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

[

背景技術(shù)：
]

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，人們致力于研究開發(fā)陽極系統(tǒng)，不斷有新的材料被開發(fā)和應(yīng)用。如，(1)主陽極塊+導(dǎo)電覆蓋層、(2)主陽極絲+導(dǎo)電聚合物、(3)主陽極絲+噴涂金屬層、(4)主陽極絲+導(dǎo)電涂層(5)電纜陽極、(6)金屬氧化物鈦網(wǎng)陽極和(7)埋入型陽極。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)所選擇的陽極系統(tǒng)提出了較高的要求，以上幾種陽極系統(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)難以避開的障礙。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310131212.9的發(fā)明公開了一種采用CFRP嵌入陽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?，陽極材料與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度難以保證，陽極材料和混凝土之間工作的協(xié)同性不好；陽極材料與陰極材料(鋼筋)之間的混凝土厚度在，陰極與陽極之間的電阻大，耗能多。

[

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
]

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種施工簡(jiǎn)單、陽極材料與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度高、陰極與陽極之間的電阻小的CFRP嵌入陽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)問題是提供一種施工簡(jiǎn)單、陽極材料與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度高、陰極與陽極之間的電阻小的CFRP嵌入陽極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種CFRP嵌入陽極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置，包括混凝土、復(fù)數(shù)根鋼筋、直流電源和CFRP陽極，所述的CFRP陽極包括復(fù)數(shù)根CFRP復(fù)合受力筋，CFRP復(fù)合受力筋與鋼筋平行地埋入到混凝土中；復(fù)數(shù)根CFRP復(fù)合受力筋并聯(lián)后接直流電源正極，所述的鋼筋并聯(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復(fù)合受力筋與所述的鋼筋間隔布置，每一根CFRP復(fù)合受力筋與兩根鋼筋相鄰。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置，在同一列中，每隔兩根鋼筋布置一根CFRP復(fù)合受力筋，或每隔一根鋼筋布置一根CFRP復(fù)合受力筋。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置，所述的CFRP陽極包括碳纖維絲網(wǎng)，碳纖維絲網(wǎng)連接所述的CFRP復(fù)合受力筋，與CFRP復(fù)合受力筋電連接。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置，所述的鋼筋布置在混凝土的內(nèi)側(cè)，所述的CFRP陽極布置在混凝土的外側(cè)。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置，所述的CFRP復(fù)合受力筋是將連續(xù)碳纖維經(jīng)過樹脂基體浸漬，經(jīng)拉擠、拉拔、固化成型的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋。

一種CFRP嵌入陽極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法，在澆筑混凝土?xí)r，將復(fù)數(shù)根CFRP復(fù)合受力筋與復(fù)數(shù)根鋼筋平行配置，分別將CFRP復(fù)合受力筋和鋼筋進(jìn)行電路并聯(lián)，將作為CFRP陽極的CFRP復(fù)合受力筋與直流電源的正極相連，將鋼筋與直流電源負(fù)極相連，形成陰極保護(hù)電路。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法，CFRP復(fù)合受力筋與鋼筋間隔布置，在同一列中，每隔兩根鋼筋布置一根CFRP復(fù)合受力筋，或每隔一根鋼筋布置一根CFRP復(fù)合受力筋。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法，CFRP陽極包括碳纖維絲網(wǎng)，碳纖維絲網(wǎng)連接CFRP復(fù)合受力筋，與CFRP復(fù)合受力筋電連接；鋼筋布置在混凝土的內(nèi)側(cè)，CFRP陽極布置在混凝土的外側(cè)。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法，所述的CFRP復(fù)合受力筋是將連續(xù)碳纖維經(jīng)過樹脂浸漬，經(jīng)拉擠、拉拔、固化成型的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋。

本發(fā)明的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置和方法施工簡(jiǎn)單、陽極材料與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度高、陰極與陽極之間的電阻小，降低了工程成本和保護(hù)電路正常使用時(shí)的費(fèi)用。

[附圖說明]

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)的說明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1CFRP嵌入陽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。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1CFRP嵌入陽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3是本發(fā)明實(shí)施例2CFRP嵌入陽極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例2CFRP陽極的結(jié)構(gòu)示意圖。

[具體實(shí)施方式]

本發(fā)明實(shí)施例CFRP嵌入陽極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)如圖1至圖4所示。

CFRP復(fù)合受力筋(carbon fiber reinforced polymer bar)是一種將連續(xù)長(zhǎng)纖維(碳纖維)經(jīng)過樹脂基體浸漬，經(jīng)由拉擠、拉拔、固化成型的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋。它以其輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、抗疲勞等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為一些工程結(jié)構(gòu)中鋼筋的替代品。

實(shí)施例1：

實(shí)施例1單層配筋的混凝土結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，對(duì)于單層配筋的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)澆筑混凝土(或構(gòu)件預(yù)制)時(shí)，在所配的普通鋼筋之間間隔配備CFRP復(fù)合受力筋，然后分別對(duì)CFRP復(fù)合受力筋和普通鋼筋進(jìn)行電路并聯(lián)，并將CFRP復(fù)合受力筋與直流電源的正極相連，將普通鋼筋與直流電源負(fù)極相連，形成陰極保護(hù)電路；根據(jù)需要，CFRP復(fù)合受力筋和隔一布置(每隔一根普通鋼筋布置一根CFRP復(fù)合受力筋)，也可以隔二布置(每隔兩根普通鋼筋布置一根CFRP復(fù)合受力筋)。通電后，電荷(電子)由直流電源負(fù)極通過導(dǎo)線流向普通鋼筋(陰極電極)，使普通鋼筋陰極極化，抑制鋼筋的氧化反應(yīng)；在電場(chǎng)的作用下，電解質(zhì)(混凝土)中的離子發(fā)生移動(dòng)，在電解質(zhì)中形成電流，Cl^-帶負(fù)電，在電場(chǎng)的作用下向陽極(CFRP復(fù)合受力筋)移動(dòng)，降低了陰極(普通鋼筋)周圍的Cl^-濃度，從另一方面起到了保護(hù)鋼筋的作用。在結(jié)構(gòu)中，CFRP復(fù)合受力筋與普通鋼筋一起共同受力，承擔(dān)受力筋的作用；同時(shí)，在陰極保護(hù)電路中，CFRP復(fù)合受力筋充當(dāng)主陽極，由于CFRP復(fù)合受力筋與普通鋼筋一起埋置于混凝土內(nèi)部，使得陰極保護(hù)電路中陰極(普通鋼筋)和陽極(CFRP復(fù)合受力筋)之間的距離更小，降低了兩者之間的電阻，從而能夠提供更加均勻的保護(hù)電流，并降低了保護(hù)電路正常使用時(shí)的費(fèi)用。

實(shí)施例2：

實(shí)施例2多層配筋的混凝土結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示，對(duì)于多層配筋的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在澆筑混凝土(或構(gòu)件預(yù)制)過程中，在混凝土結(jié)構(gòu)外層預(yù)埋由連續(xù)碳纖維絲網(wǎng)連接CFRP復(fù)合受力筋形成的碳纖維絲-CFRP復(fù)合受力筋網(wǎng)，而將普通鋼筋層布置在混凝土內(nèi)側(cè)，根據(jù)結(jié)構(gòu)所受荷載和環(huán)境條件的變化，可以調(diào)整碳纖維-CFRP復(fù)合受力筋網(wǎng)和普通鋼筋層的數(shù)量和間隔。由于本裝置的陽極系統(tǒng)，連續(xù)碳纖維絲-CFRP復(fù)合受力筋網(wǎng)，與普通鋼筋是在混凝土澆筑前直接安裝在結(jié)構(gòu)上，縮小了陰極保護(hù)電路中陰極(連續(xù)碳纖維-CFRP復(fù)合受力筋網(wǎng))和陽極(普通鋼筋層)之間的距離，同時(shí)主陽極(CFRP復(fù)合受力筋)和輔助陽極(連續(xù)碳纖維絲)形成的導(dǎo)電層能夠提供更加均勻的保護(hù)電流；同時(shí)，由于電場(chǎng)的作用，Cl^-由陰極保護(hù)電路的陰極(普通鋼筋)向陽極(連續(xù)碳纖維絲-CFRP復(fù)合受力筋網(wǎng))移動(dòng)，在陽極周圍富集，從而抑制了Cl^-向混凝土內(nèi)的普通鋼筋表面的滲透。作為陰極保護(hù)電路的陽極系統(tǒng)，CFRP復(fù)合受力筋和連續(xù)碳纖維絲具有良好的耐久性，同時(shí)，通過合理設(shè)置連續(xù)碳纖維絲-CFRP復(fù)合受力筋網(wǎng)和普通鋼筋，根據(jù)結(jié)構(gòu)使用狀況和環(huán)境條件，調(diào)節(jié)電流強(qiáng)度，陰極保護(hù)電路能夠有效地保護(hù)混凝土內(nèi)的普通鋼筋，因此，使用本裝置能夠有效延長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

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

施工方便：與以往陽極系統(tǒng)相比，本發(fā)明提出的碳纖維絲-CFRP復(fù)合受力筋網(wǎng)陽極系統(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，無需二次作業(yè)，施工方便，大大減少了施工量。

提高了材料的利用率：CFRP復(fù)合受力筋不僅具有優(yōu)良的力學(xué)性能，而且在絕大多數(shù)溶液中均能保持其穩(wěn)定性，被視為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中理想的受力筋替代品。將CFRP復(fù)合受力筋應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，不僅能起到受力筋的作用，同時(shí)能夠充當(dāng)外加電流法中的陽極系統(tǒng)，大大提高了材料的利用率。

具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益：由于作為陽極系統(tǒng)的CFRP復(fù)合受力筋同時(shí)也承擔(dān)的受力筋的作用，從而減少了普通鋼筋的使用量；由于本裝置的陽極系統(tǒng)是在結(jié)構(gòu)澆筑混凝土前預(yù)埋在混凝土內(nèi)，減小了陰極和陽極之間混凝土層的厚度，從而降低了陰極和陽極之間的電阻，因此在使用過程中耗費(fèi)更少。

綜上所述，本發(fā)明以上實(shí)施例提出的采用CFRP復(fù)合受力筋材充當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外加電流陰極保護(hù)法的陽極系統(tǒng)的預(yù)埋式陰極保護(hù)方法及裝置，以CFRP復(fù)合受力筋作為主陽極，同時(shí)以連續(xù)碳纖維絲網(wǎng)連接各CFRP復(fù)合受力筋制成的碳纖維絲-CFRP復(fù)合受力筋網(wǎng)形成的陽極系統(tǒng)。這種陽極系統(tǒng)以在鋼筋混凝土中充當(dāng)受力筋的CFRP復(fù)合受力筋作為主陽極而無需另設(shè)其它陽極，降低了工程成本：由于CFRP復(fù)合受力筋位于鋼筋混凝土內(nèi)，與鋼筋的距離較小，降低了陰極和陽極之間的電阻；同時(shí)作為輔助陽極的連續(xù)碳纖維絲網(wǎng)能提供均勻電場(chǎng)，可以達(dá)到更好的保護(hù)效果；這種陽極系統(tǒng)如果用于侵蝕環(huán)境中的新建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可以在澆筑混凝土前直接安裝在結(jié)構(gòu)上，無需二次作業(yè)，施工方便。