钢筋混凝土电化学阴极保护的历史

钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀与其阴极保护【摘要】桥梁对于交通的连续起着非常重要的作用，大多数钢筋混凝土桥梁都存在着腐蚀的现象，不利于结构的耐久性，影响其使用寿命。

本文分析了钢筋混凝土桥梁钢筋锈蚀的机理，并给出了防腐的措施，其中重点讲述了阴极保护法。

【关键词】钢筋；桥梁；锈蚀；阴极保护０引言桥梁是道路中断时跨越障碍物的建筑物。

长久以来,桥梁对于促进交通事业和国民经济的发展起着极为重要的作用。

目前，中国已成为桥梁大国，每年新建的桥梁约占世界新建桥梁总数的一半。

2011年的数据显示，我国拥有桥梁65.8万余座，总计30483094延米，已超越美国（约62万座），成为桥梁第一大国。

根据规划，到2020年左右，我国公路桥梁将建至80万座。

长期以来，钢筋混凝土结构的耐久性得到了工程实际的考验，被人们所认可，钢筋混凝土桥梁也因此成为目前世界上应用最为广泛的桥梁。

以我国为例，在已建公路桥梁中，钢筋混凝土桥梁所占比例达到90%以上。

钢筋混凝土结构中，钢筋处于强碱环境中，在其表面形成了一层致密的钝化膜，保护钢筋不与腐蚀环境接触，使钢筋不发生锈蚀。

但在桥梁的使用期间，结构处于恶劣的环境条件下，内部将发生一系列变化，导致钢筋混凝土的腐蚀。

钢筋锈蚀对于钢梁混凝土桥梁的使用极为不利。

本文对钢筋锈蚀的机理进行分析，并给出其防护措施。

1钢筋锈蚀的机理普通硅酸盐的主要成分是铝酸钙（3CaO·Al2O3，4CaO·Al2O3）和硅酸钙（3CaO·Si2O3,2CaO·Si2O3）,在水泥水化反应中生成Ca（OH）2，当Ca（OH）2溶解于水时和其它成分结合在一起pH值达到12－13，呈强碱性。

在此环境下，钢筋表面会形成一层致密的钝化膜，保护钢筋不与腐蚀环境接触,不发生锈蚀。

但在周围不利环境的作用下，CO2、SO2等酸性气体会逐渐渗入混凝土中，和Ca（OH）2发生化学反应，生成钙盐，导致pH值下降，无法形成钝化膜。

阴极保护历史回顾
在第二次世界大战的不久之后，以色列、法国、北非的一些国家开始采取阴极保护，主要是对腐蚀性环境中的混凝土管道进行保护。

美国也采用了阴极保护，主要应用在管道、桥梁、混凝土储罐跟导弹发射坑。

美国采用阴极保护的地区主要集中在美国国土的南部跟西部，含有腐蚀性土壤的地区或者是靠近滨海的地区。

法国第一次在预应力混凝土的结构上采用阴极保护发生在1946年，在1976年，澳大利亚也将牺牲阳极阴极保护法应用在预应力混凝土管道上。

在中国，我们将阴极保护应用在预应力混凝土管道之上是在国家建材局苏州水泥制品研究所开始的，发生在1982年，随后，我国又在东北、华北、华东等地区，对预应力管道施加阴极保护防止腐蚀的发生。

钢筋混凝土阴极保护系统牺牲阳极河南邦信防腐材料有限公司2017年3月钢筋混凝土阴极保护系统中新型一次阳极和二次阳极以及两者的配合使用在研制和实施中的有关结果。

（1）自行研制的一次阳极电流输出能力和耐蚀性较好且加工方便，价格也较便宜。

（2）二次阳极——导电混凝土的电阻率较低，达10～20cm可以有效地将保护电流铺展开、使钢筋电位分布均匀，扩大了单只一次阳极的保护范围。

（3）在阴极保护系统使用过程中，一次阳极与二次阳极的配合也很为重要，如何有效地将两者结合起来对于整个保护系统的保护均匀性有重大的影响。

1 钢筋阻锈剂1.1 钢筋阻锈剂的开拓与发展世界上钢筋阻锈剂的研究与使用经历了很长的时期。

日本是一个岛国，20世纪50年代就缺乏建筑用河砂，不得不开发利用海砂，既要解决海洋环境中氯盐腐蚀问题，又要设法防止海砂中氯盐对钢筋的侵害。

1973年在冲绳发电站建设工程中，正式大量使用了钢筋阻锈剂。

以后用量猛增，到1980年，每年有160万m3混凝土使用了钢筋阻锈剂(钢筋阻锈剂每年用量约1～1.5万t)。

1982年日本制定了《钢筋混凝土用防锈剂》(JISA6205)工业标准，建设省还发布指令文件(597号文、142号文等)，要求在使用海砂或环境氯盐可能超标时，必须使用钢筋阻锈剂。

原苏联也是使用钢筋阻锈剂很早的国家，1985年出版了《混凝土中钢筋阻锈剂》的专著，并在国标《建筑防腐蚀设计规范》中纳入钢筋阻锈剂内容。

美国以往对钢筋阻锈剂的长期有效性，一直存在较大的争论。

只是在最近15年，钢筋阻锈剂才作为新技术得到迅速发展。

经过较长时间的试验研究和工程应用，美国混凝土学会(ACI)肯定了钢筋阻锈剂的效果，并确认“钢筋阻锈剂、环氧涂层钢筋和阴极保护，是长期有效的防钢筋锈蚀的措施”。

1992年美国公路运输联合会(AASHTO)等三个单位编制并发布的《钢筋混凝土桥梁腐蚀手册》，将钢筋阻锈剂作为桥梁防腐蚀的重要措施之一；美国海军工程服务中心(NFESC)、美国航天局肯尼迪太空中心(NASA KSC)等军工部门，都在大力研究开发和积极采用钢筋阻锈剂，以与“盐害”作斗争。

桥梁养护中牺牲阳极的阴极保护法作者：朱从伟于保华来源：《装饰装修天地》2017年第02期摘要：混凝土中钢筋锈蚀是一个电化学的过程，其电化学机理是当钢筋表面有水分存在时，就发生铁电离的阳极反应和溶解态氧还原的阴极反应，相互以等速度进行。

钢筋锈蚀致使体积膨胀，对保护层混凝土产生扩张力，致使钢筋保护层混凝土沿钢筋方向开裂、脱落，而裂缝及混凝土保护层的剥落又进一步加剧了内部钢筋的锈蚀，从而陷入一个恶性循环的过程，造成结构的损坏。

针对桥梁维修过程中出现的钢筋的锈蚀现象，提出电化学防腐蚀中的牺牲阳极的解决办法，并采取对比实验与实际应用加以验证，总结形成一种有效控制钢筋锈蚀的可行性方法。

关键词：钢筋混凝土结构；桥梁养护维修；钢筋锈蚀；电化学防腐；牺牲阳极；锌基合金1 引言桥梁是道路中断时跨越障碍物的建筑物。

长久以来，桥梁对于促进交通事业和国民经济的发展起着极为重要的作用。

目前，中国已成为桥梁大国，每年新建的桥梁约占世界新建桥梁总数的一半。

2011年的数据显示，我国拥有桥梁 65.8万余座，总计30483094 延米，已超越美国（约62万座），成为桥梁第一大国。

根据规划，到2020年左右，我国公路桥梁将建至80万座。

长期以来，钢筋混凝土结构的耐久性得到了工程实际的考验，被人们所认可，钢筋混凝土桥梁也因此成为目前世界上应用最为广泛的桥梁。

以我国为例，在已建公路桥梁中，钢筋混凝土桥梁所占比例达到90%以上。

钢筋混凝土结构中，钢筋处于强碱环境中，在其表面形成了一层致密的钝化膜，保护钢筋不与腐蚀环境接触，使钢筋不发生锈蚀。

但在桥梁的使用期间，结构处于恶劣的环境条件下，内部将发生一系列变化，导致钢筋混凝土的腐蚀。

钢筋锈蚀对于钢梁混凝土桥梁的使用极为不利。

所以，钢筋混凝土中的钢筋防锈蚀变得尤为重要。

2 钢筋锈蚀的机理用钢筋和混凝土制成的钢筋混凝土结构中钢筋承受拉力，混凝土承受压力，其由于具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。

钢筋混凝土构筑物的阴极保护在混凝土中作为加强使用的钢筋以及作为预应力使用的钢筋，这两种钢筋放在混凝土的环境中的时候会发生腐蚀，本文主要就是将的是为了防止这种腐蚀所采用的阴极保护。

存在于混凝土中的钢筋是由一定的耐蚀性的，在混凝土本身具有的极高的pH值产生的钝化作用下就会产生混凝土中钢筋的这种耐蚀性。

我们做一个小实验，就是准备一个有自来水的容器，把一块钢铁放到这个容器之中，我们可以看到在很短的时间之内就会产生钢铁腐蚀；然后我们再取一个有自来水的容器，先将几块混凝土放在水中，然后将钢铁块放在里面，我们可以看到，钢铁并没有生锈。

我们再把这两个容器中的水的pH值进行测量，第一种水的pH值为7，第二种水的pH值为12.5。

从这个小实验之中我们可以看到，在pH值很高的时候，钢铁并不容易生锈，这个时候钢铁就处于钝化状态，就能够阻止腐蚀的产生。

但是，如果环境之中存在浓度比较高的氯化物的时候，钢的钝化就会被破坏掉。

这种作用的原理就是，氯化物有一个临界值，在超过这个临界值的情况下，再加上存在游离氯，这样就会引起钢铁的腐蚀。

钢筋混凝土中的腐蚀原理就是，环境之中存在很高浓度的氯化物的时候，就会破坏钢筋混凝土的钝化作用。

科学研究表明，氯化物是有一定的临界值的，超过这个临界值的时候，环境中如果存在游离氧，就会引起钢铁的腐蚀。

在环境中含有高浓度的氯化物的时候，氯离子的渗透性很强，它可以将混凝土的护层穿透，这样就能够到达混凝土中的钢的表面，从而对钢产生腐蚀的破坏；如果混凝土中存在裂缝的时候，腐蚀性的介质就会直接到达混凝土中的钢的表面，这样就更能直接的引起腐蚀。

如何对存在于强腐蚀环境下的钢筋混凝土构筑物进行保护防止其腐蚀呢，主要的手段就是将混凝土保护层的抗渗性提高，还有就是要施加阴极保护。

钢筋混凝土结构应用阴极保护防止钢筋腐蚀钢筋混凝土结构是公认的一种经济、耐用、力学性能好的材料，广泛应用于建筑\桥梁。

然而在座落于海水等强腐蚀环境中的钢筋混凝土构筑物，时刻都在发生着严重危害建筑物安全的腐蚀行为。

本文将分析它的腐蚀特点并重点介绍运用阴极保护防止腐蚀的方法。

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、1（3CaO.SiO2）+6H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca（OH）21、2（2CaO.SiO2）+4H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+Ca（OH）21、3Ca+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值不同电位值的腐蚀）的钝化区之内，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。

混凝土中钢筋锈蚀的电化学防护技术研究一、研究背景混凝土结构中使用的钢筋，往往会遭受到氧化、腐蚀等自然环境因素的侵蚀，导致钢筋锈蚀，从而影响混凝土结构的使用寿命和安全性。

为了防止钢筋锈蚀，电化学防护技术被广泛应用于混凝土结构的防腐保护中。

二、电化学防护技术的原理电化学防护技术是通过改变钢筋表面的电化学状态，使其处于一个较低的腐蚀电位，从而防止钢筋发生腐蚀的一种技术。

具体来说，电化学防护技术是通过在钢筋表面施加一个外加电位，使钢筋处于保护电位范围内，从而抑制钢筋的腐蚀反应。

同时，电化学防护技术还可以通过向混凝土结构中引入保护电流，使得钢筋处于阳极状态，从而促进钢筋表面的氧化反应，形成一层致密的钢筋氧化膜，从而保护钢筋不受到腐蚀的侵蚀。

三、电化学防护技术的应用1、阴极保护技术阴极保护技术是最常用的电化学防护技术之一。

该技术是通过向钢筋表面施加一个负电位，使钢筋处于保护电位范围内，从而抑制钢筋的腐蚀反应。

在具体应用中，一般采用外加电源或电化学防蚀剂来实现钢筋的阴极保护。

其中，外加电源的方式可以是直流电源、交流电源或太阳能电池等方式。

2、阳极保护技术阳极保护技术是一种利用保护电流促进钢筋表面氧化反应的电化学技术。

该技术是通过向混凝土结构中引入一定的保护电流，使得钢筋处于阳极状态，从而促进钢筋表面的氧化反应，形成一层致密的钢筋氧化膜，从而保护钢筋不受到腐蚀的侵蚀。

在具体应用中，阳极保护技术需要考虑保护电流的大小、施加时间和混凝土结构中的电解质浓度等因素。

四、电化学防护技术的优缺点1、电化学防护技术具有防腐效果好、施工方便、维护简单等优点；2、电化学防护技术存在着技术难度大、施工成本高等缺点。

五、电化学防护技术的发展趋势1、电化学防护技术将向智能化、自动化方向发展；2、电化学防护技术将向绿色环保、可持续性发展方向发展；3、电化学防护技术将向高效、低成本方向发展。

六、结论电化学防护技术是一种有效的混凝土结构防腐保护技术。