本發(fā)明涉及鋼筋混凝土陰極保護(hù)，尤其涉及一種CFRP陽(yáng)極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法和裝置。

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背景技術(shù)：
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鋼筋混凝土作為一種結(jié)構(gòu)材料，被廣泛應(yīng)用于橋梁、房屋等建筑物中。然而，混凝土是一種有孔性材料，當(dāng)結(jié)構(gòu)處于海洋、鹽堿地、凍融循環(huán)、除冰鹽等不利環(huán)境時(shí)，環(huán)境中的有害介質(zhì)會(huì)通過(guò)混凝土內(nèi)的孔隙滲透到鋼筋表面，與之發(fā)生反應(yīng)，引起鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的使用壽命遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壽命。為了應(yīng)對(duì)鋼筋銹蝕問(wèn)題，目前、常用的鋼筋銹蝕保護(hù)的措施有涂覆混凝土表面防滲層、使用密實(shí)性好的混凝土、對(duì)鋼筋實(shí)施電化學(xué)陰極保護(hù)、鋼筋表面加防腐層、應(yīng)用高抗腐蝕鋼筋等。在這些措施中，電化學(xué)陰極保護(hù)法能直接抑制鋼筋自身的電化學(xué)腐蝕過(guò)程，被認(rèn)為是最有效的方法之一。

根據(jù)陰極電流施加方式的不同，可以將電化學(xué)陰極保護(hù)法分為外加電流法和犧牲陽(yáng)極法；由于外加電流法具有電壓電流可調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際工程中更受業(yè)內(nèi)人士的青睞。自外加電流法被應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以來(lái)，人們致力于研究開(kāi)發(fā)陽(yáng)極系統(tǒng)，不斷有新的材料被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。如，(1)主陽(yáng)極塊+導(dǎo)電覆蓋層、(2)主陽(yáng)極絲+導(dǎo)電聚合物、(3)主陽(yáng)極絲+噴涂金屬層、(4)主陽(yáng)極絲+導(dǎo)電涂層(5)電纜陽(yáng)極、(6)金屬氧化物鈦網(wǎng)陽(yáng)極和(7)埋入型陽(yáng)極。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是一種極為復(fù)雜的多相體系，混凝土中電阻率高，分布不均勻，還受環(huán)境和季節(jié)的影響。這就對(duì)所選擇的陽(yáng)極系統(tǒng)提出了較高的要求，以上幾種陽(yáng)極系統(tǒng)均有應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)例，但都有各自的極限性，其中，金屬氧化物鈦網(wǎng)陽(yáng)極是當(dāng)今在崗筋混凝土陰極保護(hù)中應(yīng)用最為成功的陽(yáng)極系統(tǒng)，但其材料昂貴，顯著地增加了工程成本，這對(duì)于其在實(shí)際工程中的應(yīng)用推廣上是一個(gè)難以避開(kāi)的障礙。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310131212.9的發(fā)明公開(kāi)了一種采用CFRP嵌入陽(yáng)極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法及裝置，所述方法包括步驟：在所述保護(hù)區(qū)域位置按規(guī)定尺寸開(kāi)設(shè)凹槽；在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的保護(hù)區(qū)域表面設(shè)置CFRP片材，所述CFRP片材包括與凹槽適配的加勁肋及與固定在保護(hù)區(qū)域內(nèi)表面的加勁板；將粘結(jié)材料涂抹在所述CFRP片材的加勁肋與混凝土凹槽相連接的側(cè)表面和加勁板與混凝土之間，將加勁肋與混凝土凹槽以及加勁板與混凝土嵌入連接。該裝置由于采用CFRP片材設(shè)計(jì)成加勁肋結(jié)構(gòu)嵌入進(jìn)混凝土中減小了CFRP片材與鋼筋之間的距離，降低了兩者之間的電阻，從而有利于混凝土結(jié)構(gòu)中保護(hù)電流的連續(xù)均勻分布，可以達(dá)到更好的保護(hù)效果。

但是該發(fā)明施工時(shí)需要二次作業(yè)，施工麻煩；因?yàn)樾枰渭庸?，?yáng)極材料與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度難以保證，陽(yáng)極材料和混凝土之間工作的協(xié)同性不好；陽(yáng)極材料與陰極材料(鋼筋)之間的混凝土厚度較大，陰極與陽(yáng)極之間的電阻大，耗能多。

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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種施工方便、陰極與陽(yáng)極之間的電阻小的CFRP陽(yáng)極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置。

本發(fā)明另一個(gè)要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種施工方便、陰極與陽(yáng)極之間的電阻小的CFRP陽(yáng)極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種CFRP陽(yáng)極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置，包括混凝土、埋在混凝土中的復(fù)數(shù)根鋼筋、直流電源和CFRP陽(yáng)極，所述的CFRP陽(yáng)極為覆蓋在鋼筋表面的CFRP包裹層，復(fù)數(shù)根鋼筋上的CFRP包裹層并聯(lián)后接直流電源正極，復(fù)數(shù)根鋼筋并聯(lián)后接直流電源的負(fù)極。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置，CFRP包裹層中的碳纖維沿鋼筋的軸向分布。

一種CFRP陽(yáng)極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法，采用CFRP-鋼復(fù)合筋作為鋼筋混凝土中的鋼筋使用，并將CFRP-鋼復(fù)合筋鋼筋表面的CFRP包裹層作為陽(yáng)極接直流電源的正極，將CFRP-鋼復(fù)合筋的鋼筋內(nèi)芯作為陰極接直流電源的負(fù)極。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法，CFRP-鋼復(fù)合筋的CFRP包裹層中的碳纖維沿CFRP-鋼復(fù)合筋的軸向分布。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法，CFRP-鋼復(fù)合筋按以下步驟制作：將連續(xù)的碳纖維牽引至作為內(nèi)芯的鋼筋表面，使其在鋼筋表面沿軸向均勻分布，經(jīng)過(guò)模具擠壓、拉拔、固化形成的CFRP-鋼復(fù)合筋。

本發(fā)明的鋼筋混凝土采用CFRP-鋼復(fù)合筋，CFRP-鋼復(fù)合筋可以預(yù)制，施工簡(jiǎn)單方便；CFRP-鋼復(fù)合筋的CFRP陽(yáng)極和作為陰極的鋼筋緊密結(jié)合在一起，電阻小，耗能低。

[附圖說(shuō)明]

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例CFRP陽(yáng)極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置縱剖面的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例CFRP陽(yáng)極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置橫剖面的結(jié)構(gòu)示意圖。

[具體實(shí)施方式]

本發(fā)明實(shí)施例CFRP陽(yáng)極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，包括混凝土和埋在混凝土3中的多根CFRP-鋼復(fù)合筋，CFRP-鋼復(fù)合筋包括作為內(nèi)芯的鋼筋1和覆蓋鋼筋的表面的CFRP包裹層2。鋼筋1上的CFRP包裹層2并聯(lián)后接直流電源B的正極，作為內(nèi)芯的鋼筋1并聯(lián)后接直流電源B的負(fù)極。CFRP-鋼復(fù)合筋中，CFRP包裹層2中的碳纖維沿鋼筋1的軸向分布。

本發(fā)明實(shí)施例的鋼筋采用的CFRP-鋼復(fù)合筋(Carbon Fiber Steel Composite Bar)，CFRP-鋼復(fù)合筋是一種結(jié)合了連續(xù)碳纖維和普通鋼筋兩種材料性能優(yōu)勢(shì)的新型復(fù)合筋材；即利用FRP筋的加工工藝，在鋼筋外粘貼CFRP，將連續(xù)的碳纖維牽引至作為內(nèi)芯的鋼筋表面，使其在鋼筋表面沿軸向均勻分布，經(jīng)過(guò)模具擠壓、拉拔、固化形成的CFRP-鋼復(fù)合筋。

本發(fā)明提出了一種使用CFRP-鋼復(fù)合筋作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力筋，并以CFRP-鋼復(fù)合筋充當(dāng)陽(yáng)極/陰極進(jìn)行自保護(hù)的陰極保護(hù)裝置。對(duì)于單根CFRP-鋼復(fù)合筋而言，復(fù)合筋外部的CFRP保護(hù)層作為陰極保護(hù)電路的陽(yáng)極，復(fù)合筋內(nèi)部作為筋材內(nèi)芯的普通鋼筋在陰極保護(hù)電路中充當(dāng)陰極，將CFRP保護(hù)層與直流電源的正極電連接，普通鋼筋內(nèi)芯與直流電源的負(fù)極，形成的陰極保護(hù)電路；對(duì)于以CFRP-鋼復(fù)合筋作為受力筋的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中CFRP-鋼復(fù)合筋的CFRP保護(hù)層進(jìn)行電連接，作為陰極保護(hù)電路的陽(yáng)極系統(tǒng)，將CFR-鋼復(fù)合筋中作為內(nèi)芯的普通鋼筋進(jìn)行電連接，作為陰極電路的陰極系統(tǒng)，對(duì)CFRP-鋼復(fù)合筋進(jìn)行自保護(hù)。這種陰極保護(hù)方法中充當(dāng)陽(yáng)極系統(tǒng)的是CFRP-鋼復(fù)合筋外部的CFRP保護(hù)層，即無(wú)需使用其他材料作為陽(yáng)極系統(tǒng)，降低了工程成本。由于每一根CFRP-鋼復(fù)合筋內(nèi)同時(shí)有作為陽(yáng)極的CFRP保護(hù)層以及作為陰極的普通鋼筋存在，自成一個(gè)陰極保護(hù)電路，由于CFRP保護(hù)層和普通鋼筋是分別作為復(fù)合筋的一部分而緊密結(jié)合在一起存在的，兩者之間不會(huì)受到混凝土的干擾，因此兩者之間的電阻較小，并且電路更加穩(wěn)定。

對(duì)于以CFRP-鋼復(fù)合筋為受力筋的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)澆筑混凝土(或構(gòu)件預(yù)制)時(shí)，將所配CFRP-鋼復(fù)合筋的CFRP保護(hù)層進(jìn)行電連接，并與直流電源陽(yáng)極相連；將所配復(fù)合筋內(nèi)作為內(nèi)芯的普通鋼筋進(jìn)行電連接，并與直流電源的負(fù)極相連。通電后，電荷(電子)由直流電源通過(guò)導(dǎo)線流向CFRP-鋼復(fù)合筋的內(nèi)芯(陰極電極)，使普通鋼筋陰極極化，抑制鋼筋內(nèi)芯的氧化反應(yīng)；在電場(chǎng)作用下，Cl^-向著遠(yuǎn)離普通鋼筋的方向移動(dòng)，降低了普通鋼筋周?chē)腃l^-濃度，對(duì)普通鋼筋提供了保護(hù)作用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、施工方便：與以往陽(yáng)極系統(tǒng)相比，本發(fā)明提出的CFRP-鋼復(fù)合筋陽(yáng)極系統(tǒng)在工程施工上有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)。尤其是當(dāng)應(yīng)用于新建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的陰極保護(hù)時(shí)，如用于侵蝕環(huán)境中的新建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上，可以在澆筑混凝土前直接安裝(預(yù)埋)在結(jié)構(gòu)上，無(wú)需二次作業(yè)，施工方便，大大減少了施工量。

2、提高了材料的利用率：本發(fā)明提出的陰極保護(hù)方法中，以混凝土結(jié)構(gòu)中作為受力筋的CFRP-鋼復(fù)合筋本身的一部分作為陽(yáng)極對(duì)受力筋進(jìn)行陰極保護(hù)，而無(wú)需使用其他陽(yáng)極材料，一筋多用，提高了材料的利用率。

3、具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益：由于本裝置作為陽(yáng)極系統(tǒng)的CFRP保護(hù)層與被保護(hù)的普通鋼筋內(nèi)芯緊密結(jié)合在一起，降低了兩者之間的電阻，同時(shí)提高了電路的穩(wěn)定性，因此在使用中電能耗費(fèi)更少。