混凝土构筑物加强筋的阴极保护

钢筋混凝土和预应力混凝土构筑物中加强钢筋的腐蚀防护是通过使多孔混凝土里的水分呈现碱性实现的，因为在这样的条件下，钢被钝化了[1(见5.3节)。，只要混凝土构筑物是按照最新工艺技术施工的[6,7]，并在使用中没有发生危害这种钝态的任何变化，这种腐蚀防护是长期有效的。如果施工过程中，混凝土覆盖层的厚度和密度没有达到规范要求，或者存在含氯化物的电解质活动(防冻盐、海水、PVC燃烧、废料焚烧炉)而导致去钝化[8~12]，就需要采取额外的腐蚀防护措施，使混凝土有更大的耐腐蚀环境的能力如果混凝土受到严重侵蚀后已经发生去钝化，那么必须采取直接的防护措施，如喷护混土覆盖层可以防止氯离子的渗透[10]加强钢筋采用环氧树脂覆盖层[13~18]或者热浸镀锌[18~20]可以达到直接防腐的目的

加强钢筋用强制电流阴极保护的方法是比较新的方法。在20世纪50年代末曾做过大量实验[21,22]用强制电流阴极保护修复被腐蚀损坏的钢筋混凝土构筑物，但当时没有得到推广发展，因为缺少合适的阳极材料，不得不采用15~200V的驱动电压。而且，根据前的经验[23~26]，人们担心由于阴极碱性而使钢筋与混凝土之间失去附着力[见式(2-17)和式(2-19)]，这也使人们缺乏进一步发展该项技术的信心。由于加强筋受到氯离子侵蚀，使越来越多的公路构筑物发生破坏(特别在美国)，由此造成巨大的维修费用[18]，所以，1974年用阴极保护作为修复措施重新流行起来[27]同时，采用其他方法得到的反面结果也促进了这项技术的快速发展。现今人们已经广泛采用强制电流来保护公路桥梁、挡土墙、海洋构筑物、多层停车场、盐槽和废料焚烧炉装置的加强钢筋[28~37]

但是，电绝缘的带有涂敷层的管子的预应力混凝土构筑物无法实施阴极保护，而通过采用锌阳极与没有涂敷层的管子直接连接时，埋地的预应力混凝土管道阴极保护却得到成功[38]。采用强制电流防止高强度钢的氢致应力腐蚀的稳定性必须通过试验验证(见

19.2混凝土中钢筋腐蚀的原因

  有很多因素能使多孔混凝土里水溶液的钝化作用发生改变(见5.3.2节)。当氯离子渗透到加强钢筋并达到氯离子临界浓度时，钝态膜就被破坏了。在潮湿的混凝土里，甚至在多孔混凝土吸收碱水时也会发生局部腐蚀(见2.3.2节)。钢筋混凝土构筑物中，限定氯离子浓度为水泥质量的0.4%[]，而在预应力混凝土构筑物中，限定氯离子浓度为水泥质量的 0.2%[7]去钝化的另一个原因是如图2-2所示混凝土的碱度降低所致(即所吸收水分的pH值降低)。当混凝土与大气中的CO:发生反应而碳化时，就会发生这种情况。当插入构筑物的钢质构件上有足够厚的混凝土覆盖层时，特别是有致密的、空隙率很低的优质混凝土时，碳化作用就无关紧要了。如果混凝土质量很差或者混凝土覆盖层很薄很少，碳化作用就会渗透到加强钢筋，最终使它失去钝性。当氯离子或碳化作用发生去钝化时，只有在氧侵人的条件下，潮湿的混凝土中才会有腐蚀危险。假如混凝土四面都已经彻底浸透，使氧的侵人受到阻碍，那么在加强钢筋任何点上不会发生式(2-17)那样的阴极反应(见5.3.2节)，而且，像式(2-8)那样的阳极反应也不会发生，即去钝化的钢不会发生无论如何，假如部分加强钢筋暴露在大气中，就会像2.2.4.2节描述的那样形成腐蚀腐蚀。电池。当阴极表面积与阳极表面积的比值S。/S。很高并且阴极处于良好充气状态下，就会在阳极区发生非常高的腐蚀速率。

19.3 混凝土的电解质特性

  用3.5节所述方法可以测量混凝土的电阻率，它的值取决于水灰比、水泥类型(高炉水泥、波特兰水泥)、水泥含量、添加剂(烟道灰)、加入组分(聚合物)、水分、盐分(氯化物)、温度与混凝土的熟化时间。只有在水饱和状态下进行比较才有意义。在湿的波特兰水泥混凝土中，电阻率在2~6k0·cm范围内[5.39.40]，而高炉水泥混凝土和干混凝上的电阳率已经确定在10~200k0·cm范围内[5.31.40]。通常，根据温度与水分，电阻率的范围很宽[41,42]

19.4阴极保护准则

2.2节、2.4节和3.3节阐述了保护准则。用钢筋混凝土试件进行的研究表明[43]，即使在不利的条件下，如富含氯离子的碱性环境中，充气的大面积阴极和小面积的潮湿阳极，加人氯离子使其处于脱钙(中性)环境下，在Ucucuso,=-0.75V 和一0.85V 的试验电位下能抑制电池的形成。该项实验进行6个月后，拆下的试件上没有可以辨认的腐证据。

图19-1所示是实验装置以及钢质试件与阳极的位置，阳极是有金属氧化物覆盖层的钛丝和柔性聚合物电缆阳极(见7.2.3节和7.2.4节)。表19-1列出了混合金属氧化物实验的具体数据。用恒电流法进行该项实验，配备了参比电极，一天测量一次电位，这样除了混凝土被参比电极电解质污染的影响。表19-1列出了受到保护的钢质试件的电位这些阳极的电位在 Ucucuso,=-1.15~-1.35V范围内。

实验开始时，在富含氯离子的环境中加强钢筋实测的自然腐蚀电位Ucu-cuso,=-0.58~-0.63V;在中性环境中，实测的自然腐蚀电位是Ucucuso --0.46~-0.55V:在纯混凝土中，实测的自然腐蚀电位是Ucucuso,=-0.16V。图19-2所示是实验结束后拆下的试件。经过6个月后，在实施阴极保护的试件上没有检测出腐蚀，而在未实施保护的比较试件上，腐蚀速率为4mm。a-1，根据电池电流测量值，这表明自蚀率为50%。

实际上，保护混凝土构筑物所需的电流密度一般都比表19-1所列值低，原因是阴极表面没有很好通气，而阳极区域是干的。实际经验与尚未完成的研究[43]表明，甚至在比表19-1所列值更正的电位下(UH云一0.35V)，也能够达到明显的保护，因此，能够把U:=-0.4V作为保护电位。在 DIN 30676 标准中，规定U-一0.43V44](见 2.4节)。5.3.2节所述规定[40,44]适用于保护电位范围的限制，实际所用的各类混凝土是没有阴极腐蚀危险的。同样，也可以排除常用混凝土多孔结构引起的阴极析氢损坏，而且，人们担心的钢与混凝土之间黏合力减退问题并没有得到证实。在这方面，研究[45]表明，在Ucur-cuso,--1.62V含有 IR降电位的条件下2年半后，钢与混凝土之间黏合力也未受影响。在 Ucu-cuso,--1.43V下，实际上钢与混凝土之间黏合力增大了。人们观察到，在这种极化程度下，氯离子的迁移明显减小了[35]，这与式(2-23)是符合的。

  由于混凝土构筑物的阴极保护在美国已经有了很大进步，所以已经制定出相应的保护准则[46]，它们相当于表3-3中第3项与第4项实用准则(见3.3.3.1节)。假如关断保护电流时，在 4h内电位变得更正超过0.1V，那么可以认定这一保护效果是合适的。借助内装式 AgAgC参比电极或者装在外表面上的任何电极，可以在受保护物体的任何部位进行此项测量。

将阳极嵌埋在人造混凝土系统里28天后才可以进行馈电试验和初始测量，因为需要允许混凝土的水合反应并确保水分达到平衡，否则这些会影响电位测量。将保护电流密度限定为20mA·m-2(在钢表面)之内，以避免钢与混凝土之间黏合力可能降低，通常电流密度在1~15mA·m-2范围内[29~33]