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混凝土構(gòu)筑物加強(qiáng)筋的陰極保護(hù)

  • 作者:立博
  • 來源:wwww.rankebio.com
  • 發(fā)布時間:2024-11-06
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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(dá)到規(guī)范要求,或者存在含氯化物的電解質(zhì)活動(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)時沒有得到推廣發(fā)展,因?yàn)槿鄙俸线m的陽極材料,不得不采用15~200V的驅(qū)動電壓。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,使越來越多的公路構(gòu)筑物發(fā)生破壞(特別在美國),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[27]同時,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。現(xiàn)今人們已經(jīng)廣泛采用強(qiáng)制電流來保護(hù)公路橋梁、擋土墻、海洋構(gòu)筑物、多層停車場、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)筑物無法實(shí)施陰極保護(hù),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(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)定性必須通過試驗(yàn)驗(yàn)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(dāng)氯離子滲透到加強(qiáng)鋼筋并達(dá)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(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,就會發(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,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,只有在氧侵人的條件下,潮濕的混凝土中才會有腐蝕危險(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)上不會發(fā)生式(2-17)那樣的陰極反應(yīng)(見5.3.2節(jié)),而且,像式(2-8)那樣的陽極反應(yīng)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(qiáng)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(dāng)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(zhì)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(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個月后,拆下的試件上沒有可以辨認(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(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)試件的電位這些陽極的電位在 Ucucuso,=-1.15~-1.35V范圍內(nèi)。

實(shí)驗(yàn)開始時,在富含氯離子的環(huán)境中加強(qiáng)鋼筋實(shí)測的自然腐蝕電位Ucu-cuso,=-0.58~-0.63V;在中性環(huán)境中,實(shí)測的自然腐蝕電位是Ucucuso --0.46~-0.55V:在純混凝土中,實(shí)測的自然腐蝕電位是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6個月后,在實(shí)施陰極保護(hù)的試件上沒有檢測出腐蝕,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,原因是陰極表面沒有很好通氣,而陽極區(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 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)際所用的各類混凝土是沒有陰極腐蝕危險(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題并沒有得到證實(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3.3.3.1節(jié))。假如關(guān)斷保護(hù)電流時,在 4h內(nèi)電位變得更正超過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)測量。

將陽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,否則這些會影響電位測量。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]


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