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电化学腐蚀缓解系统

      

混凝土长期保护的电化学腐蚀缓解方法有多种,所有方法的相似之处在于他们为钢筋提供保护性电流。电化学腐蚀缓解方法可以是一个处理步骤,也可以永久性的安装在结构内。通常电化学腐蚀缓解系统将电位转换成一个更负值,从而产生氢氧离子,使钢筋周围混凝土的碱性提高,随着时间钢筋深度混凝土中氯离子的含量减少(Glass et al., 1999)。这些腐蚀缓解系统种类包括电化学处理,外加电流阴极保护(ICCP),和电镀保护系统。


 

电化学处理

 

获得长期腐蚀保护的一种方法是解决腐蚀的根本原因,不再凿除性能良好的但是被污染的混凝土。对许多工程来说,电化学处理能进行大范围的腐蚀保护,经济有效。


1.(ECE)和再碱化。两种系统都能在短时间内应用到结构中从而获得长期效果。


2.ECE在混凝土内部钢筋和外部安装网之间使用电场。网安装在一种导电媒介中,通常是饮用水和纤维素纤维喷涂式混合物。


3.(Cl–)从带负电荷的钢筋上分离出来,被吸引到带正电荷的外部电极网中,这个活动明显减少了与 钢筋接触的氯离子数量。大量的氯离子被输送至混凝土外,困在导电媒介中然后进行清除。ECE处理通常需要4-6周完成。


      含有碳化腐蚀的结构,可以使用改变过的ECE过程进行再碱化或者提高混凝土覆盖层的PH值。再碱化系统的安装与ECE安装一样,只是导电媒介不一样。再碱化使用的是碱性溶液,比如钠或碳酸钾。碱性溶液中的钠和钾离子通过电场转移至混凝土。通常再碱化处理需要7天,且不会再次碳化。

 


外加电流阴极保护(ICCP)


 

      ICCP是电化学腐蚀缓解系统的另一种方法。ICCP系统首先需要安装永久性阳极。外部直流电装配有阳极,并与正极端子连接,内部钢筋与负极端子连接。要求提供充足的电流到达钢筋以抵抗自然腐蚀活动。


      根据行业标准,当外加电流保护系统关闭后,足以产生100mV的极化电流,此时通常认为外加电流系统提供阴极保护 (National Association of Corrosion Engineers, 2000)。合理设计、安装和维护的ICCP系统能为钢筋提供长期的保护。


      进行大范围保护且初始成本不断增长,可以选择性价比高的ICCP系统。如果系统不能为钢筋提供锈蚀防护,安装的ICCP系统需要持续监测和调试。由于此系统要求外部电源供给,需要对其进行定期的检查和保养。如果不能安装长期性的检测和保养程序,则应考虑其他腐蚀缓解策略。


 

电化学防腐蚀

 

      阴极保护系统利用牺牲阳极,这些牺牲阳极和钢筋之间充足的电压差使保护性电流从阳极到达腐蚀性结构(Van Delinder, 1984)。换而言之,高电位锈蚀金属会比更贵金属(钢筋)先发生腐蚀。随着锌阳极的锈蚀,就会产生缓解钢筋锈蚀的电流。人们普遍认为,在预应力和后张拉力混凝土结构中使用的锌电镀保护系统不会在电位充足的时候产生氢脆(Whitmore and Ball, 2003)。


      阴极保护分两种:分布式阳极和离散阳极。分布式系统通常在大范围内铺设牺牲阳极,离子包括金属锌和加大锌网。


      离散阳极是将单独的阳极棒绑在暴露的钢筋上或者通过在格网状进行钻孔和岩心钻孔的方式安装在现有混凝土中。离散式阳极通常提供局部区域有针对性的保护。比如,为了缓和二次腐蚀的发生,内部牺牲阳极可以绑在修补区域的局部或者所有深度的钢筋上,这种方法也可运用在伸缩缝更换和桥梁加宽工程中。离散阳极也用来控制目标区域的强烈腐蚀。


      正如电池一样,电化学系统的电压是固定的,因此在周围的环境作用下产生了电量。牺牲阳极保护系统在腐蚀性较强或者导电环境中会产生较高的电流输出。比如,根据水分和温度的变化电流输出通常会显示出一天或者季度性的变化。

 

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