混凝土構(gòu)筑物加強(qiáng)筋的陰極保護(hù)

鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)筑物中加強(qiáng)鋼筋的腐蝕防護(hù)是通過(guò)使多孔混凝土里的水分呈現(xiàn)堿性實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樵谶@樣的條件下，鋼被鈍化了[1(見(jiàn)5.3節(jié))。，只要混凝土構(gòu)筑物是按照最新工藝技術(shù)施工的[6,7]，并在使用中沒(méi)有發(fā)生危害這種鈍態(tài)的任何變化，這種腐蝕防護(hù)是長(zhǎng)期有效的。如果施工過(guò)程中，混凝土覆蓋層的厚度和密度沒(méi)有達(dá)到規(guī)范要求，或者存在含氯化物的電解質(zhì)活動(dòng)(防凍鹽、海水、PVC燃燒、廢料焚燒爐)而導(dǎo)致去鈍化[8~12]，就需要采取額外的腐蝕防護(hù)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(yán)重侵蝕后已經(jīng)發(fā)生去鈍化，那么必須采取直接的防護(hù)措施，如噴護(hù)混土覆蓋層可以防止氯離子的滲透[10]加強(qiáng)鋼筋采用環(huán)氧樹(shù)脂覆蓋層[13~18]或者熱浸鍍鋅[18~20]可以達(dá)到直接防腐的目的

加強(qiáng)鋼筋用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的方法是比較新的方法。在20世紀(jì)50年代末曾做過(guò)大量實(shí)驗(yàn)[21,22]用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)修復(fù)被腐蝕損壞的鋼筋混凝土構(gòu)筑物，但當(dāng)時(shí)沒(méi)有得到推廣發(fā)展，因?yàn)槿鄙俸线m的陽(yáng)極材料，不得不采用15~200V的驅(qū)動(dòng)電壓。而且，根據(jù)前的經(jīng)驗(yàn)[23~26]，人們擔(dān)心由于陰極堿性而使鋼筋與混凝土之間失去附著力[見(jiàn)式(2-17)和式(2-19)]，這也使人們?nèi)狈M(jìn)一步發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)的信心。由于加強(qiáng)筋受到氯離子侵蝕，使越來(lái)越多的公路構(gòu)筑物發(fā)生破壞(特別在美國(guó))，由此造成巨大的維修費(fèi)用[18]，所以，1974年用陰極保護(hù)作為修復(fù)措施重新流行起來(lái)[27]同時(shí)，采用其他方法得到的反面結(jié)果也促進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)的快速發(fā)展?，F(xiàn)今人們已經(jīng)廣泛采用強(qiáng)制電流來(lái)保護(hù)公路橋梁、擋土墻、海洋構(gòu)筑物、多層停車(chē)場(chǎng)、鹽槽和廢料焚燒爐裝置的加強(qiáng)鋼筋[28~37]

但是，電絕緣的帶有涂敷層的管子的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)筑物無(wú)法實(shí)施陰極保護(hù)，而通過(guò)采用鋅陽(yáng)極與沒(méi)有涂敷層的管子直接連接時(shí)，埋地的預(yù)應(yīng)力混凝土管道陰極保護(hù)卻得到成功[38]。采用強(qiáng)制電流防止高強(qiáng)度鋼的氫致應(yīng)力腐蝕的穩(wěn)定性必須通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證(見(jiàn)

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(jiàn)5.3.2節(jié))。當(dāng)氯離子滲透到加強(qiáng)鋼筋并達(dá)到氯離子臨界濃度時(shí)，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(shí)也會(huì)發(fā)生局部腐蝕(見(jiàn)2.3.2節(jié))。鋼筋混凝土構(gòu)筑物中，限定氯離子濃度為水泥質(zhì)量的0.4%[]，而在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)筑物中，限定氯離子濃度為水泥質(zhì)量的 0.2%[7]去鈍化的另一個(gè)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(dāng)混凝土與大氣中的CO:發(fā)生反應(yīng)而碳化時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。當(dāng)插入構(gòu)筑物的鋼質(zhì)構(gòu)件上有足夠厚的混凝土覆蓋層時(shí)，特別是有致密的、空隙率很低的優(yōu)質(zhì)混凝土?xí)r，碳化作用就無(wú)關(guān)緊要了。如果混凝土質(zhì)量很差或者混凝土覆蓋層很薄很少，碳化作用就會(huì)滲透到加強(qiáng)鋼筋，最終使它失去鈍性。當(dāng)氯離子或碳化作用發(fā)生去鈍化時(shí)，只有在氧侵人的條件下，潮濕的混凝土中才會(huì)有腐蝕危險(xiǎn)。假如混凝土四面都已經(jīng)徹底浸透，使氧的侵人受到阻礙，那么在加強(qiáng)鋼筋任何點(diǎn)上不會(huì)發(fā)生式(2-17)那樣的陰極反應(yīng)(見(jiàn)5.3.2節(jié))，而且，像式(2-8)那樣的陽(yáng)極反應(yīng)也不會(huì)發(fā)生，即去鈍化的鋼不會(huì)發(fā)生無(wú)論如何，假如部分加強(qiáng)鋼筋暴露在大氣中，就會(huì)像2.2.4.2節(jié)描述的那樣形成腐蝕腐蝕。電池。當(dāng)陰極表面積與陽(yáng)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(huì)在陽(yáng)極區(qū)發(fā)生非常高的腐蝕速率。

19.3 混凝土的電解質(zhì)特性

  用3.5節(jié)所述方法可以測(cè)量混凝土的電阻率，它的值取決于水灰比、水泥類(lèi)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(shí)間。只有在水飽和狀態(tài)下進(jìn)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(nèi)[5.39.40]，而高爐水泥混凝土和干混凝上的電陽(yáng)率已經(jīng)確定在10~200k0·cm范圍內(nèi)[5.31.40]。通常，根據(jù)溫度與水分，電阻率的范圍很寬[41,42]

19.4陰極保護(hù)準(zhǔn)則

2.2節(jié)、2.4節(jié)和3.3節(jié)闡述了保護(hù)準(zhǔn)則。用鋼筋混凝土試件進(jìn)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(yáng)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(yàn)電位下能抑制電池的形成。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行6個(gè)月后，拆下的試件上沒(méi)有可以辨認(rèn)的腐證據(jù)。

圖19-1所示是實(shí)驗(yàn)裝置以及鋼質(zhì)試件與陽(yáng)極的位置，陽(yáng)極是有金屬氧化物覆蓋層的鈦絲和柔性聚合物電纜陽(yáng)極(見(jiàn)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(shí)驗(yàn)的具體數(shù)據(jù)。用恒電流法進(jìn)行該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，配備了參比電極，一天測(cè)量一次電位，這樣除了混凝土被參比電極電解質(zhì)污染的影響。表19-1列出了受到保護(hù)的鋼質(zhì)試件的電位這些陽(yáng)極的電位在 Ucucuso,=-1.15~-1.35V范圍內(nèi)。

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，在富含氯離子的環(huán)境中加強(qiáng)鋼筋實(shí)測(cè)的自然腐蝕電位Ucu-cuso,=-0.58~-0.63V;在中性環(huán)境中，實(shí)測(cè)的自然腐蝕電位是Ucucuso --0.46~-0.55V:在純混凝土中，實(shí)測(cè)的自然腐蝕電位是Ucucuso,=-0.16V。圖19-2所示是實(shí)驗(yàn)結(jié)束后拆下的試件。經(jīng)過(guò)6個(gè)月后，在實(shí)施陰極保護(hù)的試件上沒(méi)有檢測(cè)出腐蝕，而在未實(shí)施保護(hù)的比較試件上，腐蝕速率為4mm。a-1，根據(jù)電池電流測(cè)量值，這表明自蝕率為50%。

實(shí)際上，保護(hù)混凝土構(gòu)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(méi)有很好通氣，而陽(yáng)極區(qū)域是干的。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)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(dá)到明顯的保護(hù)，因此，能夠把U:=-0.4V作為保護(hù)電位。在 DIN 30676 標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定U-一0.43V44](見(jiàn) 2.4節(jié))。5.3.2節(jié)所述規(guī)定[40,44]適用于保護(hù)電位范圍的限制，實(shí)際所用的各類(lèi)混凝土是沒(méi)有陰極腐蝕危險(xiǎn)的。同樣，也可以排除常用混凝土多孔結(jié)構(gòu)引起的陰極析氫損壞，而且，人們擔(dān)心的鋼與混凝土之間黏合力減退問(wèn)題并沒(méi)有得到證實(shí)。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(shí)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(gòu)筑物的陰極保護(hù)在美國(guó)已經(jīng)有了很大進(jìn)步，所以已經(jīng)制定出相應(yīng)的保護(hù)準(zhǔn)則[46]，它們相當(dāng)于表3-3中第3項(xiàng)與第4項(xiàng)實(shí)用準(zhǔn)則(見(jiàn)3.3.3.1節(jié))。假如關(guān)斷保護(hù)電流時(shí)，在 4h內(nèi)電位變得更正超過(guò)0.1V，那么可以認(rèn)定這一保護(hù)效果是合適的。借助內(nèi)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(hù)物體的任何部位進(jìn)行此項(xiàng)測(cè)量。

將陽(yáng)極嵌埋在人造混凝土系統(tǒng)里28天后才可以進(jìn)行饋電試驗(yàn)和初始測(cè)量，因?yàn)樾枰试S混凝土的水合反應(yīng)并確保水分達(dá)到平衡，否則這些會(huì)影響電位測(cè)量。將保護(hù)電流密度限定為20mA·m-2(在鋼表面)之內(nèi)，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(nèi)[29~33]