本發(fā)明涉及鋼筋混凝土陰極保護(hù)，尤其涉及一種CFRP陽極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置和方法。

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背景技術(shù)：
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鋼筋混凝土作為一種結(jié)構(gòu)材料，被廣泛應(yīng)用于橋梁、房屋等建筑物中。然而，混凝土是一種有孔性材料，當(dāng)結(jié)構(gòu)處于海洋、鹽堿地、凍融循環(huán)、除冰鹽等不利環(huán)境時(shí)，環(huán)境中的有害介質(zhì)會(huì)通過混凝土內(nèi)的孔隙滲透到鋼筋表面，與之發(fā)生反應(yīng)，引起鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的使用壽命遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壽命。為了應(yīng)對(duì)鋼筋銹蝕問題，目前、常用的鋼筋銹蝕保護(hù)的措施有涂覆混凝土表面防滲層、使用密實(shí)性好的混凝土、對(duì)鋼筋實(shí)施電化學(xué)陰極保護(hù)、鋼筋表面加防腐層、應(yīng)用高抗腐蝕鋼筋等。在這些措施中，電化學(xué)陰極保護(hù)法能直接抑制鋼筋自身的電化學(xué)腐蝕過程，被認(rèn)為是最有效的方法之一。

根據(jù)陰極電流施加方式的不同，可以將電化學(xué)陰極保護(hù)法分為外加電流法和犧牲陽極法；由于外加電流法具有電壓電流可調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際工程中更受業(yè)內(nèi)人士的青睞。自外加電流法被應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以來，人們致力于研究開發(fā)陽極系統(tǒng)，不斷有新的材料被開發(fā)和應(yīng)用。如，(1)主陽極塊+導(dǎo)電覆蓋層、(2)主陽極絲+導(dǎo)電聚合物、(3)主陽極絲+噴涂金屬層、(4)主陽極絲+導(dǎo)電涂層(5)電纜陽極、(6)金屬氧化物鈦網(wǎng)陽極和(7)埋入型陽極。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是一種極為復(fù)雜的多相體系，混凝土中電阻率高，分布不均勻，還受環(huán)境和季節(jié)的影響。這就對(duì)所選擇的陽極系統(tǒng)提出了較高的要求，以上幾種陽極系統(tǒng)均有應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)例，但都有各自的極限性，其中，金屬氧化物鈦網(wǎng)陽極是當(dāng)今在崗筋混凝土陰極保護(hù)中應(yīng)用最為成功的陽極系統(tǒng)，但其材料昂貴，顯著地增加了工程成本，這對(duì)于其在實(shí)際工程中的應(yīng)用推廣上是一個(gè)難以避開的障礙。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310131212.9的發(fā)明公開了一種采用CFRP嵌入陽極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法及裝置，所述方法包括步驟：在所述保護(hù)區(qū)域位置按規(guī)定尺寸開設(shè)凹槽；在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的保護(hù)區(qū)域表面設(shè)置CFRP片材，所述CFRP片材包括與凹槽適配的加勁肋及與固定在保護(hù)區(qū)域內(nèi)表面的加勁板；將粘結(jié)材料涂抹在所述CFRP片材的加勁肋與混凝土凹槽相連接的側(cè)表面和加勁板與混凝土之間，將加勁肋與混凝土凹槽以及加勁板與混凝土嵌入連接。該裝置由于采用CFRP片材設(shè)計(jì)成加勁肋結(jié)構(gòu)嵌入進(jìn)混凝土中減小了CFRP片材與鋼筋之間的距離，降低了兩者之間的電阻，從而有利于混凝土結(jié)構(gòu)中保護(hù)電流的連續(xù)均勻分布，可以達(dá)到更好的保護(hù)效果。

但是該發(fā)明施工時(shí)需要二次作業(yè)，施工麻煩；因?yàn)樾枰渭庸?，陽極材料與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度難以保證，陽極材料和混凝土之間工作的協(xié)同性不好；陽極材料與陰極材料(鋼筋)之間的混凝土厚度較大，陰極與陽極之間的電阻大，耗能多。

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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種施工方便、陰極與陽極之間的電阻小、工程成本低的CFRP陽極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置。

本發(fā)明另一個(gè)要解決的技術(shù)問題是提供一種施工方便、陰極與陽極之間的電阻小、工程成本低、方便用于新建建筑的CFRP陽極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種CFRP陽極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置，包括混凝土、埋在混凝土中的復(fù)數(shù)根鋼筋、直流電源和CFRP陽極，所述的CFRP陽極為套在鋼筋外面的CFRP管，CFRP管與鋼筋之間的間隙中填充導(dǎo)電的粘接層；復(fù)數(shù)根CFRP管并聯(lián)后接直流電源正極，復(fù)數(shù)根鋼筋并聯(lián)后接直流電源的負(fù)極。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置，導(dǎo)電的粘接層包括粘接材料和分散在粘接材料中的導(dǎo)電顆粒。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置，所述的粘接材料為水泥砂漿或有機(jī)樹脂膠。

一種CFRP陽極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法，采用CFRP管-鋼筋組合作為鋼筋混凝土中的鋼筋使用，CFRP管-鋼筋組合包括鋼筋、套在鋼筋外面的CFRP管和填充在CFRP管與鋼筋之間間隙的導(dǎo)電的粘接層；并將CFRP管-鋼筋組合表面的CFRP管作為陽極接直流電源的正極，將CFRP管-鋼筋組合的鋼筋內(nèi)芯作為陰極接直流電源的負(fù)極。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法，導(dǎo)電的粘接層包括粘接材料和分散在粘接材料中的導(dǎo)電顆粒。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法，所述的粘接材料為水泥砂漿或有機(jī)樹脂膠。

以上所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)方法，CFRP管-鋼筋組合按以下步驟制作：

701)對(duì)鋼筋進(jìn)行除污、打磨處理；

702)在處理好的鋼筋表面涂刷含有導(dǎo)電顆粒的粘接材料，并將涂好粘接材料的鋼筋插入CFRP管內(nèi)，通過粘結(jié)材料將CFRP管和鋼筋結(jié)合成整體；或?qū)⑻幚砗玫匿摻畈迦隒FRP管內(nèi)，灌入含有導(dǎo)電顆粒的粘接材料，用粘接材料填充CFRP管和普通鋼筋之間的間隙，使之結(jié)合成整體。

本發(fā)明的鋼筋混凝土采用CFRP管-鋼筋組合，CFRP管-鋼筋組合可以預(yù)制，施工簡(jiǎn)單方便，方便用于新建建筑；CFRP管-鋼筋組合的CFRP陽極和作為陰極的鋼筋通過導(dǎo)電的粘接層結(jié)合在一起，電阻小，耗能低。

[附圖說明]

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例CFRP陽極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置縱剖面的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例CFRP陽極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置橫剖面的結(jié)構(gòu)示意圖。

[具體實(shí)施方式]

本發(fā)明實(shí)施例CFRP陽極的鋼筋混凝土陰極保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，包括混凝土和埋在混凝土3中的多根CFRP管-鋼筋組合，CFRP管-鋼筋組合包括作為內(nèi)芯的鋼筋1、套在鋼筋外面的CFRP管2和填充在CFRP管2與鋼筋1之間間隙的導(dǎo)電的粘接層4。鋼筋1外面的CFRP管2并聯(lián)后接直流電源B的正極，作為內(nèi)芯的鋼筋1并聯(lián)后接直流電源B的負(fù)極。

導(dǎo)電的粘接層包括粘接材料和分散在粘接材料中的導(dǎo)電顆粒。在本實(shí)施例中，粘接材料為水泥砂漿或有機(jī)樹脂膠，有機(jī)樹脂膠可以是環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂或聚酯樹脂。導(dǎo)電顆?？梢允嵌烫祭w維或者其他導(dǎo)電材料。加入導(dǎo)電的短碳纖維可以增強(qiáng)水泥砂漿粘結(jié)材料的導(dǎo)電性能，在水泥砂漿配置好以后，加入適量的短纖維，并攪拌均勻。

CFRP管-鋼筋組合的制作過程如下：首先對(duì)鋼筋進(jìn)行除污、打磨預(yù)處理，在處理好的鋼筋表面涂刷含有導(dǎo)電顆粒的粘接材料，并將涂好粘接材料的鋼筋插入CFRP管內(nèi)，通過粘結(jié)材料將CFRP管和鋼筋結(jié)合成整體。也可以將處理好的鋼筋插入CFRP管內(nèi)，灌入含有導(dǎo)電顆粒的粘接材料，用粘接材料填充CFRP管和普通鋼筋之間的間隙，使之結(jié)合成整體。

在結(jié)構(gòu)澆筑混凝土(或構(gòu)件預(yù)制)中，將結(jié)構(gòu)所使用鋼筋外部的CFRP管進(jìn)行電連接，并與直流電源負(fù)極連接；將所配普通鋼筋進(jìn)行電連接，并與直流電源B的負(fù)極相連。通電后，電荷(電子)由直流電源通過導(dǎo)線流向CFRP管內(nèi)的普通鋼筋(陰極電極)，使普通鋼筋陰極極化，抑制鋼筋內(nèi)芯的氧化反應(yīng)；在電場(chǎng)作用下，Cl^-向著遠(yuǎn)離普通鋼筋的方向移動(dòng)，降低了普通鋼筋周圍的Cl^-濃度，對(duì)普通鋼筋提供了保護(hù)作用。

在本發(fā)明以上實(shí)施例的陰極保護(hù)方法中，與直流電源正極電連接的CFRP管不僅可以電路中充當(dāng)陽極系統(tǒng)，同時(shí)，CFRP管通過粘結(jié)材料與普通鋼筋結(jié)合成一個(gè)整體，在混凝土結(jié)構(gòu)中與鋼筋共同參與受力，一材多用，減少了鋼筋的使用量，降低了工程成本。由于電路中作為陽極系統(tǒng)的CFRP管與作為陰極系統(tǒng)的普通鋼筋之間通過無機(jī)粘結(jié)材料緊密結(jié)合在一起，兩者之間距離較小，降低了陰極和陽極之間的電阻，可以達(dá)到更好的保護(hù)效果。這種陽極系統(tǒng)可用于侵蝕環(huán)境中的新建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，首先在將CFRP管套在普通鋼筋外部，然后在混凝土澆筑(構(gòu)件預(yù)制)過程中直接安裝在結(jié)構(gòu)上，無需二次作業(yè)，施工方便。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、施工方便：與以往陽極系統(tǒng)相比，本發(fā)明提出的CFRP管-鋼筋組合陽極系統(tǒng)在工程施工上有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)。尤其是當(dāng)應(yīng)用于新建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的陰極保護(hù)時(shí)，如用于侵蝕環(huán)境中的新建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上，可以在澆筑混凝土前直接安裝(預(yù)埋)在結(jié)構(gòu)上，無需二次作業(yè)，施工方便，大大減少了施工量。

2、提高了材料的利用率：本發(fā)明提出的陰極保護(hù)方法中，，在電路中充當(dāng)陽極系統(tǒng)的CFRP管本身可以和普通鋼筋一起共同受力，減少了鋼筋的使用量，實(shí)現(xiàn)了一材多用。

3、具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益：由于本裝置作為陽極系統(tǒng)的CFRP管與被保護(hù)的普通鋼筋內(nèi)芯緊密結(jié)合在一起(兩者之間僅間隔一層粘結(jié)材料)，降低了兩者之間的電阻，同時(shí)提高了電路的穩(wěn)定性，因此在使用中電能耗費(fèi)少。