牺牲阳极

牺牲生命阴极在公路桥预防措施保洁修理中的应用领域

2022-09-15 18:11:26 147小编

全文:责任编辑特别针对公路桥修理操作过程中出现的钢筋的破损现像,明确提出高分子防蚀中的牺牲生命阳极的解决之道,并采行对照试验与前述应用领域予以校正,归纳形成一种有效率掌控钢筋破损的可行性研究方式。

关键字:钢筋钢筋外部结构  公路桥保洁修理  钢筋破损  高分子保温  牺牲生命阳极  锌AlGaAs

一、结语

用钢筋和钢筋做成的钢筋钢筋外部结构中钢筋忍受中国重汽,钢筋忍受阻力,其由于具有厚实、耐热、防雷操控性好、比钢外部结构节约废钢和效率高等缺点。钢筋对付拉操控性的填补,很大的使得了钢筋外部结构的发展,使之成为近两个世纪末中建筑物外部结构中应用领域最广为的金属材料。钢筋与钢筋的协力促进作用就可以使钢筋钢筋外部结构能展现出较好的操控性,外部钢筋的破损对钢筋钢筋外部结构而言是毁灭性的。所以,钢筋钢筋中的钢筋防破损显得至关重要。

钢筋中钢筋破损是一个高分子的操作过程,其高分子分子结构是:当钢筋表层有水份存有时,就发生铁极化的阳极化学反应和熔化黄酮醇还原成的阳极化学反应,互相以等速率进行。其化学结语如下表所示:

阳极化学反应:  Fe - 2e → Fe2+

阳极化学反应:  O2 + 2H2O + 4e → 4OH-

锈蚀操作过程的全化学反应是阳极化学反应和阳极化学反应的女团,在钢筋表层分离出来氢水解二价,被熔化水解后聚合氢水解铁Fe(OH)3,并更进一步聚合nFe2O3·mH2O(红锈),水解不全然的变为Fe3O4(黑锈),红锈表层积可不断扩大到原本钢筋表层积的4倍,黑锈表层积可不断扩大到原本钢筋表层积的2倍。

牺牲阳极、铝阳极、锌阳极

图1  钢筋中钢筋破损原理

钢筋破损致使表层积膨胀,对保护层钢筋产生扩张力,致使钢筋保护层钢筋沿钢筋方向开裂、脱落,而裂缝及钢筋保护层的剥落又更进一步加剧了外部钢筋的破损,从而陷入一个恶性循环的操作过程,造成外部结构的损坏。在影响钢筋钢筋外部结构耐热性的诸多因素中,钢筋的破损被公认的排在第一位。因此,钢筋的防锈处置显得尤为必要。

通过钢筋破损的原理可以看出,外部钢筋破损的诱导因素诸多,但我们可以明确钢铁发生高分子锈蚀必须具备几个基本条件:钢铁作为锈蚀阳极,其电位最低、低电阻的电解质溶液、足够的氧气参与锈蚀操作过程,并维持在一定水平上。

根据高分子保护的原理,我们可以通过一种电位比钢筋更低的金属,与被保护的金属联结在一起,依靠该金属或合金不断的锈蚀牺牲生命掉所产生的电流使钢筋获得阳极极化而受到保护,从而达到防止钢筋破损的效果。这种自身锈蚀的金属或合金,称之为牺牲生命阳极。常见的牺牲生命阳极金属材料为锌AlGaAs、铝AlGaAs,责任编辑所探讨的是使用效果更佳的锌AlGaAs牺牲生命阳极。

二、锌AlGaAs牺牲生命阳极钢筋防锈效果试验

1、我们采用由加拿大Vector Corrosion Technologies公司提供的锌AlGaAs牺牲生命阳极Galvashield XP作钢筋破损对照试验。Galvashield XP由三部分组成:外部锌AlGaAs、外部强碱疏松砂浆包裹体、引出导线。

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图2  Galvashield XP分解照片

将两根相同状况的钢筋,选其中一根钢筋作为试验组,绑扎Galvashield XP,绑扎时将Galvashield XP两端的联络线与钢筋缠绕并拧紧即可;另一根钢筋作为对照组,不做处理;将两根钢筋置于同样条件下的3.5%浓度的氯化钠溶液内;随时间推移,观察一周后两组钢筋的破损情况。

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图3  试验组左边)与对照组(右边)

通过图3的对照我们发现,在满足发生高分子锈蚀条件的环境下,绑扎锌AlGaAs牺牲生命阳极的钢筋得到了较好的保护效果,钢筋没有破损,而不做处理的钢筋破损情况较为严重。

2、我们同样引用由加拿大Vector Corrosion Technologies公司现场前述应用领域实测的一组数据作为牺牲生命阳极使用寿命与效果的参考。

1999年,在美国Leister 桥修理中,发现横梁钢筋破损、钢筋保护层剥落等病害。修理中将松动钢筋凿除、破损钢筋除锈后安装牺牲生命阳极Galvashield XP,并引出检测线路,最后进行钢筋保护层钢筋的修复。牺牲生命阳极安装如图4所示。

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图4  牺牲生命阳极Galvashield XP安装并引出电流测量导线

通过后期十年时间的电流检测,我们发现,梁体中所安装牺牲生命阳极Galvashield XP能达到长期稳定的保温效果。检测数据图表如图5所示。

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图5  牺牲生命阳极Galvashield XP安装后电流测量数值

通过电流测量表我们看到牺牲生命阳极电流效率高,并且发生电流的自调节操控性好,会对锈蚀条件的变化自动产生相应的化学反应,保护电流的自我调节能力较好,保护年限较长。

欧洲EN12696标准要求,保护电流密度为0.2-2mA/m2之间,在Leister桥横梁实测电流密度值范围为0.6 mA / m2-3.0 mA / m2,满足规范要求。

在牺牲生命阳极Galvashield XP工作十年后,现场取出后发现锌块替代钢筋基本破损全然,锌块外围的高碱度疏松砂浆包裹体保证了对锌块破损膨胀的吸收,没有造成钢筋保护层钢筋的涨裂。

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图6  牺牲生命阳极Galvashield XP工作十年后的照片

三、锌AlGaAs牺牲生命阳极钢筋防锈安装施工步骤

1、在公路桥梁板高分子保温具体施工步骤:

(1)采用钢筋定位仪器,对底板破损钢筋进行定位,勾勒出钢筋的大致轮廓,划定需要埋设锌阳极的部位;

(2)凿除破损钢筋表层砼至裸露出完整钢筋,凹槽深度要满足安装锌阳极的要求;

(3)将钢筋表层铁锈清除干净,将锌阳极绑扎在预设计的钢筋上,绑扎时锌阳极两端联络线至少要绕钢筋一周,并拧紧;

(4)检测确保锌阳极与钢筋形成回路,并用普通砂浆恢复钢筋保护层。

注意:若需要对牺牲生命阳极保护电流进行后期测量则不能将锌块两端的联络线与钢筋接触、绑扎。

应该将锌块两端联络线与带有绝缘皮的铜线或是其他较好导电性的导线相连,并做好与钢筋间绝缘措施(图7中红线),另一根导线与钢筋相连(图7中绿线),两根导线引出,在外部结构外部与电流表串联即可测量保护电流数值。

恢复砼表层凹槽后在适当部位安装保护外盒,将导线引至盒内并固定,便于后期对保护电流的测量。

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图7  牺牲生命阳极绑扎安装照片

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图8  牺牲生命阳极产生保护电流电流测量

2、2013年7月,我们在G30连霍高速公路K1998+180九坝河中桥修理保洁工程中引用牺牲生命阳极高分子防蚀。具体施工步序如上所列,通过后期外部电流检测,可以确定牺牲生命阳极与梁板钢筋之间存有回路电流,这表明牺牲生命阳极中的锌AlGaAs块在不断的自我锈蚀,从而对外部结构钢筋形成保护。

由于监控公路桥地处甘肃省武威市境内,周边环境相对干燥,高分子锈蚀的条件相对相对不足,所测电流值并不是很大,相信在空气湿度较大的南方城市、临海城市中,采用牺牲生命阳极达到钢筋防破损的效果将更加明显。

3、在钢筋外部结构的修理操作过程中,我们经常发现一个问题就是相邻新修理的部位,旧外部结构会加速损坏。这是因为旧外部结构物外部钢筋与相邻新修理外部结构外部钢筋之间存有电位差,形成高分子锈蚀,加速了旧外部结构外部钢筋破损。

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图9  相邻新修理部位外部结构外部钢筋的加速破损原理图

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图10  相邻新修理部位外部结构外部钢筋的加速破损

因此,在钢筋钢筋外部结构剥落掉块、钢筋破损等问题的修理操作过程中,加入高分子保温措施,不仅仅是延长修复部位的外部结构使用寿命,更是一种修理理念的认识提升,是对外部结构的整体保护。通过试验与前述施工案例我们可以获悉,在钢筋钢筋外部结构的修理作业中,牺牲生命阳极的安装能达到长期稳定的保护外部结构钢筋不破损的效果。

四、结束语

目前高分子保护技术已广为应用领域于造船、海洋工程、石油和化工等部门,并作为一种标准的保温措施列入规范之中。牺牲生命阳极作为钢筋防锈保护的措施,操作简单,操控性可靠,一次投资费用较低,并且在后期使用操作过程中基本上没有维护费用的投入,保护电流的利用率较高,不会产生过保护,使用寿命长,一般可以可达20~30年。

相对于钢筋表层涂抹封闭漆的防锈措施,牺牲生命阳极保护法能避免由于防锈封闭保护漆涂刷不均匀或者表皮碰触损伤而造成更为严重的点锈蚀;相对于外加电流保护法,牺牲生命阳极保护法在后期维护费用上更是优势明显。

因此,牺牲生命阳极作为一种操控性可靠、经济实用的钢筋防锈保护方式,在公路桥修理工程中值得推广。

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