本發(fā)明屬于混凝土防腐領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋼筋混凝土防腐用犧牲陽極。

背景技術(shù)：

鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土發(fā)生病害的主要原因之一，混凝土鋼筋的銹蝕是電化學(xué)過程，由于混凝土是多孔結(jié)構(gòu)，空氣的水、氧氣、二氧化碳等通過孔隙進(jìn)入混凝土中的鋼筋表面，鋼筋發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而銹蝕。特別地，當(dāng)環(huán)境中有氯離子浸入混凝土后，加速了鋼筋的銹蝕。鋼筋銹蝕后產(chǎn)物體積膨脹4-8倍，混凝土結(jié)構(gòu)承受過大的拉應(yīng)力產(chǎn)生裂紋，裂紋形成后，鋼筋的腐蝕加速，導(dǎo)致混凝土惡化，產(chǎn)生裂縫、脫落、掉塊等病害。

犧牲陽極法屬于陰極保護(hù)范疇，犧牲陽極保護(hù)原理是利用一種更活潑的金屬與被保護(hù)的金屬相連接形成電氣連通，在電解質(zhì)中兩種金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，活潑的金屬失去電子，而被保護(hù)的金屬到得電子被保護(hù)。犧牲陽極法作為金屬的防腐被人們廣泛應(yīng)用于管道、儲罐、海洋結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域，而應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的防腐研究較少。

中國專利CN201292406公開了包括鋅合金犧牲陽極，鋅合金犧牲陽極的圓柱形陽極體澆注在圓柱形陽極包內(nèi),鋅合金犧牲陽極的左右對稱的鋼鐵芯暴露在陽極包外。但是，該專利中加入了硫酸鈉存在腐蝕鋼筋的風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種使用壽命長、應(yīng)用范圍廣的鋼筋混凝土防腐用犧牲陽極。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種鋼筋混凝土防腐用犧牲陽極，包括：

犧牲陽極內(nèi)核，

穿設(shè)過犧牲陽極內(nèi)核的金屬導(dǎo)線，

包覆在犧牲陽極內(nèi)核外的包漿層。

所述的犧牲陽極內(nèi)核為鋅合金塊，含有以下組分及重量百分比的原料：Al 0.30～0.55、Cd 0.07～0.09、雜質(zhì)元素為Fe、Cu、Pb≤0.02；其余為Zn。

所述的犧牲陽極內(nèi)核為圓柱狀結(jié)構(gòu)，半徑為4-8mm，高度為60-100mm，重量為50-200g，金屬導(dǎo)線從犧牲陽極內(nèi)核的兩端穿出，露出的部分的長度為100-300mm。

所述的犧牲陽極內(nèi)核為長方體結(jié)構(gòu)，在兩側(cè)還分布有5-20個小長方體狀的截齒，長方體的長度為60-100mm，寬度為20-35mm，高度為6-15mm，截齒的長度為4-10mm，寬度為2-5mm，高度為6-15mm，相鄰截齒之間的距離為2-5mm，犧牲陽極內(nèi)核的重量為100-300g，金屬導(dǎo)線從犧牲陽極內(nèi)核的兩端穿出，露出的部分的長度為100-300mm。

所述的犧牲陽極內(nèi)核為5-30個沿徑向均勻排列的薄圓柱體以及連接在各薄圓柱體間的過渡小圓柱體結(jié)構(gòu)，所述的薄圓柱體的半徑為10-30mm，厚度為2-5mm，相鄰薄圓柱體之間的距離為2-5mm，犧牲陽極內(nèi)核的重量為50-200g，金屬導(dǎo)線從犧牲陽極內(nèi)核的兩端穿出，露出的部分的長度為100-300mm。

所述的犧牲陽極內(nèi)核為3-8個葉片均布在金屬導(dǎo)線外表面的結(jié)構(gòu)，葉片的長度為5-15mm，寬度為2-8mm，犧牲陽極內(nèi)核的重量為80-200g，金屬導(dǎo)線從犧牲陽極內(nèi)核的一端穿出，露出的部分的長度為30-80mm。

所述的金屬導(dǎo)線為單根或相互平行的雙根無鍍層鋼絲，直徑為1-3mm。

所述的金屬導(dǎo)線的端部呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

所述的犧牲陽極內(nèi)核周邊包裹的包漿層的厚度不小于8mm。

所述的包漿層采用以下組分及重量份原料混合制備得到：石英砂150-220、硅酸鹽水泥80-120、減水劑2-5、膨潤土15-25，還添加有活性添加劑，添加量為總體積的0.1-0.2％，

所述的石英砂的粒徑為1-2mm，

所述的硅酸鹽水泥為42.5#硅酸鹽水泥，

所述的減水劑為木質(zhì)磺酸鈣，

所述的膨潤土鈉基膨潤土，

所述的活性添加劑為一種強堿物質(zhì)，對鋼筋本身無腐蝕性，包括但不限于NaOH、KOH、Ca(OH)₂、LiOH或Ba(OH)₂。

活性添加劑對鋼筋本身無腐蝕性。犧牲陽極外包砂漿因加入了保持鋅核活性的物質(zhì)使砂漿呈高堿性PH大于14，鋅核表面的銹蝕產(chǎn)物疏松不會阻止砂漿的活性物質(zhì)擴散到鋅核表面，從而使鋅核長期處于活性狀態(tài)，保證了犧牲陽極的性能穩(wěn)定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)犧牲陽極內(nèi)核的外表面包裹合適厚度(大于8mm)、一定強度的砂漿，保證犧牲陽極包裹砂漿不容易破裂；

(2)砂漿還有足夠的孔隙率吸附陽極腐蝕膨脹后的產(chǎn)物，通過加入合適的減水劑量調(diào)節(jié)砂漿的水灰比0.4～0.6；

(3)砂漿添加了保持鋅核活性的物質(zhì)為強堿物質(zhì)，犧牲陽極外包砂漿因加入了保持鋅核活性的物質(zhì)使砂漿呈高堿性PH大于14，鋅核表面的銹蝕產(chǎn)物疏松不會阻止砂漿的活性物質(zhì)擴散到鋅核表面，從而使鋅核長期處于活性狀態(tài)，保證了犧牲陽極的性能穩(wěn)定；

(4)砂漿不添加硫酸鹽或氯化物、溴化物和其他引起鋼筋銹蝕的成分，采用堿激活的方式激活鋅合金。這可以避免因砂漿中能引起鋼筋銹蝕的成分?jǐn)U散到混凝土鋼筋表面，而使鋼筋處于腐蝕環(huán)境，加速犧牲陽極的銹蝕，縮短犧牲陽極的壽命，同時犧牲陽極失去作用后，鋼筋不會因處于腐蝕環(huán)境而快速的發(fā)生銹蝕；

(5)無需外部電源或者系統(tǒng)檢測；

(6)使用壽命長(大于十年)，減少了未來維修需求；

(7)可以用于新建、已建的混凝土鋼筋的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)或控制腐蝕；

(8)導(dǎo)線和犧牲陽極內(nèi)核一體澆鑄，保證了犧牲陽極內(nèi)核與導(dǎo)線的長期連接，提高了犧牲陽極內(nèi)核的使用率；

(9)安裝快捷方便，并且通過設(shè)計了幾種不同形狀的犧牲陽極，可以在各種不同的場合使用，擴寬了犧牲陽極的應(yīng)用

附圖說明

圖1為實施例1中犧牲陽極內(nèi)核的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實施例1中本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實施例2中犧牲陽極內(nèi)核的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實施例2中犧牲陽極內(nèi)核的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實施例2中本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為實施例3中犧牲陽極內(nèi)核的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為實施例3中犧牲陽極內(nèi)核的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為實施例3中本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為實施例4中犧牲陽極內(nèi)核的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為實施例4中本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-犧牲陽極內(nèi)核、2-金屬導(dǎo)線、3-包漿層。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實施例1

一種鋼筋混凝土防腐用犧牲陽極，用于鋼筋混凝土修補層較薄及可安裝空間小的預(yù)防性防腐，犧牲陽極內(nèi)核1的結(jié)構(gòu)如圖1所示，犧牲陽極的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。犧牲陽極內(nèi)核1采用的是Zn合金，含有以下重量百分比含量的組分：Al 0.30～0.55、Cd 0.07～0.09、雜質(zhì)元素為Fe、Cu、Pb≤0.02；其余為Zn。鋅核的重量在50～200g。

本實施例中犧牲陽極內(nèi)核1為長條狀的圓柱形結(jié)構(gòu)，幾何參數(shù)：鋅核的半徑為4～8mm；高度為60～100mm。金屬導(dǎo)線2可以是單根或雙根平行無間斷的穿過鋅合金中央，兩端露出部分的長度為100～300mm，金屬導(dǎo)線直徑：1～3mm，本實施例采用的是單根的無鍍層鋼絲。鋼絲兩端處理成環(huán)狀便于工具綁扎鋼絲，把犧牲陽極固定在鋼筋上。犧牲陽極內(nèi)核1的包漿層3的厚度需保證大于8mm。

該種犧牲陽極的制作步驟如下：

步驟一、把熔融的鋅合金液澆筑在無涂層的光亮的金屬絲的另一端，脫模取出成型的長條型鋅合金塊。鋅核重量50～200g。

步驟二、按下表配比配制犧牲陽極的包裹砂漿，包裹鋅核的砂漿厚度大于8mm。

步驟三、將鋅合金塊的一端固定在模具中，向模具中注入犧牲陽極包裹砂漿，靜置48～72h后脫模，得到內(nèi)置犧牲陽極。

制備的該種犧牲陽極用于鋼筋混凝土橋面鋪裝、新建或改建。對要修補的部位和接縫處的周圍進(jìn)行預(yù)防性防腐處理薄層修補混凝土鋼筋保護(hù)及狹小的鋼筋間距。

實施例2

一種鋼筋混凝土防腐用犧牲陽極，用于混凝土鋼筋的預(yù)防性防腐或者控制要修補部分和接縫處的腐蝕，基本成分與實施例1大致相同。犧牲陽極內(nèi)核1的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，犧牲陽極的整體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

本實施例采用的是扁平多齒型鋅核，幾何參數(shù)：大長方體的長度60～100mm、寬度20～35mm、高度6～15mm；在大長方體高度兩側(cè)分布的數(shù)個小長方體截齒，長度4～10mm、寬度2～5mm、高度6～15mm。金屬導(dǎo)線2為單根或雙根平行無間斷的穿過鋅合金中央，兩端露出部分的長度為100～300mm，金屬導(dǎo)線直徑1～3mm，本實施例中采用的是相互平行的雙根無鍍層鋼絲。鋼絲兩端處理成環(huán)狀便于工具綁扎鋼絲，把犧牲陽極固定在鋼筋上。大長方體高度方向兩側(cè)對稱均勻分布的小長方體截齒單側(cè)數(shù)量為：5～20個。小長方體截齒間距2～5mm。

金屬導(dǎo)線由兩根平行放置的金屬導(dǎo)線2無間斷的穿過鋅合金中央，平行放置的金屬導(dǎo)線距離為1～5mm。鋅核重量100～300g。

該種犧牲陽極的制作步驟如下：

步驟一、把熔融的鋅合金液澆筑在無涂層的光亮的金屬絲的另一端，脫模取出成型的扁平多齒型鋅合金塊。鋅核重量100～300g。

步驟二、按下表配比配制犧牲陽極的包裹砂漿，鋅核周邊包裹砂漿層3的厚度大于8mm。

步驟三、將鋅合金塊的一端固定在模具中，向模具中注入犧牲陽極包裹砂漿，靜置48～72h后脫模，得到內(nèi)置犧牲陽極。

實施例3

一種鋼筋混凝土防腐用犧牲陽極，用于大空間、高密度鋼筋的混凝土鋼筋的防腐，起到混凝土鋼筋的腐蝕預(yù)防與控制，受氯離子污染的混凝土鋼筋的防腐等?；境煞峙c實施例1大致相同。犧牲陽極內(nèi)核1的結(jié)構(gòu)如圖6-7所示，犧牲陽極的整體結(jié)構(gòu)如圖8所示。

本實施例采用的是圓柱狀多扇葉片型鋅核，幾何參數(shù)：薄圓柱體沿徑向均勻排列數(shù)個葉片，在薄圓柱體之間為過渡小圓柱體。大的薄圓柱體的半徑5～20mm；厚度2～5mm；薄圓柱體間距2～5mm；葉片數(shù)N為5～30個；金屬導(dǎo)線2為單根或雙根平行無間斷的穿過鋅合金中央，兩端露出部分的長度為100～300mm，金屬導(dǎo)線直徑1～3mm。鋼絲兩端處理成環(huán)狀便于工具綁扎鋼絲，把犧牲陽極固定在鋼筋上。鋅核重量50～200g。

該種犧牲陽極的制作步驟如下：

步驟一、把熔融的鋅合金液澆筑在無涂層的光亮的金屬絲的另一端，脫模取出成型的圓柱狀多扇葉片體鋅合金塊。鋅核重量50～200g。

步驟二、按下表配比配制犧牲陽極的包裹砂漿，鋅核周邊包裹砂漿層3厚度大于8mm。

步驟三、將鋅合金塊的一端固定在模具中，向模具中注入犧牲陽極包裹砂漿，靜置48～72h后脫模，得到內(nèi)置犧牲陽極。

實施例4：

一種鋼筋混凝土防腐用犧牲陽極，鉆孔植入式快速保護(hù)犧牲陽極，對于已建混凝土鋼筋防腐措施。無需區(qū)域性鑿除混凝土，只需采用鉆探工具在混凝土表面打人一定深度的孔洞，裝入犧牲陽極，與鋼筋形成電氣連接，修補孔洞即可?；境煞峙c實施例1大致相同。犧牲陽極內(nèi)核1的結(jié)構(gòu)如圖9所示，犧牲陽極的整體結(jié)構(gòu)如圖10所示。

本實施例采用的是植入式快速保護(hù)型犧牲陽極內(nèi)部鋅核，幾何參數(shù)：圓柱體沿徑向均勻排列數(shù)個葉片。圓柱體的半徑值范圍5～15mm，葉片數(shù)N為3～8個，扇葉片厚度為2～8mm。鋅核重量80～200g。金屬導(dǎo)線2為單根或雙根平行無間斷的穿過鋅合金中央，一端露出的導(dǎo)線的長度為30～80mm，金屬導(dǎo)線直徑：1～3mm。鋼絲兩端處理成環(huán)狀便于工具綁扎鋼絲，把犧牲陽極固定在鋼筋上。

該種犧牲陽極的制作步驟如下：

步驟一、把熔融的鋅合金液澆筑在無涂層的光亮的金屬絲的另一端，脫模取出成型的植入式快速保護(hù)型鋅合金塊。鋅核重量80～200g。

步驟二、按下表配比配制犧牲陽極的包裹砂漿，鋅核周邊包裹砂漿厚度大于8mm。

步驟三、將鋅合金塊的一端固定在模具中，向模具中注入犧牲陽極包裹砂漿層3，靜置48～72h后脫模，得到內(nèi)置犧牲陽極。

本發(fā)明通過實施例得到了犧牲陽極壽命、質(zhì)量、電流關(guān)系。為犧牲陽極的應(yīng)用提供了理論計算，具體如下：

(一)犧牲陽極壽命、質(zhì)量、電流關(guān)系：

犧牲陽極的消耗率計算：

犧牲陽極K是指單位電量，每年實際消耗的犧牲陽極材料的重量。

K＝8760/eч[kg/(A·a)] (1)

式中e---犧牲陽極理論電當(dāng)量(A·h/kg)；

ч---犧牲陽極的電流效率(％)

8760---1年的小時數(shù)

犧牲陽極發(fā)出的電流量計算：發(fā)出電流量I_ρ系指犧牲陽極發(fā)出的電流量，其值與使用環(huán)境和表面形狀有關(guān)。計算公式如下：

IgI₃₆＝0.727lgA+lgU-1.188 (2)

I_ρ＝I₃₆*36/ρ (3)

式中A---犧牲陽極暴露的表面積(m²)

U---犧牲陽極與被保護(hù)物(陰極)間的電位差(V)

ρ---混凝土比電阻(Ω·cm)

I₃₆---比電阻為36Ω·cm(海水平均比電阻)時發(fā)出的電流量(A)。

I_ρ----比電阻為ρΩ·cm時發(fā)出的電流量(A)

鋅合金犧牲陽極的電位：-1050mv。混凝土中鋼筋表面鈍化的電位為-100mV；當(dāng)表面活化時為-350～-500mV，犧牲陽極與被保護(hù)鋼筋間的電位差為550～950mV。

ρ：混凝土的比電阻，與混凝土本身的材質(zhì)和構(gòu)造，環(huán)境濕度、溫度都有關(guān)系?；炷粱蛐扪a材料的比電阻越大(為了到達(dá)最佳性能，要求使用的修補材料或混凝土砂漿的電阻率低于15000Ω·cm)，內(nèi)置犧牲陽極發(fā)出電流量Iρ越小，犧牲陽極的腐蝕速率越小。反之，混凝土或修補材料的比電阻越小(于潮濕環(huán)境下的混凝土，電阻率比較低，取此時的混凝土電阻率為1000Ω·cm)，內(nèi)置犧牲陽極發(fā)出電流量Iρ越大，犧牲陽極的腐蝕速率越大。

對于犧牲陽極鋅合金塊的表面積：A，體積為V。由式(2)與式(3)可知犧牲陽極與鋼筋的電位差越大、混凝土或修補材料的電阻率越小，犧牲陽極發(fā)出的電流越大，腐蝕越快。取電位差較大值950mV，混凝土較小電阻率1000Ω·cm時，得到的電流較大，腐蝕較快。

本發(fā)明的1～4的實施例各取一個例子來進(jìn)行說明。

實施例1長條狀的圓柱形結(jié)構(gòu)參數(shù)取鋅核的半徑為6mm；高度為80mm。

表面積A1＝3242mm²＝3242*10^-6m²，體積V1為9.05cm³，質(zhì)量M1＝66g。

實施例2扁平多齒型鋅核取大長方體的長度80.5mm、寬度42mm、高度11mm；在大長方體高度兩側(cè)分布的數(shù)個小長方體截齒，長度8mm、寬度3.5mm、高度11mm。表面積A2＝11011mm²＝11011*10^-6m²，體積V2為29.1cm³，質(zhì)量M2＝212.4g。

實施例3圓柱狀多扇葉片型鋅核幾何參數(shù)取薄圓柱體沿徑向均勻排列數(shù)個葉片，在薄圓柱體之間為過渡小圓柱體。大的薄圓柱體的半徑10mm；厚度3.5mm；薄圓柱體間距3mm；過渡小圓柱半徑為3mm；葉片數(shù)N為10個.計算得到表面積A3＝8482mm²＝8482*10^-6m²，體積V1為11.76cm³，質(zhì)量M3＝85.85g。

實施例4多葉片圓柱體的幾何參數(shù)取葉片數(shù)N為4個，表面積A4＝7045mm²＝7045*10^-6m²，體積V4為18.862cm³，質(zhì)量M4＝137.7g。

分別將A1～A4以及U＝0.95V，ρ＝1000Ω·cm代入式(2)與式(3)中得到，I₃₆1＝0.00095A＝0.95mA，Iρ1(電流量)＝I₃₆*36/ρ＝0.0342mA。Iρ1(電流強度)＝Iρ1(電流量)/S_表面積＝10.5mA/m²。由鋅合金的理論電當(dāng)量＝820，鋅合金在高堿砂漿中的電流效率ч大于90％，由式(1)取最小電流效率得到最大犧牲陽極消耗速率K＝11.84kg/(A·a)，把電流強度乘上犧牲陽極表面積得到犧牲陽極發(fā)出的電流I，K*I得出每年犧牲陽極消耗的重量。G_消耗max＝K*I＝11.84*0.0342g＝0.405(g)，計算得知每年犧牲陽極消耗的重量小于犧牲陽極重量的0.62％。，隨著犧牲陽極的使用表面積略微減小，犧牲陽極產(chǎn)生的電流量稍低初始值，消耗速度有所減慢。取年消耗率的上限G_消耗max0.405g，犧牲陽極的重量質(zhì)量M1＝66g。產(chǎn)品使用20年后的消耗重量小于8.1g，小于鋅塊重量的13％，保證了產(chǎn)品可以使用20+年。

I₃₆2(電流量)＝0.0023A＝2.3mA；Iρ2(電流量)＝I₃₆*36/ρ＝0.0828mA,Iρ2(電流強度)＝Iρ2(電流量)/S_表面積＝7.519mA/m²。由G_消耗max＝K*I＝11.84*0.0828g＝0.98(g)，計算得知每年犧牲陽極消耗的重量小于犧牲陽極重量的0.47％。同上使用20年后消耗重量小于19.6g,小于鋅塊重量的10％，保證了產(chǎn)品可以使用20+年。

I₃₆3(電流量)＝0.00192A＝1.92mA；Iρ3(電流量)＝I₃₆*36/ρ＝0.0691mA,Iρ3(電流強度)＝Iρ3(電流量)/S_表面積＝8.15mA/m²。由G_消耗max＝K*I＝11.84*0.0691g＝0.818(g)，計算得知每年犧牲陽極消耗的重量小于犧牲陽極重量的0.95％。使用10年后消耗重量小于8.18g，小于鋅塊重量的10％，保證了該產(chǎn)品可以使用10+年。

I₃₆4(電流量)＝0.00168A＝1.68mA；Iρ4(電流量)＝I₃₆*36/ρ＝0.0605mA,Iρ4(電流強度)＝Iρ4(電流量)/S_表面積＝8.58mA/m²。由G_消耗max＝K*I＝11.84*0.0605g＝0.716(g)，計算得知每年犧牲陽極消耗的重量小于犧牲陽極重量的0.6％。使用20年后消耗重量小于14.32g，約為鋅塊重量的10％，保證了該產(chǎn)品可以使用20+年。