混凝土钢筋防腐钻孔植入式捐躯阳极.docx

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混凝土钢筋防腐钻孔植入式捐躯阳极

浅析混凝土钢筋防腐钻孔植入式捐躯阳极

摘要

钢筋混凝土结构因取材广、性能优越进展迅猛，被普遍用于工业和民用建筑、桥梁、隧道、水利、海港等领域。

近几年混凝土结构的破坏时常发生，每一年国家花费大量的人力、物力来恢复钢筋侵蚀引发的混凝土结构破坏。

这阻碍到我国乃至全世界的经济进展和基础设施的平安性。

就此法赫研发了一系列混凝土预防性工程防腐材料。

其中FH—CC钻孔植入式捐躯阳极是预防和操纵混凝土内钢筋防侵蚀产品，该产品可普遍用于：

阳台、柱子和梁、桥面板、停车场、桥墩和码头、预应力混凝土、后张拉锚固等钢筋混凝土工程，与绑扎式捐躯阳极相较：

该产品不需区域性破除混凝土结构，只需用机械设备在标记区域钻入适当大小的圆孔即可。

FH—CC即可离散性防腐，也可散布式串联区域性防腐。

关键词：

钢筋混凝土防腐、植入式捐躯阳极、散布式捐躯阳极防腐、桥梁养护

1引言

侵蚀活着界范围已成为工程师面临的严峻问题。

依照美国、英国和日本侵蚀本钱的统计：

全面侵蚀直接和间接占国民成产总值的3—4%。

2002年相关报告指出，美国花费10亿到30亿美金用来恢复钢筋侵蚀引发的混凝土结构破坏。

图1和图2是混凝土钢筋锈蚀对桥架支撑和停车场拱腹造成的损害。

图1.（a）桥梁的侵蚀；（b）停车场面板钢筋侵蚀

混凝土中钢筋侵蚀所造成的庞大经济损失已成为美、英等发达国家在基础设施建设中面临的最大问题之一。

但在许多进展中国家，由于大量钢筋混凝土结构建设较晚，钢筋侵蚀所带来严峻后果未充分暴露出来，因此这一问题尚未引发这些国家相关部门的高度重视。

我国在20世纪50年代就开始将钢筋混凝土用于工业建设当中，但大规模的基础设施建设开始于80年代后期，我国的基础设施建设，如海港码头，高速公路，城市立交桥，高楼大厦接踵拔地而起。

钢筋混凝土结构施工量与日俱增。

由于钢筋侵蚀引发混凝土结构的破坏是一暗藏期较长的隐患性病害，一些地址部门及施工单位的短时间经济效益行为，致使这一问题的严峻性一直未能引发足够的重视。

随着我国初期建造的部份海港码头、水利设施及城市建筑蒙受钢筋侵蚀破坏和近期修建的一些钢筋混凝土结构，如北京、天津等立交桥，利历时刻不长，侵蚀环境也不像欧美恶劣，暴露出严峻的钢筋侵蚀破坏现象。

目前，美、英等发达国家对混凝土中钢筋侵蚀问题的研究相对成熟。

我国针对混凝土中钢筋的侵蚀发生的破坏的修复材料、修复方法还掉队于欧美等发达国家。

最近几年来，上海法赫进过数十年的体会沉积，踊跃的吸收国内外先进的混凝土养护机具设备、材料技术并加以研究，研发出很多钢筋混凝土养护用设备、材料等。

其中，FH—CC是一种混凝土钢筋防腐钻孔植入式捐躯阳极，可用于混凝土中钢筋防腐，具有防腐成效好、寿命长、节省本钱、应用简单方便等特点。

混凝土中钢筋的锈蚀进程

一样情形下，金属发生侵蚀需要下面几个条件：

一、阳极；二、阴极；3、氧气；4、水分；五、传递电子的介质

混凝土内部孔洞为环境中的氧气、水分提供了通道，而阴极和阳极即能够是不同中金属材料，如钢和铝。

也能够是同一种金属材料，金属内部不均匀性形成了许多阴极点和阳极点。

而混凝土内部孔洞中水分和混凝土骨料本身充当传递电子的电解质。

以上的5个条件都容易知足。

可是混凝土中钢筋的侵蚀有别于大气或水中情形。

钢筋在硅酸盐水泥中表面会形成爱惜性钝化膜。

这层爱惜膜的存在爱惜钢筋不发生锈蚀。

可是若是混凝土受到氯离子污染，或是与空气中CO2气体反映发生中性化，这层爱惜膜发生去钝化反映，引发混凝土钢筋的侵蚀。

混凝土中钢筋的侵蚀速度

混凝土中钢筋侵蚀破坏的进程分为三个时期。

图2.混凝土中钢筋侵蚀破坏的三个进程

1、钢筋侵蚀的诱发时期：

混凝土中的CO2或氯化物慢慢扩散至钢筋表面，使钢筋表面发生失去钝化反映，钝化膜被破坏。

计算时，现在期被称为钢筋侵蚀的起始时刻，以To表示。

2、钢筋侵蚀扩展时期：

钢筋骨架发生侵蚀，钢筋表面产生锈蚀。

3、钢筋混凝土结构破坏时期：

由于钢筋侵蚀生锈，致使钢筋截面尺寸减少，或钢筋混凝土爱惜层产生顺筋裂纹和侵蚀层裂；裂纹、层裂连通后，混凝土发生开裂、剥落现象；最后混凝土结构的功能性利用寿命终止。

第二、3两时期被称为钢筋侵蚀的破坏时刻，以T1表示。

碳酸化诱发钢筋侵蚀的启始时刻To的计算

混凝土的碳酸化是CO2气体向其内部扩散造成的，碳酸化速度可用碳酸化前沿推动方程表示：

X=Atn

式中x—碳酸化深度（mm）；

A-CO2在混凝土中的扩散系数；

t-时刻（a）；

n-指数，一样为1/2。

通过上式计算出碳酸化前沿达到钢筋的时刻，即To。

氯化物诱发钢筋侵蚀的起始时刻To的确信

关于暴露于大气中、周围环境含有不同浓度氯化物的钢筋混凝土结构而言，由于氯化物入侵不像碳酸化那样，咱们能够依照在断面遍地氯离子浓度随深度、时刻转变的一条曲线，因此问题的处置比碳酸化复杂。

依照Fick扩散第二定律，Cl-扩散方程的一样形式为：

如此依照标准方程式可计算出起始时刻To。

钢筋侵蚀破坏时刻T1的确信

Clear/Stratfull体会公式：

Stratfull提出了一个体会公式，用以预测在具有某一恒定氯化物含量的海水中，钢筋混凝土爱惜层第一次显现裂纹的时刻。

钢筋混凝土阴极爱惜

地下混凝土的爱惜

从1824年就开始了海水环境中钢筋的阴极爱惜，在过去的50年中，其应用延伸至水和土壤中钢筋的爱惜。

1955年之前，报导过钢筋混凝土阴极爱惜最先应用于预应力混凝土管道，后来是地下钢筋混凝土水箱等。

初期大部份应用涉及地下钢筋混凝土。

这些应用利用传统的阴极系统。

地上爱惜—导电覆盖层

低上钢筋混凝土阴极爱惜的最先进展是20世纪50年代晚期的桥面板爱惜。

这些系统在沥青覆盖层利用简单的高硅铸铁阳极，添加焦炭具有导电性。

导电覆盖层系统普遍用于无防水膜的桥面板爱惜中，这种方式将面板厚度增加至80mm.，而且大幅度提高了结构的重量。

导电涂层阳极系统

直到1980年左右显现的导电涂层阳极系统，才使阳极系统真正应用到桥面板之外的垂直和拱腹表面，对结构和建筑物提供阴极爱惜。

导电涂层阳极系统以铂包铌或钛为要紧阳极，应用于停车场拱腹、公路桥梁和支撑结构中。

由于导电涂层阳极系统对水分、靠近表层内置钢筋和其他任何表层磨损极为灵敏，因此表层的处置和检测标准高。

金属丝和网状阳极

1983年显现了一种导电聚合物金属丝阳极，有时人们将这种阳极预先安装在网孔阵列中，普遍用于公路桥梁和停车场面板的阴极爱惜中，而之前利用的阳极都是用在土壤和水中。

这种新显现的钢筋混凝土阳极是一种进步。

1985年美国和英国显现了涂有各类金属氧化物涂层的钛网阳极，生厂商不同，金属氧化物种类也不同。

爱惜桥梁和停车场面板的爱惜用混凝土面层覆盖：

垂直和拱腹结构爱惜采纳压力喷浆、喷射砂浆或水泥砂浆人工作业。

导电聚合物金属丝阳极系统的成功应用要求高标准的表层处置和覆盖层。

捐躯阳极

地上钢筋混凝土阴极爱惜的另一种系统是捐躯阳极的应用。

捐躯阳极电位比钢筋低，当置于电阻高的混凝土中，其提供的电流肯能不足以进行全面阴极爱惜。

可是，这种系统普遍应用在地下和水中钢筋混凝土结构的阴极爱惜。

上海法赫研发了一种新型应用，即修补混凝土结构中钢筋的爱惜。

二、混凝土钢筋防腐钻孔植入式捐躯阳极FH—CC防腐机理

捐躯阳极的电位比钢筋电位低，与被爱惜的钢筋连通，捐躯阳极失去电子，钢筋取得电子被爱惜。

以氯离子污染的钢筋混凝土修补为例说明捐躯阳极的爱惜原理。

图捐躯阳极防腐机理：

（a）混凝土钢筋受氯离子污染侵蚀；（b）钻孔植入捐躯阳极侵蚀被抑制

左图中所示是上部钢筋受到氯离子污染，而下部钢筋未受到氯离子污染，由于上部钢筋与下面钢筋形成一对阳极和阴极，上部位于氯离子污染区域的电位较负的是阳极，而下部是阴极，结果致使上部钢筋的加速侵蚀。

右图中所示是钻孔植入上海FH-CC产品后，钢筋的侵蚀受到抑制而减少，在捐躯阳极FH-CC与钢筋之间产生了阳极电流爱惜钢筋不发生锈蚀。

3、混凝土钢筋防腐钻孔植入式捐躯阳极FH—CC的设计与制备

上海法赫研发的混凝土中钢筋防侵蚀用内置捐躯阳极FH—CC系列，其结构如图所示，产品有三部份组成：

内部捐躯阳极合金块、包裹砂浆、金属导线。

图4.上海法赫钻孔植入式捐躯阳极FH-CC

FH-CC捐躯阳极材料

捐躯阳极内部锌核

经常使用的捐躯阳极合金材料有锌合金、镁合金和铝合金，FH—CC捐躯阳极选用高性能的锌合金材料。

保证捐躯阳极为混凝土中钢筋提供大电流的同时，具有长的利用寿命。

锌合金电位：

-1020~-1100mv；爱惜电流稳固；锌的锈蚀膨胀率低，膨胀倍；

捐躯阳极包裹砂浆

捐躯阳极的包裹砂浆添加了维持锌合金活性的材料，能够使锌合金长期处于活性状态，提供稳固的电流输出。

包裹砂浆不含有硫酸盐、氯化物、溴化物等侵蚀钢筋的物质。

包裹砂浆同时具有足够强度的同时内部有很多均匀的孔洞，保证内部锌合金发生的锈蚀产物不在锌表面堆积，能够通过孔洞扩散出去，保证锌合金表面活性，避免捐躯阳极发生开裂。

金属导线

金属导线起到传递电子和绑扎固定捐躯阳极的作用。

金属导线表面滑腻，无镀层。

FH-CC捐躯阳极的制备方式

捐躯阳极FH-CC系列制备方式包括以下工艺步骤：

（1）把熔融的锌合金液浇筑在无涂层的光亮的金属丝的一端，脱模掏出成型的锌合金块。

（2）按配比配制捐躯阳极的包裹砂浆。

（3）将锌合金块的一端固定在模具中，向模具中注入捐躯阳极包裹砂浆，静置48~72h后脱模，取得内置捐躯阳极。

4、混凝土钢筋防腐钻孔植入式捐躯阳极FH—CC的特点

FH-CC阳极包括了一个捐躯锌阳极核，由专业配方的预制水泥基砂浆包裹。

这种圆柱形阳极，规格多样，可快速安装在混凝土中。

安装后，锌核就会比周围钢筋先发生锈蚀，从而对周围钢筋进行电化学侵蚀操纵。

可依照具体项目需要制作适合大小的阳极。

技术成熟—支持独立检测

针对性爱惜—在高锈蚀电位或猛烈锈蚀区域安装捐躯阳极进行侵蚀爱惜。

经济—通过对氯离子污染剩余区域爱惜，节省资金。

多效性—对氯离子污染和碳化的混凝土有效。

既可用于常规钢筋爱惜，也可用于预应力混凝土钢筋。

用户友好型—安装快捷简单

易保护—无需外部电源或系统监测，若是有需要，阳极性能很容易监测。

持久性—利用寿命10—20年，降低以后维修需求。

与所有捐躯阳极爱惜系统一样，多种缘故阻碍利用寿命，包括钢筋密度、混凝土导电性、氯离子浓度、湿度和阳极间距

五、混凝土钢筋防腐钻孔植入式捐躯阳极FH—CC的应用及工程案例

上海法赫研发的FH—CC散布式捐躯阳极用来操纵正在发生的侵蚀和预防混凝土结构新侵蚀活动的发生。

可普遍用于：

阳台、柱子和梁、桥面板、停车场、桥墩和码头、预应力混凝土、后张拉锚固等。

工程案例一：

FH-CC在国外某预应力箱梁里的利用——结构：

国外某号航线上方桥梁

图5.上海法赫钻孔植入式捐躯阳极FH-CC在箱梁上的应用

工程描述：

桥的外部箱梁受到氯离子污染。

氯离子来自混凝土表层融冰盐。

梁内钢绞线的锈蚀致使混凝土的剥落。

预应力混凝土的维修和爱惜难度较大，且担忧发生氢脆，侵蚀减缓方式的选择受限，排除电化学除氯和外加电流阴极爱惜。

工程方案：

修复设计小组决定安装电化学侵蚀操纵系统爱惜箱梁。

利用FH-CC阳极操纵猛烈侵蚀，避免侵蚀造成进一步破坏，尽可能幸免箱梁改换。

梁的侧部安装两排阳极，底部一排。

工程案例二：

FH-CC在国外某隧道里的利用

图6.上海法赫钻孔植入式捐躯阳极FH-CC在隧道里的应用

工程案例三：

FH-CC在历史建筑工程防腐的利用

芝加哥某历史性建筑的爱惜

图7.上海法赫钻孔植入式捐躯阳极FH-CC在历史建筑的应用

工程描述:

由于本建筑物年代久远，位置特殊，柱廊上方的井式楼板侵蚀严峻。

碳化致使钢筋锈蚀，楼板钢梁和腹板破坏。

工程方案:

业主的最大考虑是保留建筑的历史风格，这会使修补受到限制。

而应用GalvashiledCC内置捐躯阳极能够安装在井式楼板的顶部，在保证结构的历史外观的同时又能操纵钢筋锈蚀。

工程案例四：

FH-CC在海滩附件公寓防腐的利用

佛罗里达某个海滩公寓

图8.上海法赫钻孔植入式捐躯阳极FH-CC在海滩公寓的应用

工程描述：

公寓混凝土阳台和通道受到氯化物侵蚀破坏。

氯化物来自大西洋，在风力作用下扩散至此。

在重修补后，业主决定采纳侵蚀操纵系统爱惜阳台和通道，以减少以后维修需求。

工程方案：

本地一家承包商利用传统方式对阳台和通道的脱层和剥落的进行了修补。

采纳FH-CC65阳极，格网状安装在未修补的阳台和通道上，对钢筋提供电化学侵蚀爱惜。

这种仅在未修补的氯离子污染区域安装侵蚀爱惜系统的方式，不仅成效良好，而且降低本钱。

工程案例五：

FH-CC在公寓防腐的利用

阿塔拉亚塔楼公寓楼电化学侵蚀操纵

图9.上海法赫钻孔植入式捐躯阳极FH-CC在海滩公寓的应用

工程描述：

业主确信海边的公寓柱子配筋不足，需要利用外部碳纤维板加固结构，提高结构的负载能力。

可是由于结构离大西洋较近，且显现混凝土剥落，担忧钢筋锈蚀会引发以后老化，和阻碍碳纤维加固系统与侵蚀柱子粘合后的耐久性。

因此，工程师要求进行侵蚀评估，以便确信地平面柱子、梁和支架上侵蚀的位置和程度。

直观测量大致能确信混凝土剥落、开裂和脱层的位置。

氯离子分析显示混凝土显现低到中等程度的侵蚀。

可是，半电池电位调查发觉每根柱子的较低部位相较于上面，显现大量较高的侵蚀电位。

显现这种现象的缘故可能是由于柱子下面的区域收到周期性风暴潮的阻碍。

工程方案:

由于更好的了解以后侵蚀风险，工程师建议在每根柱子下方安装侵蚀操纵系统，对钢筋锈蚀引发混凝土破坏的高风险区域进行操纵。

每根柱子安装3个FH—CC内置捐躯阳极。

阳极交织式排列，垂直间距为16”。

安装阳极后，估量会对这些区域产生15-20年的爱惜性电流，从而延长柱子和碳纤维加固系统的利用寿命。

六、混凝土钢筋防腐钻孔植入式捐躯阳极FH—CC的参数和技术数据

捐躯阳极参数

表一.钢筋混凝土钻孔植入式捐躯阳极FH-CC参数

阳极种类

描述

阳极规格

圆柱状FH-CC65

标准阳极，适用于中等钢筋分布密度

46X62mm

圆柱状FH-CC100

钢筋高分布密度，大号阳极

46X100mm

圆柱状FH-CC135

钢筋分布拥挤，小号阳极

29X135mm

捐躯阳极技术数据

FH-CC捐躯阳极的散布距离：

FH-CC65与FH-CC135网格最大间距300~750mm；

FH-CC100网格最大间距300~550mm；

捐躯阳极网格间距与钢筋表皮面积/混凝土表层面积有关，随着钢筋表皮面积比的增大，FH-CC捐躯阳极布置愈来愈密。

表二.钢筋混凝土钻孔植入式捐躯阳极FH-CC技术数据

保护等级

描述

FH—CC

腐蚀预防

减缓新腐蚀活动的发生

√

腐蚀控制

缓解正在进行的腐蚀活动

√

阴极保护

减少正在进行的腐蚀活动

7、混凝土钢筋防腐钻孔植入式捐躯阳极FH—CC的安装指导

一、安装位置的测量与确信：

设计人员确信格网状阳极安装的具体位置和间距。

利用钢筋定位仪（推荐 FH-GH1002-手持式钢筋定位仪）定位爱惜区域内所有钢筋的位置，并标记阳极安装洞的钻孔位置。

若是安装情形许诺，阳极安装位置至少距离钢筋网100mm。

图10上海法赫钻孔植入式捐躯阳极FH-CC串联连接标准散布图

二、安装捐躯阳极FH-CC

串联—单个电路最多安装10个CC阳极。

每行钢筋连接孔最小12mm。

混凝土持续单个开槽宽约6mm，深约12mm，用来连接钢筋连接孔和阳极连接孔。

单个连接—在每一个阳极安装位置钻一个钢筋连接孔。

钢筋连接孔和阳极连接孔的混凝土开槽大小为6mm宽，12mm深。

利用FH钢筋连接工具包进行钢筋连接。

将受力连接器受力端放入钻孔，直到钢线圈接触钢筋。

通过FH设置工具将钢筋连接线填入，然后用锤子之类的工具敲进去。

3、捐躯阳极的连通性测量：

用提供的连接器将阳极与钢筋连接线连接。

若是是成列安装，用接线器将阳极与连接线连接。

然后用万用表查验阳极点和钢筋连接的电气连接。

测得最高电阻值小于1ohm为合格。

依照上文列出的大小进行钻孔，安防阳极。

提早将阳极在水中浸泡10~20分钟。

利用FH砂浆将湿的阳极安装在预浸渍（表层饱和的干燥）洞中。

将混合后的砂浆填入每一个洞的2/3处，缓慢压入阳极，使砂浆完全填充环形空间，确保阳极和原混凝土之间无其气孔，阳极最小覆盖深度是20mm。

八、混凝土钢筋防腐钻孔植入式捐躯阳极FH—CC利用注意事项

和所有水泥基材料一样，本材料与水分接触能释放碱性物质，对暴露的皮肤有害。

工作人员在进行FH-CC阳极和FH砂浆工作时，应依照水泥材料操作标准流程佩带适合的手套和其他个人爱惜设备。

九、混凝土钢筋防腐钻孔植入式捐躯阳极FH—CC施工用内置砂浆的介绍

FH—CC配套的砂浆内置捐躯阳极专用低电阻率砂浆

特点和效益

利用简单，仅添加水即可；

电阻率可控；

硅酸盐水泥为基础；

砂浆具有高Ph值，可预防在阳极生成酸；

高表观密度；

不含碳或其他可氧化材料；

应用：

FH内置砂浆与捐躯阳极联合应用。

砂浆用于垂直或水平安装阳极时填充周围间隙和阳极导线开槽。

10、结论

上海法赫研发的混凝土钢筋防腐钻孔植入式捐躯阳极FH—CC产品对氯离子污染和碳化的区域进行爱惜，节约本钱。

同时，安装快捷简单，该产品不用区域性破除混凝土结构，只需在适当位置用机械工具钻入必然深度的孔洞，埋入FH-CC与钢筋形成电气连通即可。

FH—CC即可离散性防腐，也可散布式串联区域性防腐。

产品寿命长，一次性施工埋入可利用10-20年，期间不需要外部电源或系统检测。

能够普遍用于：

阳台、柱子和梁、桥面板、停车场、桥墩和码头、预应力混凝土、后张拉锚固等钢筋混凝土工程。

参考文献

[1]樊云昌.混凝土中钢筋的侵蚀与防护，2001

[2]Staehle,.《侵蚀》，,No1,

[3]Jackson,，《钢筋混凝土结构侵蚀爱惜，修补，修复和爱惜方式》，白皮书，联邦高速公路治理局，