一种CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护方法和装置

摘要

本发明公开了一种CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护方法和装置。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阳极为覆盖在钢筋表面的CFRP包裹层，复数根钢筋上的CFRP包裹层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。本发明的钢筋混凝土采用CFRP‑钢复合筋，CFRP‑钢复合筋可以预制，施工简单方便；CFRP‑钢复合筋的CFRP阳极和作为阴极的钢筋紧密结合在一起，电阻小，耗能低。

权利要求

1.一种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，其特征在于，所述的CFRP阳极为覆盖在钢筋表面的CFRP包裹层，复数根钢筋上的CFRP包裹层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。

2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土阴极保护装置，其特征在于，CFRP包裹层中的碳纤维沿钢筋的轴向分布。

3.一种CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护方法，其特征在于，采用CFRP-钢复合筋作为钢筋混凝土中的钢筋使用，并将CFRP-钢复合筋钢筋表面的CFRP包裹层作为阳极接直流电源的正极，将CFRP-钢复合筋的钢筋内芯作为阴极接直流电源的负极。

4.根据权利要求3所述的钢筋混凝土阴极保护方法，其特征在于，CFRP-钢复合筋的CFRP包裹层中的碳纤维沿CFRP-钢复合筋的轴向分布。

5.根据权利要求3所述的钢筋混凝土阴极保护方法，其特征在于，CFRP-钢复合筋按以下步骤制作：将连续的碳纤维牵引至作为内芯的钢筋表面，使其在钢筋表面沿轴向均匀分布，经过模具挤压、拉拔、固化形成的CFRP-钢复合筋。

说明书

一种CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护方法和装置

[技术领域]

[0001] 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方法和装置。[背景技术]

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。[发明内容]

[0006] 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的CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护装置。

[0007] 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的CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护方法。

[0008] 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阳极为覆盖在钢筋表面的CFRP包裹层，复数根钢筋上的CFRP包裹层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。

[0009] 以上所述的钢筋混凝土阴极保护装置，CFRP包裹层中的碳纤维沿钢筋的轴向分布。

[0010] 一种CFRP阳极的钢筋混凝土阴极保护方法，采用CFRP-钢复合筋作为钢筋混凝土中的钢筋使用，并将CFRP-钢复合筋钢筋表面的CFRP包裹层作为阳极接直流电源的正极，将CFRP-钢复合筋的钢筋内芯作为阴极接直流电源的负极。

[0011] 以上所述的钢筋混凝土阴极保护方法，CFRP-钢复合筋的CFRP包裹层中的碳纤维沿CFRP-钢复合筋的轴向分布。

[0012] 以上所述的钢筋混凝土阴极保护方法，CFRP-钢复合筋按以下步骤制作：将连续的碳纤维牵引至作为内芯的钢筋表面，使其在钢筋表面沿轴向均匀分布，经过模具挤压、拉拔、固化形成的CFRP-钢复合筋。

[0013] 本发明的钢筋混凝土采用CFRP-钢复合筋，CFRP-钢复合筋可以预制，施工简单方便；CFRP-钢复合筋的CFRP阳极和作为阴极的钢筋紧密结合在一起，电阻小，耗能低。[附图说明]

[0014] 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。

[0015] 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。

[0016] 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]

[0017] 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-钢复合筋，CFRP-钢复合筋包括作为内芯的钢筋1和覆盖钢筋的表面的CFRP包裹层2。钢筋1上的CFRP包裹层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。CFRP-钢复合筋中，CFRP包裹层2中的碳纤维沿钢筋1的轴向分布。

[0018] 本发明实施例的钢筋采用的CFRP-钢复合筋(Carbon Fiber Steel Composite Bar)，CFRP-钢复合筋是一种结合了连续碳纤维和普通钢筋两种材料性能优势的新型复合筋材；即利用FRP筋的加工工艺，在钢筋外粘贴CFRP，将连续的碳纤维牵引至作为内芯的钢筋表面，使其在钢筋表面沿轴向均匀分布，经过模具挤压、拉拔、固化形成的CFRP-钢复合筋。

[0019] 本发明提出了一种使用CFRP-钢复合筋作为钢筋混凝土结构的受力筋，并以CFRP-钢复合筋充当阳极/阴极进行自保护的阴极保护装置。对于单根CFRP-钢复合筋而言，复合筋外部的CFRP保护层作为阴极保护电路的阳极，复合筋内部作为筋材内芯的普通钢筋在阴极保护电路中充当阴极，将CFRP保护层与直流电源的正极电连接，普通钢筋内芯与直流电源的负极，形成的阴极保护电路；对于以CFRP-钢复合筋作为受力筋的钢筋混凝土结构，将钢筋混凝土结构中CFRP-钢复合筋的CFRP保护层进行电连接，作为阴极保护电路的阳极系统，将CFR-钢复合筋中作为内芯的普通钢筋进行电连接，作为阴极电路的阴极系统，对CFRP-钢复合筋进行自保护。这种阴极保护方法中充当阳极系统的是CFRP-钢复合筋外部的CFRP保护层，即无需使用其他材料作为阳极系统，降低了工程成本。由于每一根CFRP-钢复合筋内同时有作为阳极的CFRP保护层以及作为阴极的普通钢筋存在，自成一个阴极保护电路，由于CFRP保护层和普通钢筋是分别作为复合筋的一部分而紧密结合在一起存在的，两者之间不会受到混凝土的干扰，因此两者之间的电阻较小，并且电路更加稳定。

[0020] 对于以CFRP-钢复合筋为受力筋的钢筋混凝土结构，在结构浇筑混凝土(或构件预制)时，将所配CFRP-钢复合筋的CFRP保护层进行电连接，并与直流电源阳极相连；将所配复合筋内作为内芯的普通钢筋进行电连接，并与直流电源的负极相连。通电后，电荷(电子)由直流电源通过导线流向CFRP-钢复合筋的内芯(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。

[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

[0022] 1、施工方便：与以往阳极系统相比，本发明提出的CFRP-钢复合筋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。

[0023] 2、提高了材料的利用率：本发明提出的阴极保护方法中，以混凝土结构中作为受力筋的CFRP-钢复合筋本身的一部分作为阳极对受力筋进行阴极保护，而无需使用其他阳极材料，一筋多用，提高了材料的利用率。

[0024] 3、具有明显的经济效益：由于本装置作为阳极系统的CFRP保护层与被保护的普通钢筋内芯紧密结合在一起，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更少。