混凝土構筑物加強筋的陰極保護

鋼筋混凝土和預應力混凝土構筑物中加強鋼筋的腐蝕防護是通過使多孔混凝土里的水分呈現(xiàn)堿性實現(xiàn)的，因為在這樣的條件下，鋼被鈍化了[1(見5.3節(jié))。，只要混凝土構筑物是按照最新工藝技術施工的[6,7]，并在使用中沒有發(fā)生危害這種鈍態(tài)的任何變化，這種腐蝕防護是長期有效的。如果施工過程中，混凝土覆蓋層的厚度和密度沒有達到規(guī)范要求，或者存在含氯化物的電解質活動(防凍鹽、海水、PVC燃燒、廢料焚燒爐)而導致去鈍化[8~12]，就需要采取額外的腐蝕防護措施，使混凝土有更大的耐腐蝕環(huán)境的能力如果混凝土受到嚴重侵蝕后已經發(fā)生去鈍化，那么必須采取直接的防護措施，如噴護混土覆蓋層可以防止氯離子的滲透[10]加強鋼筋采用環(huán)氧樹脂覆蓋層[13~18]或者熱浸鍍鋅[18~20]可以達到直接防腐的目的

加強鋼筋用強制電流陰極保護的方法是比較新的方法。在20世紀50年代末曾做過大量實驗[21,22]用強制電流陰極保護修復被腐蝕損壞的鋼筋混凝土構筑物，但當時沒有得到推廣發(fā)展，因為缺少合適的陽極材料，不得不采用15~200V的驅動電壓。而且，根據前的經驗[23~26]，人們擔心由于陰極堿性而使鋼筋與混凝土之間失去附著力[見式(2-17)和式(2-19)]，這也使人們缺乏進一步發(fā)展該項技術的信心。由于加強筋受到氯離子侵蝕，使越來越多的公路構筑物發(fā)生破壞(特別在美國)，由此造成巨大的維修費用[18]，所以，1974年用陰極保護作為修復措施重新流行起來[27]同時，采用其他方法得到的反面結果也促進了這項技術的快速發(fā)展?，F(xiàn)今人們已經廣泛采用強制電流來保護公路橋梁、擋土墻、海洋構筑物、多層停車場、鹽槽和廢料焚燒爐裝置的加強鋼筋[28~37]

但是，電絕緣的帶有涂敷層的管子的預應力混凝土構筑物無法實施陰極保護，而通過采用鋅陽極與沒有涂敷層的管子直接連接時，埋地的預應力混凝土管道陰極保護卻得到成功[38]。采用強制電流防止高強度鋼的氫致應力腐蝕的穩(wěn)定性必須通過試驗驗證(見

19.2混凝土中鋼筋腐蝕的原因

  有很多因素能使多孔混凝土里水溶液的鈍化作用發(fā)生改變(見5.3.2節(jié))。當氯離子滲透到加強鋼筋并達到氯離子臨界濃度時，鈍態(tài)膜就被破壞了。在潮濕的混凝土里，甚至在多孔混凝土吸收堿水時也會發(fā)生局部腐蝕(見2.3.2節(jié))。鋼筋混凝土構筑物中，限定氯離子濃度為水泥質量的0.4%[]，而在預應力混凝土構筑物中，限定氯離子濃度為水泥質量的 0.2%[7]去鈍化的另一個原因是如圖2-2所示混凝土的堿度降低所致(即所吸收水分的pH值降低)。當混凝土與大氣中的CO:發(fā)生反應而碳化時，就會發(fā)生這種情況。當插入構筑物的鋼質構件上有足夠厚的混凝土覆蓋層時，特別是有致密的、空隙率很低的優(yōu)質混凝土時，碳化作用就無關緊要了。如果混凝土質量很差或者混凝土覆蓋層很薄很少，碳化作用就會滲透到加強鋼筋，最終使它失去鈍性。當氯離子或碳化作用發(fā)生去鈍化時，只有在氧侵人的條件下，潮濕的混凝土中才會有腐蝕危險。假如混凝土四面都已經徹底浸透，使氧的侵人受到阻礙，那么在加強鋼筋任何點上不會發(fā)生式(2-17)那樣的陰極反應(見5.3.2節(jié))，而且，像式(2-8)那樣的陽極反應也不會發(fā)生，即去鈍化的鋼不會發(fā)生無論如何，假如部分加強鋼筋暴露在大氣中，就會像2.2.4.2節(jié)描述的那樣形成腐蝕腐蝕。電池。當陰極表面積與陽極表面積的比值S。/S。很高并且陰極處于良好充氣狀態(tài)下，就會在陽極區(qū)發(fā)生非常高的腐蝕速率。

19.3 混凝土的電解質特性

  用3.5節(jié)所述方法可以測量混凝土的電阻率，它的值取決于水灰比、水泥類型(高爐水泥、波特蘭水泥)、水泥含量、添加劑(煙道灰)、加入組分(聚合物)、水分、鹽分(氯化物)、溫度與混凝土的熟化時間。只有在水飽和狀態(tài)下進行比較才有意義。在濕的波特蘭水泥混凝土中，電阻率在2~6k0·cm范圍內[5.39.40]，而高爐水泥混凝土和干混凝上的電陽率已經確定在10~200k0·cm范圍內[5.31.40]。通常，根據溫度與水分，電阻率的范圍很寬[41,42]

19.4陰極保護準則

2.2節(jié)、2.4節(jié)和3.3節(jié)闡述了保護準則。用鋼筋混凝土試件進行的研究表明[43]，即使在不利的條件下，如富含氯離子的堿性環(huán)境中，充氣的大面積陰極和小面積的潮濕陽極，加人氯離子使其處于脫鈣(中性)環(huán)境下，在Ucucuso,=-0.75V 和一0.85V 的試驗電位下能抑制電池的形成。該項實驗進行6個月后，拆下的試件上沒有可以辨認的腐證據。

圖19-1所示是實驗裝置以及鋼質試件與陽極的位置，陽極是有金屬氧化物覆蓋層的鈦絲和柔性聚合物電纜陽極(見7.2.3節(jié)和7.2.4節(jié))。表19-1列出了混合金屬氧化物實驗的具體數(shù)據。用恒電流法進行該項實驗，配備了參比電極，一天測量一次電位，這樣除了混凝土被參比電極電解質污染的影響。表19-1列出了受到保護的鋼質試件的電位這些陽極的電位在 Ucucuso,=-1.15~-1.35V范圍內。

實驗開始時，在富含氯離子的環(huán)境中加強鋼筋實測的自然腐蝕電位Ucu-cuso,=-0.58~-0.63V;在中性環(huán)境中，實測的自然腐蝕電位是Ucucuso --0.46~-0.55V:在純混凝土中，實測的自然腐蝕電位是Ucucuso,=-0.16V。圖19-2所示是實驗結束后拆下的試件。經過6個月后，在實施陰極保護的試件上沒有檢測出腐蝕，而在未實施保護的比較試件上，腐蝕速率為4mm。a-1，根據電池電流測量值，這表明自蝕率為50%。

實際上，保護混凝土構筑物所需的電流密度一般都比表19-1所列值低，原因是陰極表面沒有很好通氣，而陽極區(qū)域是干的。實際經驗與尚未完成的研究[43]表明，甚至在比表19-1所列值更正的電位下(UH云一0.35V)，也能夠達到明顯的保護，因此，能夠把U:=-0.4V作為保護電位。在 DIN 30676 標準中，規(guī)定U-一0.43V44](見 2.4節(jié))。5.3.2節(jié)所述規(guī)定[40,44]適用于保護電位范圍的限制，實際所用的各類混凝土是沒有陰極腐蝕危險的。同樣，也可以排除常用混凝土多孔結構引起的陰極析氫損壞，而且，人們擔心的鋼與混凝土之間黏合力減退問題并沒有得到證實。在這方面，研究[45]表明，在Ucur-cuso,--1.62V含有 IR降電位的條件下2年半后，鋼與混凝土之間黏合力也未受影響。在 Ucu-cuso,--1.43V下，實際上鋼與混凝土之間黏合力增大了。人們觀察到，在這種極化程度下，氯離子的遷移明顯減小了[35]，這與式(2-23)是符合的。

  由于混凝土構筑物的陰極保護在美國已經有了很大進步，所以已經制定出相應的保護準則[46]，它們相當于表3-3中第3項與第4項實用準則(見3.3.3.1節(jié))。假如關斷保護電流時，在 4h內電位變得更正超過0.1V，那么可以認定這一保護效果是合適的。借助內裝式 AgAgC參比電極或者裝在外表面上的任何電極，可以在受保護物體的任何部位進行此項測量。

將陽極嵌埋在人造混凝土系統(tǒng)里28天后才可以進行饋電試驗和初始測量，因為需要允許混凝土的水合反應并確保水分達到平衡，否則這些會影響電位測量。將保護電流密度限定為20mA·m-2(在鋼表面)之內，以避免鋼與混凝土之間黏合力可能降低，通常電流密度在1~15mA·m-2范圍內[29~33]