海工混凝土腐蚀原理概述

海工混凝土腐蚀原理概述引言海工混凝土是指在海滨、海水中或受海风影响的环境中服役，受海水以及受海风侵扰的混凝土。其包括海岸工程和近海工程以及虽在岸上，但受到海水或海洋大气的物理化学作用的构筑物所用混凝土如：海港、入海河口整治、临近入海口的内河港、桥梁等。由于经常地或周期性地与海水接触，受到海水或海洋大气（含有氯离子），或受波浪、流水的冲击、磨损等作用，而遭受损害，缩短使用年限[1-2]。1海工混凝土破坏特征及原理海工混凝土建筑物在氯盐、镁盐、硫酸盐大量存在的环境中，水位变化区及其上部结构：受大气腐蚀破坏；水位变化区中主要存在盐类的结晶膨胀、高碱性物质溶析、海盐对混凝土侵蚀、冻融循环、干湿交替破坏；水位线以下区域：受海水化学侵蚀破坏。海水含有大量Cl-，海风、海雾中也含有Cl-，海砂中更含有不等量的Cl-。在我国近海码头、护坡和防护堤等钢筋混凝土建筑物中，以Cl-腐蚀带来的钢筋破坏十分突出。沿海不经技术处理就使用海砂的现象亦日趋严重，这也为Cl-引起钢筋锈蚀破坏创造了条件。大量数据表明，海工混凝土结构中影响钢筋锈蚀的关键因素是Cl-，其在集聚在钢筋表面，并带来了电化学腐蚀。研究数据表明，影响海工混凝土耐久性的首要因素是混凝土的Cl-渗透速度。2阴极保护的电化学原理钢筋作为电化学反应的阳极，在腐蚀必须同时放出自由电子。采取引入一个外加牺牲阳极或直流电源使构筑物中的钢筋电位小于平衡电位。使得自由电子不在钢筋表面任何地方溢出，就可使钢筋不再腐蚀[3-4]。而且均匀地接受自由电子，从而达到了阴极保护效果。钢筋混凝土外加电流阴极保护系统由1.外加直流电源（极化电源），2.直流分布器件（辅助阳极），3.导电电解质溶液（潮湿的混凝土），4.被保护金属构筑物（阴极），5.导电回路系统（导线、电缆及配件），6.评价控制配件（探测针、参比电极、控制台等）。保护电流密度计是混凝土外加电流阴极保护系统设计的首要参数[5]。一般来说保护电流密度过小，会使系统达不到保护效果；电流过大，则容易出现“析氢”的危险，典型的阴极保护电流密度在0.2～20ma。保护电流密度的设计一般是由钢筋的腐蚀状态和混凝土的状态（主要是氯离子含量）以及环境的温度和湿度决定的。电流分布均匀性决定了混凝土外加电流阴极保护系统的稳定可靠性。电流分布不均匀易出现局部保护力度过大或过小的现象。而设计电流过大或电流分布不均匀，会导致过保护，在此条件下，钢筋有氢脆断裂的危险，另外导致混凝土与钢筋之间的握裹力下降，影响钢筋构筑物的承载能力。但是混凝土的高阻抗性和钢筋的多层布置本身就决定了电流在钢筋中分散的不均匀性。一般来说，靠近阳极一侧的钢筋受到较大的保护电流。BertoliniL等在他们的研究报告中指出大约70%～90%的总电流流向靠近阳极的第一层钢筋。对于新建或已被氯离子污染的混凝土中大约90%的总电流流向离阳极25an范围内的钢筋。对实际状态和所处环境有着显著差异的区域，分别构成彼此独立的阴极保护回路，通常建议分区面积为50〜100㎡。3混凝土外加电流阴极保护系统的组成在钢筋混凝土中使用的辅助阳极系统主要有：髙硅铸铁辅助阳极、铂铌辅助阳极、MMO辅助阳极、柔性阳极等。阴极保护系统电缆分阴极电缆、阳极电缆以及参比电缆，实际施工过程中应以颜色不同而区分，由于混凝土外加电流阴极保护系统是一个长期运行的系统，为了保证系统能长时间正常的运行，一般采用XLPE塑料电缆。根据设计，电源系统应该能给每个分区独立供电，电源系统应能够长期稳定运行。适合长期埋入混凝土中的参比电极包括银/氯化银（AG/AGCL/0.5MKCL）参比电极和MN/MN02/0.5MNAOH-双联参比电极。便携式参比电极包括AG/AGCL/0.5MKCL和标准甘汞双联电极。系统的主要特点是在线监测（实时数据显示）；远程控制和监测便利；恒电流控制报警功能；自动极化测试；自动数据采集和保存。混凝土外加电流阴极保护系统的安装，对于新建结构，阳极材料可在浇注混凝土前预埋在构件中，对于维修就有建筑物，可根据该建筑物的维修施工方案采用预埋或者构建表面开槽预埋的方式进行安装，无论采用那种安装方式，都必须在每一安装步骤中严格进行测试，如阳极与阳极之间的电连接、被保护体间的电连接、阳极与阴极间的绝缘等。当考虑对钢筋混凝土结构应用阴极防护时，必须确保每一个区内的钢筋是电连续的。不连续的埋入钢筋将不会受到阴极防护，并且可能遭受相反的影响。根据EN12696：2000，条款7.1电连续性，测量任意两点钢筋的点连续性，若采用交流阻抗表测量得到的电阻值小于1D之间表明（钢筋是）电连续的，若采用直流电压表进行正负极正反接测得此两点间电位差小于2mV，即表明电连续性符合要求。4结论混凝土外加电流阴极保护是钢筋混凝土最有效的保护方式之一，它是通过外加电流使钢筋极化到一定电位，从而使钢筋阳极反应发生在钝化区，降低钢筋的腐蚀速率；外加电流阴极保护还可以在一定程度上使混凝土碱化和阻止氯离子在钢筋表面的聚集；阴极保护过程中极化电流不宜过大，应尽量避免“析氢”反应的发生；混凝土外加电流阴极保护保护电流密度的设计一般是由钢筋的腐蚀状态和混凝土的状态以及环境的温度和湿度决定的；阳极的性能和布局以及阴极保护的分区决定了混凝土阴极保护的稳定可靠性；混凝土阴极保护系统的安装主要是电连接和电连续性的安装，通电前应对整个系统进行严格的测试。参考文献[1]胡士信.阴极保护工程手册[M].北京：化学工业出版社，1999：205-211.[2]陈涛.混凝土结构外加电流阴极防护技术及其在工程中的应用[J].桥梁建设，2006，（03）：50.[3]邱富荣，石小燕，余兴增等.钢筋混凝土构筑物电化学保护的新进展[J].腐蚀科学与防护技术，200