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阴极保护在预应力混凝土输水管钢筋的应用

日期:2018-08-23 23:26:35    打印    浏览次数:86
 

混凝土钢筋腐蚀原因: 

钢筋在混凝土中发生腐蚀是导致钢筋混凝土失效的一个主要原因,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,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24倍,产生的膨胀力可达30mpa,使混凝土层沿着锈蚀的钢筋形成裂缝和剥落,终造成钢筋混凝土构筑物丧失其应有的承载能力。

处于沿海混凝土建筑,空气中含有盐分,盐分在混凝土结构中沉淀,处在北方混凝土结构,冬天用融雪剂除雪。由于融雪剂含有氯离子,氯离子沿混凝土缝隙或者通过混凝土中的微孔渗入混凝土结构,侵蚀钢筋的钝化膜,并造成局部钢筋的腐蚀电位向负向偏移。

当发现混凝土有剥离时,清除混凝土覆盖层,用新的混凝土修复,由于修复区临近区域的混凝土仍然含有氯离子,与新修复的区域钢筋相比,电位仍然较负而发生腐蚀,最后将导致需要不停地修复混凝土结构。

  1. 混凝土钢筋阴极保护原理:

    1. 在混凝土结构外侧安装阳极网并与电源正极连接,电源负极连接钢筋,由于钢筋电位负向偏移,钢筋附近发生还原反应(O2+2H2O+4e-=4OH-),在钢筋附近产生氢氧根离子,使钢筋附近pH值增大,碱性增强,利于钢筋的钝化。

    2. 阴极保护电流吸引氯离子离开钢筋,趋向阳极,减少钢筋附近氯离子含量,腐蚀减缓。

    3. 钢筋电位负向偏移,发生阴极极化。

  1. 预应力混凝土钢管的结构

预应力混凝土钢管是在带钢筒的混凝土管上缠绕一层或者两层预应力钢筋,并用混凝土砂浆浇筑制成,广发用于城市输配水系统。管段采用承插口连接,具有一定的柔性以适应基础的沉降。由于具有混凝土保护层,钢筋的腐蚀程度大幅降低,延长了钢筋的使用寿命。

  1. 混凝土所处环境腐蚀性判断

    混凝土钢筋腐蚀分析见下表

钢筋自然电位(CSE/V

腐蚀的可能性

-0.20

不腐蚀可能性大于90%

-0.20-0.35

不确定

-0.35

腐蚀可能性大于90%

  1. 预应力混凝土管道阴极保护电流密度

对于新建的混凝土外表面涂有沥青漆的管道,保护电流密度取0.2mA/m2; 对于混凝土外表面没有沥青漆的管道,保护电流密度取0.4mA/m2。对于老管道,以实际测量电流密度为准或选用0.350.55mA/m2

  1. 预应力混凝土管道阴极保护准则

    1. 钢筋的断电电位与自然电位之差大于100mV

    2. 钢筋的断电电位不得负于-1000mVCSE)。

      为防止过保护而引起的钢筋氢脆,多采用锌阳极进行保护,根据土壤电阻率的不同,选用不同形状及数量的阳极,用填包料填包后沿管道均匀布置。为了保证管道的电连续性,在混凝土管接口处要做跨接。

      为了测量钢筋的断电电位,常采用极化探头进行断电电位测量,探头由浇筑在混凝土中的钢筋制成,埋设在混凝土管附近,与管道一样受到阴极保护,测量时瞬时断开。也可以选择一些典型的独立管段,牺牲阳极通过测试桩与管道连接,测量时断开牺牲阳极与管道的连接,测量管道的断电电位。

  2. 混凝土钢筋阴极保护设计

    在混凝土钢筋阴极保护设计过程中,首先根据土壤电阻率及阳极的输出电流能力(锌阳极的驱动电压为0.6V),计算阳极的需求量,再核算阳极使用寿命,计算阳极用量,并选择1.5倍的设计安全系数。将阳极沿输水管道均匀布置。由于预应力混凝土输水管道对保护电位比较敏感,为了防止过保护带来的氢致钢筋断裂的问题,多采用牺牲阳极保护,并以锌阳极为主。

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