专利名称：具阴极防护功能的cfrp-钢筋混凝土组合结构及方法
技术领域：
本发明涉及钢筋混凝土的组合结构领域，尤其涉及具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构及方法。
背景技术：
近年来，FRP-混凝土组合结构越来越多地吸引了学者的关注。这是由于FRP-混凝土组合结构可以改善结构的受力情况、施工过程采用FRP作为模板无需额外模板及相应的拆模工序和良好的耐久性。该组合结构良好的耐久性主要是由于采用了耐久性能好的FRP材料，以及FRP对其全包裹的构件具有阻止外部有害物质侵入的能力。上述的结构耐久性对材料要求、施工过程及工作环境是比较敏感的。当存在有施工不当，FRP材料自身的缺陷导致外部腐蚀介质的侵入以及结构内部含有足够的有害物质等，结构的耐久性就不再具有组合结构的优势了。而且当使用富含氯化物、硫酸盐等有害物质的混凝土材料时，如典型的海砂混凝土，由于具备了加速钢筋腐蚀的各个条件，结构内部的钢筋发生腐蚀的时间大大提前，破坏结构的耐久性，进而需要对其提早的维修和保养。作为结构加固和组合结构领域比较常见的碳纤维增强复合材料(CFRP)因具有轻质高强、模量大、耐腐蚀性好等优点实际上，CFRP除了人们熟知的力学性能外，由于其含有的主要成分之一一碳纤维具有良好的电化学特性，即良好的导电性及接近贵金属的电极电位，CFRP同样具有良好的电化学特性。因此，可通过采用CFRP良好的力学和电化学特性形成一种耐久性优异的新型组合结构。
发明内容
鉴于上述组合结构耐久性的不足，本发明的目的在于提供具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组 合结构及方法，旨在解决现有的钢筋混凝土结构内部富含腐蚀介质出现的钢筋腐蚀的问题。本发明的技术方案如下:
一种具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构的加工方法，其中，包括步骤:
将钢筋混凝土装置本体与CFRP型材整体浇筑，CFRP型材设置在钢筋混凝土装置本体的加固区域表面，在钢筋混凝土装置本体的至少一根钢筋与CFRP型材之间连接用于对钢筋施加电流的外部电源，使钢筋、外部电源、CFRP型材形成回路，在所述回路中串联一用于对电流大小进行控制的控制装置，在钢筋混凝土结构本体的混凝土中连接一用于对钢筋的腐蚀状况进行检测的检测装置。所述的具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构的加工方法，其中，所述CFRP型材为混杂不同纤维或基体材料的复合材料。—种具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构，其中，其包括设置在钢筋混凝土装置本体的加固区域表面的CFRP型材；
并且，钢筋混凝土装置本体与CFRP型材整体浇筑，在钢筋混凝土装置本体的至少一根钢筋与CFRP型材之间连接用于对钢筋施加电流的外部电源，使钢筋、外部电源、CFRP型材形成回路，在所述回路中串联一用于对电流大小进行控制的控制装置，在钢筋混凝土结构本体的混凝土中连接一用于对钢筋的腐蚀状况进行检测的检测装置。所述的具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构，其中，所述钢筋混凝土装置本体中设置有多根钢筋，并且，多根钢筋之间电性连接。所述的具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构，其中，所述外部电源为直流电源。所述的具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构，其中，所述钢筋混凝土装置本体为圆柱形或者矩形结构。所述的具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构，其中，所述钢筋混凝土装置本体为圆柱形结构，所述钢筋设置有多根，并环绕设置在钢筋混凝土装置本体的四周，相邻钢筋之间电性连接。所述的具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构，其中，所述CFRP型材为CFRP 管。有益效果:本发明由于对CFRP-钢筋混凝土组合结构施加了阴极防护，通过CFRP材料对混凝土内钢筋施加微小的电流来实现结构阴极防护的目的，从而主动干预了富含有害物质混凝土内的钢筋腐蚀，并且，本发明利用CFRP材料的结构加固和阴极防护的双重功能，将其应用于钢筋混凝土装置当中，即使在混凝土材料内部富含腐蚀介质或外部环境恶劣的情况下，钢筋也能得到足够的保护，同时，本发明还将CFRP、混凝土与钢筋直接浇筑为一个整体，省去了阴极防护结构本体安装的工序，提高了施工效率。
图1为本发明具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构较佳实施例的结构示意图。
具体实施例方式本发明提供具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。请参阅图1，图1为本发明具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构较佳实施例的结构示意图，如图所示，其包括两大结构本体:钢筋混凝土装置本体和阴极保护结构本体。在所述钢筋混凝土装置本体中，其包括混凝土 3、钢筋2、CFRP管1，钢筋2埋置在混凝土 3内部，CFRP管I设置钢筋混凝土装置本体表面，并且通过混凝土 3与钢筋2之间相互电性连接，在钢筋混凝土装置本体的至少一根钢筋2与CFRP管I之间连接用于对钢筋2施加电流的外部电源5。在本发明中，钢筋混凝土装置本体与CFRP管I整体浇筑，这样，阴极保护结构本体可方便地安装在组合结构本体上。CFRP管I为混杂不同纤维或基体材料的复合材料等，例如混杂了碳纤维和玻璃纤维等的纤维增强复合材料。 CFRP管可按组合结构理论计算得到。
在上述钢筋2、所述混凝土 3、和所述CFRP管I和所述外部电源5形成一闭合串联的回路(通过导线7连接)，在所述回路中增加一个与所述外部电源5相连接的对电流大小进行控制的控制装置6，该控制装置6可以根据钢筋保护的具体需要合理的调节保护电流的大小，从而更好的对整个装置进行调控。为了更好的对钢筋的性能进行检测，可在混凝土 3增设一个检测装置8，该检测装置8和控制装置6相结合可以方便的获取混凝土结构的维护状况，便于根据该混凝土结构的现状对其进行合理的保护。所述CFRP型材为混杂不同纤维或基体材料的复合材料等，例如混杂了碳纤维和玻璃纤维等的纤维增强复合材料。CFRP管可按组合结构理论计算得到。本实施例充分利用了 CFRP材料的力学性能和电化学特性，使得CFRP材料在本发明的结构体系中充当了组合结构材料和辅助阳极的双重角色，这样将组合结构和阴极防护两种功能有效地整合在一个体系中，即使在富含腐蚀介质的混凝土，也能使钢筋得到保护。钢筋2—混凝土 3 — CFRP管I形成完整的电通路能够顺利地传递阴极保护电流，本发明中在阴极保护结构本体中施加微小的电流，来实现阴极防护，通过向钢筋施加阴极电流而使钢筋电位落在免蚀区，进而达到 保护钢筋的目的，所以，所述的外部电源为可提供保护电流或电压的直流电源。本发明中的钢筋混凝土装置本体可以是圆柱形结构或作矩形梁结构，例如图1所示的圆柱形结构，在图1所示的实施例中，多根钢筋2环绕设置在混凝土 3的周围，并且相邻的钢筋2之间电连接，将电连接的钢筋2、混凝土 3、CFRP管I整体浇筑，就可以省去阴极保护结构本体的安装工序，直接将阴极防护结构本体的外部电源连接上钢筋混凝土装置本体上即可，例如将任意一根钢筋2连接上外部电源5的负极，将CFRP管I连接外部电源5的正极，即可形成所述的阴极保护结构本体。在本发明中，应分别考虑体系的力学性能和阴极防护效果，各自的设计原理和计算方法可参照有关文献或规范。所述的CFRP管I起到了组合结构材料和辅助阳极的作用，其在长期荷载、环境因素和保护电流共同作用下须具有可靠的力学性能、电化学特性和耐久性等性能，以便同时发挥组合结构和阴极防护的功能。进一步，所述混凝土内的钢筋数量至少为I个，当钢筋数大于I时，钢筋之间进行电连接(如图所示，通过导线4连接)，并检测钢筋之间的电连接性。本发明中，碳纤维增强复合材料(CFRP)因具有轻质高强、模量大、耐腐蚀性好等优点实际上，CFRP除了人们熟知的力学性能外，由于其含有的主要成分之一一碳纤维具有良好的电化学特性，即良好的导电性及接近贵金属的电极电位，CFRP同样具有良好的电化学特性。因此，本发明利用CFRP的电化学特性形成一种新型的辅助阳极应用到钢筋混凝土结构的外加电流阴极保护领域中。进一步地，可利用CFRP的力学性能和电化学特性，形成一种同时具有钢筋保护和阴极防护的新型组合结构体系。这意味着作为结构的组成材料之一的CFRP不仅仅发挥了其在组合结构中的优势，同时将起到外加电流阴极防护系统中的辅助阳极。本发明可以在一个体系中同时实现对结构的结构加固和阴极防护的功能，由于在整个系统中采用了含有CFRP的辅助阳极，省去了阴极保防护系统中的控制系统和检测系统，显著提高了 CFRP-钢筋混凝土组合结构的性价比。本发明还提供一种具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构的加工方法，其包括步骤:将钢筋混凝土装置本体与CFRP型材整体浇筑，CFRP型材设置在钢筋混凝土装置本体的加固区域表面，在钢筋混凝土装置本体的至少一根钢筋与CFRP型材之间连接用于对钢筋施加电流的外部电源，使钢筋、外部电源、CFRP型材形成回路，在所述回路中串联一用于对电流大小进行控制的控制装置，在钢筋混凝土结构本体的钢筋和混凝土之间连接一用于对钢筋的腐蚀状况进行检测的检测装置。进一步，所述CFRP型材为混杂不同纤维或基体材料的复合材料。综上所述，本发明提供的具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构及方法，通过CFRP材料对混凝土内钢筋施加微小的电流来实现结构阴极防护的目的，从而主动干预了富含有害物质混凝 土内的钢筋腐蚀，并且，本发明利用CFRP材料的结构加固和阴极防护的双重功能，将其应用于钢筋混凝土装置当中，即使在混凝土材料内部富含腐蚀介质或外部环境恶劣的情况下，钢筋也能得到足够的保护，同时，本发明还将CFRP、混凝土与钢筋直接浇筑为一个整体，省去了阴极保护结构本体安装的工序，提高了施工效率。应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构的加工方法，其特征在于，包括步骤: 将钢筋混凝土装置本体与CFRP型材整体浇筑，CFRP型材设置在钢筋混凝土装置本体的加固区域表面，在钢筋混凝土装置本体的至少一根钢筋与CFRP型材之间连接用于对钢筋施加电流的外部电源，使钢筋、外部电源、CFRP型材形成回路，在所述回路中串联一用于对电流大小进行控制的控制装置，在钢筋混凝土结构本体的混凝土中连接一用于对钢筋的腐蚀状况进行检测的检测装置。
2.根据权利要求1所述的具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构的加工方法，其特征在于，所述CFRP型材为混杂不同纤维或基体材料的复合材料。
3.一种具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构，其特征在于，其包括设置在钢筋混凝土装置本体的加固区域表面的CFRP型材； 并且，钢筋混 凝土装置本体与CFRP型材整体浇筑，在钢筋混凝土装置本体的至少一根钢筋与CFRP型材之间连接用于对钢筋施加电流的外部电源，使钢筋、外部电源、CFRP型材形成回路，在所述回路中串联一用于对电流大小进行控制的控制装置，在钢筋混凝土结构本体的混凝土中连接一用于对钢筋的腐蚀状况进行检测的检测装置。
4.根据权利要求3所述的具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构，其特征在于，所述钢筋混凝土装置本体中设置有多根钢筋，并且，多根钢筋之间电性连接。
5.根据权利要求3所述的具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构，其特征在于，所述外部电源为直流电源。
6.根据权利要求3所述的具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构，其特征在于，所述钢筋混凝土装置本体为圆柱形或者矩形结构。
7.根据权利要求6所述的具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构，其特征在于，所述钢筋混凝土装置本体为圆柱形结构，所述钢筋设置有多根，并环绕设置在钢筋混凝土装置本体的四周，相邻钢筋之间电性连接。
8.根据权利要求6所述的具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构，其特征在于，所述CFRP型材为CFRP管。
全文摘要
本发明公开具阴极防护功能的CFRP-钢筋混凝土组合结构及方法，其中，所述方法包括步骤将钢筋混凝土装置本体与CFRP型材整体浇筑，CFRP型材设置在钢筋混凝土装置本体的加固区域表面，在钢筋混凝土装置本体的至少一根钢筋与CFRP型材之间连接用于对钢筋施加电流的外部电源，使钢筋、外部电源、CFRP型材形成回路，在所述回路中串联一用于对电流大小进行控制的控制装置，在钢筋混凝土结构本体的混凝土中连接一用于对钢筋的腐蚀状况进行检测的检测装置。
文档编号C23F13/06GK103215601SQ20131013125
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月16日 优先权日2013年4月16日
发明者朱继华, 邢锋, 韩宁旭, 刘伟, 隋莉莉, 朱淼长 申请人:深圳大学