一种CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护装置和方法与流程

本发明涉及钢筋混凝土阴极保护，尤其涉及一种CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护装置和方法。

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背景技术：
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钢筋混凝土作为一种结构材料，被广泛应用于桥梁、房屋等建筑物中。然而，混凝土是一种有孔性材料，当结构处于海洋、盐碱地、冻融循环、除冰盐等不利环境时，环境中的有害介质会通过混凝土内的孔隙渗透到钢筋表面，与之发生反应，引起钢筋锈蚀，导致结构的使用寿命远低于设计寿命。为了应对钢筋锈蚀问题，目前、常用的钢筋锈蚀保护的措施有涂覆混凝土表面防渗层、使用密实性好的混凝土、对钢筋实施电化学阴极保护、钢筋表面加防腐层、应用高抗腐蚀钢筋等。在这些措施中，电化学阴极保护法能直接抑制钢筋自身的电化学腐蚀过程，被认为是最有效的方法之一。

根据阴极电流施加方式的不同，可以将电化学阴极保护法分为外加电流法和牺牲阳极法；由于外加电流法具有电压电流可调节的优势，在实际工程中更受业内人士的青睐。自外加电流法被应用于钢筋混凝土结构以来，人们致力于研究开发阳极系统，不断有新的材料被开发和应用。如，(1)主阳极块+导电覆盖层、(2)主阳极丝+导电聚合物、(3)主阳极丝+喷涂金属层、(4)主阳极丝+导电涂层(5)电缆阳极、(6)金属氧化物钛网阳极和(7)埋入型阳极。钢筋混凝土结构是一种极为复杂的多相体系，混凝土中电阻率高，分布不均匀，还受环境和季节的影响。这就对所选择的阳极系统提出了较高的要求，以上几种阳极系统均有应用于钢筋混凝土结构的实例，但都有各自的极限性，其中，金属氧化物钛网阳极是当今在岗筋混凝土阴极保护中应用最为成功的阳极系统，但其材料昂贵，显著地增加了工程成本，这对于其在实际工程中的应用推广上是一个难以避开的障碍。

申请号为CN201310131212.9的发明公开了一种采用CFRP嵌入阳极的钢筋混凝土阴极保护方法及装置，所述方法包括步骤：在所述保护区域位置按规定尺寸开设凹槽；在钢筋混凝土结构本体的保护区域表面设置CFRP片材，所述CFRP片材包括与凹槽适配的加劲肋及与固定在保护区域内表面的加劲板；将粘结材料涂抹在所述CFRP片材的加劲肋与混凝土凹槽相连接的侧表面和加劲板与混凝土之间，将加劲肋与混凝土凹槽以及加劲板与混凝土嵌入连接。该装置由于采用CFRP片材设计成加劲肋结构嵌入进混凝土中减小了CFRP片材与钢筋之间的距离，降低了两者之间的电阻，从而有利于混凝土结构中保护电流的连续均匀分布，可以达到更好的保护效果。

但是该发明施工时需要二次作业，施工麻烦；因为需要二次加工，阳极材料与混凝土之间的粘结强度难以保证，阳极材料和混凝土之间工作的协同性不好；阳极材料与阴极材料(钢筋)之间的混凝土厚度较大，阴极与阳极之间的电阻大，耗能多。

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技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题是提供一种施工方便、阴极与阳极之间的电阻小、工程成本低的CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护装置。

本发明另一个要解决的技术问题是提供一种施工方便、阴极与阳极之间的电阻小、工程成本低、方便用于新建建筑的CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护装置，包括混凝土、埋在混凝土中的复数根钢筋、直流电源和CFRP阳极，所述的CFRP阳极为套在钢筋外面的CFRP管，CFRP管与钢筋之间的间隙中填充导电的粘接层；复数根CFRP管并联后接直流电源正极，复数根钢筋并联后接直流电源的负极。

以上所述的钢筋混凝土阴极保护装置，导电的粘接层包括粘接材料和分散在粘接材料中的导电颗粒。

以上所述的钢筋混凝土阴极保护装置，所述的粘接材料为水泥砂浆或有机树脂胶。

一种CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护方法，采用CFRP管-钢筋组合作为钢筋混凝土中的钢筋使用，CFRP管-钢筋组合包括钢筋、套在钢筋外面的CFRP管和填充在CFRP管与钢筋之间间隙的导电的粘接层；并将CFRP管-钢筋组合表面的CFRP管作为阳极接直流电源的正极，将CFRP管-钢筋组合的钢筋内芯作为阴极接直流电源的负极。

以上所述的钢筋混凝土阴极保护方法，导电的粘接层包括粘接材料和分散在粘接材料中的导电颗粒。

以上所述的钢筋混凝土阴极保护方法，所述的粘接材料为水泥砂浆或有机树脂胶。

以上所述的钢筋混凝土阴极保护方法，CFRP管-钢筋组合按以下步骤制作：

701)对钢筋进行除污、打磨处理；

702)在处理好的钢筋表面涂刷含有导电颗粒的粘接材料，并将涂好粘接材料的钢筋插入CFRP管内，通过粘结材料将CFRP管和钢筋结合成整体；或将处理好的钢筋插入CFRP管内，灌入含有导电颗粒的粘接材料，用粘接材料填充CFRP管和普通钢筋之间的间隙，使之结合成整体。

本发明的钢筋混凝土采用CFRP管-钢筋组合，CFRP管-钢筋组合可以预制，施工简单方便，方便用于新建建筑；CFRP管-钢筋组合的CFRP阳极和作为阴极的钢筋通过导电的粘接层结合在一起，电阻小，耗能低。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护装置纵剖面的结构示意图。

图2是本发明实施例CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护装置横剖面的结构示意图。

[具体实施方式]

本发明实施例CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护装置的结构如图1和图2所示，包括混凝土和埋在混凝土3中的多根CFRP管-钢筋组合，CFRP管-钢筋组合包括作为内芯的钢筋1、套在钢筋外面的CFRP管2和填充在CFRP管2与钢筋1之间间隙的导电的粘接层4。钢筋1外面的CFRP管2并联后接直流电源B的正极，作为内芯的钢筋1并联后接直流电源B的负极。

导电的粘接层包括粘接材料和分散在粘接材料中的导电颗粒。在本实施例中，粘接材料为水泥砂浆或有机树脂胶，有机树脂胶可以是环氧树脂、乙烯基树脂或聚酯树脂。导电颗粒可以是短碳纤维或者其他导电材料。加入导电的短碳纤维可以增强水泥砂浆粘结材料的导电性能，在水泥砂浆配置好以后，加入适量的短纤维，并搅拌均匀。

CFRP管-钢筋组合的制作过程如下：首先对钢筋进行除污、打磨预处理，在处理好的钢筋表面涂刷含有导电颗粒的粘接材料，并将涂好粘接材料的钢筋插入CFRP管内，通过粘结材料将CFRP管和钢筋结合成整体。也可以将处理好的钢筋插入CFRP管内，灌入含有导电颗粒的粘接材料，用粘接材料填充CFRP管和普通钢筋之间的间隙，使之结合成整体。

在结构浇筑混凝土(或构件预制)中，将结构所使用钢筋外部的CFRP管进行电连接，并与直流电源负极连接；将所配普通钢筋进行电连接，并与直流电源B的负极相连。通电后，电荷(电子)由直流电源通过导线流向CFRP管内的普通钢筋(阴极电极)，使普通钢筋阴极极化，抑制钢筋内芯的氧化反应；在电场作用下，Cl^-向着远离普通钢筋的方向移动，降低了普通钢筋周围的Cl^-浓度，对普通钢筋提供了保护作用。

在本发明以上实施例的阴极保护方法中，与直流电源正极电连接的CFRP管不仅可以电路中充当阳极系统，同时，CFRP管通过粘结材料与普通钢筋结合成一个整体，在混凝土结构中与钢筋共同参与受力，一材多用，减少了钢筋的使用量，降低了工程成本。由于电路中作为阳极系统的CFRP管与作为阴极系统的普通钢筋之间通过无机粘结材料紧密结合在一起，两者之间距离较小，降低了阴极和阳极之间的电阻，可以达到更好的保护效果。这种阳极系统可用于侵蚀环境中的新建钢筋混凝土结构，首先在将CFRP管套在普通钢筋外部，然后在混凝土浇筑(构件预制)过程中直接安装在结构上，无需二次作业，施工方便。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、施工方便：与以往阳极系统相比，本发明提出的CFRP管-钢筋组合阳极系统在工程施工上有着十分明显的优势。尤其是当应用于新建钢筋混凝土结构中的阴极保护时，如用于侵蚀环境中的新建钢筋混凝土结构上，可以在浇筑混凝土前直接安装(预埋)在结构上，无需二次作业，施工方便，大大减少了施工量。

2、提高了材料的利用率：本发明提出的阴极保护方法中，，在电路中充当阳极系统的CFRP管本身可以和普通钢筋一起共同受力，减少了钢筋的使用量，实现了一材多用。

3、具有明显的经济效益：由于本装置作为阳极系统的CFRP管与被保护的普通钢筋内芯紧密结合在一起(两者之间仅间隔一层粘结材料)，降低了两者之间的电阻，同时提高了电路的稳定性，因此在使用中电能耗费少。