电化学防腐技术在钢筋混凝土结构中的应用
一、电化学防腐技术在钢筋混凝土结构中的应用 关键词：电化学防腐、钢筋混凝土保护、牺牲阳极保护系统 1钢筋混凝土的腐蚀 钢筋混凝土构筑物是近代以来最常见的建筑结构之一，广泛地应用于国民经济建设的各个方面。但由于服役环境破坏了混凝土中钢筋稳定存在的环境而使钢筋脱钝锈蚀，而钢筋的锈蚀又使得混凝土胀裂，导致混凝土结构的功能退化，严重影响结构的[1]安全性和适用性。由于钢筋腐蚀导致的钢筋混凝土结构的过早破坏，已在当今世界造成了严重经济损失和危害，引起了各国科学家的高度重视。 混凝土的碳化是引起钢筋生锈的主要因素之一。混凝土的碳化主要是由空气中的CO2扩散到混凝土的孔隙液中形成弱酸，与其中的Ca(OH)2发生中和反应，导致孔隙液pH值的降低。从而破坏了混凝土中钢筋表面钝化膜的稳定性，致使钢筋发生腐蚀。同时，孔隙液中pH值的降低也会导致氯化铝酸盐不稳定，释放氯离子，使游离氯离子的浓度增大，产生了钢筋的氯离子腐蚀；此外，碳化还导致混凝土粉化，使之失去对钢筋的保护作用。 混凝土中氯离子入侵是引起钢筋生锈的另一个重要因素。氯离子不仅能够造成混凝土的腐蚀，而且还能加快钢筋的腐蚀，这已在大量工程实践中得到了证实。但对于它的腐蚀作用机理的认识仍存在不少分歧。目前大体上认为氯离子能够破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋发生局部腐蚀。有关实验资料表明[1]：通过在模拟混凝土孔隙液中添加氯离子以测定钢筋钝化膜的破裂电位和不同pH值下钝化膜破裂的临界Cl-浓度，得出临界氯离子浓度c与pH值的关系为： lgc=0.15pH～2.3381pH (13．5>pH>9) 在不同的pH值条件下，当氯离子浓度超过其临界值时，钢筋钝化膜就开始出现局部破坏，钢筋的腐蚀速度随氯离子浓度的升高而增大，随pH值的降低而增加。此外，当钢筋跨越富含和不含氯离子的两种混凝土时，会形成宏电池，发生钢筋自极化现象，造成钢筋的加速腐蚀。 为了保护混凝土中钢筋不受侵蚀，延长钢筋混凝土结构的寿命，除了提高混凝土对钢筋的防护功能外，人们建立和发展了多种防护方法和技术[2-7]，如在钢筋表面涂覆环氧涂层、施加金属覆盖层、在钢筋表面自组装保护膜、在混凝土中添加缓蚀剂、采用不锈钢钢筋等。这些方法是保护混凝土中钢筋的补充措施，但都有一定的局限性。 钢筋混凝土结构的电化学防腐是一种新兴的高效修复技术。该技术始于1978年，早期由美联邦高速公路管理局研究，稍后由美国战略高速公路研究项目(SHRP)负责，欧洲则由Norcure公司进行了测试[8,10]，与传统的修补技术比较，该技术可从根本上制止碳化或氯化物污染引起混凝土中钢筋的腐蚀，而无需凿除大量碳化或被氯化物污染的混凝土保护层，因而可节省大量时间和人力物力，其经济和社会效益良好。 电化学防腐技术包括阴极保护（CP），电化学再碱化（ERA）和电化学除氯（ECR），它们在高度腐蚀环境中抑制钢筋混凝土结构快速退化有很好的应用前景。这些方法中最受关注的是电化学再碱化（ERA）和电化学去氯（ECR），因为其成本低廉，环境友好，而且比传统的维修方法更简便快捷；另外其临时、短期的特性比需长久维护的阴极保护（CP）技术更省时省力，更方便[9]。因此，电化学防腐技术已经成为各国解决钢筋混凝土结构问题的研究热点。 2 .电化学防腐技术的基本原理 电化学防腐技术三种方法的原理是很相似的：在置于混凝土构件表面上的外部辅助电极和钢筋之间通以直流电，钢筋作为阴极，外部电极作为阳极与其间的碱性电解质共同构成回路，对钢筋进行阴极极化，并发生电化学反应[11]。在电场的作用下，混凝土内部的阴极反应产物OH-及混凝土中原有的Cl-由钢筋穿过保护层向混凝土表面迁移，外部的阳离子Na+、K+、以及 Ca2+等向阴极迁移。同时，由于电渗作用，碱性电解质会快速渗透到混凝土内部，加上OH-的产生和迁移，使混凝土的pH值升高，氯离子含量降低，通过改善钢筋的特定环境实现钢筋混凝土结构的修复。其修复原理图如下： |
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