阴极保护

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牺牲阳极阴极保护对氯化物环境钢筋混凝土的保护设计

 

  阴极保护通过向被保护的金属表面通入足够的阴极电流 ,使其阴极极化以减小或防止金属的腐蚀.国外近30多年的研究实践证明 ,不论混凝土中的氯化物含量如何 ,阴极保护是有效控制氯化物环境混凝土中钢筋腐蚀的方法.

  钢筋混凝土结构物的设计使用寿命一般为几十年。在海洋和使用除冰盐等含有氯化物的环境中 ,很多结构物如采油平台、 码头、 大桥及海岸建筑物等 ,往往在远远小于设计使用寿命的情况下就出现了严重的钢筋混凝土腐蚀破坏 ,需要维护甚至报废 ,由此造成的损失是十分巨大的。大量的研究和实践证明 ,钢筋腐蚀是造成氯化物环境钢筋混凝土破坏的重要原因。

  氯化物环境钢筋混凝土的腐蚀

  正常情况下钢筋周围混凝土为高碱性,钢筋表面会形成一层致密的钝化膜 ,它对钢筋具有很强的保护能力 ,使得钢筋不遭受腐蚀. 而在氯化物环境中 ,具有极强穿透能力的氯离子会透过混凝土毛细孔到达钢筋表面 ,当钢筋周围混凝土液相中的氯离子含量达到临界值时 ,钢筋钝化膜就会局部破坏.只要造成腐蚀的其他必要条件已经具备(主要指维持钢筋腐蚀所需要的水与氧) ,钢筋就会发生严重的电化学腐蚀 ,导致混凝土结构性能的劣化 ,如混凝土顺钢筋开裂、 “握裹力” 下降与丧失、 钢筋断面损失以及钢筋应力腐蚀断裂等.

  海洋环境中的钢筋混凝土结构物通常处于直接暴露和间接暴露两种环境.直接暴露环境的结构物包括部分或全部浸泡在海水中的钢筋混凝土结构物 ,如采油平台、 码头、 防波堤、 海上大桥等.部分浸泡在海水中的钢筋混凝土结构物 ,根据腐蚀程度的不同分为 4 个区域:水下区、 水位变动区、 浪溅区和大气区.浪溅区是腐蚀最为严重的区域 ,这是因为结构物在高潮时被海浪溅湿 ,低潮时水分蒸发 ,混凝土表层孔隙液中的氯离子浓度增高 ,并不断向混凝土内扩散 ,使钢筋周围孔隙液的氯离子浓度较易增大到破坏钢筋钝化膜的临界浓度 ,同时又处于含盐雾潮湿大气中 ,混凝土具有足够湿度而又不饱水 ,具备钢筋腐蚀所必需的条件.水下区饱水混凝土由于缺氧 ,阴极反应困难而腐蚀较轻.间接暴露环境的结构物包括那些沿海岸线建造的不与海水直接接触的钢筋混凝土结构物 ,如公路、大桥、 停车场、 多层公寓.对于这类结构物 ,混凝土的密实度和保护层厚度在阻止氯离子侵入和钢筋腐蚀开始发生的时间上起着重要的作用.

  实施阴极保护工程可以通过外加电流和牺牲阳极两种方式.外加电流阴极保护系统的优点是保护电流可调 ,不受混凝土电阻率的限制 ,缺点是保护系统在运行过程中需要维护管理 ,可能产生过保护等.目前在发达国家 ,外加电流阴极保护在氯化物环境钢筋混凝土结构中广泛应用 ,保护效果显著.牺牲阳极保护由于提供的保护电流有限 ,起初认为不适合钢筋混凝土结构的保护 ,但由于牺牲阳极保护具有保护系统安装简便 ,在运行过程中不必经常维护管理 ,不会造成过保护等优点 ,因此20 世纪 80 年代后 ,国外开展了大量的氯化物环境钢筋混凝土结构牺牲阳极保护试验研究 ,研制开发的牺牲阳极保护系统主要有电弧喷锌或电弧喷铝 锌 铟合金、 锌箔/导电黏结剂、 锌网/水泥浆护套、 锌网/压板、 埋入式等牺牲阳极保护系统 ,这些系统已在高速公路桥面板和桥墩、海港码头的梁板和桩、 停车面板等结构上实际应用 ,取得了大量的实验数据和现场实际应用经验.与外加电流阴极保护相比 ,牺牲阳极保护另一个重要优点是可以在预应力钢筋混凝土结构中使用 ,不存在氢脆危险.

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