立交桥阴极保护

1 钢筋混凝土的腐蚀

  钢筋混凝土是一种复合材料，钢筋承受拉力，混凝土承受压力，在正常的状况下，混凝土为钢筋提供了一个保护环境。普通硅酸盐水泥水化后，硅酸盐成分起反应生成钙硅酸盐水化物和氢氧化钙，另外水泥成分中的石灰和水快速反应转变为氢氧化钙。
  1、2（3CaO.SiO2)+6H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2
  2、2（2CaO.SiO2)+4H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)2
  3、 2Ca+2H2O→2Ca(OH)2

一个完全水化的硅酸盐水泥最初的成分中含匕一30％氢氧化钙（重量），当这些氢氧化物溶解于水时能和其它种成分结合在一起。此时钢筋周围处于pH值为12－13的碱性环境中，在钢的表面生成了一层γFeO3保护膜，结果是钢筋位于布拜图（金属在不同pH值和
不同电位值的腐蚀状态图）的钝化区之内，见左图。又因为混凝土层对腐蚀介质有一定的阻
碍作用，因此在一般腐蚀环境中钢筋的腐蚀程度很轻。
  混凝土中钢筋的抗腐蚀的能力在某些介质中可以被破坏，首先，环境中的某些成分可以和氢氧化钙发生反应，导致pH值降低。第二，强穿透离子的存在，例如氯离子可以破坏保护膜。在这两种情况下钢铁表面就暴露于腐蚀环境中。
  前者的一个例子是二氧化碳碳化，当暴露在含二氧化碳的大气中时，混凝土中的氢氧化钙就与二氧化碳发生如下反应。
           Ca(OH）2＋CO2→CaCO3+H2O
  这个反应最终的结果使钢筋混凝土的强度得到轻微的提高，此时pH值降低至8－8．5，因为钢表面的pH值处于大于或等于10．5时才形成钝态的氧化膜，所以此时钢筋处于非保护状态。
  混凝土所处环境中的氯离子由于半径小、穿透力强，所以能够通过混凝土的微小孔隙，到达混凝土内的钢筋表面，而氯离子对钢筋表面生成的钝化膜有非常强的破坏能力，使金属的钝态不能建立，造成钢筋的严重腐蚀与开裂，这种腐蚀开裂的原因是铁腐蚀产物体积比原来铁的体积大的多。如Fe（OH）2体积是铁的4倍，Fe3O4的体积是铁的8倍，从而产生较大的突变应力，这一应力大大超出混凝土的抗拉强度，引起混凝土的开裂和剥落，这时环境中更多的腐蚀介质会接触到钢筋，促进钢筋的进一步腐蚀。
  氯离子进入混凝土中有几种途径，例如：结构处于海水环境中、使用路面除冰盐、沿海地区的盐雾污染，另外使用氯化钙早强剂也产生了大量的含氯污染物，还有，使用未充分清洗的海砂，也增加了氯离子的来源。
  在钢筋上引导腐蚀，氯离子的浓度是一个重要的标准。在碱性溶液中已经进行了很多调查，证明即使在浓度低于水泥重量的0.001％也可导致腐蚀的开始。然而从现场经验和植入混凝土的电极工作来看，在浓度为0.1－0.2％的时候，能发生较低程度的腐蚀。因此，采用溶解状态的氯占水泥含量的0.15％作为是否考虑采用防腐措施的准则。

2 钢筋混凝土的常规防腐措施

  可分为两大类：针对混凝土方面，低渗透混凝土和增加保护层厚度，适当厚度的保护层和低的水灰比可增加氯离子到达钢筋的时间，一些添加物可减小混凝土中的孔隙。浸透涂层可将混凝土的孔隙进行封闭使混凝上更加密实，防渗水膜可以阻止氯离子等物质的进入。
  针对钢筋方面，可采用环氧粉末喷涂的钢筋以及电镀钢筋等方案。
  以上方法虽然能在一定程度上阻止腐蚀的发生，但都或多或少的存在一些不足之处。因此下面就介绍根本的解决方案——阴极保护。

3 阴极保护法（CP）

  前面介绍了钢筋在海水中的腐蚀过程是一个电化学过程，铁表面失去电子发生阳极氧化反应，阴极保护法就是利用了它的电化学腐蚀原理，通过人为给它施加负向电流，从而金属表面的反应由原来的失去电子的氧化反应，成为得电子的还原反应，从而使金属的腐蚀不再发生。阴极保护在钢筋表面上提供了一个小的直流电流，使它的氧化反应停止。通过在混凝土表面或内部安装阳极。使它们与外部电源连接，钢筋作为阴极，阴阳极通过在混凝土中完成电池回路。为了使离子在两极间移动，要有必须的电解质存在。
  阴极保护技术在埋地管道中应用较多，我国已有相应的规范，和较成熟的工艺。近十几年，国际上已在钢筋混凝土路、桥上的防腐蚀中应用了阴极保护技术，收效甚佳。
  据英国刊物报导，有7座桥梁应用了阴极保护，效果很好，桥梁应用了阴极保护后，其寿命可以延长40年。
  在混凝土钢筋上应用阴极保护并不是最近的事。在1966年南非的大桥环形横梁上进行了试验。美国的工作开始于1973年，应用于座落于加利福尼亚州内华达山著名的州际80号大桥。在欧洲和南美也都有这样的例子。包括混凝土涂层管道，桥梁和海上设施。

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