of other reinforced concrete structures. In addition, forced current cathodic protection systems are localized after all cracked and broken concrete areas have been repaired, and then in some anode systems high start up cathode current densities have deleterious effects resulting from acid and gas production. It only works normally at protection current densities significantly lower than steel corrosion rates. Low current densities eventually prevent corrosion, but corrosion-induced damage continues until the corrosion process is prevented.
일시적 전기화학 처리들은 부식 과정을 급속히 저지하며 초기 처리 후에 아무런 유지보수를 필요로 하지 않는다. 그러나 염화물의 실질적인 수준이 잔존하며 염화물 포함 환경들에서 그러한 처리의 내구성을 고려한 염려가 존재한다. 또한, 처리기간은 수개월간 지속될 수 있고 처리 표면에 대한 접근은 이 시간 동안 제한된다.Temporary electrochemical treatments quickly inhibit the corrosion process and require no maintenance after the initial treatment. However, substantial levels of chloride remain and there are concerns regarding the durability of such treatments in chloride containing environments. In addition, the treatment period can last for several months and access to the treatment surface is limited during this time.
희생성 음극 보호는 부식을 저지하는 데에 항상 강력한 것으로 평가되지는 않는다. 그러나 이는 예방 역할에서 사용될 수 있는 낮은 유지보수 및 신뢰성 있는 공정이다.Sacrificial cathodic protection is not always evaluated as strong in preventing corrosion. However, this is a low maintenance and reliable process that can be used in the preventive role.
본 발명에 의하여 해결되는 문제점은 부식을 저지하고 시스템이 설치된 동안 최소의 유지보수 및 최소의 혼란을 요구하는 보호 효과의 장기간 내구력을 달성하기 위한 콘크리트 내의 스틸의 부식에 대해 강력한 전기화학 보호 처리들의 효율적인 제공이다.The problem addressed by the present invention is the efficient use of strong electrochemical protection treatments against corrosion of steel in concrete to prevent corrosion and to achieve long term durability of the protective effect that requires minimal maintenance and minimal confusion while the system is installed. Is provided.
유효한 데이터의 분석을 통해, 강화 콘크리트에 적용된 전기화학 처리들이 비교적 작은 양의 전하들을 이용하여 부식 위치들에서 알칼리성을 회복함으로써 부식을 저지한다는 강한 증거를 제공한다. 따라서 상기 처리를 두 상태: 즉, 급격한 부식을 저지하여 추가 손상을 최소화하기 위한 짧은 초기 고전류 처리와, 부동태의 유지와 내구성의 보장을 위한 유지보수 조건들을 가지는 후속 장시간 예방 처리로 분리함으로써 기존 전기화학 처리들이 향상될 수 있다. 부식을 저지하기 위한 초기 고전류 단기간 전기화학 처리와 후속 부식 개시를 예방하기 위한 후속 장기간, 저전류 처리를 모두 가할 수 있는 단일 다중 처리 양극이 개시된다. 초기 고전류 처리를 가하기 위해, 다중 처리 양극은 낮은 안전 DC 전압들에서 양극 표면으로부터 매우 높은 전류 밀도를 가할 수 있다. 내구성 있는 장기간 예방 처리를 달성하기 위해, 다중 처리 양극이 음극 보호 역할에서 사용되며, 바람직하게는 희생 양극으로서 스틸에 연결되어 있다.Analysis of valid data provides strong evidence that electrochemical treatments applied to reinforced concrete retard corrosion by restoring alkalinity at corrosion sites using relatively small amounts of charges. The existing electrochemical is thus separated into two states: short initial high current treatment to prevent rapid corrosion to minimize further damage and subsequent prolonged preventive treatment with maintenance conditions to maintain passivation and ensure durability. Treatments can be improved. A single multi treatment anode is disclosed that can apply both an initial high current short term electrochemical treatment to resist corrosion and subsequent long term, low current treatment to prevent subsequent onset of corrosion. To apply an initial high current treatment, the multi treatment anode can apply a very high current density from the anode surface at low safety DC voltages. In order to achieve a durable long term preventive treatment, a multi treatment anode is used in the cathodic protection role, preferably connected to steel as a sacrificial anode.
다중 처리 양극은 일시적 고 강제 전류 역할에 희생 양극 금속을 사용하는 것에 기초한다. 다중 처리 양극의 발전을 이끄는 한가지 관찰은 강화 콘크리트에 형성된 공동 내의 다공성 물질 내에 희생 양극이 실장된 때 조차도 기체 방출을 유발할만큼 충분히 양성이지 않은 매우 낮은 안전 DC 전압에서 알루미늄 합금 희생 양극 금속이 양극 표면으로부터 10,000 mA/m2(단위 양극 면적 당)를 초과하는 전류 밀도를 가할 수 있다는 것이다. 불활성 강제 전류 양극들 상에서 발생하는 양극 반응들에 비해 희생 양극 금속들 상에서는 양극 반응들이 쉽게 발생하기 때문에 이것이 가능하다. 매우 높은 전류 밀도의 소형 분리 양극들은 따라서 콘크리트 내에 실장되어 짧은 고 강제 전류 처리를 하는 동안 야기되는 혼란을 제한할 수 있다. 짧은 고 강제전류 처리는 스틸에서 생성된 수산화물이 pH를 상승시키고 염화물과 황산염과 같은 공격적 이온들이 콘크리트로부터 희생 양극으로 당겨지기 때문에 부식 위치들을 강화 스틸 상의 위치에서부터 설치된 희생 양극들로 이동시킨다. 양극은 따라서 활성화된 희생 양극으로 사용되어 스틸의 부동태를 유지할 수 있다.Multi-process anodes are based on using sacrificial anode metals to act as transient high forced currents. One observation that has led to the development of multi-treatment anodes is that aluminum alloy sacrificial anode metals are removed from the anode surface at very low safety DC voltages that are not positive enough to cause gas evolution even when the sacrificial anode is mounted in a porous material in a cavity formed in reinforced concrete. Current densities in excess of 10,000 mA / m 2 (per unit anode area). This is possible because anode reactions easily occur on sacrificial anode metals compared to anode reactions occurring on inert forced current anodes. Small separation anodes of very high current density can thus be mounted in concrete to limit the confusion caused during short high forced current processing. The short high forced current treatment moves the corrosion sites from the location on the reinforcing steel to the sacrificial anodes because the hydroxides produced in the steel raise the pH and aggressive ions such as chloride and sulfate are pulled from the concrete to the sacrificial anode. The anode can thus be used as an activated sacrificial anode to maintain the passivation of the steel.
따라서, 본 발명의 제1 태양에 따르면, 콘크리트의 스틸을 보호하는 방법으로서, 양극과 DC 전력원을 사용하는 것 그리고 일시적 강제 전류 처리와 저전류 예방 처리를 포함하고, 상기 일시적 강제 전류 처리는 상기 스틸에서의 환경을 향상하기 위해 전류를 상기 양극으로부터 상기 스틸로 구동하기 위해 DC 전력원을 사용하는 고전류 처리이고, 상기 저전류 예방 처리는 상기 일시적 강제 전류 처리의 적용 후에 스틸 부식 개시를 억제하기 위해 적용되며 양 처리들에서 동일한 양극이 사용되고, 상기 양극은 그 주 양극 반응으로서 희생 금속 용해를 겪는 희생 금속 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 스틸을 보호하는 방법이 제공된다.Accordingly, according to a first aspect of the present invention, there is provided a method of protecting steel in concrete, including using an anode and a DC power source, and a temporary forced current treatment and a low current prevention treatment, wherein the temporary forced current treatment is A high current treatment using a DC power source to drive a current from the anode to the steel to improve the environment in the steel, and the low current prevention treatment to suppress the onset of steel corrosion after application of the temporary forced current treatment. A method is provided wherein the same anode is used in both treatments and the anode comprises a sacrificial metal member that undergoes sacrificial metal dissolution as its main anode reaction.
다중 처리 기술의 발전으로 이끄는 또 다른 관찰은 알루미늄 합금 양극들의 높은 전하 밀도였다. 100 mm 길이와 15 mm 직경의 네 개의 알루미늄 합금 양극들은 그 강제 전류와 희생 양극 기능들에서 일주일간 약 500 mA 그리고 50년간 1 mA를 가하기에 충분한 전하를 가지고 있다. 몇몇 희생 양극들의 높은 전하 밀도는 콘크리트에 실장된 작은 희생 양극들로부터 긴 수명을 달성할 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 수명이 다한 후에 다공성 물질 내에 실장된 양극을 교체하는 비용에 관한 염려를 경감시킨다.Another observation that led to the development of multiple processing techniques was the high charge density of aluminum alloy anodes. Four aluminum alloy anodes, 100 mm long and 15 mm in diameter, have sufficient charge to apply about 500 mA for a week and 1 mA for 50 years in their forced current and sacrificial anode functions. The high charge density of some sacrificial anodes means that long lifetimes can be achieved from small sacrificial anodes mounted in concrete. This alleviates the concern about the cost of replacing the anode mounted in the porous material after the end of its life.
소형 분리 희생 양극 상에 강제 전류 양극 연결 항목(detail)이 포함되면 상기 분리 희생 양극이 강제 전류 양극으로서 사용되었을 때 상기 연결을 부식시키는 위험을 경감시킨다. 희생 금속이 소모된 후에 강제 전류 음극 보호 역할에 사용될 수 있는 강제 전류 양극의 주위에 희생 양극 금속을 형성하는 것은 상기 처리의 수명을 증가시키는 데에도 사용될 수 있다.The inclusion of a forced current anode connection detail on the small disconnected sacrificial anode reduces the risk of corroding the connection when the isolated sacrificial anode is used as a forced current anode. Forming a sacrificial anode metal around a forced current anode that can be used for a forced current cathode protection role after the sacrificial metal has been consumed can also be used to increase the life of the treatment.
희생 금속 상에 발생하는 양극 반응들은 불활성 양극 상에 발생하는 양극 반응들에 비해 더욱 용이하게 발생하며 더 적은 구동 전압을 필요로 하고 더 적은 산과 더 적은 기체를 생성한다. 이는 짧은 고전류 전기화학 처리가 더욱 용이하게 가해지도록 한다. 전기화학 전지의 스틸 음극에 고전류를 인가하면 스틸의 부식이 신속히 저지되어 추가 부식 손상이 방지된다. 콘크리트 내의 공격적 이온들은 강제 전류 처리에 의해 양극으로 당겨진다. 이러한 공격적 이온들과 희생 금속을 조합하면 다른 활성 화학 약품들을 콘크리트에 첨가하지 않고 활성화되는 희생 양극이 형성된다. 이 희생 양극을 스틸에 직접 연결하는 것은 장래의 부식 개시를 억제하기 위한 연속적, 예방 처리를 적용하는 단순한 방법을 제공한다. 부식 영역들은 개시 처리 중에 스틸로부터 설치된 양극으로 효과적으로 이동된다. 콘크리트 내에 양극 시스템을 실장하면 높은 강제 전류 전기화학 처리가 가해지는 동안 콘크리트 표면이 사용되도록 한다.Anodic reactions occurring on the sacrificial metal occur more readily than anode reactions occurring on the inert anode and require less drive voltage and produce less acid and less gas. This makes short high current electrochemical treatments easier to apply. Applying a high current to the steel cathode of the electrochemical cell quickly prevents the corrosion of the steel and prevents further corrosion damage. Aggressive ions in concrete are attracted to the anode by forced current treatment. Combining these aggressive ions with the sacrificial metal forms a sacrificial anode that is activated without adding other active chemicals to the concrete. Connecting this sacrificial anode directly to steel provides a simple way to apply continuous, preventive treatment to inhibit future corrosion initiation. Corrosion zones are effectively moved from the steel to the anode installed during the initiation treatment. Mounting the anode system in concrete allows the concrete surface to be used during high forced current electrochemical treatment.
본 발명은 예로서 하기 도면들을 참조하여 더욱 상세히 설명된다:The invention is explained in more detail by way of example with reference to the following figures:
도 1은 하이브리드 강제 전류-희생 전기화학 처리에서 양극의 사용에 대한 개략도;1 is a schematic diagram of the use of a positive electrode in a hybrid forced current-sacrificial electrochemical treatment;
도 2는 양극 전위-전류 관계를 결정하는 데 사용되는 실험 장치를 보여주는 도면;2 shows an experimental setup used to determine the anode potential-current relationship;
도 3은 알루미늄 합금 양극과 혼합 금속 산화물(mixed metal oxide: MMO) 코팅 티타늄 양극 상에서 결정된 전위-전류 관계를 보여주는 도면;3 shows a potential-current relationship determined on an aluminum alloy anode and a mixed metal oxide (MMO) coated titanium anode;
도 4는 예 1에서 DC 전력 공급원을 사용하는 공격적 환경에서 알루미늄 합금 양극으로부터 구동된 전류 밀도를 보여주는 도면;4 shows the current density driven from an aluminum alloy anode in an aggressive environment using a DC power source in Example 1;
도 5는 예 1에서 초기 강제 전류 처리를 따르는 알루미늄 합금 양극으로부터 가해지는 갈바닉 전류 밀도를 보여주는 도면;5 shows galvanic current density applied from an aluminum alloy anode following initial forced current treatment in Example 1;
도 6은 예 2에서 DC 전력 공급원을 사용하는 온화한 환경에서 25 개의 알루미늄 합금 양극들로부터 구동된 전류 밀도를 보여주는 도면; 그리고6 shows the current density driven from 25 aluminum alloy anodes in a mild environment using a DC power source in Example 2; And
도 7은 예 2에서 초기 강제 전류 처리를 따르는 25 개의 알루미늄 합금 양극들로부터 가해지는 갈바닉 전류 밀도를 보여주는 도면.FIG. 7 shows galvanic current density applied from 25 aluminum alloy anodes following initial forced current treatment in Example 2. FIG.
전기화학 보호의 메커니즘Mechanism of Electrochemical Protection
콘크리트의 스틸에 적용된 전기화학 처리들은 음극 보호 및 방지, 간헐적 음극 보호, 염화물 추출 및 재알칼리화(re-alkalisation)를 포함한다. 이러한 처리들에 의해 유도된 보호 효과들은 스틸을 용해하여 양성 철 이온들을 형성(부식)하는 것을 방지하는 음성 구동 포텐셜 변화(negative driven potential shift), 스틸 표면으로부터 염화물 이온을 제거하여 환경을 덜 공격적인 스틸 상의 부동막 상태로 되게 하는 것, 및 스틸 표면에 수산기 이온들을 생성하여 스틸 상의 부동막 형성을 안정화시키는 것이다. 강화 콘크리트 전기화학 처리의 일반적인 해석은 서로 다른 처리들은 서로 다른 보호 효과들에 의존한다는 것이다. 이러한 해석에서, 음극 보호의 기초는 음성 구동 포텐셜 변화의 달성이다. 탄산화 콘크리트(carbonated concrete)의 재알칼리화는 스틸 주위에 수산화물의 저장고를 생성할 것을 필요로 한다. 염화물 추출은 콘크리트로부터 염화물 이온들을 제거할 것을 필요로 한다. 간헐적 음극 보호는 보호 전류가 중단되는 짧은 기간 동안 스틸 부식을 방지하기 위하여 염화물을 제거하거나 수산기 이온들을 생성하여 스틸에서의 환경을 변화시키는 것에 의존한다.Electrochemical treatments applied to steel in concrete include cathodic protection and prevention, intermittent cathodic protection, chloride extraction and re-alkalisation. The protective effects induced by these treatments are negative driven potential shifts that dissolve the steel to prevent formation (corrosion) of positive iron ions, steel that removes chloride ions from the steel surface and makes the environment less aggressive. Bringing the phase into the passivation phase of the phase, and generating hydroxyl ions on the surface of the steel to stabilize the formation of the passivation phase on the steel. The general interpretation of reinforced concrete electrochemical treatment is that different treatments rely on different protective effects. In this interpretation, the basis of cathodic protection is the achievement of negative drive potential changes. Re-alkalization of carbonated concrete requires the creation of a reservoir of hydroxide around the steel. Chloride extraction requires the removal of chloride ions from the concrete. Intermittent cathodic protection relies on changing the environment in the steel by removing chlorides or generating hydroxyl ions to prevent steel corrosion during the short period of time that the protective current is interrupted.
음성 포텐셜 변화의 보호 효과는 무시 가능하고 콘크리트의 스틸의 부식의 진행을 저지하기 위해 사용되는 대부분의 전기화학 처리들은 스틸에서 염화물을 추출하고 수산기 이온들을 생성함으로써 개방 회로 스틸 부동태를 유도함에 의해 이를 달성한다는 것이 논의되어 왔다. 이 관찰이 음극 보호의 경우에 여전히 논쟁되고 있지만(Journal of Materials in Civil Engineering, 13(5) 396-398, 2001의 토론 및 답변 참조), 하기 유용한 증거들에 대한 대조와 분석은 한 가지 보호 효과가 환경적으로 노출된 콘크리트의 스틸에 적용된 모든 전기화학 처리들의 성공에 대해 지배적인 효과를 가지는 것 같다고 제안한다. 이 지배적인 보호 효과는 스틸/콘크리트 계면에서의 pH의 증가이다.The protective effect of negative potential change is negligible and most electrochemical treatments used to prevent the progress of corrosion of steel in concrete are achieved by inducing open circuit steel passivation by extracting chloride from the steel and generating hydroxyl ions Has been discussed. Although this observation is still being debated in the case of cathodic protection (see discussion and answers in the Journal of Materials in Civil Engineering, 13 (5) 396-398, 2001), the contrast and analysis of the following useful evidence is one protective effect: Suggests that it seems to have a dominant effect on the success of all electrochemical treatments applied to steel in environmentally exposed concrete. This dominant protective effect is an increase in pH at the steel / concrete interface.
환경적으로 노출된 콘크리트는 스틸 상의 음극 반응 역학(산소의 환원)이 약하게 분극되도록(산소 환원이 용이하게 발생하도록) 주기적으로 건조시켜지는 콘크리트이다. 이 환경에서, 스틸은 일반적으로 부동막에 의해 보호되고 부동막 파괴는 콘크리트 커버의 염화물 오염이나 탄산화에 의해 주로 유발된다. 스틸 부동태는 양성 개방 회로 (무인가전류) 포텐셜에 의해 표시된다. 개방 회로 포텐셜은 철 전극의 포텐셜과 산소 전극의 포텐셜의 결합의 결과이다. 부동(passive) 스틸은 더욱 양성의 산소 전극의 포텐셜을 향하려 하는 개방 회로 포텐셜을 가진다. 부동막이 붕괴되면, 개방 회로 포텐셜은 더욱 음성 철 전극으로 접근한다. 개방 회로 포텐셜을 구동 포텐셜과 혼동하지 않아야 한다. 양성 개방 회로 포텐셜이 스틸 상의 미손상 부동막의 존재를 가리키며, 외부 전력원을 사용하여 스틸 포텐셜을 더욱 양성의 수치로 구동하는 것은 철이 양성 철 이온들로 용해하도록 유도하는 힘을 증가시키고 부동막의 붕괴와 그에 따른 부식을 야기한다.Environmentally exposed concrete is concrete that is periodically dried so that the cathodic reaction dynamics on the steel (reduction of oxygen) are weakly polarized (to facilitate oxygen reduction). In this environment, steel is generally protected by an antifreeze and the antifreeze failure is mainly caused by chloride contamination or carbonation of the concrete cover. Steel passivation is indicated by a positive open circuit (uninterrupted current) potential. The open circuit potential is the result of the coupling of the potential of the iron electrode with that of the oxygen electrode. Passive steel has an open circuit potential that is directed towards the potential of a more positive oxygen electrode. When the passivation membrane collapses, the open circuit potential further approaches the negative iron electrode. The open circuit potential should not be confused with the driving potential. A positive open circuit potential indicates the presence of an intact passivation film on the steel, and using an external power source to drive the steel potential to a more positive value increases the force that induces iron to dissolve into the positive iron ions, Resulting in corrosion.
염화물 유발 부식의 경우, 부동막의 결함에서의 철의 국부 용해는 그 후에 물과의 반응에 따른 철 산화물과 수소 이온들의 생성이 후속한다. 수소 이온들의 양성 전하는 염화물 이온들의 음성 전하에 의해 균형이 이루어지고 염산의 국부적 생성이 일어난다. 이러한 국부적 pH 감소는 부동막을 불안정화시키고 종종 피팅 부식(pitting corrosion)으로 불리는 부식 과정의 가속 및 전파를 야기한다. 염화물 이온들이 부동막을 형성하는 철 산화물을 직접적으로 불안정화시키는 것은 아니다. 이는 국부적 pH 감소의 간접적 결과이다.In the case of chloride-induced corrosion, local dissolution of iron at defects in the passivation membrane is subsequently followed by the production of iron oxides and hydrogen ions upon reaction with water. The positive charge of the hydrogen ions is balanced by the negative charge of the chloride ions and the local production of hydrochloric acid occurs. This local pH reduction destabilizes the passivation membrane and causes acceleration and propagation of the corrosion process, often referred to as fitting corrosion. Chloride ions do not directly destabilize the iron oxide that forms the passivation film. This is an indirect result of local pH reduction.
콘크리트에 일반적으로 존재하는 알칼리도를 가지는 물과 이산화탄소의 반응의 결과로 나타나는 콘크리트 pH의 감소에 의해 탄산화 유발 부식도 유발된다. 스틸에서의 수산화물의 생성은 탄산화 콘크리트에 대한 재-알칼리화의 적용에 의존하는 보호 효과로서 널리 인정된다. 이는 염화물 추출에 비해 덜 강한 처리이며 염화 물 유발 부식을 저지하기 위한 그 적용은 몇 가지 실용적 장점들을 제공한다. 일반적인 재-알칼리화 처리는 탄산화 콘크리트 커버의 실질적 부위들을 재-알칼리화시키기 위해 주 당(스틸 표면적 당) 600 kC/m2 (168 Ah/m2) 또는 1 A/m2의 적용을 필요로 한다. 이는 일반적 염화물 추출 처리에서 적용되는 약 3600 kC/m2 (1000 Ah/m2)의 전하 밀도와 비교될 수 있다.Carbonation-induced corrosion is also caused by a decrease in the pH of the concrete resulting from the reaction of carbon dioxide with water and alkalinity generally present in concrete. The production of hydroxides in steel is widely recognized as a protective effect that depends on the application of re-alkalization to carbonated concrete. This is a less intense treatment than chloride extraction and its application to counteract chloride induced corrosion provides several practical advantages. Typical re-alkalization treatments require the application of 600 kC / m 2 (168 Ah / m 2 ) or 1 A / m 2 per week (per steel surface area) to re-alkaline substantial portions of the carbonated concrete cover. This can be compared with a charge density of about 3600 kC / m 2 (1000 Ah / m 2 ) applied in general chloride extraction treatment.
스틸에서의 수산화물의 생성도 염화물 오염 콘크리트에 적용되는 전기화학 처리들의 주요 보호 효과라는 증거는 염화물 오염 콘크리트에서 개방 회로 스틸 부동태를 유도하는 비교적 낮은 인가 전류 밀도 및 전하 밀도들로부터 주로 나타난다.Evidence that the formation of hydroxide in steel is also a major protective effect of electrochemical treatments applied to chloride contaminated concrete results primarily from the relatively low applied current density and charge densities that lead to open circuit steel passivation in chloride contaminated concrete.
공격적 모사 해양 환경에 노출된 염화물에 심하게 오염된 시편들에서 스틸에 적용된 간헐적 음극 보호에 대한 실험실 연구(Glass, Hassanein 및 Buenfeld, Corrosion Science, 43 (6) 1111-1131, 2001)에서, 더욱 부동 포텐셜 수치들로의 개방 회로 스틸 포텐셜 변화는 6 내지 40 mA/m2(스틸 표면적 당)의 집적 보호 전류 밀도가 스틸에 가해졌을 때 6 개월 후에 명백해졌다. 이러한 양성 포텐셜 변화는 스틸이 부동화 되었다는 것을 나타낸다. 결론은, 부동 스틸에 전형적인 개방 회로 스틸 포텐셜들을 보여주는 시편들은 미손상 상태로 남는 반면, 대조 시편들과 덜 강한 처리를 한 시편들에서는 부식을 계속하면 부식 유발 크래킹(cracking)이 야기되었다는 것을 보여주는 간헐적 음극 보호의 12 개월 진행 후 획득된 시편들의 사 진들에 의해 뒷받침되었다. 이 데이터의 추가 분석은 6 mA/m2 에 불과한 집적 보호 전류 밀도를 가한 시편의 경우에는, 100 kC/m2 미만(28 Ah/m2 미만)의 전하로 스틸 부동태가 유도되었다는 것을 보여준다.In a laboratory study of intermittent cathodic protection applied to steel in heavily contaminated chlorides exposed to aggressive simulated marine environments (Glass, Hassanein and Buenfeld, Corrosion Science, 43 (6) 1111-1131, 2001), more floating potential Open circuit steel potential change to values became evident after 6 months when an integrated protective current density of 6-40 mA / m 2 (per steel surface area) was applied to the steel. This positive potential change indicates that the steel is immobilized. The bottom line is that intermittent specimens showing open circuit steel potentials typical of floating steel remain intact, whereas corrosion in the control specimens and those with less intense treatment resulted in corrosion-induced cracking. Supported by photographs of specimens obtained after 12 months of cathodic protection. Further analysis of this data shows that for specimens with an integrated protection current density of only 6 mA / m 2 , steel passivation was induced with a charge of less than 100 kC / m 2 (less than 28 Ah / m 2 ).
염화물 유발 부식을 저지하기 위해 실제적으로 요구되는 비교적 작은 전하 밀도의 강한 증거는 현장 및 실험실의 음극 보호 연구들에서 획득된 광범위한 데이터의 분석에 의해 나타난다. 음극 보호 설계 전류 밀도들은 일반적으로 최대 20 mA/m2이고 음극 보호 시스템들은 일반적으로 더 낮은 전류 밀도에서 작동한다. 그러나, 50 일 미만의 음극 보호 후에 그러한 비교적 작은 전류 밀도들로 상당히 큰 포텐셜 변화들을 이루어내는 것이 일반적이다. 작은 인가 전류 밀도들에서의 상당히 큰 포텐셜 변화들은 부동 또는 거의 부동인 스틸에서 가능할 뿐이고(Glass, Roberts 및 Davison, Proc. 7th Int. Conf. Concrete in Hot and Aggressive Environments, October 2003, Volume 2, p.477-492, 2003) 그러한 유도된 부동태들의 명백한 증거가 실험실 조건 하에서 만들어졌다(Glass, Roberts 및 Davison, Corrosion 2004, NACE, Paper No. 04332, 2004). 50 일간 가해진 10 mA/m2의 보호 전류에 등가인 전하는 50 kC/m2 미만이다. 이는 회복된 콘크리트 구조 상에 스틸 부동태를 유도하기 위해 필요한 더욱 일반적인 전하 밀도이고 일반적인 염화물 추출 처리에서 가해지는 전하(3600 kC/m2)에 비해 매우 작다.Strong evidence of the relatively small charge densities actually required to prevent chloride-induced corrosion is indicated by the analysis of extensive data obtained in field protection laboratory cathodic protection studies. Cathodic protection design current densities are typically up to 20 mA / m 2 and cathodic protection systems generally operate at lower current densities. However, it is common to make quite large potential changes with such relatively small current densities after less than 50 days of cathodic protection. Significantly large potential changes in small applied current densities are possible only in floating or near-floating steel (Glass, Roberts and Davison, Proc. 7th Int. Conf. Concrete in Hot and Aggressive Environments, October 2003,
스틸에서 수산기 이온들의 생성의 중요성도 이러한 개방 회로 스틸 부동태의 유도가 국부화 스틸 부식 속도들에 비해 실질적으로 낮은 음극 보호 전류 밀도를 이용하여 달성된다는 관찰에 의하여 뒷받침된다. 연당 0.02 mm 스틸 부위 손실의 평균 부식 속도 및 연당 0.1 mm 이상의 국부 부식 속도는 염화물 오염 콘크리트에서 드물지 않다. 이는 약 20 내지 100 mA/m2의 부식 전류 밀도와 동일시된다. 그러나 음극 보호 설계 전류 밀도들은 거의 항상 20 mA/m2 보다 작거나 같고 인가 전류 밀도들은 설계 전류 밀도보다 언제나 더 작다(BS EN 12696 : 2000).The importance of the generation of hydroxyl ions in steel is also supported by the observation that this induction of open circuit steel passivation is achieved using a substantially lower cathodic protection current density compared to localized steel corrosion rates. Average corrosion rates of 0.02 mm steel site loss per year and local corrosion rates of more than 0.1 mm per year are not uncommon in chloride contaminated concrete. This is equated with a corrosion current density of about 20 to 100 mA / m 2 . However, the cathode protection design current densities are almost always less than or equal to 20 mA / m 2 and the applied current densities are always less than the design current density (BS EN 12696: 2000).
두 가지 다른 요인들이 이러한 놀라운 관찰을 더욱 강화시킨다. 먼저, 인가 보호 전류는 환경적으로 노출된 콘크리트에서 부식 속도를 직접적으로 줄이는 데 효율적이지 않다. 이에 대한 기술적 이유는 음극 반응 역학이 이 환경에서 약하게 분극되었다(용이하게 발생한다)는 것이다. 둘째, 전류는 콘크리트에 형성된 천연 부식 전지들의 부식 양극들보다 더욱 양성인 음극들로 우선적으로 흐른다. 환경에서 기하 구조 및 저항 변화가 부식 스틸에 대한 전류 분배에 알맞은 배열에서도, 적당한 인가 전류는 우선적으로 부동 스틸로 흐른다는 것이 밝혀졌다(Glass 및 Hassanein, Journal of Corrosion Science and Engineering, Volume 4, Paper 7, 2003).Two other factors reinforce this amazing observation. Firstly, applied protective current is not efficient in directly reducing the rate of corrosion in environmentally exposed concrete. The technical reason for this is that the cathodic reaction kinetics are weakly polarized (which occurs easily) in this environment. Second, current flows preferentially into cathodes that are more positive than the corrosion anodes of natural corrosion cells formed in concrete. It has been found that even in an environment where the geometry and resistance changes are suitable for current distribution for corroded steel, the proper applied current preferentially flows to the floating steel (Glass and Hassanein, Journal of Corrosion Science and Engineering,
이러한 조건들에서, 인가된 전류가 부식 양극 위치들로부터 임의의 염화물의 추출을 야기하기는 매우 어려울 것으로 생각된다. 부식 위치에서 국부 전류의 방향을 뒤바꾸기 위해, 임의의 부동 스틸에 연결되지 않은 고립된 부식 위치의 개방 회 로 포텐셜보다 더욱 음성인 수치로 상기 포텐셜을 구동하기 위해 충분한 전류가 가해져야 한다. 일반적으로 강화 콘크리트 음극 보호에 사용되는 알맞게 가해진 보호 전류 밀도에서, 순 양극 전류는 고부식 활동도의 위치들을 항상 떠난다. 그러나, 둘레의 콘크리트와 부식 위치들 간의 pH 농도 구배가 수산기 이온들을 부식 위치들로 옮기는 여분의 힘을 제공하기 때문에 그러한 위치들의 재-알칼리화는 여전히 가능하다. 이는 pH가 상승하도록 높은 수산기 이온 농도 구배들을 유지하는 강한 전기장을 약화시키는 음극 보호 시스템에 의해 부과된 전기장과 결합한다. pH가 상승함에 따라, 스틸 상에 활발한 부식 위치들을 수립하는 과정이 불용성 철 산화물들이 가장 안정적인 부식 부산물이고 스틸 부동막이 재형성되는 지점이 도달될 때까지 번복된다. 개방 회로 스틸 부동태를 이루기 위해 부식 위치들을 재-알칼리화하는 과정은 피트 재-알칼리화(pit re-alkalisation)로 명명될 수 있다.Under these conditions, it is considered very difficult for the applied current to cause extraction of any chloride from the corrosion anode locations. In order to reverse the direction of the local current in the corrosion position, sufficient current must be applied to drive the potential to a value more negative than the open circuit potential of an isolated corrosion position that is not connected to any floating steel. At moderately applied protective current densities typically used for reinforced concrete cathode protection, the net anode current always leaves locations of high corrosion activity. However, re-alkalization of such sites is still possible because the pH concentration gradient between the surrounding concrete and the corrosion sites provides extra force to transfer hydroxyl ions to the corrosion sites. This combines with the electric field imposed by the cathodic protection system, which weakens the strong electric field maintaining high hydroxyl ion concentration gradients so that the pH rises. As the pH rises, the process of establishing active corrosion sites on the steel is reversed until the point where insoluble iron oxides are the most stable corrosion by-product and the steel passivation film is reformed is reached. The process of re-alkalizing corrosion sites to achieve an open circuit steel passivation may be referred to as pit re-alkalisation.
상기 분석은 개방 회로 스틸 부동태를 유도하기 위해 콘크리트의 스틸 강화에 적용된 전하 밀도들의 범위는 US 6322691에서 독립형(stand alone) 일시적 전기화학 처리에 필수적인 것으로 기존에 인정되었던 것보다 작은 크기 차수일 수 있다. 더 작게 공격적인 환경들은 더 작은 전하를 필요로 한다. 회복된 콘크리트 구조들에서는 30 kC/m2 정도로 작은 전하 밀도들이 충분할 수 있고, 100 kC/m2의 전하는 실험실에서의 모사 해양 노출 조건들에서 심하게 염화물 오염된 콘크리트에서 스틸 부동태를 유도하는 것으로 나타났고, 그리고 600 kC/m2는 부식 위치들뿐만 아니라, 탄산화 콘크리트의 재-알칼리화에서 콘크리트 커버의 실질적 부분의 재-알칼 리화(피트 재-알칼리화)에도 충분한 것으로 나타났다.The analysis shows that the range of charge densities applied to steel reinforcement of concrete to induce open circuit steel passivation may be of a smaller order than previously recognized in US 6322691 as required for stand alone transient electrochemical treatment. Smaller aggressive environments require smaller charges. In recovered concrete structures, charge densities as small as 30 kC / m 2 may be sufficient, and charges of 100 kC / m 2 have been shown to induce steel passivation in severely chloride-contaminated concrete at simulated marine exposure conditions in the laboratory. , And 600 kC / m 2 have been shown to be sufficient not only for corrosion sites, but also for re-alkalization (pit re-alkalization) of a substantial part of the concrete cover in re-alkalization of carbonated concrete.
전기화학 처리 과정의 개선Improvement of electrochemical process
강화 콘크리트를 위한 전기화학 처리 기술들을 개선하는 방법을 고려하면 수많은 요인들이 고려될 수 있다. 이들은:Numerous factors can be considered when considering how to improve electrochemical treatment techniques for reinforced concrete. These are:
- 부식 과정이 저지되는 속도,The rate at which the corrosion process is prevented,
- 부식을 저지하는 데 필요한 전하 밀도-Charge density required to resist corrosion
- 상기 처리의 내구성, 및Durability of the treatment, and
- 상기 과정의 유지보수 조건들을 포함한다.Contains the maintenance conditions of the process.
스틸 부동태를 복원하는 데에 비교적 낮은 전하 밀도들이 사용될 수 있다는 것이 주목되어왔다. 부식을 저지하기 위한 일시적 전기화학 처리 과정은 따라서 종종 적용되는 강렬한 일시적 전기화학 처리들보다는 실질적으로 덜 강렬할 수 있다. 특히 일시적 전기화학 처리의 기간은 줄어들 수 있다. 따라서 일시적 전기화학 처리는 3 개월 미만, 바람직하게는 3 주 미만 동안 적용될 수 있다. 그러나, 단기간 처리의 내구성은 부식 속도의 즉각적인 감소를 제외하고는 의문시될 것이다. 보충적인 장기간 부식 방지 처리가 적용된다면 그러한 짧은 초기 처리는 더욱 훌륭할 수 있다.It has been noted that relatively low charge densities can be used to restore the steel passivation. Temporary electrochemical treatments to prevent corrosion can thus be substantially less intense than the intense transient electrochemical treatments that are often applied. In particular, the duration of the temporary electrochemical treatment can be reduced. Thus, the temporary electrochemical treatment can be applied for less than 3 months, preferably less than 3 weeks. However, the durability of the short term treatment will be questioned except for the immediate reduction of the corrosion rate. Such short initial treatments may be better if supplementary long term corrosion protection treatments are applied.
개선된 처리 과정은 따라서 부식을 저지하고 개방 회로 스틸 부동태를 유도하기에 충분한 초기 전하 밀도가 가해지고, 이어서 임의의 후속 부식 개시를 방지하기 위한 낮은 유지보수 음극 보호 처리가 이루어지는 하이브리드 전기화학 처리일 수 있다. 부식을 저지하기 위한 강력한 강제 전류 처리와 스틸 부동태의 유지를 위한 후속하는 낮은 유지보수 처리에서 동일한 양극 시스템을 사용하는 것이 유리할 것이다.The improved treatment may thus be a hybrid electrochemical treatment with an initial charge density sufficient to resist corrosion and induce open circuit steel passivation, followed by a low maintenance cathodic protection treatment to prevent any subsequent onset of corrosion. have. It would be advantageous to use the same anode system in strong forced current treatment to prevent corrosion and subsequent low maintenance treatments to maintain steel passivation.
그러한 이중 단계 전기화학 처리들의 두 가지 예는:Two examples of such dual stage electrochemical treatments are:
- 스틸을 부동화 시키기 위해 희생 양극으로부터 고전류를 짧게 구동하고, 이어서 낮은 희생 전류 음극 보호 처리를 제공하기 위해 상기 스틸에 상기 희생 양극을 직접적으로 연결하는 것, 그리고Short drive high current from the sacrificial anode to immobilize the steel, and then directly connect the sacrificial anode to the steel to provide a low sacrificial current cathodic protection treatment, and
- 희생 금속 부재로 코팅된 불활성 강제 전류 양극에 전압을 인가하며, 여기서 상기 희생 금속 부재는 초기에는 상기 스틸을 부동화시키기 위해 높은 보호 전류 밀도와 관련된 높은 양극 반응 속도를 용이하게 하는 것과 상기 희생 금속이 소모되었을 때, 강제 전류 양극은 낮은 강제 전류 음극 보호 처리를 제공하는 것을 포함한다.A voltage is applied to an inert forced current anode coated with a sacrificial metal member, wherein the sacrificial metal member initially facilitates a high anodic reaction rate associated with a high protective current density to immobilize the steel and When exhausted, the forced current anode includes providing a low forced current cathode protection treatment.
초기 전류 전기화학 처리 중에 인가된 평균 전류는 일반적으로 적어도 저 전류 보호 처리 중에 결과적으로 인가된 평균 전류보다 큰 크기의 차수에 있을 것이다. 낮은 전류 보호 처리는 일반적으로 5 mA/m2 미만, 0.2 mA/m2 초과의 평균 전류를 스틸 표면에 가하는 것을 일반적으로 포함한다.The average current applied during the initial current electrochemical treatment will generally be on the order of magnitude greater than at least the resulting average current applied during the low current protection process. Low current protection treatment generally involves applying an average current of less than 5 mA / m 2 and greater than 0.2 mA / m 2 to the steel surface.
처리 기술Processing technology
본 발명의 제1 태양에 따르면, 콘크리트의 스틸을 보호하는 방법이 제공되는 바, 상기 방법은 양극과 DC 전력원을 사용하는 것과 일시적 강제전류 처리와 저전류 예방 처리를 포함하고, 상기 일시적 강제전류 처리는 상기 스틸에서의 환경을 향상하기 위해 전류를 상기 양극으로부터 상기 스틸로 구동하기 위해 DC 전력원을 사용하는 고전류 처리이고, 상기 저전류 예방 처리는 상기 일시적 강제전류 처리의 적용 후에 스틸 부식 개시를 억제하기 위해 적용되며 양 처리들에서 동일한 양극이 사용되고, 상기 양극은 그 주 양극 반응으로서 희생 금속 용해를 겪는 희생 금속 부재를 포함한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for protecting steel in concrete, the method comprising using a positive electrode and a DC power source, including a temporary forced current treatment and a low current prevention treatment, wherein the temporary forced current The treatment is a high current treatment using a DC power source to drive current from the anode to the steel to improve the environment in the steel, and the low current prevention treatment initiates steel corrosion onset after application of the temporary forced current treatment. The same anode is applied for suppression and the same anode is used in both treatments, the anode comprising a sacrificial metal member that undergoes sacrificial metal dissolution as its main anode reaction.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 콘크리트의 스틸을 보호하는 양극이 제공되는 바, 상기 양극은 강제 전류 양극 연결 항목(detail)을 가지는 희생 금속 부재를 포함하고, 상기 양극은 소형 분리 양극(compact discrete anode)이고, 상기 희생 금속 부재는 스틸보다 덜 노블(noble)하고, 상기 강제 전류 양극 연결 항목은 적어도 하나의 연결점을 가지는 도체를 포함하고, 상기 도체는 구리/포화 황산구리 기준 포텐셜의 포텐셜 위로 +500 mV 보다 더 양성인 포텐셜에서 부동 상태를 유지하고, 상기 도체는 그 길이의 일부에 걸쳐 상기 희생 금속 부재에 의해 실질적으로 둘러싸여있어서 상기 도체와 상기 희생 금속 사이에 전자들을 전도하는 전기적 연결을 형성하고, 상기 연결점은 상기 도체가 다른 도체에 용이하게 연결될 수 있는 상기 희생 금속 부재로부터 멀리 벗어나 연장하는 상기 도체의 일부 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided an anode for protecting steel in concrete, the anode comprising a sacrificial metal member having a forced current anode connection detail, the anode being a compact discrete anode. anode, the sacrificial metal member is less noble than steel, the forced current anode connection item comprises a conductor having at least one connection point, the conductor being +500 above the potential of the copper / saturated copper sulfate reference potential. maintaining a floating state at a potential more positive than mV, the conductor is substantially surrounded by the sacrificial metal member over a portion of its length to form an electrical connection that conducts electrons between the conductor and the sacrificial metal, The connection point is located far from the sacrificial metal member where the conductor can be easily connected to another conductor. It characterized in that positioned on the portion of the conductor section.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 본 발명의 제1 태양에 따른 방법에서의 본 발명의 제2 태양에 따른 양극의 사용이 제공된다.According to a third aspect of the invention, there is provided the use of the anode according to the second aspect of the invention in a method according to the first aspect of the invention.
본 발명의 제4 태양에 따르면, 염화물 오염 콘크리트 구조체 내에 실장된 활성(activated) 희생 양극의 생산이 제공되는 바, 상기 실장된 활성 희생 양극의 생 산은 도체와 스틸보다 덜 노블한 희생 금속 부재의 사이에서 전자들이 이동하는 경로를 제공하는 단계와 상기 콘크리트 구조체 내에 공동을 형성하는 단계와 상기 도체의 일부는 연결점을 제공하기 위해 노출 상태로 남기고 상기 공동 내에 전해질을 포함하는 다공성 물질 내에 상기 희생 금속 부재를 실장시키는 단계와 DC 전력원의 양극 단자와 상기 도체 사이에서 전자들이 흐르는 경로를 제공하는 단계와 상기 희생 금속으로부터 고전류를 구동하여 콘크리트 내에 존재하는 염화물 이온들을 상기 희생 금속의 표면으로 끌어당겨 상기 희생 금속을 활성화하고 상기 DC 전력원을 상기 도체로부터 분리하는 단계를 포함한다.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the production of an activated sacrificial anode mounted in a chloride contaminated concrete structure, wherein the production of the mounted active sacrificial anode is carried out between the conductor and the sacrificial metal member which is less noble than steel. Providing a path through which electrons move, forming a cavity in the concrete structure, and a portion of the conductor is left exposed to provide a connection point and the sacrificial metal member in a porous material comprising an electrolyte in the cavity. Mounting and providing a path through which electrons flow between the anode terminal of the DC power source and the conductor; driving a high current from the sacrificial metal to attract chloride ions present in concrete to the surface of the sacrificial metal. Enable and disconnect the DC power source from the conductor Li includes a step.
본 발명의 제5 태양에 따르면, 콘크리트 내의 스틸을 보호하는 방법이 제공되는 바, 상기 방법은 상기 스틸에서의 환경을 향상시키기 위한 일시적 고강제전류 전기화학 처리(temporary high impressed current electrochemical treatment)와 후속하는 스틸 부식 개시를 억제하기 위한 저전류 예방 처리(low current preventative treatment)를 포함하고 상기 일시적 강제전류 처리에서는 양극이 사용되고 상기 저전류 예방 처리에서 상기와 동일한 양극이 사용되고 상기 양극은 그 주 양극 반응으로서 희생 금속 용해를 겪는 희생 금속 부재를 포함하고 상기 양극은 상기 일시적 강제전류 처리에서 DC 전력원의 양극 단자에 연결되고 상기 양극은 상기 스틸에 연결되어 상기 저전류 예방 처리에서 상기 희생 금속 부재로부터 상기 스틸로의 전자 전도 경로를 제공하는 것을 특징으로 한다.According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of protecting steel in concrete, the method comprising a temporary high impressed current electrochemical treatment followed by an improved environment in the steel. And a low current preventative treatment for suppressing the onset of steel corrosion, wherein in the temporary forced current treatment, an anode is used, and the same anode is used in the low current prevention treatment, and the anode is used as the main anode reaction. A sacrificial metal member that undergoes sacrificial metal dissolution, wherein the anode is connected to a positive terminal of a DC power source in the transient forced current treatment and the anode is connected to the steel to prevent the steel from the sacrificial metal member in the low current prevention treatment. Providing an electron conduction path to the furnace .
바람직한 하이브리드 전기화학 처리의 일례가 도 1에 나타나 있다. 희생 금속 부재(1)가 콘크리트(4) 내에 형성된 공동(3) 내의 전해질을 포함하는 다공성 물 질(2) 내에 실장되어 있다. 희생 금속 부재는 전기적 도체(6) 및 전기적 연결(7)을 통해 DC 전력원(5)의 양극 단자에 연결된다. 강제전류 양극 연결 항목(detail)이 희생 금속 부재(1)를 전기적 도체(6)에 연결하기 위해 사용된다. 이는 바람직하게는 강제전류 처리 중에 부동 상태를 유지하는 도체(8)의 일부의 둘레에 희생 금속 부재를 형성하는 것을 포함한다. 도체(8)는 다른 전기적 도체로의 연결을 용이하게 하기 위해 희생 금속으로부터의 편리한 연결점(9)을 제공한다. 전력원(5)의 음극 단자는 전기적 도체(11) 및 연결(12)을 이용하여 스틸(10)에 연결된다. 전력원이 양극 및 스틸에 연결되는 동안에는 전기적 연결(13)은 만들어지지 않는다.One example of a preferred hybrid electrochemical treatment is shown in FIG. 1. The
먼저 DC 전력원(5)을 사용하여 짧은 기간 동안 큰, 단기간 강제전류가 양극 어셈블리(18)로부터 스틸(10)로 구동된다. 과정 중에 산소와 물(14)은 스틸 상에서 수산기 이온들(15)로 변환된다. 이는 산성 부식 위치들을 중화시키고 스틸 상의 보호성 부동막의 회복을 보조한다. 또한, 염화물 이온들(16)과 같은 공격성 이온들이 콘크리트로부터 양극 주위의 다공성 물질(2)로 끌어당겨진다. 이러한 짧은 강제전류 처리에 의해 실장된 스틸 주위와 실장된 양극 주위의 국부적 환경들이 수정된다. 상기 변화들은 양극에서의 환경이 희생 양극 활동도를 유지하는 동안 스틸에서의 국부 환경은 스틸 부동화를 지지한다는 것을 의미한다. 부식 위치들은 스틸 강화 상의 위치들로부터 설치된 희생 양극으로 효과적으로 이동한다. 강제전류 처리가 끝나면, 장기간의 저전력 음극 보호 처리가 그 후 동일한 양극을 사용하여 적용될 수 있다.First, a large, short term forced current is driven from the anode assembly 18 into the
전기적 연결들(7)에서 전력공급원(5)을 분리하고 남은 희생 양극 금속을 전 기적 연결(13)을 통해 스틸에 직접 연결하는 것이 바람직하다. 일시적 강제전류 처리에 의해 형성된 활성화 분리 희생 양극은 그 후 스틸 부동태를 유지하기 위해 장기간 희생 음극 보호 역할에 사용된다. 이것이 바람직한 것은 희생 양극들로부터 출력되는 전류가 DC 전력공급원의 그것에 비해 더욱 신뢰성 있고 더욱 공격적인 환경들에 어느 정도는 스스로 맞추어 더 높은 희생 양극 전류 출력을 만들기 때문이다. 또한, 관찰이 희생 양극 시스템 기능에 대해 결정적이지 않고 보호되는 구조에 대한 칭찬 최종 사용자 요구조건들에 맞출 수 있다. 작업성과를 관찰하는 간단한 방법은 양극 활동도의 유일한 영역들이 분리 희생 양극들이 실장된 위치들에 위치하는지 여부를 결정하기 위해 비파괴적 포텐셜 매핑(non destructive potential mapping) 기술을 사용한다.It is preferable to disconnect the
연결들(7, 9, 12, 13)과 도체들(6, 8, 11)은 모두 그 안에서 전자들이 움직이는 경로를 제공하는 전자 전도 연결들 또는 도체들이다. 그들은 전자적 연결들 또는 전자적 도체들로도 불린다. 상기 도체들은 일반적으로 선이나 전기적 케이블들이다. 이러한 도체들과 연결들은 이온 도체들 또는 이온 연결들과는 다르다. 콘크리트(4) 내의 전해질은 희생 금속 부재(1)와 스틸(10) 간의 이온 연결의 일례를 제공한다. 희생 음극 보호 또는 예방을 이루기 위해, 희생 금속 부재와 스틸 사이에 전자적 연결과 이온 연결이 모두 필요하다.The
짧은 고전류 처리를 위한 DC 전력원(5)은 동력 공급 DC 전력원(mains powered DC power supply) 또는 배터리를 포함한다. 양극과 전력원의 양극 단자 간의 연결이 이 연결에 대한 부식 위험을 최소화할 수 있을 만큼 가능한 한 짧게 유 지된다면 유리하다.The
바람직한 양극은 강제전류 양극 연결 항복을 가진 소형 분리 희생 금속 부재를 포함한다. 소형 분리 양극들은 강화 콘크리트 내에 형성된 공동들 내에 실장될 수 있다. 이는 양극과 콘크리트 구조 사이의 결합을 향상시킨다. 그러한 공동들의 예들은 콘크리트 표면 내로 절단될 수 있는 최대 폭 30 mm 및 깊이 50 mm의 장홈(longer chase)들은 물론이고 코어링(coring)이나 드릴링(drilling)에 의해 형성될 수 있는 최대 직경 50 mm 및 길이 200 mm의 구멍들을 포함한다. 공동들이 드릴링에 의해 형성된 구멍들이라면, 직경을 30 mm 미만으로 유지하는 것이 바람직하다. 양극들의 수는 실장된 스틸을 보호하기 위해 일반적으로 콘크리트 구조에 걸쳐 분포된다.Preferred anodes include small separate sacrificial metal members with a forced current anode connection breakdown. Small separation anodes may be mounted in cavities formed in reinforced concrete. This improves the bond between the anode and the concrete structure. Examples of such cavities include a maximum diameter of 30 mm that can be cut into a concrete surface and a maximum diameter of 50 mm that can be formed by coring or drilling as well as long chases of depth 50 mm and Holes of
강제 전류 양극 연결 항목은 양극을 DC 전력원의 양극 단자에 연결하기 위해 사용된다. DC 전력원의 양극 단자에 연결되는 모든 금속들은 주위 환경 내의 전해질과 접한다면 양극이 될 위험에 놓여있고, 따라서 이것을 의도하지 않는다면 양극 용해로부터 보호될 필요가 있다. 강화 콘크리트를 위한 기존 소형 분리 희생 양극들은 그 연결 선을 보호하기 위한 양극의 희생 작동에 의존하는 비절연 스틸 또는 갈바닉화 스틸 선으로 구성된 연결 항목들이 제공된다. 이러한 연결들은 유도된 양극 용해를 겪게 되고 양극이 강제전류 양극처럼 구동되었을 때 희생 금속과 함께 부식된다.The forced current anode connection item is used to connect the anode to the positive terminal of a DC power source. All metals connected to the positive terminal of the DC power source are at risk of becoming positive if they come into contact with the electrolyte in the surrounding environment, and thus need to be protected from anode melting if this is not intended. Existing miniature separate sacrificial anodes for reinforced concrete are provided with connection items consisting of non-insulated steel or galvanized steel wire that rely on the sacrificial operation of the anode to protect the connection line. These connections undergo induced anode melting and corrode with the sacrificial metal when the anode is driven like a forced current anode.
소형 분리 희생 양극 내의 강제전류 연결 항목은 연결점을 제공하고 양극이 전력공급원에 의해 양성 포텐셜로 구동될 때 부동 상태를 유지하는 제2 부위를 포 함하는 도체의 일부 주위에 희생 금속 부재를 형성함으로써 이루어질 수 있다. 부동 도체는 그 포텐셜이 양성 수치들로 구동될 때 그 위에서 아무런 뚜렷한 금속 용해가 발생하지 않고 따라서 아무런 가시적인 부식 유발 열화가 발생하지 않는 것이다. 도체와 희생 금속 부재는 일반적으로 구리/포화 황산구리 기준 전극(copper/saturated copper sulphate reference electrode) 보다 더욱 노블(양성)하고 구리/포화 황산구리 기준 전극 위로 +500 mV 또는 심지어 +2000 mV 더 노블할 수 있는 초기 강제전류 처리 중에는 양성 포텐셜로 구동될 것이다. 구리와 스틸은 전해질과 접촉할 때 이러한 양성 포텐셜들에서는 자연 상태로는 부동상태를 유지하지 않는다.The forced current connection item in the small disconnected sacrificial anode is made by forming a sacrificial metal member around a portion of the conductor that provides a connection point and includes a second portion that remains floating when the anode is driven with a positive potential by the power supply. Can be. Floating conductors are those in which when the potential is driven to positive values, no pronounced metal dissolution occurs on them and therefore no visible corrosion-induced degradation. Conductors and sacrificial metal members are generally more noble than the copper / saturated copper sulphate reference electrode and can be +500 mV or even +2000 mV more noble than the copper / saturated copper sulphate reference electrode. During the initial forced current processing it will be driven with a positive potential. Copper and steel do not float in their natural state at these positive potentials when in contact with the electrolyte.
도 1의 예는 연결점(9)을 제공하는 희생 금속을 넘어 연장되는 제2 부위를 가진 도체(8)의 일부의 주위에 형성된 희생 금속 부재(1)를 보여준다. 부동 도체를 이루기 위해, 강제전류 처리에서 나타나는 양극 포텐셜들에서 전해질과 자연적으로 부동 상태인 불활성 도체가 사용될 수 있다. 선택적으로, 상기 도체는 주위의 희생 금속 부재의 존재와 연결점을 형성하기 위해 희생 금속 부재를 넘어 연장되는 도체의 일부 상의 절연층의 존재에 의해 환경 내에서 전해질로부터 고립될 수 있다. 바람직한 연결 항목은 티타늄선을 다른 전자적 도체들로 편리하게 연결하기 위해 희생 금속 부재로부터 티타늄 선의 노출 부위 상의 연결점을 제공하는 불활성 티타늄선의 일부의 주위에 희생 금속 부재를 주조하는 것을 포함한다. 이는 DC 전력원의 양극 단자에 대한 양극의 연결을 용이하게 하는 또 다른 티타늄선 또는 절연된 전기적 케이블일 수 있다.The example of FIG. 1 shows a
불활성 도체는 그 내부식성을 하나 이상의 물질들로부터 끌어낼 수 있고, 이의 예들은 탄소, 티타늄, 니켈-크롬-몰리브데늄 스테인리스 스틸 합금들을 포함하는 스테인리스 스틸, 백금(platinum), 탄탈륨(tantalum), 지르코늄(zirconium), 니오븀(niobium), 니켈, 하스탈로이(hastalloy)를 포함하는 니켈 합금들, 모넬(monel) 및 인코넬(inconel)을 포함한다. 도체들은 이러한 물질들로부터 만들어 질 수 있고, 이러한 물질들의 불활성 코팅들로 보호될 수도 있다. 티타늄은 용이하게 입수 가능하고 광범위한 포텐셜들에 걸쳐 양극 용해에 견디기 때문에 바람직한 물질이다.Inert conductors can derive their corrosion resistance from one or more materials, examples of which include stainless steel, platinum, tantalum, zirconium, including carbon, titanium, nickel-chromium-molybdenum stainless steel alloys (zirconium), niobium, nickel, nickel alloys including hastalloy, monel and inconel. Conductors can be made from these materials and protected with inert coatings of these materials. Titanium is a preferred material because it is readily available and resistant to anode dissolution over a wide range of potentials.
불활성 강제전류 양극을 그 주위에 희생 금속 부재가 형성된 도체로서 사용하면 불활성 양극 주위의 희생 금속 부재가 소모될 때 강제전류 음극 보호 역할에서 양극이 불활성 강제전류 양극으로 사용되도록 할 수 있다. 이는 양극 시스템의 기능적 수명을 연장한다. 불활성 강제전류 양극들의 예들은 금속 산화물 코팅 티타늄, 백금화(platinised) 티타늄 및 백금화 니오븀을 포함한다. 불활성 양극 도체는, 이론상, 희생 금속의 용해로부터 생성되는 염이나 다공성 금속 산화물에 의해 둘러싸인다. 이는 주위 콘크리트의 산성 공격을 제한하는 주위 콘크리트와 불활성 양극 사이의 pH 구배를 유지하는 층을 제공한다. 이는 또한 양극에서 생성되는 임의의 기체가 탈출할 수 있는 루트도 제공한다. 이러한 면들은 불활성 양극 코어가, 시멘트 모르타르(mortar)나 콘크리트와 직접적으로 접했을 때 그러한 양극들의 사용에 일반적으로 부과되는 제한을 넘어서는 전류 밀도에서 구동되도록 한다.When the inert forced current anode is used as a conductor having a sacrificial metal member formed around the anode, the anode can be used as the inert forced current anode when the sacrificial metal member around the inert anode is consumed. This extends the functional life of the anode system. Examples of inert forced current anodes include metal oxide coated titanium, platinum titanium and niobium platinum. Inert anode conductors are, in theory, surrounded by salts or porous metal oxides resulting from the dissolution of the sacrificial metal. This provides a layer that maintains a pH gradient between the surrounding concrete and the inert anode that limits the acidic attack of the surrounding concrete. It also provides a route through which any gas produced at the anode can escape. These faces allow the inert anode core to be driven at current densities beyond those normally imposed on the use of such anodes when directly in contact with cement mortar or concrete.
절연 물질을 사용하여 스틸과 같은 도체가 부동 상태가 되도록 하여 그 도체 를 주위 환경에서 전해질로부터 분리할 수 있다. 이는, 양극이 강제전류 역할에 사용되었을 때 희생 금속에 의해 보호되지 않은 도체의 일부의 부식 유도 열화를 방지한다. 이 경우, 절연체를 도체가 양극 금속 내로 들어가는 양극 금속의 표면에 걸쳐서 또는 양극 금속 내로 연장시키는 것이 바람직하다. 이것은 희생 양극 금속이 도체 주위에서 용해될 때 주위 환경 내의 전해질로부터 도체의 분리를 유지하기 위함이다. 저위 환경 내의 전해질로부터 양극과 DC 전력원의 양극 단자 사이의 모든 케이블들을 절연시키는 것이 바람직하다.Insulating materials can be used to float a conductor, such as steel, to separate the conductor from the electrolyte in the surrounding environment. This prevents corrosion induced degradation of a portion of the conductor that is not protected by the sacrificial metal when the anode is used in the forced current role. In this case, it is preferable to extend the insulator over the surface of the anode metal into which the conductor enters the anode metal or into the anode metal. This is to maintain the separation of the conductor from the electrolyte in the surrounding environment when the sacrificial anode metal is dissolved around the conductor. It is desirable to insulate all cables between the anode and the anode terminal of the DC power source from the electrolyte in the low environment.
희생 금속은 바람직하게는 스틸보다 덜 노블(부식하지 않음)하다. 예들은 아연, 알루미늄 또는 마그네슘 또는 그들의 합금들을 포함한다. 알루미늄 아연 인듐 합금이 바람직하다. 알루미늄은 높은 전하 밀도를 가지고 있으며 따라서 양호한 수명 체적 비를 가지고 있다. 합금 원소들은 양극 활동도를 조장하며, 이 양극 활동도는 주위 환경 내의 염화물 오염의 존재에 의해 더욱 조장된다.The sacrificial metal is preferably less noble (not corroded) than steel. Examples include zinc, aluminum or magnesium or their alloys. Aluminum zinc indium alloys are preferred. Aluminum has a high charge density and therefore a good lifetime volume ratio. Alloying elements promote anode activity, which is further encouraged by the presence of chloride contamination in the surrounding environment.
희생 금속 양극에서 발생하는 주 양극 반응은 희생 금속의 용해이다. 이 산화 반응은 불활성 강제 전류 양극에서 발생하는 주 양극 반응인 산과 기체를 생성하는 물의 산화 반응에 비해 더욱 용이하다. 따라서 큰 양극 전류 밀도들이 희생 금속 부재들로부터의 낮은 구동 전압에서 가해질 수 있다. 희생 금속의 용해는 금속 염을 생성한다. 기체의 생성은 회피될 수 있으며 생성되는 유일한 산은 금속 염의 2차 가수분해의 결과이다. 이 2차 반응은 제한될 것이다. 최소 pH 값은 금속 염, 존재하는 산(pH를 결정하는), 그리고 금속 산화물 사이의 평형에 의하여 결정된다. 불활성 강제 전류 양극들에서 일반적으로 발생하는 산 및 기체의 생산과 관 련한 문제점들은 양극에서 희생 금속 부재를 사용함으로써 회피될 수 있다. 이러한 방법으로 양극 표면의 단위 면적당 200 mA/m2 보다 더 큰, 바람직하게는 1000 mA/m2 보다 더 큰 전류 밀도가 주위 콘크리트의 현저한 열화의 발생이 없이 실장된 양극 상에서 달성될 수 있다.The main anode reaction that occurs at the sacrificial metal anode is the dissolution of the sacrificial metal. This oxidation reaction is easier than the oxidation reaction of water, which produces a gas and an acid, the main anode reaction occurring at an inert forced current anode. Thus large anode current densities can be applied at low drive voltages from the sacrificial metal members. Dissolution of the sacrificial metal produces a metal salt. The production of gases can be avoided and the only acid produced is the result of secondary hydrolysis of the metal salts. This secondary reaction will be limited. The minimum pH value is determined by the equilibrium between the metal salt, the acid present (determining the pH), and the metal oxide. Problems related to the production of acid and gas, which typically occur at inert forced current anodes, can be avoided by using sacrificial metal elements at the anode. In this way a current density of greater than 200 mA / m 2 per unit area of the anode surface, preferably greater than 1000 mA / m 2 , can be achieved on the mounted anode without the occurrence of significant degradation of the surrounding concrete.
과거, 희생 양극 물질들의 바람직한 배치는 접근 가능하고 용이하게 교체되는 콘크리트 표면이었다. 그러나 콘크리트 기판에 대한 부착력의 손실과 수분이 없을 때 콘크리트 표면의 신속한 건조가 표면의 양극으로부터의 성능을 제한한다. 이러한 문제점들은 콘크리트의 공동의 다공성 물질 내에 희생 금속 양극들을 실장시킴으로써 극복할 수 있다. 다공성 물질은 양극을 제 위치에 붙잡아두고 그 기포도 또한 전해질을 붙잡으며 양극 분해의 산물을 위한 공간을 제공한다. 양극 분해의 산물들을 수용하기 위해 다공성 물질은 1 N/mm2 미만, 바람직하게는 0.5 N/mm2 미만의 압축 강도를 포함하여 '퍼티 유사(putty like)' 성질들을 가지며 압축 가능한 공간(void space)을 포함하는 것이 바람직하다.In the past, the preferred placement of sacrificial anode materials was an accessible and easily replaced concrete surface. However, the loss of adhesion to the concrete substrate and the rapid drying of the concrete surface in the absence of moisture limit the performance from the surface anodes. These problems can be overcome by mounting sacrificial metal anodes in the porous material of the cavity of the concrete. The porous material holds the anode in place and the bubbles also hold the electrolyte and provide space for the product of the anodization. To accommodate the products of anodization, the porous material has 'putty like' properties, including compressive strength of less than 1 N / mm 2 , preferably less than 0.5 N / mm 2 , and a void space. It is preferable to include).
강제전류 역학에서 희생 금속을 사용하는 한 가지 특징은 임의의 우연한 양극-스틸 단락(전자들이 양극으로부터 스틸로 직접 흐르는 경로를 제공하는 양극과 스틸 사이의 접촉)들을 극복할 수 있는 용이성이다. 이는 희생 금속이 비유사 금속 단락(short)의 위치에서 우선적으로 부식되어 직접적 단락을 파괴하는 금속 산화물을 생성하기 때문이다.One feature of using sacrificial metals in forced current mechanics is the ease of overcoming any accidental anode-steel shorts (contact between the anode and the steel, which provides a path for electrons to flow directly from the anode to the steel). This is because the sacrificial metal preferentially erodes at the location of dissimilar metal shorts, creating metal oxides that break the direct short.
실장된 희생 금속 양극을 사용하는 한 가지 이점은 양극으로부터 전해질 수 있는 높은 강제전류 밀도이다. 상기 전류의 크기는 콘크리트의 구멍의 소석고(plaster)에 실장된 알루미늄 합금 양극의 양극 분극 거동(양극 포텐셜의 함수로서의 양극 전류 출력)을 결정하고 이 분극 거동을 동일한 환경에서 혼합 금속 산화물(MMO) 코팅 티타늄 불활성 양극 상에서 결정된 그것과 비교함으로써 평가하였다.One advantage of using a mounted sacrificial metal anode is the high forced current density that can be delivered from the anode. The magnitude of the current determines the anode polarization behavior (anode current output as a function of anode potential) of the aluminum alloy anode mounted on the plaster of the hole in the concrete, and this polarization behavior is mixed metal oxide (MMO) coating in the same environment. Evaluation was made by comparing with that determined on a titanium inert anode.
알루미늄 합금을 MMO 코팅 티타늄 선의 주위에 주조하여 노출된 티타늄 선의 길이에 연결된 2180 mm2의 노출된 알루미늄 표면을 가지는 희생 양극을 생성하였다. 알루미늄 합금은 US Navy 정의 MIL-A-24779(SH)였다. 1.0 mm2 구리 코어 피복 케이블을 노출된 티타늄 선에 연결하였다. 구리-티타늄 연결은 콘크리트 상의 건조 환경에 유지하였다.An aluminum alloy was cast around the MMO coated titanium wire to produce a sacrificial anode having an exposed aluminum surface of 2180 mm 2 connected to the length of the exposed titanium wire. The aluminum alloy was US Navy definition MIL-A-24779 (SH). A 1.0 mm 2 copper core sheathed cable was connected to the exposed titanium wire. Copper-titanium connections were maintained in a dry environment on concrete.
1.0 mm2 구리 코어 피복 케이블에 연결된 짧은 길이의 MMO 코팅 티타늄 리본을 사용하여 불활성 양극을 생산하였다. 연결은 절연되었고 노출된 MMO 코팅 티타늄 표면은 1390 mm2이었다.An inert anode was produced using a short length MMO coated titanium ribbon connected to a 1.0 mm 2 copper core sheathed cable. The connection was insulated and the exposed MMO coated titanium surface was 1390 mm 2 .
도 2에 도시된 실험 설비를 사용하여 알루미늄과 MMO 코팅 티타늄 양극들의 분극 거동(포텐셜-전류 관계)을 결정하였다. 길이 300 mm, 폭 140 mm 및 깊이 120 mm인 콘크리트 블록(20)을 건조 20 mm 올-인 선별 쇄석(all-in graded aggregate)(0 내지 20 mm), 보통 포틀랜드 시멘트(ordinary Portland cement: OPC) 및 물을 중량비 8:2:0.95로 각각 사용하여 주조하였다. 콘크리트 블록을 3%(시멘트에 대한 염화물 이온의 중량비 기준) 염화물로 오염시키기 위해 혼합하기 전에 염 화나트륨을 물에 용해시켰다.The polarization behavior (potential-current relationship) of aluminum and MMO coated titanium anodes was determined using the experimental setup shown in FIG. 2. Concrete blocks 20, 300 mm long, 140 mm wide and 120 mm deep are dried 20 mm all-in graded aggregate (0 to 20 mm), ordinary Portland cement (OPC) And water were cast using a weight ratio of 8: 2: 0.95, respectively. Sodium chloride was dissolved in water before mixing to contaminate the concrete blocks with 3% (based on the weight ratio of chloride ions to cement) chloride.
콘크리트가 여전히 유체인 동안, 단단한 플라스틱 관을 콘크리트 내로 압입함으로써 직경 22 mm 깊이 90 mm의 두 개의 구멍들(21)을 200 mm 띄워 콘크리트 블록 내에 형성하였다. 직경 10.5 mm와 길이 140 mm의 스틸 막대(22)를 상기 두 개의 구멍들 사이의 콘크리트 중앙에 위치시켰다. 콘크리트 표면 위로 40mm 연장되었다. 2 mm의 내경을 가지는 두 개의 가요성 Luggin 모세관들(23)의 단부들을 각 구멍과 스틸 막대 사이의 콘크리트 중앙에 위치시켰다. 두 개의 추가 스틸 막대들(24)을 100 mm 띄워 상기 구멍들(21)로부터 등거리에 실장시켜 테스트에서 카운터(counter) 전극들로 사용되도록 하였다. 피복 구리 코어 케이블들을 스틸 막대들의 노출된 단부들에 연결하였다.While the concrete was still fluid, two
콘크리트가 경화된 후, 단단한 플라스틱 관들을 제거하였고, 알루미늄 양극과 MMO 코팅 티타늄 양극을 개별 구멍들 내에 중앙 위치시켰으며 구멍들 내의 남은 공간은 석고(gypsum)계 마무리 소석고로 채워서 양극 상의 표면의 압흔(indentation)을 남겨두었다. 소석고가 경화되도록 남겨 두어 단단한 다공성 물질을 형성했다. 중량비 기준으로 각각 2:2:100의 비율의 한천 분말, 염화칼륨 및 물의 혼합물을 교반과 함께 가열하여 제조한 전도성 겔로 러긴 모세관들(23)을 채웠다. 상기 겔 충전 러긴 모세관들은 포화 황산구리 용액을 포함하는 소형 컨테이너들(25)로 연장되었다. 밝게 연마된 구리(26)의 조각을 각 컨테이너에 위치시켜 두 개의 구리/포화 황산구리 기준 전극들을 형성하였다. 구리 코어 케이블을 기준 전극의 구리에 연결하였고 연결은 절연하였다.After the concrete had hardened, the rigid plastic tubes were removed, the aluminum anode and the MMO coated titanium anode were centered in the individual holes and the remaining space in the holes was filled with a gypsum-based finishing plaster, so that the indentation of the surface on the anode ( indentation). The plaster was left to harden to form a rigid porous material. Filled
상기 카운터 전극들로부터 상기 테스트 양극으로 전류를 통정시킴으로써 기준 전극의 포텐셜에 대한 양극의 포텐셜을 조절하고 변화시키기 위해 일정전위기(potentiostat)와 함수 생성기(function generator)(27)를 사용하였다. 각 양극에 대하여 별도의 테스트가 실시되었다. 양극과 그 최인접 구리/포화 황산구리 기준 전극을 일정전위기/함수 생성기(27)의 각 작동 전극(working electrode: WE)와 기준 전극(reference electrode: RE)에 연결시켰다. 5 오옴 저항(28) 및 릴레이 스위치(29)를 카운터 전극들과 일정전위기/함수 생성기의 카운터 전극 단자(counter electrode terminal: CE) 사이에 연결시켰다. 피복 구리 코어 케이블들(30)을 상기 모든 연결들에 사용하였다. 테스트는 7 내지 15℃의 온도에서 실내에서 실시하였다. 양극들 상의 소석고의 압흔들은 주기적으로 적셔졌다.A potentiostat and a
측정들은 양극 전류, 전류가 흐르는 동안 기준 전극에 비해 측정된 양극의 전류-온 포텐셜(current-on potential) 및 릴레이 스위치(29)를 이용하여 0.15 초 미만의 기간 동안 양극으로부터의 전류를 잠깐 차단한 후 0.02 내지 0.07 초 사이에 측정된 양극의 순간-오프 포텐셜(instant-off potential)을 포함한다. 양극의 순간-오프 포텐셜은 전류에 의해 유도되는 양극과 기준 전극 사이의 기하구조 의존 전압 강하가 전류-온 양극 포텐셜로부터 공제된 보정 포텐셜이다. 이러한 측정들은 고임피던스 데이터 기록장치(logger)를 사용하여 기록되었는데, 상기 고임피던스 데이터 기록장치도 릴레이 스위치를 제어했다. 양극의 포텐셜은 초기에는 어떠한 전류도 없는 상태의 그 자연 포텐셜에 가까운 값으로 제어되었다. 제어된 포텐셜은 그 후 분극 거동을 확보하기 위해 0.1 mV/s의 속도로 기준 전극에 비해 약 +2000 mV로 증가되었다.Measurements were made by briefly shutting off the current from the anode for less than 0.15 seconds using the anode current, the current-on potential of the anode measured relative to the reference electrode while the current was flowing, and the
도 3은 콘크리트를 주조한 지 10일 후의 기준 전극에 비해 측정된 전류-온 포텐셜들과 순간-오프 포텐셜들의 함수로서의 알루미늄 양극과 MMO 코팅 티타늄 양극 전류 밀도 출력들을 보여준다. y-축 상의 전류 밀도는 양극 표면의 단위 면적당 전류로 표현되고 x-축 상의 구리/포화 황산구리 기준 전극에 비한 mV의 포텐셜에 대하여 도시되었다. 알루미늄 양극의 전류-온 포텐셜이 +2000 mV로 증가함에 따라, 알루미늄으로부터의 전류 밀도는 16000 mA/m2로 증가하였고 알루미늄의 순간-오프 포텐셜은 +1000 mV로 증가되었다. 대조적으로, MMO 코팅 티타늄 양극으로부터의 전류는 그 포텐셜이 +1000 mV 이상으로 증가할 때에만 현저했다. +2000 mV의 전류-온 포텐셜에서 MMO 코팅 티타늄 양극 전류 밀도는 3000 mA/m2에 접근했고 그 순간-오프 포텐셜은 +1400 mV였다. 알루미늄은 따라서 더 낮은 양극 포텐셜에서 매우 더 높은 전류 밀도를 생성할 수 있었다. 사실 알루미늄 양극에 의해 가해진 전류 밀도는 그 순간-오프 포텐셜이 구리/포화 황산구리 기준 전극의 포텐셜에 접근했을 때 10000 mA/m2 보다 더 컸다.3 shows the aluminum anode and MMO coated titanium anode current density outputs as a function of measured current-on potentials and instant-off potentials compared to the
본 예에서 알루미늄 양극의 양극 분극 특성들과 MMO 코팅 티타늄 양극의 그것들과의 비교는 강제 전류 역할에서 실장된 희생 금속들을 사용함으로써 현저한 정점들이 확보되었음을 보여주었다. 강화 콘크리트의 구멍 내의 다공성 물질에 실장된 희생 금속의 사용은 동일한 구동 전압에서 기존의 강제전류 양극 기술을을 사용하여 달성한 임의의 경우들에 비해 실질적으로 더욱 큰 양극 강제전류 밀도들이 달성되도록 한다.In this example, a comparison of the anode polarization characteristics of the aluminum anode with those of the MMO coated titanium anode showed that significant peaks were obtained by using sacrificial metals mounted in the forced current role. The use of sacrificial metal mounted on porous material in the pores of the reinforced concrete allows substantially higher anodic forcing current densities to be achieved compared to any cases achieved using conventional forcing anode technology at the same drive voltage.
강화 콘크리트에 적용된 다공성 물질 내에 실장된 희생 금속 양극의 사용을 감안한 한가지 쟁점은 양극의 수명이다. 하이브리드 양극의 수명은 그 크기 및 전류 출력과 관계가 있다. 긴 수명을 위한 일반적 크기는 하기 전제들을 이용하여 계산된다:One issue that takes into account the use of sacrificial metal anodes mounted in porous materials applied to reinforced concrete is the lifetime of the anodes. The lifetime of a hybrid anode is related to its size and current output. The general size for long life is calculated using the following assumptions:
- 1 주일간 스틸에 가해진 500 mA/m2의 전류는 스틸에서의 국부 환경을 변화시켜 스틸 부동화를 유도한다.A 500 mA / m 2 current applied to the steel for one week changes the local environment in the steel, leading to steel passivation.
- 1 mA/m2의 평균 보호 전류는 스틸 부동태를 유지하고 다음 50 년간의 부식 개시를 방지한다.-Average protection current of 1 mA / m 2 maintains steel passivation and prevents corrosion initiation for the next 50 years.
- 제곱 미터당 4 개의 양극들의 설치는 적당한 전류 분포를 이룬다.The installation of four anodes per square meter achieves an adequate current distribution.
- 분리 알루미늄 합금 양극은 2700 kg/m3의 밀도, 2980 Ah/kg의 전하 밀도 및 93%의 효율로 사용된다.Separation aluminum alloy anodes are used with a density of 2700 kg / m 3 , a charge density of 2980 Ah / kg and an efficiency of 93%.
7 일간 500 mA의 전류와 이어지는 50 년간 1 mA의 전류는 양극당 522 Ah 또는 130 Ah의 전하에 해당한다. 희생 금속 성질들은 양극 금속 리터당 7458 Ah의 유용한 전하를 가리키고 130 Ah 양극은 0.0174 리터의 양극 체적으로 달성할 수 있다. 이는 직경 15 mm 및 길이 100 mm의 양극으로 달성할 수 있다. 콘크리트 구조 내의 스틸 표면의 제곱 미터당 이러한 크기의 네 개의 양극들의 설치는 비교적 쉬운 작업이다.A current of 500 mA for 7 days followed by a current of 1 mA for 50 years corresponds to a charge of 522 Ah or 130 Ah per anode. The sacrificial metal properties indicate a useful charge of 7458 Ah per liter of anode metal and a 130 Ah anode can achieve an anode volume of 0.0174 liters. This can be achieved with an anode having a diameter of 15 mm and a length of 100 mm. The installation of four anodes of this size per square meter of the steel surface in the concrete structure is a relatively easy task.
전술한 바와 같이 일 주일간 스틸에 가해진 500 mA/m2는 대부분의 경우들에서 스틸 부동태를 만드는 환경의 변화를 유도하기에 충분한 것 이상일 것이다. 1 mA/m2의 음극 보호 전류 밀도는 BS EN 12696:2000에 개시된 음극 보호 전류 밀도들의 예상되는 범위의 중간이다. 이 계산은 하이브리드 전기화학 처리에서 실장된 희생 양극들을 사용하고 긴 사용 수명을 달성하는 것이 실용적이라는 것을 보여준다.As noted above, 500 mA / m 2 applied to steel for one week will be more than sufficient to induce changes in the environment that make steel passivation in most cases. The cathode protection current density of 1 mA / m 2 is in the middle of the expected range of cathode protection current densities disclosed in BS EN 12696: 2000. This calculation shows that it is practical to use sacrificial anodes mounted in hybrid electrochemical processing and achieve a long service life.
본 발명은 하기 예들에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.The invention will be explained in more detail in the following examples.
예 1Example 1
알루미늄에 대한 전기적 연결을 용이하게 하기 위해 티타늄 선의 주위에 주조된 US Navy 정의 MIL-A-24779(SH)로 알려진 알루미늄 합금의 막대를 포함하는 직경 15 mm 및 길이 100 mm의 양극이 콘크리트 블록 내 직경 25 mm 및 깊이 130 mm의 구멍 내의 석회 퍼티(lime putty)에 실장되었다. 기본 배열은 도 1에 도시하였다. 선별된(graded) 올-인-원(all-in-one) 20 mm 쇄석과 보통 포틀랜드 시멘트를 8:1의 비율로 사용하여 380 * 270 * 220 mm의 콘크리트 블록을 제조하였다. 시멘트에 대한 물의 비율은 0.6이었고 혼합 물 내에 염화나트륨을 용해시킴으로써 시멘트의 중량으로 4% 염화물 이온이 혼합물에 첨가되었다. 0.125 m2의 표면적을 가지는 스틸 시트(sheet)가 콘크리트 블록에 포함되었다. 석회 퍼티는 생석회를 채우고 숙성시킴으로써 생산되었고 석회 퍼티와 석회 모르타르(mortar)의 생산자로부터 확보되었다. 석회 퍼티와 양극을 포함하는 콘크리트 블록의 구멍은 대기로 개방된 채로 남겨졌다. 콘크리트 블록은 건조한 실내 환경에서 저장되었고 온도는 10 내지 20℃ 사이에서 변했다.An anode of 15 mm in diameter and 100 mm in length containing a rod of aluminum alloy known as US Navy definition MIL-A-24779 (SH) molded around a titanium wire to facilitate electrical connection to aluminum, the diameter in the concrete block It was mounted on lime putty in
양극과 스틸은 65 kC의 전하가 양극으로부터 스틸로 가해지는 동안 13 일간 12 Volt DC 전력공급원에 연결되었다. 처음 11 일간 양극으로부터 가해진 전류 밀도는 도 4에 나타나 있다. 이 시간의 대부분 동안, 양극으로부터 가해진 전류는 5000 mA/m2 보다 더 컸다.The anode and steel were connected to a 12 Volt DC power source for 13 days while a 65 kC charge was applied from the anode to the steel. The current density applied from the anode for the first 11 days is shown in FIG. For most of this time, the current applied from the anode was greater than 5000 mA / m 2 .
강제전류 처리 기간이 끝나면, DC 공급원은 제거되었고 양극은 스틸에 연결되었다. 1 오옴 저항을 양극과 스틸 사이의 연결에서의 전류 센서로서 사용하여 양극으로부터의 갈바닉 전류가 측정되었다. 다음 40 일간 순수하게 갈바닉 모드로 작용하는 양극으로부터 가해진 전류 밀도는 도 5에 나타나 있다. 이 기간의 대부분 동안, 양극으로부터 가해진 전류 밀도는 500 내지 600 mA/m2 사이이다.At the end of the forced current treatment period, the DC source was removed and the anode was connected to steel. The galvanic current from the anode was measured using a 1 ohm resistor as the current sensor in the connection between the anode and the steel. The current density applied from the anode, which acts in purely galvanic mode for the next 40 days, is shown in FIG. 5. For most of this period, the current density applied from the anode is between 500 and 600 mA / m 2 .
콘크리트 내의 4% 염화물의 존재는 강제전류와 갈바닉 모드의 양자 모두에서 작동할 때 희생 양극의 매우 높은 전류 출력으로 귀결되는 매우 공격적 환경이라는 것이 이해될 것이다.It will be appreciated that the presence of 4% chloride in concrete is a very aggressive environment that results in a very high current output of the sacrificial anode when operating in both forced current and galvanic mode.
예 2Example 2
예 1에서 설명된 직경 15 mm와 길이 100 mm의 25 개의 알루미늄 합금 양극들이 3.2 m2의 스틸 표면적을 가지는 스틸 강화를 포함하는 콘크리트 기둥에 실장되었다. 상기 기둥은 비와 습기로부터 보호되었고 매우 건조했지만 바다 풍경의 내에 놓이고 공기를 통해 운반되는 염화물 오염물에 노출되었다. 양극들은 콘크리트 내 180 mm 내로 25 mm 구멍을 드릴링하고 석회 퍼티와 10% 폴리스티렌의 혼합물로 상 기 구멍을 부분적으로 채우고, 마지막으로 양극들을 퍼티 내에 완전히 실장될 때까지 퍼티 내로 압입함으로써 설치되었다. 양극들은 기둥에 걸쳐 고르게 분포되었고 강화 스틸 막대들 사이에 위치되었다.Twenty five aluminum alloy anodes, 15 mm in diameter and 100 mm in length, described in Example 1 were mounted on a concrete column containing steel reinforcement with a steel surface area of 3.2 m 2 . The pillars were protected from rain and moisture and were very dry but were exposed to chloride contaminants placed in the sea landscape and carried through the air. The anodes were installed by drilling a 25 mm hole into 180 mm in concrete, partially filling the hole with a mixture of lime putty and 10% polystyrene, and finally injecting the anodes into the putty until it was fully mounted in the putty. The anodes were evenly distributed across the columns and located between the reinforcing steel bars.
양극들은 12 Volt DC 전력공급원의 양극 단자에 연결되었고 스틸은 67 kC/m2의 전하가 스틸 표면에 가해지는 8 일의 기간 동안 음극 단자에 연결되었다. 이 기간 동안 양극들로부터 가해지는 전류 밀도는 도 6에 도시하였다. 양극들로부터 가해진 전류는 4500 및 1500 mA/m2의 사이에서 변하였다. 이러한 초기 처리 후에 양극들을 포함하는 구멍들은 표준 시멘트 모르타르 수선 물질로 밀폐되었다.The anodes were connected to the positive terminal of a 12 Volt DC power supply and the steel was connected to the negative terminal for a period of 8 days when a 67 kC / m 2 charge was applied to the steel surface. The current density applied from the anodes during this period is shown in FIG. 6. The current applied from the anodes varied between 4500 and 1500 mA / m 2 . After this initial treatment the holes containing the anodes were sealed with standard cement mortar repair material.
강제전류 처리 기간의 끝나면, DC 공급원은 제거되었고 양극들은 스틸에 연결되었다. 1 오음 저항을 양극들과 스틸 사이의 연결에서의 전류 센서로 사용하여 양극들로부터의 갈바닉 전류를 측정하였다. 다음 30 일간 순수하게 갈바닉 모드로 작용한 양극으로부터 가해진 전류 밀도는 도 7에 나타나 있다. 양극들로부터 가해진 갈바닉 전류 밀도는 80 및 150 mA/m2의 사이였고, 이는 3 및 5 mA/m2 사이의 스틸 표면 상의 보호 전류와 동일시된다.At the end of the forced current treatment period, the DC source was removed and the anodes were connected to steel. Galvanic currents from the anodes were measured using a 1 ohm resistor as the current sensor in the connection between the anodes and the steel. The current density applied from the anode which acted in purely galvanic mode for the next 30 days is shown in FIG. 7. The galvanic current density applied from the anodes was between 80 and 150 mA / m 2 , which is equated with the protective current on the steel surface between 3 and 5 mA / m 2 .
바로 그 건조 조선들은 비교적 비-공격적 환경을 나타내고 강제 양극 전류 밀도와 갈바닉 양극 전류 밀도의 양자는 모두 예 2에서 얻어진 데이터에 비해 작았다. 그러나 예방 처리로서 스틸에 가해진 갈바닉 전류는 특히 이 환경에서, 음극 예방에 대해 비교적 높다. 스틸에 3 mA/m2를 가하는 양극들에서 희생 금속의 잔여 수명은, 70%의 양극 효율을 가정했을 때, 28년으로 계산되었고, 평균 인가 음극 예방 전류 밀도가 더 낮은 수치에서 안정화된다면 더욱 길어질 것이다.The very dry ships represented a relatively non-aggressive environment and both the forced anode current density and the galvanic anode current density were both small compared to the data obtained in Example 2. However, the galvanic current applied to the steel as a preventive treatment is relatively high for cathodic prevention, especially in this environment. The remaining life of the sacrificial metal in anodes applying 3 mA / m 2 to the steel was calculated as 28 years, assuming a 70% anode efficiency, which would be longer if the average applied cathode protection current density was stabilized at lower values. will be.
개시된 기술의 산업상 이용은 강화 콘크리트 구조들에서 스틸의 부식을 저지하고 예방하기 위한 방법들과 생산품들에 관련된다. 개시된 기술의 이점들은 스틸 부식의 신속한 억제, 현장 처리 시간의 짧음, 정기적인 장시간 유지보수가 없음, 설치의 용이성과 비정상적인 양극과 스틸간 단락의 자가 수정을 포함한다. 본 기술에 적용 가능한 표준들은 BS EN 12696:2000(콘크리트 내 스틸의 음극 보호)과 prCEN/TS 14038-1(강화 콘크리트를 위한 전기화학 재-알칼리화 및 염화물 추출 처리들)을 포함한다.Industrial use of the disclosed technology relates to methods and products for preventing and preventing corrosion of steel in reinforced concrete structures. Advantages of the disclosed techniques include rapid suppression of steel corrosion, short on-site processing time, no regular long-term maintenance, ease of installation and self-correction of abnormal anode and steel shorts. Standards applicable to this technology include BS EN 12696: 2000 (cathode protection of steel in concrete) and prCEN / TS 14038-1 (electrochemical re-alkaline and chloride extraction treatments for reinforced concrete).
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