[发明专利]氯盐环境中钢筋混凝土构筑物防护的电场阻盐防护系统

说明书

技术领域

本发明属于钢筋混凝土结构防腐蚀技术领域，涉及一种氯盐环境中钢筋混凝土构筑物防护的电场阻盐防护系统，用于防止海洋、盐碱地区和撒除冰盐环境中的钢筋混凝土构筑物的腐蚀，提高其使用寿命。

背景技术

处于海洋、撒除冰盐等盐污染环境中的钢筋混凝土结构，由于氯盐的侵蚀，导致其中钢筋腐蚀而造成其过早破坏，已成为全世界普遍关注和日益突出的一大灾害，不仅造成了巨大的直接、间接损失，而且还造成有限资源的大量消耗，导致环境污染、威胁人身安全。因此，在倡导节能减排、低碳经济的今天，解决混凝土钢筋的腐蚀，提高工程耐久性，不仅是关系到工程安全性和服役寿命的重大科技问题，而且是能源供应紧张、环境污染和生态恶化对可持续发展的迫切需要。

目前，世界上新建和拟建的跨海大桥、隧道和高速公路大型桥涵等重大基础设施工程，均要求100年以上的使用寿命。大量调研和工程实践证明，在氯盐等严酷环境中，要达到100年以上的设计使用寿命，必须采取有效的腐蚀防护措施。因此钢筋混凝土结构的有效防护技术已成为国际学术界和工程界的研究热点。

目前氯盐环境中钢筋混凝土结构腐蚀防护技术有多种，应用较广泛的是在混凝土表面涂覆有机涂层，其原理是通过物理方法屏蔽环境中氯离子的侵入，但由于其易老化等特点，保护寿命通常只有十年左右。

阴极保护(对于新建结构又称阴极防护)的保护原理是从钢筋失去电子而发生腐蚀的本质出发，通过外部装置持续提供钢筋一定量的电子，将其电位阴极极化到负于某一值，从而使得在钢筋本身氧化反应(腐蚀)被阻止或降低到非常小的程度。该技术被认为是目前防止氯盐污染环境中钢筋腐蚀最为有效的措施，我国一些新建的大型工程开始采用阴极防护技术，如杭州湾跨海大桥主塔、天津港码头以及廊坊至涿州高速公路永定河特大桥均实施了阴极防护措施。但阴极保护技术也存在以下问题：

(1)保护系统复杂，管理困难，成本高。阴极保护系统主要由电源系统、阳极系统、控制和测量系统等部分组成^[1]。电源系统一般采用具有能控制钢筋电位的恒电位功能恒电位仪或提供恒电流或恒电压整流器，目前恒电位仪价格相对较高，且较复杂、易损坏；而整流器则需要根据测得的钢筋电位值反复调整整流器的输出电压或输出电流直至使钢筋电位满足要求，因此要求较高的技术管理水平。另外阴极保护的效果由钢筋保护电位来衡量，在整个保护寿命期间，需要定期通过埋设于被保护结构中的电位检测探头测量钢筋的电位，为了保证钢筋电位值的可靠性，要求电位测量探头基准值具有长期稳定性。但目前电位检测探头还依赖于进口，而且其长效性没有得到有效解决，例如悉尼歌剧院阴极预防保护运行7～8年后，17％的电位检测探头失效，需要经常率定、更换。

(2)保护寿命难以保证。阳极系统的失效将导致整个阴极防护系统的失效，因此阴极保护的寿命主要由阳极系统决定。活化钛阳极由于其排流量大、耐腐蚀性强，阳极本身计算寿命可达25年～100年，是目前钢筋混凝土阴极保护中使用最为广泛和成功的阳极^[2]。但在运行过程中，阳极/混凝土界面阳极反应发生下式所示的阳极反应，产生H⁺不易扩散出去，会导致界面混凝土之间酸化，阳极/混凝土界面粘结力下降而导致整个保护系统过早失效^[3]。

2H₂O-4e→4H⁺+O₂

参考文献

[1]EN12696：Cathodic protection of steel in concrete[S]

[2]朱雅仙，蔡伟成.钢筋混凝土阴极保护[J].腐蚀与防护，2008，29：24-32

[3]S.D.Cramer，B.S.Covino Jr.，S.J.Bullard，et.al.Corrosion prevention and remediationstrategies for reinforced concrete coastal bridges[J]，Cement and Concrete Composites.2002(24)：101-117

[4]Luca Bertolini，Bernhard Elsener，Pietro Pedeferri，Rob Polder.Corrosion of Steel inConcrete：prevention，diagnosis，repair[M]，Weinheini；Cambridge：Wiley-VCH，c2004

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