钢筋混凝土电化学阴极保护的历史
钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀与其阴极保护
钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀与其阴极保护【摘要】桥梁对于交通的连续起着非常重要的作用，大多数钢筋混凝土桥梁都存在着腐蚀的现象，不利于结构的耐久性，影响其使用寿命。
本文分析了钢筋混凝土桥梁钢筋锈蚀的机理，并给出了防腐的措施，其中重点讲述了阴极保护法。
【关键词】钢筋；桥梁；锈蚀；阴极保护０引言桥梁是道路中断时跨越障碍物的建筑物。
长久以来,桥梁对于促进交通事业和国民经济的发展起着极为重要的作用。
目前，中国已成为桥梁大国，每年新建的桥梁约占世界新建桥梁总数的一半。
2011年的数据显示，我国拥有桥梁65.8万余座，总计30483094延米，已超越美国（约62万座），成为桥梁第一大国。
根据规划，到2020年左右，我国公路桥梁将建至80万座。
长期以来，钢筋混凝土结构的耐久性得到了工程实际的考验，被人们所认可，钢筋混凝土桥梁也因此成为目前世界上应用最为广泛的桥梁。
以我国为例，在已建公路桥梁中，钢筋混凝土桥梁所占比例达到90%以上。
钢筋混凝土结构中，钢筋处于强碱环境中，在其表面形成了一层致密的钝化膜，保护钢筋不与腐蚀环境接触，使钢筋不发生锈蚀。
但在桥梁的使用期间，结构处于恶劣的环境条件下，内部将发生一系列变化，导致钢筋混凝土的腐蚀。
钢筋锈蚀对于钢梁混凝土桥梁的使用极为不利。
本文对钢筋锈蚀的机理进行分析，并给出其防护措施。
1钢筋锈蚀的机理普通硅酸盐的主要成分是铝酸钙（3CaO·Al2O3，4CaO·Al2O3）和硅酸钙（3CaO·Si2O3,2CaO·Si2O3）,在水泥水化反应中生成Ca（OH）2，当Ca（OH）2溶解于水时和其它成分结合在一起pH值达到12－13，呈强碱性。
在此环境下，钢筋表面会形成一层致密的钝化膜，保护钢筋不与腐蚀环境接触,不发生锈蚀。
但在周围不利环境的作用下，CO2、SO2等酸性气体会逐渐渗入混凝土中，和Ca（OH）2发生化学反应，生成钙盐，导致pH值下降，无法形成钝化膜。
阴极保护历史回顾
阴极保护历史回顾
在第二次世界大战的不久之后，以色列、法国、北非的一些国家开始采取阴极保护，主要是对腐蚀性环境中的混凝土管道进行保护。
美国也采用了阴极保护，主要应用在管道、桥梁、混凝土储罐跟导弹发射坑。
美国采用阴极保护的地区主要集中在美国国土的南部跟西部，含有腐蚀性土壤的地区或者是靠近滨海的地区。
法国第一次在预应力混凝土的结构上采用阴极保护发生在1946年，在1976年，澳大利亚也将牺牲阳极阴极保护法应用在预应力混凝土管道上。
在中国，我们将阴极保护应用在预应力混凝土管道之上是在国家建材局苏州水泥制品研究所开始的，发生在1982年，随后，我国又在东北、华北、华东等地区，对预应力管道施加阴极保护防止腐蚀的发生。
钢筋混凝土阴极保护特性及其微观机制
Ｃｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ａ ｄ Ｍ ｉ ｒ ｍ ｅ ｈ ｎ ｓ ｆ Ｃａ ｈ ｄ ｃ Ｐｒ ｔ ｃ ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ａ ｔ ｒ ｓ ｉ ｎ ｃ ｏ ｃ ａ ｉｍ ｏ ｔ ｏ ｉ ｏ ｅ ｔｏ ｏ
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发现 ： 未经 阴极保 护处理 的试 样 更 多地 生成 了主要 腐蚀 产 物 Ｆ 。 并且 在 Ｃ 一大量 存在 的 情 况 ｅＯ ， １ 下， 还进 一步 生 成 了 Ｆ Ｈ （ ＯＨ． １； ｅ Ｏ， Ｃ ） 阴极保 护 有 助 于钢 筋／ 凝 土界 面处 Ｃ （ 混 ａ ＯＨ） 晶体 的 存 在 ， 而能保 持界 面处 的高碱 性 ， 从 而且 阴极 电流 能使 Ｃ 一迁移 而远 离钢 筋 ， 钢 筋受到 有效保 护． １ 使
电化学保护_阴极保护
3、基本原理
当外加的电流继续增加时，系统的电位会继续往负的方向
移动，当电位达到阳极的平衡电位时，则阳极腐蚀电流等于零， 即得到了完全保护，这时阴极电流Ip（相当于R段）全部是外加 的电流，这一外加电流称为最小保护电流，所对应的电位称为 最小保护电位。一般在海水中金属从稳定电位往负的方向极化
200～300mV，就可以得到完全保护。
5.1.3 牺牲阳极性能要求
（ 3）阳极消耗率。牺牲阳极的消耗率是单位电量所消耗的阳极 质量，单位是kg· A-1· h-1或者kg· A-1· a-1。对于牺牲阳极来说，实际 测得的消耗单位质量牺牲阳极所产生的电量越大（ A· h· kg-1 ）， 则阳极消耗率越小。 （ 4）腐蚀特征。牺牲阳极的表面腐蚀特征是评定阳极性能的指 标之一。对于性能良好的阳极，要求表面腐蚀均匀，无难溶的沉 积物。阳极使用寿命长，不产生局部腐蚀脱落。牺牲阳极本身的
5.5～7.5
0.025～-0.035
0.10～ ≤0.1 0.15 6
≤0.2
余量
Al-Zn-In-Sn-Mg
2.5～4.0
0.020～0.050
0.025～ 0.075
0.50 ≤0.1 ～ ≤0.13 ≤0.02 6 1.00 电流效率/%
余量1.05～-1.09
化 学 成 分/%
合金种类
Al
In
Cd
Sn
Mg
Si
Fe
Cu
Al
Al-Zn-In-Cd
2.5～4.5
0.018～0.050
0.050 ～ 0.020
≤0.8
≤0.1 6
V0.02
余量
Al-Zn-In-Sn
2.2～5.2
钢筋混凝土阴极保护系统牺牲阳极
钢筋混凝土阴极保护系统牺牲阳极河南邦信防腐材料有限公司2017年3月钢筋混凝土阴极保护系统中新型一次阳极和二次阳极以及两者的配合使用在研制和实施中的有关结果。
（1）自行研制的一次阳极电流输出能力和耐蚀性较好且加工方便，价格也较便宜。
（2）二次阳极——导电混凝土的电阻率较低，达10～20cm可以有效地将保护电流铺展开、使钢筋电位分布均匀，扩大了单只一次阳极的保护范围。
（3）在阴极保护系统使用过程中，一次阳极与二次阳极的配合也很为重要，如何有效地将两者结合起来对于整个保护系统的保护均匀性有重大的影响。
1 钢筋阻锈剂1.1 钢筋阻锈剂的开拓与发展世界上钢筋阻锈剂的研究与使用经历了很长的时期。
日本是一个岛国，20世纪50年代就缺乏建筑用河砂，不得不开发利用海砂，既要解决海洋环境中氯盐腐蚀问题，又要设法防止海砂中氯盐对钢筋的侵害。
1973年在冲绳发电站建设工程中，正式大量使用了钢筋阻锈剂。
以后用量猛增，到1980年，每年有160万m3混凝土使用了钢筋阻锈剂(钢筋阻锈剂每年用量约1～1.5万t)。
1982年日本制定了《钢筋混凝土用防锈剂》(JISA6205)工业标准，建设省还发布指令文件(597号文、142号文等)，要求在使用海砂或环境氯盐可能超标时，必须使用钢筋阻锈剂。
原苏联也是使用钢筋阻锈剂很早的国家，1985年出版了《混凝土中钢筋阻锈剂》的专著，并在国标《建筑防腐蚀设计规范》中纳入钢筋阻锈剂内容。
美国以往对钢筋阻锈剂的长期有效性，一直存在较大的争论。
只是在最近15年，钢筋阻锈剂才作为新技术得到迅速发展。
经过较长时间的试验研究和工程应用，美国混凝土学会(ACI)肯定了钢筋阻锈剂的效果，并确认“钢筋阻锈剂、环氧涂层钢筋和阴极保护，是长期有效的防钢筋锈蚀的措施”。
1992年美国公路运输联合会(AASHTO)等三个单位编制并发布的《钢筋混凝土桥梁腐蚀手册》，将钢筋阻锈剂作为桥梁防腐蚀的重要措施之一；美国海军工程服务中心(NFESC)、美国航天局肯尼迪太空中心(NASA KSC)等军工部门，都在大力研究开发和积极采用钢筋阻锈剂，以与“盐害”作斗争。
阴极保护
我国的阴极保护技术研究和应用始于1958年，上 海船舶科学研究所率先在一艘钢壳船上安装了锌合金 牺牲阳极。
2、阴 极 保 护 原 理
金属腐蚀是金属与周围介质发生化学或电化学反应成
为金属化合物而使金属受到破坏的一种现象
化学腐蚀
按腐蚀原理分为
电化学腐蚀
阴极保护原理 何为阴极保护呢？
•对被保护金属施加负电流通过阴极极化使其电 极电位负移至金属氧化还原平衡电位，从而抑 阻金属腐蚀的保护方法称为阴极保护。
关系，为阴极保护原理奠定基础
•1890年—— 爱迪生尝试用外加电流对船只实施阴极 保护，但由于可供使用的电源和阳极材料不充分而未 获成功 •1902年—— 柯恩 → 实现了爱迪生的设想
1、阴极保护技术发展史
•1905年 ——美国卡姆博兰德将外加电流阴极保护 法用于锅炉保护 •1906年 —— 德国盖波特建立第一个阴极保护厂 •1928年 ——美国阴极保护之父库恩在新奥尔良一 条长输天然气管线上安装了第一台阴极保护整流器， 由此开创了管道阴极保护的实际应用
电化学与材料腐蚀 之
阴极保护
张 旋 13091100 西南交大材料科学与工程学院
阴极保护技术介绍 1、阴极保护技术的发展历程 2、阴极保护原理
3、阴极保护的分类
4、阴极保护方式的选择
5、发展现状
1、阴极保护技术发展史
•1833年—— 米歇尔•法拉第提出了著名的法拉第电 解定律，第二年发现了在腐蚀损耗与电流之间的定量
牺牲阳极阴极保护
镁合金牺牲阳极极阴极保护 铝合金牺牲阳极阴极保护
镁合金牺牲阳极
铝合金牺牲阳极
外加电流阴极保护
•通过外加直流电源以及辅 助阳极，迫使电流从土壤流
向被保护金属，使被保护金
桥梁养护中牺牲阳极的阴极保护法
桥梁养护中牺牲阳极的阴极保护法作者：朱从伟于保华来源：《装饰装修天地》2017年第02期摘要：混凝土中钢筋锈蚀是一个电化学的过程，其电化学机理是当钢筋表面有水分存在时，就发生铁电离的阳极反应和溶解态氧还原的阴极反应，相互以等速度进行。
钢筋锈蚀致使体积膨胀，对保护层混凝土产生扩张力，致使钢筋保护层混凝土沿钢筋方向开裂、脱落，而裂缝及混凝土保护层的剥落又进一步加剧了内部钢筋的锈蚀，从而陷入一个恶性循环的过程，造成结构的损坏。
针对桥梁维修过程中出现的钢筋的锈蚀现象，提出电化学防腐蚀中的牺牲阳极的解决办法，并采取对比实验与实际应用加以验证，总结形成一种有效控制钢筋锈蚀的可行性方法。
关键词：钢筋混凝土结构；桥梁养护维修；钢筋锈蚀；电化学防腐；牺牲阳极；锌基合金1 引言桥梁是道路中断时跨越障碍物的建筑物。
长久以来，桥梁对于促进交通事业和国民经济的发展起着极为重要的作用。
目前，中国已成为桥梁大国，每年新建的桥梁约占世界新建桥梁总数的一半。
2011年的数据显示，我国拥有桥梁 65.8万余座，总计30483094 延米，已超越美国（约62万座），成为桥梁第一大国。
根据规划，到2020年左右，我国公路桥梁将建至80万座。
长期以来，钢筋混凝土结构的耐久性得到了工程实际的考验，被人们所认可，钢筋混凝土桥梁也因此成为目前世界上应用最为广泛的桥梁。
以我国为例，在已建公路桥梁中，钢筋混凝土桥梁所占比例达到90%以上。
钢筋混凝土结构中，钢筋处于强碱环境中，在其表面形成了一层致密的钝化膜，保护钢筋不与腐蚀环境接触，使钢筋不发生锈蚀。
但在桥梁的使用期间，结构处于恶劣的环境条件下，内部将发生一系列变化，导致钢筋混凝土的腐蚀。
钢筋锈蚀对于钢梁混凝土桥梁的使用极为不利。
所以，钢筋混凝土中的钢筋防锈蚀变得尤为重要。
2 钢筋锈蚀的机理用钢筋和混凝土制成的钢筋混凝土结构中钢筋承受拉力，混凝土承受压力，其由于具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。
钢筋混凝土构筑物的阴极保护
钢筋混凝土构筑物的阴极保护在混凝土中作为加强使用的钢筋以及作为预应力使用的钢筋，这两种钢筋放在混凝土的环境中的时候会发生腐蚀，本文主要就是将的是为了防止这种腐蚀所采用的阴极保护。
存在于混凝土中的钢筋是由一定的耐蚀性的，在混凝土本身具有的极高的pH值产生的钝化作用下就会产生混凝土中钢筋的这种耐蚀性。
我们做一个小实验，就是准备一个有自来水的容器，把一块钢铁放到这个容器之中，我们可以看到在很短的时间之内就会产生钢铁腐蚀；然后我们再取一个有自来水的容器，先将几块混凝土放在水中，然后将钢铁块放在里面，我们可以看到，钢铁并没有生锈。
我们再把这两个容器中的水的pH值进行测量，第一种水的pH值为7，第二种水的pH值为12.5。
从这个小实验之中我们可以看到，在pH值很高的时候，钢铁并不容易生锈，这个时候钢铁就处于钝化状态，就能够阻止腐蚀的产生。
但是，如果环境之中存在浓度比较高的氯化物的时候，钢的钝化就会被破坏掉。
这种作用的原理就是，氯化物有一个临界值，在超过这个临界值的情况下，再加上存在游离氯，这样就会引起钢铁的腐蚀。
钢筋混凝土中的腐蚀原理就是，环境之中存在很高浓度的氯化物的时候，就会破坏钢筋混凝土的钝化作用。
科学研究表明，氯化物是有一定的临界值的，超过这个临界值的时候，环境中如果存在游离氧，就会引起钢铁的腐蚀。
在环境中含有高浓度的氯化物的时候，氯离子的渗透性很强，它可以将混凝土的护层穿透，这样就能够到达混凝土中的钢的表面，从而对钢产生腐蚀的破坏；如果混凝土中存在裂缝的时候，腐蚀性的介质就会直接到达混凝土中的钢的表面，这样就更能直接的引起腐蚀。
如何对存在于强腐蚀环境下的钢筋混凝土构筑物进行保护防止其腐蚀呢，主要的手段就是将混凝土保护层的抗渗性提高，还有就是要施加阴极保护。
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钢筋混凝土电化学阴极保护的历史
钢筋混凝土电化学阴极保护的历史大致分为以下五个发展部分：
一、埋入地下的混凝土保护
自1824年以来一直对海水中的钢实行阴极保护，在过去的50多年来，它被广泛地且非常成功地用于保护水和土壤中的钢。
最早应用阴极保护技术到钢筋混凝土中是在1955年前，从已汇报的用于被埋钢筋水箱、核反应堆容器的钢筋和衬里以及混凝土打桩的应用技术到加预应力的混凝土输水管道中。
早期应用中的大多数都严格在报告范围之外，因为它们与被埋在土壤中的钢筋混凝土有关。
这样的应用程序允许使用常规的被埋在管道阴极保护设计原则和阳极系统。
二、地上保护——导电性覆盖物
在地面上，钢筋混凝土的阴极保护最早发生在20世纪50年代后期的桥面保护上。
这些系统使用简单的高硅铸铁阳极到沥青覆盖层，使其通过加入焦炭而具有导电性。
在1973-1980年期间，这些系统约有35个被安装，许多已经被报告，它们在1983-1985年期间仍然在良好地运作。
这些导电覆盖系统的一个变化与被增加的沙子和石头一起聚集来提高机械性能。
该变化现在已成为加拿大安大略省的一个标准的修复选项，该选项已经安装了大约40个系统。
导电性覆盖系统被广泛用于无防水膜状物的桥面。
该系统增加了80毫米的板厚度，并规定了实质性的自重加载处罚。
特别重要的是，如果系统被用于停车库板上，该导电覆盖系统是不适用于垂直或拱腹的表面。
通过使用被安装在混凝土切槽中的阳极系统，尽量尝试避免导电覆盖层的厚度和重量的危害。
装载导电聚合物灌浆中的包铂铌丝和石墨纤维的阳极被应用到30个桥面中。
由于邻近阳极的混凝土的酸打击，早期的系统失败了。
这已引起各方关注现有系统的预期寿命。
由于酸生成和高阳极/混凝土电流的密度，这些系统没有用混凝土覆盖。
三、导电性涂层阳极系统
大约在1980年左右，导电涂层阳极系统的出现第一次向钢筋混凝土的垂直和拱腹的表面提供了一个实用的阳极系统，除了桥面应用之外，其允许结构和建筑物的阴极保护。
导电涂层阳极系统，使用包铂的铌或钛作为主要的阳极，见证其应用到停车库板拱腹、公路桥梁和支持结构中，并已用于保护约30000平方米的地上钢筋混凝土。
他们的成功应用要求高标准的表面处理和检查。
这些导电性涂层的阳极系统对水分非常敏感，尤其对嵌入钢表面附近和任何类型表面上的磨损区域。
某些系统中，由于这些因素，在该领域会过早发生故障，
四、电线和网状阳极
在1983年，导电聚合物丝，有时预先组装成网状阵列，被作为阳极引入到钢筋混凝土中，以此成为其作为土壤和水中的阳极在先前使用中的一个发展。
该阳极被广泛应用于公路桥梁和停车场车库甲板的阴极保护中，其中约10万平方米的应用面积已被报告。
在板应用中，它用传统的混凝土路面覆盖，该路面有与早期的系统所需要的导电沥青罩面有关的力度和使用寿命优势。
该系统经历在该领域的技术/性能问题，并且不再用于这个应用程序中。
聚合物线系统也与桥梁支座和其他结构的垂直和拱面用喷射混凝土覆盖物一起使用。
成功的应用要求按最高标准准备混凝土表面和喷浆操作。
1985年，由不同制造商们涂有各种金属氧化物钛扩展网阳极，被同时引入到英国和美国来用在钢筋中。
它们被用于保护桥梁和停车场甲板，被混凝土铺路覆盖，并且在垂直或拱应用中用喷浆、或喷洒、或涂抹型水泥砂浆覆盖。
至于导电性高分子的电线阳极系统，成功的应用要求按最高标准准备和操作。
五、牺牲阳极
另一个系统是利用牺牲阳极到地上钢筋混凝土的阴极保护中。
由于相对较低的驱动电压，牺牲阳极，当其嵌入有相对电阻的混凝土中，可能无法提供足够的电流以完成阴极保护。
然而，他们已
经被广泛用于被淹没或被埋入钢筋混凝土结构的阴极保护中。
牺牲阳极技术在最近的发展中已创造一颇个具有吸引力的方案来保护被修复混凝土结构中的钢筋。
这也是使用Galvashield嵌入式牺牲阳极来修复混凝土结构的重要主题。