电化学保护技术及其应用第八讲钢筋混凝土构筑物的阴极保护

第21卷第10期2000年10月

腐蚀与防护

CORROSION&PROTECTION

Vol121　No110

October2000

专题讲座

电化学保护技术及其应用

第八讲　钢筋混凝土构筑物的阴极保护

黄永昌

(上海交通大学　上海200030)

1　概　述

钢筋在混凝土中发生腐蚀是导致钢筋混凝土构筑物提前失效的一个最主要原因[1,2]。众所周知,混凝土是由水泥、沙石和水混合在一起凝固之后形成的一种多孔材料。在混凝土的微小孔隙中含有pH值高达12以上的混凝土孔溶液。根据电位2pH图可知,在这样条件下混凝土中预埋的钢筋会发生钝化而不锈蚀。但是,随着时间的推移或混凝土构件出现裂缝,外界环境中的水、氧、二氧化碳和氯离子会渗入混凝土中,引起钢筋周围孔溶液组成及性质的变化,一旦破坏了钢筋表面的钝化膜,将导致钢筋锈蚀。由于铁锈体积比铁本身大2～4倍,力可达30MPa,缝和剥落,的承载能力,。

程,阴极上发生溶解氧的还原反应,阳极是铁的溶解反应,铁离子可与OH-离子反应生成Fe(OH)2,Χ2FeOOH和Fe2O3等。影响钢筋腐蚀的因素较多,主要有氯离子的去钝化作用和空气中CO2的碳化作用。欧美国家在冬季对混凝土路面和桥面普遍采用除冰盐解冻,从而增大了环境介质中的氯离子浓度,而一些沿海国家和地区因常年经受海风,这些地区的桥梁等建筑的混凝土遭受氯盐侵入。游离氯离子主要通过扩散过程进入混凝土而到达钢筋表面,其扩展速度与周围介质中的氯离子浓度及混凝土的渗透性有关。碳化作用是指空气中的CO2与混凝土中氢氧化钙发生反应,使孔溶液的pH值降低到813左右,钢筋因此从钝化状态进入活化状态。碳化作用还导致混凝土粉化,使之失去对钢筋的保护层作用。

钢筋混凝土构筑物因钢筋腐蚀而损坏的实例很多[3]。在美国,甚至在干燥沙漠中的66座钢筋混凝土桥有20座使用不到10年就因钢筋腐蚀而受到损坏。在挪威,钢筋锈蚀使近海构筑物受到损坏。潮湿混凝土中的钢管只几年时间就完全被腐蚀。在德国,钢筋锈蚀造成使用不到25年的柏林议会大厦的屋

顶倒塌。在南非,许多钢筋混凝土结构使用不到15年就出现开裂和剥离,实际寿命只有预期寿命的几分之一。据统计,美国仅桥面板和支撑结构的腐蚀破坏每年估计损失1165亿至5亿美元[4]。为此,世界各国多年来在拯救和防治钢筋混凝土结构过早失效方面做了大量工作,并取得了一定的效果。提高混凝土保护层的抗渗性和施加阴极保护是对强腐蚀环境中钢筋混凝土构筑物保护的主要手段。

阴极保护技术在钢筋混凝土构筑物上的应用已有半个多世纪的历史。,法国,阿根廷和秘鲁。1970混凝土桥,并逐渐为全美各州所采用[5]。1987年英国开始应用此技术,并推广至香港、澳洲及中东等地,在我国,1982年国家建材局苏州水泥制品研究所率先在营口的一条穿越盐田、已经爆裂的预应力混凝土管道上,开展了阴极保护技术的研究。自那时起,我国已在东北、华北、华东一些强腐蚀地区,对预应力管道施加了阴极保护。

2　阴极保护的方法和参数

211　阴极保护

首先,让我们看一下阴极保护与其他修补方法的比较[4]。由表1可见,阴极保护是最有效和经济的方法。当然,文献[4]是十年前的数据。近年来与阴极保护技术不断发展的同时,还推出了钢筋混凝土

表1　钢筋混凝土的阴极保护与

其他修补方法的比较

速情况测腐蚀

挖补会能继续挖补1～5a面板涂层有时不能修补新的损坏4～8a密封剂有时不能修补新的损坏2～4a硬复盖层不会能修补新的损坏8～12a阴极保护不会能每年检查一次数据25a方法

腐蚀加能否监

维护情况

预期寿命

成本美元 m2

515～32123212～64141017～42194219～7511