電鍍陽(yáng)極和防腐蝕的方法

電鍍陽(yáng)極和防腐蝕的方法
【專(zhuān)利摘要】提供了一種混合的犧牲電鍍陽(yáng)極、一種包括所述混合的犧牲陽(yáng)極的陽(yáng)極體系和一種陰極保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的方法。所述混合的陽(yáng)極為初始的鋼提供極化和隨后的長(zhǎng)期的電鍍保護(hù)，而無(wú)需使用電池或外部電源。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電鍍陽(yáng)極和防腐蝕的方法

【背景技術(shù)】
[0001]腐蝕對(duì)世界基礎(chǔ)設(shè)施的所有方面有巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響，從高速公路、橋梁和建筑物到石油和天然氣，化學(xué)處理，以及水和廢水系統(tǒng)。用于預(yù)防、維修和更換的腐蝕的全球直接成本的最近估計(jì)超過(guò)1.8萬(wàn)億美元，或工業(yè)化國(guó)家的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(⑶P)的3%至4%。
[0002]2001年美國(guó)聯(lián)邦公路管理局資助的腐蝕的成本研究，“美國(guó)的腐蝕成本和預(yù)防性戰(zhàn)略”，確定了腐蝕的年直接成本為令人吃驚的2760億美元。此項(xiàng)研究涵蓋了大量的經(jīng)濟(jì)行業(yè)，包括運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施、電力工業(yè)、運(yùn)輸和儲(chǔ)存。
[0003]腐蝕的間接成本保守地估計(jì)等于直接成本，直接成本和間接成本共計(jì)超過(guò)6000億美元或GDP的6%。該成本被認(rèn)為是保守的估計(jì)，因?yàn)樵诖搜芯恐袃H使用了被文件記載的成本。除對(duì)公共安全造成嚴(yán)重?fù)p害和威脅之外，腐蝕擾亂作業(yè)并需要對(duì)故障器材進(jìn)行大量的維修和更換。
[0004]在美國(guó)，道路和橋梁基礎(chǔ)設(shè)施塌落，數(shù)以千計(jì)的橋梁被評(píng)為不安全的并需要更換或大修。這些情況中的許多，腐蝕在破壞安全性方面起著重要作用。防腐措施有助于阻止進(jìn)一步的問(wèn)題。正在采取措施處理美國(guó)的老化的基礎(chǔ)設(shè)施。例如，在尋求聯(lián)邦基金以建造新橋梁或改造現(xiàn)有橋梁時(shí)，2009年3月出臺(tái)的眾議院法案1682號(hào)決議，“橋梁壽命延長(zhǎng)法案2009(Bridge Life Extens1n Act 2009) ”要求國(guó)家提交一份用于阻止和減輕由腐蝕造成的損失的計(jì)劃。
[0005]許多鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)受了過(guò)早的老化。混凝土嵌入的鋼筋通過(guò)在其表面形成穩(wěn)定的氧化膜進(jìn)行最初的防腐蝕。這種膜或鈍化層通過(guò)高堿性混凝土孔隙水與鋼之間的化學(xué)反應(yīng)形成。氯化物的存在會(huì)破壞由堿性條件提供的鈍化。氯離子使金屬局部去鈍化并促進(jìn)活性金屬溶解。鋼的腐蝕通常是可以忽略的，直到氯離子達(dá)到引發(fā)腐蝕的閾值。閾值濃度取決于許多因素，包括，例如，鋼微環(huán)境、孔隙溶液pH、來(lái)自孔隙溶液中的其他離子的干擾、鋼筋的電勢(shì)、氧濃度和離子遷移率。氯化物充當(dāng)催化劑，這是因?yàn)樗诟g反應(yīng)中不被消耗，并保持活性以再次參與腐蝕反應(yīng)。
[0006]對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損害主要由氯離子穿透混凝土到達(dá)鋼筋周?chē)膮^(qū)域引起。氯化物的來(lái)源有許多，包括混凝土混合物的添加物，例如含氯的速凝劑。氯化物還可存在于所述結(jié)構(gòu)的環(huán)境中，如海洋環(huán)境或除冰鹽。氯化物的存在對(duì)混凝土自身沒(méi)有直接的副作用，但是會(huì)促進(jìn)鋼筋的腐蝕。在鋼筋上形成的腐蝕產(chǎn)物占據(jù)了比鋼筋更大的空間，造成壓力從內(nèi)部施加于混凝土上。這種內(nèi)部壓力隨著時(shí)間的推移而累積，并最終導(dǎo)致混凝土的開(kāi)裂和剝落。鋼筋的腐蝕還降低鋼筋的強(qiáng)度并減小混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力。
[0007]除氯離子濃度之外，影響鋼的腐蝕速率的其他因素包括pH、氧可獲得性、鋼的電勢(shì)，以及周?chē)幕炷恋碾娮杪?。這些因素相互作用，以致對(duì)一個(gè)因素的限制未必阻止腐蝕，并且，接近一個(gè)因素的閾值水平的水平將與另一個(gè)因素協(xié)同作用，從而使腐蝕發(fā)生。例如，即使具有高的氯化物水平，如果沒(méi)有足夠的氧可用，腐蝕將不會(huì)發(fā)生。隨著pH降低，腐蝕的氯化物閾值變小。在非常高的電阻率的混凝土中，由于離子流動(dòng)的困難增大，不僅碳化作用和氯化物侵蝕減慢，腐蝕反應(yīng)也降低。正如其他化學(xué)反應(yīng)，溫度也與腐蝕活性有關(guān)。
[0008]混凝土中的鋼筋的陰極保護(hù)是為金屬提供腐蝕保護(hù)的一種公認(rèn)的方法，特別是當(dāng)氯離子以顯著的濃度存在于混凝土中時(shí)。陰極保護(hù)涉及電路的形成，其中鋼筋充當(dāng)與陽(yáng)極電連接的陰極。當(dāng)存在足夠大的電勢(shì)差時(shí)，陰極的腐蝕被降低或被阻止。
[0009]已知可通過(guò)外加電流陰極保護(hù)的方法和通過(guò)原電池的方法在陽(yáng)極和陰極之間建立電勢(shì)差。外加電流陰極保護(hù)涉及陽(yáng)極、采用外部DC電源或AC電源施加的電流、以及整流器的使用。電源在可靠性和與持續(xù)電力消耗、監(jiān)控和維修需求有關(guān)的成本的方面存在挑戰(zhàn)。
[0010]還可通過(guò)原電池的方法提供陰極保護(hù)，其中，由于不同的材料形成犧牲陽(yáng)極和陰極而產(chǎn)生電勢(shì)。當(dāng)金屬連接至更活潑的或更陽(yáng)極的金屬時(shí)，發(fā)生犧牲陰極保護(hù)。陽(yáng)極由不使用電源即能提供保護(hù)電流的犧牲金屬組成，這是由于在它們的使用期間所反生的反應(yīng)是熱力學(xué)有利的。犧牲陽(yáng)極體系的缺點(diǎn)包括有限的可用保護(hù)電流和有限的壽命。犧牲陽(yáng)極經(jīng)歷持續(xù)的腐蝕或電鍍金屬(galvanic metal)的消耗，并且根據(jù)腐蝕的程度，通常需要在某一時(shí)刻進(jìn)行更換。
[0011]由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕對(duì)于人類(lèi)生活存在危害且維修成本高，因此需要用于滿足實(shí)現(xiàn)新的防腐技術(shù)和用于后代的保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施的需要的改進(jìn)的體系和方法。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1A為電鍍陰極保護(hù)體系的一個(gè)示例性實(shí)施方案的橫截面視圖。
[0013]圖1B為電鍍陰極保護(hù)體系的一個(gè)示例性實(shí)施方案的橫截面視圖。
[0014]圖2示出了其中嵌入犧牲陽(yáng)極的一個(gè)示例性實(shí)施方案的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的一個(gè)維修位點(diǎn)。
[0015]圖3A為電鍍陰極保護(hù)體系的一個(gè)示例性實(shí)施方案的橫截面視圖。
[0016]圖3B為電鍍陰極保護(hù)體系的一個(gè)示例性實(shí)施方案的橫截面視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]提供了一種采用基于混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的陰極保護(hù)原理的體系用于混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕保護(hù)的電鍍陽(yáng)極(galvanic anode)組件和方法。
[0018]根據(jù)某一示例性實(shí)施方案，犧牲陽(yáng)極體包含(a)第一犧牲金屬；(b)第二犧牲金屬，所述第二犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性低于所述第一犧牲金屬，其中所述第一犧牲金屬和所述第二犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性高于鋼；以及(c)包圍所述第一犧牲金屬和/或第二犧牲金屬的包裝材料。
[0019]根據(jù)其他實(shí)施方案，犧牲陽(yáng)極體包含(a)第一犧牲金屬，所述第一犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性高于鋼，(b)第二犧牲金屬，所述第二犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性低于所述第一犧牲金屬，以及(c)包圍所述第一犧牲金屬和/或所述第二犧牲金屬的包裝材料，其中所述陽(yáng)極體包含一個(gè)具有基本上沿著所述陽(yáng)極體的一面的長(zhǎng)度延伸的C形凹槽的大致的圓柱形。
[0020]根據(jù)另一實(shí)施方案，用于降低混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的體系包括(a)包含第一犧牲金屬和第二犧牲金屬的陽(yáng)極體，所述第一犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性高于鋼，所述第二犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性低于所述第一犧牲金屬；(b)所述第一犧牲金屬和第二犧牲金屬至少部分地被包裝材料覆蓋；(c)至少一個(gè)電連接至所述陽(yáng)極體并發(fā)出于所述包裝材料的細(xì)長(zhǎng)的電導(dǎo)體；以及(d)連接至所述至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的電導(dǎo)體的鋼筋。
[0021]根據(jù)另一示例性實(shí)施方案，用于降低混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的方法包括:將不同材料的至少兩種犧牲金屬的犧牲陽(yáng)極體電連接至鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋，其中每一種犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性高于鋼，所述陽(yáng)極體至少部分被包裝材料覆蓋。
[0022]在另一示例性實(shí)施方案中，用于降低混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的方法包括:將不同材料的至少兩種犧牲金屬的犧牲陽(yáng)極體設(shè)置在緊鄰鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的陰極保護(hù)處，其中每一種犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性高于鋼，所述陽(yáng)極體至少部分被包裝材料覆蓋。
[0023]陰極保護(hù)可被用于控制嵌在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼的腐蝕。本公開(kāi)內(nèi)容的陰極保護(hù)體系運(yùn)作形成陽(yáng)極和鋼筋之間的電勢(shì)差。該差別引起電流流經(jīng)電連接和離子流經(jīng)混凝土和/或包裝材料，足以防止或降低鋼筋條的腐蝕，同時(shí)引起陽(yáng)極的腐蝕。
[0024]陰極保護(hù)通過(guò)將金屬表面上的陽(yáng)極位點(diǎn)或活性位點(diǎn)轉(zhuǎn)換成陰極位點(diǎn)或惰性位點(diǎn)來(lái)防止混凝土中的鋼筋的腐蝕。通過(guò)包括使用非犧牲陽(yáng)極和施加電流的外加電流陰極保護(hù)方法，建立陽(yáng)極和陰極之間的電勢(shì)差。外加電流體系需要由外部電源產(chǎn)生的電流、線路和監(jiān)控，以確保該體系保持可操作。
[0025]可通過(guò)原電池的方法提供犧牲陰極保護(hù)，其中由于形成犧牲陽(yáng)極和陰極的不同材料產(chǎn)生電勢(shì)。陽(yáng)極體由不需外加電流即可相對(duì)于鋼材料發(fā)生腐蝕的犧牲材料形成。其被稱(chēng)為犧牲體系，這是由于電鍍陽(yáng)極被犧牲以保護(hù)結(jié)構(gòu)鋼免遭腐蝕。犧牲陽(yáng)極是可腐蝕的金屬件，其電連接至被保護(hù)的金屬表面并通過(guò)電解作用被優(yōu)先消耗。
[0026]在某一實(shí)施方案中，本公開(kāi)內(nèi)容的犧牲陽(yáng)極組件代替鋼筋提供陽(yáng)極反應(yīng)發(fā)生的位置。因此，在電鍍體系運(yùn)行時(shí)，陽(yáng)極而非鋼筋降解。
[0027]根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的方面，提供了電鍍體系，其中，陽(yáng)極體由至少兩種犧牲金屬形成，所述犧牲金屬不需要外加電流的供應(yīng)或使用即可相對(duì)于鋼發(fā)生腐蝕。所述陽(yáng)極體可至少部分地被包裝材料覆蓋。在一些實(shí)施方案中，細(xì)長(zhǎng)的金屬導(dǎo)體可連接至陽(yáng)極體并發(fā)出于包裝材料，從而將陽(yáng)極體電連接至嵌在混凝土中的鋼筋。
[0028]隨著腐蝕發(fā)生，氧化產(chǎn)物可沉積在陽(yáng)極的犧牲金屬的表面上。如果這些腐蝕產(chǎn)物沒(méi)有被清除，則它們將通過(guò)阻止離子流通過(guò)電解液來(lái)阻止電化學(xué)反應(yīng)，這已知為陽(yáng)極的鈍化。通過(guò)使氧化產(chǎn)物可溶，所述陽(yáng)極可繼續(xù)發(fā)揮預(yù)期的功能。腐蝕產(chǎn)物的溶解性由包裝材料控制。所述包裝材料提供一種用于從陽(yáng)極體的犧牲金屬的表面清除腐蝕產(chǎn)物的機(jī)制，并提供用于離子從鋼筋(陰極)流至腐蝕的犧牲金屬陽(yáng)極的離子通道。
[0029]包裝材料中使用的用于清除犧牲金屬的腐蝕/氧化產(chǎn)物的已知的機(jī)制包括pH活化，與保濕劑和潮解劑結(jié)合的催化鹽的使用，以及與聚電解質(zhì)的螯合作用。
[0030]根據(jù)某些實(shí)施方案，包裝材料可包含例如多孔砂漿?；蛘?，包裝材料可包含離子導(dǎo)電的可壓縮材料，其中，基質(zhì)為可充分壓縮以吸收犧牲金屬陽(yáng)極的腐蝕產(chǎn)物。包裝材料可具有合適的活化化學(xué)過(guò)程，例如通過(guò)鹵化物、螯合作用或PH，并具有足夠的孔隙度，從而能夠吸收腐蝕產(chǎn)物，因而防止或降低鈍化。
[0031]在其他實(shí)施方案中，包裝材料可包括保濕劑、潮解劑和/或吸濕性材料以吸收足夠的水分以維持陽(yáng)極周?chē)膶?dǎo)電性，從而確保在陽(yáng)極的運(yùn)行期間電流的充分輸出，并保持陽(yáng)極和陰極(鋼筋)之間的界面電化學(xué)有效。
[0032]根據(jù)某些示例性實(shí)施方案，用于電鍍陽(yáng)極體的合適的包裝材料包含約75%石膏、約20%膨潤(rùn)土和約5%硫酸鈉的混合物。該包裝材料提供降低陽(yáng)極的自身消耗的均一的環(huán)境。不囿于任何具體的理論，認(rèn)為硫酸鹽活化陽(yáng)極體的鋅金屬，膨潤(rùn)土充當(dāng)保濕劑。
[0033]在另一示例性實(shí)施方案中，提供了雙重作用陽(yáng)極組件或陽(yáng)極體，其中，電化學(xué)活性較高的犧牲金屬可建立高的初始活性，從而在附著的鋼筋周?chē)纬蓧A性的無(wú)氯的環(huán)境。該初始的高活性階段之后是電化學(xué)活性較高的第一金屬的消耗或鈍化之后的利用電化學(xué)活性較低的犧牲金屬的長(zhǎng)期的保護(hù)。
[0034]在另一實(shí)施方案中，第一犧牲金屬可附著于電化學(xué)活性較低的第二犧牲金屬。電化學(xué)活性較高的第一犧牲金屬可提供最初的較高的電流以引發(fā)陽(yáng)極反應(yīng)。電化學(xué)活性較低的第二犧牲金屬可提供足夠的電流以長(zhǎng)期地充分地保護(hù)鋼筋。本公開(kāi)內(nèi)容的陽(yáng)極組件可包含犧牲金屬(如鎂、鋅、鋁、它們的合金等)的組合物。
[0035]在另一實(shí)施方案中，第一犧牲金屬可包含鎂。陽(yáng)極體的鎂部分迅速反應(yīng)以引起初始極化強(qiáng)度，并建立鋼周?chē)膲A性環(huán)境。該初始極化促使氯離子遠(yuǎn)離鋼的擴(kuò)散。隨著陽(yáng)極體的鎂部分被消耗或用盡，第二犧牲金屬，例如鋅，用于維持鋼筋的鈍化環(huán)境。該體系可以達(dá)到無(wú)需復(fù)雜的線路、電池或外部電源而外加電流體系的益處。
[0036]根據(jù)某些實(shí)施方案，陽(yáng)極體包括第一犧牲金屬和第二犧牲金屬，其中，第一犧牲金屬和第二犧牲金屬的電化學(xué)活性均高于嵌在混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋。第一犧牲金屬比第二犧牲金屬電化學(xué)活性高。電化學(xué)活性較高的第一金屬或金屬合金(例如鎂)被設(shè)置在電化學(xué)活性較低的第二金屬(例如鋅)或金屬合金與鋼筋之間。在該結(jié)構(gòu)中，從電化學(xué)活性較高的第一金屬累積的氧化產(chǎn)物(如果不是被吸收或可溶解)可通過(guò)以類(lèi)似于絕緣層或絕緣墊的方式進(jìn)一步將第二金屬的直接導(dǎo)電通道與鋼離子通道絕緣來(lái)進(jìn)一步提高電化學(xué)活性較低的第二金屬的腐蝕的電荷分布。因此，鎂氧化產(chǎn)物傾向于增加絕緣墊的整體效力。來(lái)自鎂氧化物的膨脹產(chǎn)物還可在鋼筋和陽(yáng)極之間被釋放到絕緣墊的可壓縮的粘合劑中，而不產(chǎn)生可導(dǎo)致周?chē)迯?fù)砂漿或混凝土結(jié)構(gòu)的破裂的膨脹力。
[0037]根據(jù)某些實(shí)施方案，陽(yáng)極組件可包含被軋制為圓柱體或圓柱體段的穿孔的基本上平的第一犧牲金屬，以及可為類(lèi)似的形狀并附著于第一金屬上的穿孔的基本上平的第二犧牲金屬。穿孔的犧牲金屬增加陽(yáng)極材料的表面積，因此提高陽(yáng)極的效率。在其他實(shí)施方案中，第一犧牲金屬和/或第二犧牲金屬可包含一種實(shí)體。
[0038]在其他示例性實(shí)施方案中，陽(yáng)極組件可包含一種易被設(shè)置于各種尺寸的鋼筋的裝置。陽(yáng)極體的一面可包括一個(gè)縱向凹槽，例如，一個(gè)通常呈C形的橫截面。該形狀很好地符合鋼筋條的各種直徑和曲率，并使陽(yáng)極體安全且可重復(fù)地裝配至鋼。在另一實(shí)施方案中，陽(yáng)極組件可包含其他橫截面，例如U形、V形、矩形或半圓形橫截面。
[0039]根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的某些方面，第一和第二陽(yáng)極表面積可有效排放足夠的電流以保護(hù)所述結(jié)構(gòu)，并且，在釋放電流時(shí)，陽(yáng)極重量足以維持預(yù)期的使用壽命。本公開(kāi)內(nèi)容的電鍍陽(yáng)極體系基于所附著的毗鄰的鋼的初始腐蝕活性為自動(dòng)調(diào)節(jié)的。來(lái)自第一犧牲金屬和/或第二犧牲金屬的腐蝕產(chǎn)物還可充當(dāng)電通道間隔或離子通道間隔以優(yōu)化陽(yáng)極周?chē)碾姾煞植肌?br> [0040]無(wú)論是鋼筋的腐蝕還是犧牲陽(yáng)極的腐蝕，腐蝕速率取決于溫度、濕度、離子環(huán)境和導(dǎo)電性。犧牲陽(yáng)極的材料可被選擇為比鋼優(yōu)先腐蝕以提供鋼上的保護(hù)性陰極電荷。隨著腐蝕條件變得更加有利，陽(yáng)極的腐蝕速率增加，從而為鋼提供成比例增加的腐蝕保護(hù)。在這一競(jìng)爭(zhēng)性化學(xué)反應(yīng)中，優(yōu)選的反應(yīng)可通過(guò)感應(yīng)電荷防止二次腐蝕的發(fā)生。
[0041]在其他實(shí)施方案中，利用墊可將犧牲陽(yáng)極組件附著在鋼筋上。在其他實(shí)施方案中，所述墊可包含聚合物墊。在其他實(shí)施方案中，墊可包含絕緣的粘性聚合物墊，例如且不限于，壓敏雙面膠帶、丁基橡膠繩填縫(butyl rope caulk)、娃油灰、可塑粘合劑等。雙面膠帶可為兩面涂有粘合劑的任何壓敏膠帶。當(dāng)細(xì)長(zhǎng)的電導(dǎo)體(例如金屬連接線)被固定至鋼筋上時(shí)，絕緣的粘性墊可有利于陽(yáng)極的放置。所述絕緣的粘性墊能夠提供電絕緣和離子絕緣，并且還可充當(dāng)電通道間隔或離子通道間隔以優(yōu)化陽(yáng)極周?chē)碾姾煞植?。在其他?shí)施方案中，所述墊可包含雙面粘性泡沫膠帶(double-sided adhesive foam tape)。所述泡沫膠帶可用于腐蝕產(chǎn)物的吸收，例如，快速形成的來(lái)自鎂腐蝕的腐蝕產(chǎn)物。另外，如果鋼筋未被充分清潔，則所述粘合劑不可粘合，這表明需要進(jìn)一步清潔鋼筋。
[0042]以應(yīng)用于鋼筋的較遠(yuǎn)部分的活性和保護(hù)為代價(jià)，陽(yáng)極與鋼筋元件的緊密靠近可增加緊鄰犧牲陽(yáng)極處的電鍍活性(并因此稱(chēng)為“過(guò)保護(hù)”保護(hù))。不導(dǎo)電屏障可防止大量的電流直接“傾瀉”至緊鄰陰極保護(hù)裝置的鋼筋中。這種傾瀉是不期望的，因?yàn)樗鼫p少流向鋼筋的電流的量，例如，流向修補(bǔ)片的外部(此處非常需要防止持續(xù)的腐蝕)。電流向毗鄰的鋼的傾瀉還可導(dǎo)致較高的總電流，從而不必要地減少陽(yáng)極的有效壽命。
[0043]由于增加的活性造成氧化產(chǎn)物的沉積快于可將該氧化產(chǎn)物除去的例如包裝材料中的吸收、溶解或螯合作用機(jī)制，陽(yáng)極還會(huì)在運(yùn)行中被鈍化。將陽(yáng)極與鋼隔離可降低保護(hù)性電流的強(qiáng)度，并降低陽(yáng)極鈍化的傾向。
[0044]根據(jù)某些實(shí)施方案，設(shè)置于例如陽(yáng)極和鋼筋之間的不導(dǎo)電屏障可減少流向鋼的毗鄰區(qū)域的峰值電流，并促成位于進(jìn)一步遠(yuǎn)離陽(yáng)極組件安裝點(diǎn)處的較高的電流區(qū)域。這樣可提供整體上更加有效的陽(yáng)極組件。
[0045]在某些實(shí)施方案中，絕緣墊或其他不導(dǎo)電屏障可延伸超出陽(yáng)極/鋼接觸面一些距離，例如幾厘米。陽(yáng)極可被放置在緊鄰鋼筋的陰極保護(hù)處，并且所述陽(yáng)極距離所述鋼例如能夠使所述陽(yáng)極很好地保護(hù)其所附著的鋼的最遠(yuǎn)距離。遠(yuǎn)距離可提高陽(yáng)極效率，因此對(duì)于使用較少的陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)的陰極保護(hù)，允許多個(gè)陽(yáng)極之間存在較大的間隔。
[0046]本公開(kāi)內(nèi)容的方面適用于對(duì)被挖掘而暴露出鋼筋的現(xiàn)有混凝土的一部分的修補(bǔ)，并適用于包括電鍍陽(yáng)極組件和獨(dú)立修補(bǔ)片的布置。
[0047]在某些實(shí)施方案中，陽(yáng)極組件被嵌在混凝土中，且其安裝與混凝土修復(fù)所涉及的一般施工實(shí)踐相容。這些步驟可包括向下挖掘已損壞的混凝土至略低于鋼筋的深度，使陽(yáng)極組件附著于鋼筋，以及用合適的包埋砂漿或修補(bǔ)砂漿回填被挖掘的混凝土區(qū)域。
[0048]許多已知的電鍍陽(yáng)極占據(jù)混凝土修補(bǔ)構(gòu)造中的不方便的空間量。根據(jù)某些示例性實(shí)施方案，本公開(kāi)內(nèi)容的犧牲陽(yáng)極體系被塑造成符合鋼筋的短件的形狀，并且可被放置在緊鄰鋼筋處。該構(gòu)造優(yōu)化了擁擠的修補(bǔ)區(qū)域中所達(dá)到的間距，并允許較少和較低廉的混凝土維修。
[0049]根據(jù)其他示例性實(shí)施方案，用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的方法包括:提供不同材料的至少兩種犧牲金屬的雙重作用犧牲陽(yáng)極組件，每一種金屬的電化學(xué)負(fù)性均高于鋼。所述陽(yáng)極可至少部分地被包裝材料覆蓋。細(xì)長(zhǎng)的電導(dǎo)體、扎線連接至陽(yáng)極體并發(fā)出于包裝材料?？蓪㈦p重作用陽(yáng)極組件插入所述混凝土結(jié)構(gòu)中形成的孔洞中。粘合劑聚合物墊(例如但不限于，壓敏雙面膠帶)被置于陽(yáng)極組件的包裝材料和鋼筋的表面之間。通過(guò)將細(xì)長(zhǎng)的電導(dǎo)體纏繞于鋼筋上而將陽(yáng)極組件固定在位。
[0050]可利用合適的低電阻率材料，如某些粘結(jié)性修補(bǔ)砂漿(現(xiàn)有技術(shù)中通常稱(chēng)為包埋砂楽;(embedment mortar))回填被固定的陽(yáng)極組件。或者，可使用低電阻率砂衆(zhòng)來(lái)封裝被固定的陽(yáng)極組件，然后將所述砂漿嵌在高電阻率修補(bǔ)材料中，從而所述低電阻率包埋砂漿封裝被固定的陽(yáng)極組件，并提供通向毗鄰修補(bǔ)區(qū)域的原始混凝土的離子導(dǎo)電通道。
[0051]如圖1A所示，陰極保護(hù)體系100可包括包含陽(yáng)極體102的陽(yáng)極組件，所述陽(yáng)極體102包括活性較低的犧牲金屬(less sacrificial metal) 106和活性較高的犧牲金屬(moresacrificial metal) 104。在某些實(shí)施方案中，陽(yáng)極體102可包含夾在兩層活性較低的犧牲金屬104之間的一層活性較高的犧牲金屬106。在其他實(shí)施方案中，陽(yáng)極體102可包含夾在兩層活性較高的犧牲金屬104之間的一層活性較低的犧牲金屬106。陽(yáng)極體102可至少部分地被包裝材料108包裹或覆蓋。細(xì)長(zhǎng)的電導(dǎo)體116和118連接至陽(yáng)極體102，并發(fā)出于包裝材料108。在安裝期間，絕緣的粘性墊110可被放置在陽(yáng)極體102和鋼筋114之間。絕緣的粘性墊110將陽(yáng)極體102固定至鋼筋114。在電導(dǎo)體116和118如圖所示被固定至鋼筋114上時(shí)，絕緣的粘性墊110粘附陽(yáng)極組件102并保持陽(yáng)極組件102在位。
[0052]如圖1B所示，陰極保護(hù)體系100可包括包含陽(yáng)極體102的陽(yáng)極組件，所述陽(yáng)極體102包括一層活性較低的犧牲金屬106和一層活性較高的犧牲金屬104。在一個(gè)實(shí)施方案中，活性較高的犧牲金屬104可位于活性較低的犧牲金屬106和鋼筋114之間。陽(yáng)極體102可至少部分地被包裝材料108包裹或覆蓋。細(xì)長(zhǎng)的電導(dǎo)體116和118連接至陽(yáng)極體102并發(fā)出于包裝材料108。在安裝期間，絕緣的粘性墊110可被放置在陽(yáng)極體102和鋼筋114之間。絕緣的粘性墊110將陽(yáng)極體102固定至鋼筋114。在電導(dǎo)體116和118如圖所示被固定至鋼筋114上時(shí)，絕緣的粘性墊110粘附陽(yáng)極組件102并保持陽(yáng)極組件102在位。
[0053]轉(zhuǎn)向圖2，陰極保護(hù)方法200包括在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)204中形成修補(bǔ)片202。陽(yáng)極組件102通過(guò)例如粘性墊110被粘附在加固金屬上，并通過(guò)細(xì)長(zhǎng)的電導(dǎo)體116和118被固定在鋼筋114上。
[0054]如圖3A所示，示例性陰極保護(hù)體系300可包括包含陽(yáng)極體302的陽(yáng)極組件，所述陽(yáng)極體302包括活性較低的犧牲金屬306和活性較高的犧牲金屬304。活性較低的犧牲金屬306可部分地包圍活性較高的犧牲金屬304。陽(yáng)極體302可包含一個(gè)具有例如基本上沿著陽(yáng)極體的一面的長(zhǎng)度延伸的C形、V形或U形凹槽的大致的圓柱形。陽(yáng)極體302可至少部分地被包裝材料308包裹或覆蓋。在安裝期間，陽(yáng)極體可被放置在毗鄰鋼筋314的陰極保護(hù)處，并且粘性墊310可被放置在陽(yáng)極組件302和鋼筋314之間。粘性墊310可將陽(yáng)極組件302固定至鋼筋314，并保持陽(yáng)極組件在位。
[0055]轉(zhuǎn)向圖3B，示例性陰極保護(hù)體系300可包括包含陽(yáng)極體302的陽(yáng)極組件，所述陽(yáng)極體302包括活性較低的犧牲金屬306和活性較高的犧牲金屬304。活性較低的犧牲金屬306可部分地包圍活性較高的犧牲金屬304。陽(yáng)極體302可包含一個(gè)具有例如基本上沿著陽(yáng)極體的一面的長(zhǎng)度延伸的C形、V形或U形的凹槽的大致的圓柱形。陽(yáng)極體302可至少部分地被包裝材料308包裹或覆蓋。在一些實(shí)施方案中，活性較低的犧牲金屬306可被包裝材料308覆蓋，并且活性較高的犧牲金屬304可設(shè)置為與包裝材料308和粘性墊310接觸。在其他實(shí)施方案中，活性較低的犧牲金屬可被包裝材料308覆蓋，活性較高的犧牲金屬304可被放置在包裝材料308的外表面與絕緣的粘性墊310之間，其中墊310與鋼筋314接觸。在安裝期間，陽(yáng)極體可被放置在毗鄰鋼筋314的陰極保護(hù)處，并且粘性墊310可被放置在陽(yáng)極組件302和鋼筋314之間。粘性墊310可將陽(yáng)極組件302固定至鋼筋314，并保持陽(yáng)極組件在位。
[0056]本公開(kāi)內(nèi)容克服了已知的外加電流陰極保護(hù)體系的缺點(diǎn)，因?yàn)楸竟_(kāi)內(nèi)容不需要電源供應(yīng)、大量的線路或監(jiān)控，并且克服了已知的犧牲陽(yáng)極的低電流和低壽命的缺點(diǎn)。兩種犧牲金屬的使用提供了用于鋼筋的初始極化的較高的電流以及隨后的更持久的較低的電流，以維持陰極保護(hù)。由活性較高的金屬引起的鋼筋的初始極化傾向于移除氯離子并恢復(fù)被保護(hù)的鋼筋附近的堿性。然后，第二犧牲金屬僅需要維持這些鈍化條件，從而提供雙重作用電鍍保護(hù)。
[0057]雖然已結(jié)合多種示例性實(shí)施方案描述了陽(yáng)極組件、陰極保護(hù)體系和方法，但應(yīng)理解的是，可采用其他類(lèi)似的實(shí)施方案或?qū)λ枋龅膶?shí)施方案進(jìn)行修改和補(bǔ)充以實(shí)現(xiàn)本文中所公開(kāi)的相同的功能而不背離本公開(kāi)內(nèi)容的范圍。上述實(shí)施方案不一定是相互替代的，可將多種實(shí)施方案進(jìn)行組合以提供預(yù)期的特性。因此，陰極保護(hù)體系和方法不應(yīng)局限于任何單一的實(shí)施方案，而應(yīng)按照所附的權(quán)利要求書(shū)的詳述的廣度和范圍加以理解。
【權(quán)利要求】
1.一種犧牲陽(yáng)極體，包含: 第一犧牲金屬； 第二犧牲金屬，所述第二犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性低于所述第一犧牲金屬，其中所述第一犧牲金屬和所述第二犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性高于鋼；以及 包圍所述第一犧牲金屬和第二犧牲金屬的包裝材料。
2.權(quán)利要求1的犧牲陽(yáng)極體，進(jìn)一步包含至少一個(gè)電連接至所述陽(yáng)極體并發(fā)出于所述包裝材料的細(xì)長(zhǎng)的電導(dǎo)體。
3.權(quán)利要求1的犧牲陽(yáng)極體，其中所述陽(yáng)極體包含夾在兩層所述第二犧牲金屬之間的一層所述第一犧牲金屬。
4.權(quán)利要求1的犧牲陽(yáng)極體，其中所述第一犧牲金屬包含鎂或鎂合金。
5.權(quán)利要求1的犧牲陽(yáng)極體，其中所述第二犧牲金屬包含鋅或鋅合金。
6.權(quán)利要求1的犧牲陽(yáng)極體，其中所述第一犧牲金屬包含鎂或鎂合金，且所述第二犧牲金屬包含鋅或鋅合金。
7.權(quán)利要求1的犧牲陽(yáng)極體，進(jìn)一步包含: 設(shè)置為與所述陽(yáng)極體的所述包裝材料接觸的粘性墊。
8.權(quán)利要求2的犧牲陽(yáng)極體，其中 所述第一犧牲金屬包含被軋制為圓柱體的穿孔的平的犧牲金屬； 所述第二犧牲金屬包含被軋制為圓柱體且圍繞所述第一犧牲金屬形成的穿孔的平的犧牲金屬；以及 所述第一犧牲金屬包含鎂或鎂合金，且所述第二犧牲金屬包含鋅或鋅合金。
9.一種犧牲陽(yáng)極體，包含: 第一犧牲金屬，所述第一犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性高于鋼； 第二犧牲金屬，所述第二犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性低于所述第一犧牲金屬；以及 包圍所述第一犧牲金屬和/或所述第二犧牲金屬的包裝材料，其中所述陽(yáng)極體包含一個(gè)具有基本上沿著所述陽(yáng)極體的一面的長(zhǎng)度延伸的C形凹槽的大致的圓柱形。
10.權(quán)利要求9的犧牲陽(yáng)極體，其中所述陽(yáng)極體包含一層所述第一犧牲金屬和一層所述第二犧牲金屬。
11.權(quán)利要求9的犧牲陽(yáng)極體，其中所述第一犧牲金屬包含鎂或鎂合金，所述第二犧牲金屬包含鋅或鋅合金。
12.權(quán)利要求9的犧牲陽(yáng)極體，其中所述第一犧牲金屬至少部分地被所述第二犧牲金屬包圍。
13.權(quán)利要求9的犧牲陽(yáng)極體，進(jìn)一步包含: 設(shè)置為與所述陽(yáng)極體的所述包裝材料接觸的絕緣的粘性墊。
14.一種用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的組件，包含: 包含第一犧牲金屬和第二犧牲金屬的陽(yáng)極體，所述第一犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性高于鋼，所述第二犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性低于所述第一犧牲金屬； 所述第一犧牲金屬和/或所述第二犧牲金屬至少部分地被包裝材料覆蓋； 至少一個(gè)用于將所述陽(yáng)極體電連接至鋼筋元件的電導(dǎo)體。
15.權(quán)利要求14的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的組件，其中所述第一犧牲金屬包含鎂或鎂合金，所述第二犧牲金屬包含鋅或鋅合金。
16.權(quán)利要求15的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的組件，其中所述第一犧牲金屬和第二犧牲金屬各自包含至少一個(gè)穿孔帶。
17.權(quán)利要求15的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的組件，其中所述第一犧牲金屬包含一種實(shí)體，所述第二犧牲金屬包含至少一個(gè)穿孔帶。
18.權(quán)利要求14的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的組件，其中所述包裝材料為多孔砂漿。
19.權(quán)利要求14的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的組件，進(jìn)一步包含: 設(shè)置在所述鋼筋和所述陽(yáng)極體的所述包裝材料之間并與兩者接觸的絕緣的粘性墊。
20.權(quán)利要求14的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的組件，進(jìn)一步包含: 設(shè)置在所述鋼筋和所述陽(yáng)極體的所述第一犧牲金屬之間并與兩者接觸的絕緣的粘性墊。
21.權(quán)利要求19的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的組件，其中所述粘性墊包含壓敏粘合劑。
22.權(quán)利要求14的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的組件，包括至少一個(gè)電連接至所述陽(yáng)極體和所述鋼筋的細(xì)長(zhǎng)的電導(dǎo)體。
23.權(quán)利要求22的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的組件，其中細(xì)長(zhǎng)的金屬導(dǎo)體電連接至所述陽(yáng)極組件并發(fā)出于所述包裝材料的相對(duì)面。
24.一種用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的方法，包括: 將犧牲陽(yáng)極組件電連接至鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋，所述陽(yáng)極組件包括(1)包含不同材料的至少兩種犧牲金屬的陽(yáng)極體，每一種犧牲金屬的電化學(xué)負(fù)性高于鋼，其中所述陽(yáng)極體至少部分地被包裝材料覆蓋；以及(2)至少一個(gè)用于將所述陽(yáng)極體電連接至鋼筋元件的電導(dǎo)體。
25.權(quán)利要求24的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的方法，進(jìn)一步包括: 將所述陽(yáng)極組件插入所述混凝土結(jié)構(gòu)中形成的孔洞中。
26.權(quán)利要求25的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的方法，進(jìn)一步包括: 將所述犧牲陽(yáng)極體設(shè)置為與所述鋼筋接觸。
27.權(quán)利要求26的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的方法，進(jìn)一步包括: 將壓敏粘合劑設(shè)置在所述犧牲陽(yáng)極體和所述鋼筋之間并與兩者接觸。
28.權(quán)利要求24的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的方法，其中所述陽(yáng)極為犧牲金屬，以至少兩個(gè)穿孔帶的形式存在。
29.權(quán)利要求24的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的方法，其中所述至少兩種犧牲金屬包含電化學(xué)活性金屬或金屬合金。
30.權(quán)利要求29的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的方法，其中所述電化學(xué)活性金屬包含鋰、鉀、鈣、鈉、鎂、鋁、鋅或鉻及它們的組合或合金。
31.權(quán)利要求24的用于減少混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕的方法，進(jìn)一步包括: 以有效的量提供不同材料的至少兩種犧牲金屬——其中一種為鎂——的犧牲陽(yáng)極，以引起遠(yuǎn)離所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述鋼筋的氯離子的遷移。
【文檔編號(hào)】C23F13/06GK104508187SQ201380040226
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2013年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月30日
【發(fā)明者】F·R·古德溫 申請(qǐng)人:建筑研究和技術(shù)有限公司