阴极保护和阴极防护原理与应用

/阴极保护和阴极防护原理与应用L．ＢERTOＬINＩ,F。ＢOLZONI，P。PEDＥＦＥRRIApｐliedPhysiｃalChemｉstryDｅｐartmｅｎｔ,PolｉteｃnicoｄiMilａnｏ,Ｍilａn,ItaｌyL.LAZＺAＲICescorsrl，意大利，米兰T．PAＳＴORE意大利贝尔加莫的教堂大学1９９7年10月２1日收到，１９9８年2月1日修改本文研究了大气暴露的混凝土结构的阴极保护原则、诱导的阴极极化和测试及外地的各种保护的影响经验的结果。强调了应用控制腐蚀速度的氯污染建筑和应用以改善的预期将成为污染的新结构的加固的耐腐蚀的阴极保护之间的不同,并且进行了讨论。更多最近的碳化混凝土阴极保护应用也阐释了。此外讨论操作条件（电压和电流应用）的投掷的力量，避免的预应力结构中氢脆风险的保护条件。此外也列举了关于阴极保护和阴极预防的例子.关键字：阴极保护、阴极预防、混凝土、投掷力量1、简介大气外露混凝土结构中钢筋的阴极保护(ＣP)是通过通常览混凝土表面(Fig.1)阳极系统实现的。这已被证明是阻止或防止局部点蚀钢筋的氯的存在引起的一种有效方法［1，2］。第一提及对阴极的保护适用于严重的污染与氯化物结构可追溯到50年代末[3]。这种技术的应用,以保护受除冰盐污染桥面开始于１973年在北美地区［4］。很快,适合硬件(阳极，叠加,参考电极等)成立了，以及特定保护和设计标准.八十年代，新网状阳极的发展基础，在第一、导电高分子材料,然后上更为可靠的混合金属氧化物激活钛和碳含涂料的发展，导致桥面、板、桩、海洋建筑、工业厂房和车库等的进一步应用。技术也已经被应用于暴露于氯化物,防止腐蚀新结构.这种类型的CP被命名为’阴极预防'［5］.它可以是航向而无风险的肌腱的高强度钢的脆性的预应力的结构.最近这种技术,已有人提议常规修补程序修复的氯离子结构结合以避免早期点蚀的周围已修复的区域,通过利用牺牲阳极附近的修复补丁外围嵌入启动.CＰ也被证明是具有不锈钢在碳酸盐岩的混凝土[6，7］。这种类型的ＣＰ被称作＇持续再碱化’［8］，因为低电流的连续的应用程序会导致保护效果类似于那些通过电化学再碱化技术实现。ＣP已应用于超过6000０0平方米的腐蚀的钢筋混凝土结构在北美，在ＣP已安装了超过500座的桥梁，在欧洲（主要在英国、挪威和意大利)，在亚洲（中东、韩国、日本）和澳大利亚。大约１5000０平方米的新和几乎所有预应力混凝土结构已在1９90年代初在意大利受到保护.本白皮书重点介绍了所取得的一些成果股票挂鈎存款的钢增援部队中嵌入CP通过研究活动和字段应用援助混凝土进行处应用的物理化学都灵理工大学米兰［９-２6］。本文说明了只有普林西比庙宇与CP的营运条件。大多数将CP用在混凝土的作者，是在20世纪80年代早期开始，是由教授比安奇兴起.为此,我们致力于找到帕特里卡的意大利语的记忆腐蚀的科学家，作为教授爱白英奇喜欢调用。图1混凝土结构的阴极保护系统示意图２。钢在含氯化物的具体行为在有“声音”的混凝土（碱性，pH通常高于１３,且无氯）中混入钢筋是在被动条件下进行的,被动分解时,当在钢筋表面氯离子含量超过临界阈值和点蚀的攻击可以启动时，被动的分解开始,氯离子含量也影响范围内的电位中的钢筋是被动的,这个范围的上限，称为点蚀电位（EPIT）,减少通常从+500）400ｍV通过声音到很大的氯化物污染的混凝土（图2)。点蚀电位的特点是一个重大的变化，因为，除了氯离子含量,这取决于许多其他参数如pH值在钢表面附近,温度,水泥类型和含量、混凝土的孔隙率,最高的氯含量与对于一个给定的潜在的被动兼容的条件是关键的氯含量，从而降低与潜力，在对应于通常的腐蚀电位在暴露于大气中观察到的结构（在０VvsSCＥ)临界含量范围在0.4–水泥重量的1%。点蚀的萌生和扩展条件是Pourｂaix［27]指出的,他在7０年代，引入“不完美的被动性”和“完美的被动”的时间间隔.除了点蚀电位，他定义的再钝化电位、保护电位,低于点蚀便停止。在从到范围，腐蚀电位将不启动但是可以传播。图３中点蚀和保护电位的值的范围对钢沉浸在含量不同的氯离子的饱和溶液测量,或埋在沙子里通过相同的溶液浸泡,据报告仍然在所有情况下比低约3０0mＶ。电位和氯不同域内容绘制在图4。这些领域的扩展取决于pＨ值，温度和上面提到的其他参数。区域A（腐蚀区）表示造成启动和坑稳定传输的条件；区域B（'不完美'被动区）不允许新坑开始但先前存在的传播条件；区域Ｃ(’完美'被动区)不允许启动或凹坑的传播条件；区域D（免疫和析氢区）腐蚀是不可能发生的热力学原因和氢发展过程，因此高强钢氢脆发生。ＣP有益的作用实现钢筋嵌入在CP氯化物污染的混凝土是不必要的,因为一些人声称，根据Nerｎst定律建立免疫的条件,降低了潜在的平衡电位低.这些免疫条件通常图2在氯化物的存在下的钢的阳极行为示意图图3点蚀和保护电位的值的范围对钢沉浸在含量不同的氯离子的饱和溶液测量,或埋在沙子里通过相同的溶液浸泡需要对钢如活性条件下土中结构或浸泡在海水中,在电位比－850mV或－９5０mV更负,还原细菌的存在施加。相反,ＣP在混凝土结构中的目标是以钢为被动范围或降低其表面宏观夫妇活性降低腐蚀速率,这可以用潜在的减少和一个较小的电流。如果潜在进入的范围从到新坑开始是防止和减少现有的腐蚀速率，对主动–被动的宏单元功能的驱动电压降低。能否实现保护的或微不足道的腐蚀电位比免疫也连接到一个显着增加在比值的阴极反应产生的钢表面的离子物种的混凝土内的迁移，这种增长有利于钝化和／或被动条件下发生.这些有益的影响不若电流中断，但可以持续几个月，停止，在某些情况下，引起的CP的间歇中应用的可能性，以及应用程序的初始预极化在高电流实现被动或更持久的保护条件(2)。图4作为一种氯化物含量[6]功能混凝土中钢筋的行为示意图图5混凝土底钢行为示意图阴极保护跟据在一个混凝土结构破坏的氯化物的钢筋电位变化和CP系统有助于参考图5并保护。初始条件是在氯化物含量的点代表而钢是被动的代表。通过增加氯的成分，工作点转移到腐蚀区域的的点=4\＊GＢ3\＊MEＲGＥＦＯRMAT④。利用宏观机制钢的腐蚀迅速发生，CＰ导致=5＼＊ＧB3\*MEＲGＥFORMＡT⑤回归惰性或者在没有回归惰性时到=6\*GB3\＊MERＧEFOＲＭAT⑥，在所有情况下的腐蚀率降低.一般需要初始电流密度在5–15ｍA范围用于保护暴露在大气中的建筑,较低的电流密度是必需的条件下，降低氧气进入水中的钢如表面饱和混凝土,对在水下的操作组件，盐扩散极限电流很低，特别是在钢的加固表面0。2到２mA范围.桥面的经验表明，当前需要维持保护的条件（被称为4h1０0ｍｖ电位衰减的经验尺度验证）降低,甚至在数月或数年后从启动。这是因为阴极电流可以带来活跃区的钢钝化，通过提高增加和/或由于目前的宏单元交换的减少导致的宏单元本身的抑制作用.在这种情况下,CP路径根据=４＼＊GＢ３\*MERＧＥFORMAT④→=５\*GB3\＊MERGEＦOＲＭAT⑤→图５运动,因此,惰性是建立在钢的整个表面，需要维持惰性的电流降到很小。如果CP路径运行根据=4\*GB3\＊ＭERGEFOＲＭAT④→＝６＼＊GB３\＊MERＧEFORＭＡT⑥→，电流密度来实现保护判据仍然很高，不随时间而减少，由于被动性不能得到,对于跨在被动的恢复情况下的行为解释，得到的结果从一个在暴露于氯化钠溶液浸渍混凝土板进行了实验室测试可以考虑（图６)。如图6所示是即时离保护钢筋电位，电流密度从４.2变化到1６。８mＡ测量。从相同的测试,应该指出的是，该钢的极化主要发生在CP