鋼筋混凝土結構的電防腐方法

　　【技術領域】

　　[0001]本發明涉及鋼筋混凝土技術，更特別的是，涉及混凝土鋼筋的防護抗蝕方法。

　　【背景技術】

　　[0002]如果碳酸飽和，和/或由于諸如氯化物之類的污染產物的擴散而滲透，則由于其中嵌入鋼筋的混凝土的PH值下降，鋼筋混凝土中的鋼筋會腐蝕。甚至在低濕度下也可能發生這些導致腐蝕的現象。

　　[0003]為了將鋼筋放置在免除介質中，該免除介質再次保護鋼筋，典型的方式在于刮掉覆蓋的混凝土，重新替換為健康的混凝土。但是這種方法是昂貴的。

　　[0004]為了在鋼筋原來的環境中保護鋼筋，可使用涉及化學的技術，諸如涂敷抑制腐蝕的產品，或使用涉及電化學的技術，諸如陰極保護或電防腐方法。

　　[0005]腐蝕抑制劑是流體產品，其一旦涂抹到混凝土表面，便通過擴散而迀移穿過混凝土并依附到鋼筋上。它們抑制陰極或陽極反應，或對某些這些產品，它們兩種反應都抑制(混合抑制劑)。由于難以預測分子在混凝土多孔網中的擴散，所以該方法具有隨機性。某些混凝土不允許抑制劑滲透。

　　[0006]陰極保護在于創造一個陽極，其通過靠近鋼筋放置不易被腐蝕的金屬和通過在該金屬和鋼筋之間留下一定厚度的混凝土來形成陽極。接通電流發生器，使其正極連接到陽極，而其負極連接到鋼筋，從而讓比鋼筋腐蝕電流大的電流在混凝土中循環。然后，鋼筋在電解系統中起作為陰極。

　　[0007]根據需要，應用于系統的電流通過電流發生器可調節。典型地，每平方米的鋼筋的電流在2mA和20mA之間調節。

　　[0008]陰極電防腐是基于類似于陰極保護的原理，但供應的電流是通過陽極的腐蝕獲得的，陽極本身連接到鋼筋。這樣的陽極被稱為犧牲陽極。該陽極由易于氧化的金屬制成，例如鋅、鋁、鎂或其合金。該系統用作電池。由這種系統傳輸的電流量取決于陽極的表面和其成分。傳輸的電流受犧牲陽極的腐蝕速度、其成分和其數量限制。

　　[0009]沒有電流發生器和系統來調節電流量是陰極電防腐的優點。然而，由犧牲陽極的腐蝕產生的電流保持很少并限制系統的應用。一般地，在與鋼的耦合已經設置好后，每平方米鋼筋的電流在2mA以下。該值通常被認為是不足以用于呈現腐蝕點的鋼筋的保護。

　　[0010]考慮到電流量不能增加，解決的方法在于，降低氯化物在鋼附近的比率來抑制或降低腐蝕點的影響。

　　[0011]已知的方法在于，將金屬陽極應用到混凝土的表面上，金屬陽極被嵌入在飽含電解液的纖維基質內，以確保陽極和混凝土之間的電連續。電流發生器的正極連接到陽極，負極連接到鋼筋，以在大約200個小時內施加具有高強度的電流(大約每平方米鋼筋1A)。然后，負離子Cl—被吸引到陽極的正極，并且移動到外部而集中到陽極周圍。在處理的最后，陽極和浸著電解液的基質被撤走，氯離子被提取。然后，鋼筋在去除腐蝕性離子的介質中，接著從那時起能夠通過電防腐來得到保護，電防腐的電流對無氯介質是充足的。

　　[0012]這樣的氯化物去除方法是昂貴且漫長的。因此，在本發明中不使用這種方法。

　　[0013]專利申請WO 2005/106076 Al和WO 2006/097770 A2公開了一種中間方法，其允許在電防腐系統中使Cl—離子遠離鋼筋。該方法使用限定的位于混凝土內的犧牲陽極，這樣，第一，經由電流發生器施加50千庫侖(KC)的強制電流。該電流通過將Cr離子集中在陽極周圍來驅使Cl—離子遠離鋼筋。然后，可關閉電流發生器，并且犧牲陽極能夠連接到鋼筋。使用低電流保護鋼在去除氯的介質中免除腐蝕的技術目標便得以實現。在電系統操作時間過程中，剩余的和將來可能進入的氯化物將保持聚集在陽極的周圍。但是負面的二次效應在于，在第一階段施加的電流加快陽極的腐蝕，其快速失去重量并因此隨時間推移降低用于保持電防腐系統的能量儲備。該損耗必須通過用于陽極的額外起始重量來補償。

　　[0014]因此，需要改進含氯環境中的電防腐技術。特別地，希望獲得這樣的技術，其允許驅動氯化物遠離鋼筋而無須消耗犧牲陽極的物質，和/或增加鋼附近的pH值，以便降低C1_/0H_比率(再堿化)。

　　【發明內容】

　　[0015]本發明公開了一種具有金屬鋼筋的混凝土結構的電防腐方法。該方法包括:

　　[0016]-在結構上鉆孔；

　　[0017]-將去污的電極和電解液插入至少一個孔中；

　　[0018]-將電源的負極通電地連接到鋼筋，將電源正極通電地連接到每個去污的電極；

　　[0019]-激活電源；

　　[0020]-移走電解液和各個去污電極；

　　[0021]-將犧牲陽極安置及密封在結構上鉆的孔中；以及

　　[0022]-將犧牲陽極通電地連接到鋼筋。

　　[0023]去污階段在放置犧牲陽極之前執行。在該去污階段中，氯根離子被吸引到去污電極和電解液所在的孔。在足夠長的時間內激活電源后，去污電極和電解液被移走，這從結構中帶走了大部分的氯根離子。然后，犧牲陽極被安裝并密封在孔中來確保在有很少氯的環境下的電防腐。

　　[0024]去污階段在很低的額外成本下執行，因為其依賴于已經存在的孔來接受犧牲陽極。

　　[0025]此外，通過使用陽極工具作為去污電極，被密封來確保電防腐的最終陽極的質量沒有被損耗掉。陽極工具可以在作業的一些其它部位或在另一個場地再次使用。

　　[0026]去污電極有利地由不銹材料制成，例如，金屬(鈦、不銹鋼)或碳。其具有相當重要的用于電流傳導的外表面，其能夠通過將電極形成管狀或螺旋纏繞的金屬線來實現。

　　[0027]電解液的材料被選擇保留在孔內然后以簡單的方法移走，該簡單的方法可以是通過提供水流或壓縮空氣射流或吸走。典型地是呈電解凝膠的形式，電解凝膠的連貫性讓其能自我保持在直徑不超過25_的孔中。對于其他形式的陽極，孔的直徑能夠增大或減小。

　　[0028]孔的深度通常對應于需要容納和正確設置相對于表面的最終陽極的深度，但為了在強制電流的步驟中更深地取出氯根離子，也可能使孔具有更深的深度，在凝膠和清洗劑移除后，在電極密封的同時填充水性灰泥。

　　【附圖說明】

　　[0029]參考附圖，從以下對非限制性示例的實施例的描述，本發明其他的特征和優點將變得更加明顯，附圖中:

　　[0030]-圖1是鋼筋混凝土結構的一部分的透視圖，本發明可應用到該鋼筋混凝土結構中；

　　[0031]-圖2和3是圖1所示結構部分在去污階段的兩個步驟的其他透視圖；

　　[0032]-圖4是透視圖，示出了將電防腐的犧牲電極引入圖1-3的結構部分中鉆的孔中；以及

　　[0033]-圖5是另一個透視圖，概略地示出了安裝在結構部分上的電防腐系統。

　　【具體實施方式】

　　[0034]鋼筋混凝土的鋼筋電防腐通常通過密封來實現，該密封進入在混凝土上鉆的洞并且密封易被腐蝕的金屬小體，諸如鋅合金，它們通過絕緣線連接在一起，然后在一個點或若干個點上連接到混凝土的鋼筋。由此形成的犧牲陽極變為被腐蝕并產生呈離子形式的金屬微粒。陽極反應所釋放的電子通過連接它們的金屬線分配給鋼筋。電流通過作為電解質的混凝土返回。

　　[0035]這里提出的方法使用鉆在混凝土 11上的孔15 (圖1)，以密封形成電陽極的合金體為目的，通過強制電流來執行預先處理，以便去除氯化物離子并且再堿化鋼筋12周圍的混凝土 11 ο

　　[0036]為了實施電防腐技術，孔15鉆穿鋼筋混凝土結構10，小心避免撞擊到金屬的鋼筋12。鉆在結構上的孔15布置成在犧牲電極的活躍范圍之間具有重疊，這樣它們會適應，以便覆蓋待要保護的鋼筋區域。典型地，在電防腐技術中，每個犧牲電極具有20至30cm量級的

　　活躍范圍。

　　[0037]在根據本發明的方法中，在將犧牲電極插入孔15之前，借助于引入到孔15中的電極16來實施預先去污的階段(圖2)。

　　[0038]去污電極16優選由不銹材料或弱腐蝕性材料制成。特別地，其由鈦或其它不銹鋼制成。非金屬材料，諸如碳，也可以被使用。

　　[0039]在圖2示出的實施例中，去污電極16是呈螺旋纏繞的金屬線形式。其它的幾何體也是可以的。特別地，管狀適合于去污電極16。

　　[0040]每個去污電極16具有一個由金屬線17構成的延伸段，金屬線也由不銹材料制成。在所示的實例中，電極16由鈦絲制成，鈦絲纏繞在浸在孔15中的部分上，并在孔15外延伸以形成棒17。

　　[0041]電極16被引入具有電解劑的孔15中，優選為凝膠形式。在實踐中，孔15可首先充滿電解凝膠，由于其凝膠化的一致性，電解凝膠自我保持在孔內。然后，去污電極16被引入其中，以便占據具有電解凝膠的孔15的全部內部空間。

　　[0042]電解凝膠可以大致上由保水劑和基液制成，例如堿液或類似的。例如，對于含有400g水的凝膠，可添加50g的濃度為30%的氫氧化鈉(NaOH)和40g的S35型甲基纖維素。在相同比例下，NaOH可以被碳酸鉀(K2CO3)取代，以增加緊鄰鋼筋區域的pH值。

　　[0043]在將電解凝膠和電極16引入孔15之后，電極16彼此通電地連接，并通電地連接到電源18的正極(圖3)。關于電源18的負極，其通電地連接到鋼筋混凝土結構10的金屬鋼筋12的陣列。

　　[0044]在安裝和連接去污電極16之后，去污階段包括激活電源18來施加電流，其在去污階段的末期可能表現為，例如，每平方米鋼筋的集中電荷為50kC，該值是非限制性的。電源18提供的電流對每平方米接觸混凝土的鋼筋可在0.5至IA的范圍內，根據被保護鋼筋的表面，這可引起數十小時的電源18的激活時間。

　　[0045]金屬線17用于將去污電極16通電地連接到電源的正極。在去污電極一側的至少一部分長度上，其構造為不銹材料，這防止電極16在使用中變劣。

　　[0046]電源18是電池或連接到輸電主線的直流電源。其被激活來對每平方米鋼筋提供強度在0.5至IA范圍內的直流電。

　　[0047]在圖3所示的示例中，電極16 —起被安裝在結構10中，以執行去污階段。可以理解的是，取決于硬件和有效時間，另一種選擇是連續地引入并激活一個電極16或一組電極16，來依次在結構的數個區域中去污。

　　[0048]在去污階段的末期，電極16和電解凝膠從孔15移走，電解凝膠然后包含一定量從混凝土體11中移走的氯根離子。

　　[0049]為了從孔15中移走凝膠，施加水流或壓縮空氣射流，或者凝膠被吸走。

　　[0050]然后，孔15被釋放，犧牲陽極20能夠被引入其中。以示例說明，犧牲陽極20可具有如圖4所示的形狀。在該示例中，犧牲陽極20呈截面是星形輪廓的形式，以便提供與砂漿21接觸的相當重要的面積，該砂漿21用于將犧牲陽極20密封在孔15中。

　　[0051]犧牲陽極20可由任何在電防腐技術中使用的已知材料制成，S卩，易于腐蝕的金屬。鋅或鋅合金是犧牲陽極20的優選材料。

　　[0052]在將犧牲陽極20引入到混凝土結構10中的鉆孔15內之后，孔15充滿了密封砂漿21 (圖5)。每個犧牲陽極具有從密封砂漿21中突出出來的導電連接桿22。這些連接桿22彼此通電地連接，同時通電地連接到混凝土的金屬鋼筋的陣列，如圖5所示。

　　[0053]然后，電防腐系統的安裝完成了。在結構往后的時間內，產生腐蝕的電解現象致使犧牲陽極20消耗，而不是鋼筋混凝土結構10的金屬鋼筋12的腐蝕。

　　[0054]所提出的方法能夠低成本地取出氯根離子，因為其使用已經鉆好的孔。氯根離子通過孔而不是表面被抽走，從而從結構中排走。因此，離子的移走時間減少。

　　[0055]使用可重復使用的陽極工具，能夠不破壞限定的陽極體，其在取出及再烷化處理后將被密封。

　　[0056]若需要的話，該方法能夠繼續處理，直到氯根離子被完全抽去。通過使用不消耗的陽極工具，其不限于特殊電荷的應用。

　　[0057]以上描述或提到的實施例是對本發明的說明。對這些實施例可做出各種改變，而不脫離附后權利要求書所闡明的本發明的范圍。

　　【主權項】

　　1.用于具有金屬鋼筋(12)的混凝土結構的電防腐方法，所述方法包括: -在所述結構中鉆孔(15); -將去污電極(16)和電解液插入至少一個所述孔中； -將電源(18)的負極通電地連接到所述鋼筋，并將所述電源的正極通電地連接到各個去污電極； -激活所述電源； -移除所述電解液和各個去污電極； -將犧牲陽極安置并密封在所述結構中鉆出的所述孔中；以及 -將所述犧牲陽極通電地連接到所述鋼筋。

　　2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述去污電極(16)由不銹材料制成，特別是鈦、不銹鋼或碳。

　　3.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述去污電極(16)形成為管狀或螺旋纏繞的金屬線。

　　4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述去污電極(16)通過金屬線(17)通電地連接到所述電源(18)的正極，所述金屬線(17)在所述去污電極的一側的至少部分長度上由不銹材料制成，特別是鈦。

　　5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述電解液通過提供水流或空氣流從各個孔(15)中移除。

　　6.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述電解液呈凝膠的形式。

　　7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述電解液是混合液，包括水、凝膠化劑或保水劑，例如甲基纖維素，和基液。

　　8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述基液是氫氧化鈉。

　　9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述基液是碳酸鉀，用以再堿化所述鋼筋(12)周圍的混凝土。

　　10.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述電源(18)包括電池或連接到輸電主線的直流電源，電源被激活來提供每平方米鋼筋的0.5至IA范圍的電流。

　　11.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述犧牲陽極(20)是鋅基的。

　　12.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述去污電極(16)是多次使用的工具。

　　13.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述孔(15)具有比插入所述犧牲陽極(20)所需深度更深的深度。

　　【專利摘要】本發明涉及包括金屬鋼筋(12)的混凝土結構(10)的電防腐。為了接受犧牲陽極，預先在結構上制作孔(15)。在安置所述犧牲陽極之前，去污電極(16)和電解液被插入孔中，以便執行去污階段，其中，電源(18)的負極電連接到結構的鋼筋，并且電源的正極電連接到去污電極。一旦為了將氯根離子吸引到去污電極和電解液而使電源激活一段時間，電解液和去污電極從孔(15)中移走，犧牲陽極被密封在其中，然后電連接到鋼筋。

　　【IPC分類】C04B41-53, C04B41-45, E04C5-01, C23F13-02

　　【公開號】CN104619884

　　【申請號】CN201280074181

　　【發明人】克里斯汀·陶爾諾

　　【申請人】索列丹斯-弗萊西奈公司

　　【公開日】2015年5月13日

　　【申請日】2012年4月17日

　　【公告號】CA2870755A1, EP2839057A1, US20150060298, WO2013156691A1