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混凝土中的鋼的腐蝕防護(hù)的制作方法

文檔序號:3411202閱讀:263來源:國知局
專利名稱:混凝土中的鋼的腐蝕防護(hù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及使用犧牲陽極電化學(xué)防護(hù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物中的鋼,且特別地涉及離散分布的犧牲陽極組件在阻止暴露于空氣的腐蝕損壞的混凝土構(gòu)件內(nèi)的鋼腐蝕中的用途。
背景技術(shù)
地面上的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)受主要由于混凝土的碳酸化或氯化物污染導(dǎo)致的腐蝕誘發(fā)的損壞。當(dāng)鋼筋腐蝕時,其產(chǎn)生的副產(chǎn)物比由鋼產(chǎn)生的產(chǎn)物占據(jù)更大的體積。因而,在加固鋼棒周圍產(chǎn)生膨脹。這導(dǎo)致鋼的混凝土護(hù)面開裂和分層。通常的修復(fù)包括從混凝土結(jié)構(gòu)中移除這塊腐蝕損壞的混凝土。良好的措施是暴露損壞區(qū)域處腐蝕的鋼并且移除腐蝕的鋼后面的混凝土。然后用可相容的膠結(jié)修復(fù)混凝土或砂漿恢復(fù)混凝土輪廓。于是,混凝土由“原始(parent)”混凝土(即,剩余的初始混凝土)和“新”補(bǔ)片修復(fù)材料組成。
鄰近修復(fù)區(qū)域的原始混凝土通常有可能經(jīng)歷導(dǎo)致腐蝕損壞的一些相同的氯化物污染或碳酸化。在原始混凝土中仍存在鋼腐蝕風(fēng)險?;炷林械母g是電化學(xué)過程,且電化學(xué)處理已用于處理這種腐蝕風(fēng)險。在W094029496、US 632269UUS 6258236和US 6685822中描述了實例。確認(rèn)的的電化學(xué)處理包括陰極保護(hù)、除氯和再堿化。這些電化學(xué)處理被分為永久處理或臨時處理。永久處理基于在施加處理時僅預(yù)期持續(xù)的防護(hù)效果。永久處理的實例是陰極保護(hù)。當(dāng)施加處理時,僅可實現(xiàn)接受的性能標(biāo)準(zhǔn)(BS EN 12696:2000)。除氯和再堿化是臨時處理的實例(CEN/TS14038-1 :2004)。臨時處理依賴于處理結(jié)束后持續(xù)的防護(hù)效果。在實際中,這意味著,施用者處理結(jié)構(gòu)物,并且在處理合同結(jié)束時待處理的結(jié)構(gòu)物交還給客戶或消費者。電化學(xué)處理還可被分為外加電流處理或伽伐尼(犧牲)處理。在外加電流電化學(xué)處理中,陽極連接到DC電源的正極端子,而鋼連接到DC電源的負(fù)極端子。外加電流陽極通常將是惰性電極。陽極是支持實質(zhì)上氧化反應(yīng)的電極,且在外加電流處理中,電極通過施加的電壓轉(zhuǎn)變成陽極。在伽伐尼電化學(xué)處理中,由直接連接到鋼的一個或多個犧牲陽極提供保護(hù)電流。犧牲陽極是包括比鋼惰性弱的(比鋼更負(fù)的)金屬的電極,且主要的陽極反應(yīng)為犧牲金屬元素的溶解。當(dāng)犧牲陽極連接到鋼時,犧牲陽極和鋼之間的自然電勢差驅(qū)動保護(hù)電流。保護(hù)電流以離子形式從犧牲陽極流到原始混凝土中到達(dá)鋼,并且以電子形式通過鋼和導(dǎo)體返回至犧牲陽極。在本說明書中,采用以正電荷的運動方向來表示電流流動方向的常規(guī)表述。用于混凝土結(jié)構(gòu)的犧牲陽極可分為離散陽極(di screte anode)或連續(xù)陽極(US5292411)。離散陽極是接觸大體上小于混凝土的覆蓋受防護(hù)的鋼的表面積的混凝土表面積的單獨不同的元件。陽極元件通常通過不意圖是犧牲陽極的導(dǎo)體彼此連接,并且通常嵌入到混凝土中的腔室內(nèi)(ACI Repair Application Procedure 8-Installationof Embedded Galvanic Anodes (ACI修復(fù)應(yīng)用程序8_嵌入的伽伐尼陽極的安裝)(www.concrete, org/general/RAP-8, pdf)。離散犧牲陽極系統(tǒng)包括陽極、支持電解質(zhì)和回填填料(backfill)。通常包括活化劑以維持犧牲陽極活性?;靥钐盍咸峁┛臻g,以接納陽極溶解產(chǎn)物并且防止周圍的硬化混凝土碎裂。離散犧牲陽極具有以下優(yōu)勢通過將陽極嵌入到在混凝土中形成的腔室內(nèi),相對容易地實現(xiàn)陽極和混凝土結(jié)構(gòu)之間持久的附接。使用嵌入的離散陽極對混凝土中的鋼進(jìn)行伽伐尼保護(hù)不同于對土壤和水中的鋼進(jìn)行的犧牲陰極保護(hù)(BS EN 12954:2001)。嵌入到混凝土內(nèi)的陽極組件必須是尺寸上穩(wěn)定的,因為混凝土是不容忍嵌入的膨脹組件的剛性材料。陽極活化劑對混凝土是唯一的或需要以將使鄰近的鋼不存在腐蝕風(fēng)險的方式被布置(W0 94029496,GB 2431167)。陽極被定位成相對靠近混凝土中的鋼,并且當(dāng)與在其他環(huán)境中的陽極相比時,嵌入的陽極小(離散陽極組件的直徑通常小于50_)。用于氣壓所致暴露的混凝土的伽伐尼保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)不同于用于土壤和水中的鋼的陰極保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)。鋼在未被污染的堿性混凝土中通常是鈍化的。在氣壓所致暴露的混凝土中,通常通過恢復(fù)鋼筋上的鈍化膜來實現(xiàn)防護(hù)。這有效地極化鋼上的陽極反應(yīng)。在土壤和水中,鋼上的鈍化膜通常是不穩(wěn)定的,且保護(hù)目的是極化陰極反應(yīng)(通常是氧的還原)以阻止鋼腐蝕。在伽伐尼處理中使用犧牲陽極的一個問題是用于阻止混凝土中的鋼上的活性腐蝕過程的功率受犧牲陽極和鋼之間的電壓差的限制。該問題對于離散犧牲陽極系統(tǒng)是最大的,在離散犧牲陽極系統(tǒng)中,從相對小的陽極需要大的電流來防護(hù)鋼的相對大的表面。密實的離散陽極通常將電流傳遞到原始混凝土的鄰近陽極的區(qū)域中,該區(qū)域為期望被防護(hù)的鋼面積的十分之一至十五分之一。多種方法最近已建議采用外加電流的形式來提高混凝土中的犧牲陽極的功率(W005106076,US 7264708,GB2426008)。一些早期的教導(dǎo)還依靠提高應(yīng)用到土壤和鹽水中的鋼 的犧牲陰極保護(hù)應(yīng)用中的犧牲陽極的功率,在應(yīng)用到土壤和鹽水中時,采用不同的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)(US 4861449)。在WO 05106076中,通過將電池或電池組的正極連接到犧牲陽極來形成犧牲陽極組件。在一種布置中,犧牲陽極形成電池的殼體,其中電池的正極鄰近電解電池殼體。堿性電池通常具有這種性能。然后將電池的負(fù)極連接到鋼。這種布置的問題是犧牲陽極不直接連接到鋼,且電池的電荷容量大體上小于相似尺寸的犧牲陽極的電荷容量。因為陽極未直接連接到鋼,所以在電池的電荷容量已經(jīng)耗盡之后,陽極不能繼續(xù)傳遞防護(hù)電流。在US 7264708中,提供了在將電流從犧牲陽極驅(qū)動到鋼的電源或電池耗盡之后用于將犧牲陽極連接到鋼的自動化裝置。在該公開內(nèi)容的實例中,二極管用于提供犧牲陽極至鋼的連接。這種布置的問題是需要功率來實現(xiàn)這種連接,并且這降低防護(hù)效果的功率。通常的二極管(基于摻雜的硅半導(dǎo)體的二極管)將使用O. 6V的電壓,以變成導(dǎo)體,且在典型的犧牲陽極系統(tǒng)內(nèi)沒有足夠的電壓來驅(qū)動大量的電流通過這種二極管。這種布置的另一個問題是電源被定位成遠(yuǎn)離陽極并且用電纜連接到陽極,該電纜必須被維持并且免受環(huán)境影響和免受到破壞。GB 2426008 (US申請?zhí)?1/908858)公開了依賴于酸化-凹坑再堿化(pitrealkalisation)機(jī)理的混凝土中的腐蝕開始和阻止的新的理論。臨時的電化學(xué)處理用于在將陽極手動地連接到鋼之前從犧牲陽極傳遞凹坑再堿化過程。凹坑再堿化過程通過恢復(fù)在腐蝕位處高的PH來阻止活性腐蝕。以臨時外加電流處理形式應(yīng)用的凹坑再堿化過程通常持續(xù)不到3周。然后維持無腐蝕條件,在鋼處具有低水平的伽伐尼產(chǎn)生的氫氧化物。手動地實現(xiàn)外加電流和伽伐尼處理之間的轉(zhuǎn)換,并且這通過臨時外加電流處理的有限的持續(xù)時間被促進(jìn)。用于臨時外加電流處理的電源和電纜從現(xiàn)場移除。該公開內(nèi)容的問題是臨時外加電流處理需要熟練操作者。離散犧牲陽極系統(tǒng)的另一個問題是電流分布。對于被結(jié)合以暴露在混凝土修復(fù)區(qū)域處的混凝土內(nèi)形成的腔室中的鋼的陽極,該問題是最大的。多種解決方案已建議改進(jìn)結(jié)合到鋼的陽極的電流分布(GB2451725,W005121760,W0 04057056)。然而,這些解決方案都基于通過提高流到最近的鋼的電流的阻力來將電流流動限制到最近的鋼。本發(fā)明解決的問題是增大從犧牲陽極組件可得的功率,用以阻止活性腐蝕過程,同時將犧牲陽極連接到混凝土中的鋼,并且用以通過將增大的電流引導(dǎo)成遠(yuǎn)離最近的鋼來改進(jìn)來自連接到鋼的犧牲陽極的電流分布。概述本發(fā)明公開了一種控制電流輸出離開比鋼惰性弱的離散犧牲陽極的方法,所述方 法使用另外的陽極-陰極組件以調(diào)節(jié)陽極附近的環(huán)境中的電場,同時用電子導(dǎo)電的導(dǎo)體將犧牲陽極連接到鋼。在一種布置中,具有空氣陰極的電場調(diào)節(jié)器(modifier)用于維持高的電流輸出離開嵌入到混凝土中的犧牲陽極。使用調(diào)節(jié)器中的空氣陰極需要與諸如暴露于空氣的混凝土的環(huán)境組合,因為在這種環(huán)境中,陰極保護(hù)是通過改變鋼處的環(huán)境來誘發(fā)鋼鈍化或陽極極化而實現(xiàn)的(GB2426008),且陰極反應(yīng)動力學(xué)被弱極化。在陰極保護(hù)是通過陰極極化鋼而實現(xiàn)的諸如土壤和水的環(huán)境中,空氣陰極不大可能發(fā)揮作用,因為待防護(hù)的鋼代表空氣陰極,該空氣陰極相對于可能被組裝在陽極組件內(nèi)的空氣陰極具有非常大的表面積,且陽極組件中的空氣陰極將不具有支持用于極化待防護(hù)的鋼上的空氣陰極所需的防護(hù)電流的能力。在另一種可選擇的布置中,電場調(diào)節(jié)器被置于鄰近犧牲陽極的環(huán)境中,以向犧牲陽極電流輸出提供初始提高來阻止腐蝕過程,并且在調(diào)節(jié)器中的電荷已耗盡之后犧牲陽極繼續(xù)起作用,因為犧牲陽極通過電子導(dǎo)電導(dǎo)體連接到鋼,且由犧牲陽極經(jīng)電解質(zhì)至被防護(hù)的鋼形成了離子導(dǎo)電路徑。離子導(dǎo)電路徑至少在調(diào)節(jié)器中的電荷已耗盡且調(diào)節(jié)器不再起作用之后形成。在這種情況下,犧牲陽極的電荷容量比在陽極組件中的調(diào)節(jié)器的電荷容量大得多。在另一種可選擇的布置中,電場調(diào)節(jié)器被布置成相對于更靠近陽極流向鋼的電流,來提高從犧牲陽極更遠(yuǎn)離陽極流向鋼的電流。在這種情況下,犧牲陽極優(yōu)選地被結(jié)合到鋼棒部分,并且調(diào)節(jié)器被布置成提高從犧牲陽極遠(yuǎn)離該鋼棒部分流動的電流。電場調(diào)節(jié)器包含通過電子導(dǎo)電連接件電子地連接到至少一個陰極電極的至少一個陽極電極,且陽極和陰極彼此背向。陽極上的氧化反應(yīng)(陽極反應(yīng))和陰極上的還原反應(yīng)(陰極反應(yīng))可在無任何外部驅(qū)動勢下發(fā)生。一種類型的電場調(diào)節(jié)器是包括具有與支持還原反應(yīng)的陰極側(cè)或面電子接觸的支持氧化反應(yīng)的陽極側(cè)或面的元件,其中陽極和陰極彼此背向(即,陽極和陰極大體上面向不同的方向)。自然電勢差是通過分別在陽極和陰極上的氧化和還原反應(yīng)產(chǎn)生的,該自然電勢差試圖驅(qū)動電流通過調(diào)節(jié)器。如果電解質(zhì)將調(diào)節(jié)器的陽極連接到其陰極,通過電化學(xué)反應(yīng)激發(fā)的離子電流將從陽極流到陰極。電化學(xué)反應(yīng)消耗分別在陽極和陰極處的還原劑和氧化劑(即,分別在陽極和陰極處,還原劑被氧化而氧化劑被還原)。優(yōu)選地,這些反應(yīng)應(yīng)當(dāng)在使用之前被抑制,以提高調(diào)節(jié)器的保存期。這可通過將調(diào)節(jié)器保持在干的環(huán)境中以限制陽極和陰極處的電解質(zhì)的量,和/或通過阻止陽極處的電解質(zhì)與陰極處的電解質(zhì)接觸來實現(xiàn)。調(diào)節(jié)器位于犧牲陽極和鋼之間的電場中。當(dāng)調(diào)節(jié)器的陰極面向犧牲陽極而調(diào)節(jié)器的陽極背向犧牲陽極時,調(diào)節(jié)器增大了流過與調(diào)節(jié)器相交的路徑的電流。因此,調(diào)節(jié)器還增大由犧牲陽極傳遞的總電流。調(diào)節(jié)器有效地起到泵送電流通過調(diào)節(jié)器的電流泵的作用。附圖簡述現(xiàn)在將參考附圖,以示例方式來進(jìn)一步描述本發(fā)明,其中圖I闡述了電場調(diào)節(jié)器對犧牲陽極和鋼之間的電流流動的影響。
圖2基于安裝組件的目的示出了闡述使用位于在混凝土中形成的腔室內(nèi)的犧牲陽極/調(diào)節(jié)器組件的布置。圖3示出了闡述在將組件安裝在混凝土補(bǔ)片修復(fù)區(qū)域中時使用犧牲陽極/調(diào)節(jié)器組件的布置。圖4示出了用于測試實施例I和2的理論的沙箱布置。圖5示出了當(dāng)將電場調(diào)節(jié)器插入到實施例I中的沙箱并且從實施例I中的沙箱移除時伽伐尼電流輸出的變化。圖6示出在實施例2中的對照試驗和涉及兩個不同調(diào)節(jié)器的兩個試驗的初始伽伐尼電流輸出。圖7示出在實施例2中的對照試驗和涉及兩個不同調(diào)節(jié)器的試驗的中期伽伐尼電流輸出。圖8示出在實施例3中使用的實驗布置,以測試調(diào)節(jié)器對傳遞到水泥砂漿中的鋼的防護(hù)電流的影響。圖9示出在實施例3中使用的鋼陰極的截面。

圖10示出在實施例3中的對照試驗和涉及調(diào)節(jié)器的試驗的初始伽伐尼電流輸出。圖11示出在實施例3中的對照試驗和涉及調(diào)節(jié)器的試驗的第6天至第21天的伽伐尼電流輸出。圖12示出在實施例3中的對照試驗和涉及調(diào)節(jié)器的試驗的第15天至第60天的伽伐尼電流輸出。詳述圖I闡述了電場調(diào)節(jié)器對電流流動的影響。在該實例中,調(diào)節(jié)器[I]位于在電解質(zhì)[4]中的犧牲陽極[2]和被防護(hù)的鋼[3]之間。犧牲陽極[2]通過連接件[5]連接到鋼[3]。從犧牲陽極[2]流過電解質(zhì)[4]到鋼[3]的伽伐尼防護(hù)電流經(jīng)由連接件[5]返回到犧牲陽極[2]。調(diào)節(jié)器[I]具有充當(dāng)陰極的面向犧牲陽極[2]的表面和充當(dāng)陽極的面向鋼的表面,且陽極和陰極之間的自然電勢差激發(fā)陽極和陰極上的反應(yīng)。調(diào)節(jié)器[I]的陽極電極和陰極電極通過電子導(dǎo)電連接件背靠背地連接且面向相反的方向。還涵蓋調(diào)節(jié)器的其他電極布置。在圖I中,電解質(zhì)[4]中的帶箭頭的線表示正離子電流流過電解質(zhì)[4]的方向。借助于調(diào)節(jié)器[I]的陽極和陰極之間的電壓,電流從犧牲陽極[2]流過調(diào)節(jié)器[I]到鋼[3]。當(dāng)在調(diào)節(jié)器[I]上的陽極和陰極反應(yīng)增大與調(diào)節(jié)器[I]相交的路徑上流動的電流時,從犧牲陽極[2]流到鋼[3]的總電流被增大。此外,繞過調(diào)節(jié)器[I]的電流被減少或被轉(zhuǎn)向。因此,犧牲陽極[2]的電流輸出可被指引通過電解質(zhì)的特定區(qū)域,同時總電流增大。調(diào)節(jié)器[I]像電流泵那樣起作用。在調(diào)節(jié)器電極表面上的電化學(xué)反應(yīng)將其內(nèi)側(cè)上的電子(電流)從其陰極電極驅(qū)動到其陽極電極。這可用于改變在調(diào)節(jié)器外側(cè)的電解質(zhì)中的離子電流。應(yīng)領(lǐng)會,調(diào)節(jié)器[I]可用于增強(qiáng)外部電流的流動,改變外部電流的方向或甚至使外部電流的方向反向。電場調(diào)節(jié)器優(yōu)選地是被成形為管或中空容器的板的形式。其內(nèi)表面優(yōu)選地是陰極,且外表面優(yōu)選地是陽極。犧牲陽極優(yōu)選地位于構(gòu)成管或中空容器的調(diào)節(jié)器內(nèi)。為了增大犧牲陽極的電流輸出,調(diào)節(jié)器的陰極面向犧牲陽極,且調(diào)節(jié)器的陽極背向犧牲陽極。調(diào)節(jié)器可包括單個元件或在其間具有間隙的若干離散元件,或調(diào)節(jié)器可以被貫穿有間隙或空隙的單個元件。若干調(diào)節(jié)器可彼此串聯(lián)或并聯(lián)使用。調(diào)節(jié)器的陽極是支持氧化反應(yīng)的電極,而調(diào)節(jié)器的陰極是支持還原反應(yīng)的電極。
用于調(diào)節(jié)器的陽極的合適的可氧化材料(還稱為還原劑或還原物)包括鋅、鋁、鎂或其合金。用于混凝土中時,鋅或鋅合金陽極是優(yōu)選的。由鋅陽極支持的氧化反應(yīng)是鋅的溶解。調(diào)節(jié)器的陰極包括電子導(dǎo)電表面以及可還原材料,在該電子導(dǎo)電表面上可發(fā)生還原。用于陰極的合適的可還原材料(還稱為氧化劑或氧化物)包括氧和二氧化錳。電子導(dǎo)電表面和可還原材料形成比調(diào)節(jié)器的陽極的惰性更強(qiáng)的電極(即,為了調(diào)節(jié)器有效,陰極的電勢比陽極的電勢更正)。在其上可發(fā)生還原的合適的電子導(dǎo)電表面是碳、銀和鎳。該表面優(yōu)選地抗氧化。用于調(diào)節(jié)器的可能的陽極和陰極材料的其他實例可見于電池技術(shù)領(lǐng)域中。陰極材料通常是來自空氣的氧或可以為多孔的固體。固體陰極材料包括金屬氧化物例如二氧化猛。調(diào)節(jié)器不同于電池或電池組,因為調(diào)節(jié)器的陽極在使用之前通過連接件連接到背向調(diào)節(jié)器的陽極的調(diào)節(jié)器的陰極,該連接件允許電子在其陽極和其陰極之間流動。在使用時通過引入電解質(zhì)使回路完整。相比之下,電池或電池組的陽極和陰極在使用之前通過電解質(zhì)連接,且當(dāng)使用電池或電池組時,通常通過電子導(dǎo)電部件使回路完整。在使用時,電解質(zhì)將調(diào)節(jié)器的陽極連接到混凝土中的被防護(hù)的鋼,且電解質(zhì)將犧牲陽極連接到調(diào)節(jié)器的陰極。調(diào)節(jié)器的陽極和陰極之間的電解質(zhì)連接件對于調(diào)節(jié)器發(fā)揮作用來說不是必須的,且優(yōu)選地在使用之前被省略,以保存調(diào)節(jié)器的保存期。犧牲陽極和調(diào)節(jié)器的陰極之間的電解質(zhì)連接件可在使用犧牲陽極/調(diào)節(jié)器組件之前被形成,且可以是該組件的一部分??蛇x擇地,犧牲陽極和調(diào)節(jié)器的陰極之間的電解質(zhì)連接件可在安裝組件時形成。當(dāng)調(diào)節(jié)器操作時,其可氧化材料和可還原材料被消耗。因此,調(diào)節(jié)器具有有限的使用壽命,這取決于這些材料的電荷容量。當(dāng)可利用的可氧化材料或可還原材料被耗盡時,調(diào)節(jié)器的壽命將結(jié)束。與諸如二氧化錳的陰極材料相比,諸如鋅的陽極材料往往具有相對高的電荷密度,且占據(jù)小的體積。然而,如果來自空氣的氧用作主要的可還原材料,則陰極體積且因此調(diào)節(jié)器可最小。然后,陰極可包括有助于來自空氣的氧發(fā)生還原的薄的碳涂層或銀涂層。這樣的陰極稱為空氣陰極且有效地具有無限的壽命。因此調(diào)節(jié)器的壽命由其陽極決定。需要氧和水兩者來支持空氣陰極,但在所有環(huán)境中無法利用氧來支持相對高的陰極還原反應(yīng)速率。來自空氣的氧在暴露于空氣且被定期進(jìn)行干燥的混凝土結(jié)構(gòu)物中是易于得到的。在空氣干燥的混凝土(其將不是完全干燥的)中,可發(fā)生等同于大于200mA/m2的電流密度的陰極氧還原速率。這在大于混凝土中的典型陰極保護(hù)電流密度的數(shù)量級之上,且在這些條件下,空氣陰極工作良好,因為它可促進(jìn)和支持高的電流密度。具有空氣陰極的調(diào)節(jié)器適用于在空氣中被干燥的混凝土中。在其他環(huán)境中,例如海水和土壤中,陰極保護(hù)電流密度趨于具有與等于氧還原的最大速率的限制電流相同量級的量級,且在這些環(huán)境中,調(diào)節(jié)器中的空氣陰極不是有效的,因為氧進(jìn)入隨后限制了陰極電流輸出。具有空氣陰極的調(diào)節(jié)器然后將阻擋犧牲陽極的電流輸出。因此具有空氣陰極的調(diào)節(jié)器通常不適用于土壤中和海水中。圖I還表明電解質(zhì)[4]中的繞過調(diào)節(jié)器[I]的電流方向可被反向。電流從調(diào)節(jié)器 的陽極流過電解質(zhì)[4]到調(diào)節(jié)器的陰極。在許多情況下,電解質(zhì)[4]中的繞過調(diào)節(jié)器[I]的反向電流方向表示調(diào)節(jié)器中的電荷的無效使用,因為該電荷不形成流到鋼的電流的部分。一種最小化反向的電流的量級的方法是使用在其陽極和其陰極之間具有更小電勢差的調(diào)節(jié)器。鋅-空氣調(diào)節(jié)器在其陽極和陰極之間將具有與犧牲陽極和鈍化鋼之間的電勢差相似的電勢差,且因此將趨于使其電荷比具有更高的電勢差的陽極陰極組合的調(diào)節(jié)器更有效。電極的使用壽命取決于儲存在可氧化材料或可還原材料中的電荷和該電荷的使用效率。在一些情況下,犧牲陽極的使用壽命(即,犧牲陽極具有用于將電化防護(hù)電流傳遞到鋼的能力的時間周期)可大體上大于調(diào)節(jié)器的使用壽命(即,調(diào)節(jié)器具有用于增大在貫穿調(diào)節(jié)器的路徑上流動的電流的能力的時間周期)。例如,犧牲陽極的使用壽命可以是調(diào)節(jié)器的使用壽命的兩倍或三倍或十倍。當(dāng)僅在開始伽伐尼處理需要高的電流來阻止混凝土中的腐蝕過程時,這是優(yōu)選的,因為它導(dǎo)致犧牲陽極中的電荷的更有效的使用。在這種情況下,需要在犧牲陽極和被防護(hù)的鋼之間的離子導(dǎo)電路徑,以在調(diào)節(jié)器的使用壽命耗盡之后繼續(xù)傳遞伽伐尼電流。這可通過在填充含有電解質(zhì)的多孔材料的調(diào)節(jié)器內(nèi)留有間隙或空隙,或通過使用當(dāng)電解質(zhì)耗盡時被轉(zhuǎn)變成含有電解質(zhì)的多孔材料的調(diào)節(jié)器,或通過組合這些特征來實現(xiàn)。鋅-空氣調(diào)節(jié)器可通過鋅的腐蝕和空氣陰極的電子導(dǎo)電表面的破壞被轉(zhuǎn)變成多孔固體。當(dāng)它是薄的鋅表面處理或直接附接到支持氧還原的鋅表面的涂層時,電子導(dǎo)電表面可通過鋅的腐蝕而被破壞。當(dāng)陰極的電子導(dǎo)電表面是通過陽極的消耗而被破壞時,具有包括導(dǎo)電表面和多孔的可還原材料的陰極的其他調(diào)節(jié)器還可被轉(zhuǎn)變。如果犧牲陽極的電流輸出響應(yīng)環(huán)境的侵蝕性本性時,犧牲陽極的電荷還可被更有效地消耗。對于防護(hù)電流,優(yōu)選地是積極地響應(yīng)影響鋼腐蝕風(fēng)險的因素,以改進(jìn)犧牲陽極中的電荷的有效使用。因此,在干的或冷的環(huán)境中的犧牲陽極電流輸出優(yōu)選地低于其在熱的或濕的環(huán)境中的電流輸出。使用調(diào)節(jié)器允許犧牲陽極的電流輸出提高,而不限制濕/干或熱/冷循環(huán)對犧牲陽極的電流輸出的影響。在一些情況下,優(yōu)選的是指引電流離開犧牲陽極,以改進(jìn)電流分布。當(dāng)將犧牲陽極直接結(jié)合到腐蝕損壞的混凝土修復(fù)區(qū)域處的未污染的修復(fù)材料中的鋼部分時,這是相關(guān)的。在這種情況下,電流需要流到與修復(fù)材料中的鋼相對的鄰近的原始混凝土中的鋼。為了提高該電流,調(diào)節(jié)器可定位到犧牲陽極的背向鋼的最近部分的側(cè)。調(diào)節(jié)器的陰極面向犧牲陽極。在圖2中給出闡述犧牲陽極/調(diào)節(jié)器組件的用途的一種布置。這種布置適于將組件嵌入到在混凝土中形成的腔室內(nèi),用于安裝組件的目的。腔室[8]可被鉆或挖到混凝土中的孔洞中,且直徑將通常不大于50mm。腔室[8]優(yōu)選地按尺寸制作以接納組件。犧牲陽極[10]為位于腔室[8]的中心中的棒的形式,且長度將通常不大于200mm且可圍繞導(dǎo)體被鑄造。通過導(dǎo)體[12](通常為電纜或電線)將犧牲陽極[10]連接到的鋼。優(yōu)選的導(dǎo)體大體上包括鈦,因為這還將允許犧牲陽極與外加電流(驅(qū)動高的電流離開陽極的電源)一起使用,這可用于臨時處理中,以阻止將來的腐蝕并且為管理將來的腐蝕風(fēng)險提供便利。在兩端開口的管或中空的圓柱體形式的包括陽極[14]和陰極[15]的調(diào)節(jié)器[13] 基本上包圍犧牲陽極[10]。陰極可以是空氣陰極,且來自空氣的氧可通過調(diào)節(jié)器的任一開口(圖2中的頂部或底部)擴(kuò)散到管中。在調(diào)節(jié)器的使用壽命結(jié)束時,這些開口還提供犧牲陽極和鋼之間的離子導(dǎo)電路徑。填料[16]提供電解質(zhì),電解質(zhì)是將犧牲陽極連接到調(diào)節(jié)器的陰極的離子導(dǎo)體。填料將優(yōu)選地為多孔固體或含電解質(zhì)的油灰的形式?;靥钐盍蟍17]提供用于將調(diào)節(jié)器的陽極連接到原始混凝土的電解質(zhì)。回填填料和填料可設(shè)想地是相同的材料或不同的材料,且可在相同的時間或不同的時間安裝。填料可通過多孔層與回填填料分開,在多孔層中,孔與疏水性材料對準(zhǔn)。這提供透氣的疏水層,該疏水層允許氧移動到空氣陰極,但限制通過調(diào)節(jié)器的陽極和陰極之間的電解質(zhì)形成路徑,且因此增強(qiáng)調(diào)節(jié)器的有效使用。可通過用基于硅烷的憎水劑處理諸如水化水泥漿的多孔材料來制備疏水性多孔材料。透氣的疏水性材料可從組件的外部延伸到空氣陰極的任何部分,以促進(jìn)氧進(jìn)入到空氣陰極。混凝土中的腔室可部分地填充有回填填料,且犧牲陽極和調(diào)節(jié)器安裝在腔室中,使得回填填料填充犧牲陽極、調(diào)節(jié)器和原始混凝土之間的空間。這可通過首先安裝回填填料然后將犧牲陽極和調(diào)節(jié)器壓到回填填料中來實現(xiàn)。在這種布置中,回填填料充當(dāng)填料和回填填料兩者。犧牲陽極和調(diào)節(jié)器可作為單獨的單元被預(yù)安裝,使調(diào)節(jié)器附接到犧牲陽極并且與犧牲陽極間隔開。犧牲陽極不必須用電子導(dǎo)電附接件附接到調(diào)節(jié)器。然后可用膠結(jié)修復(fù)砂漿或混凝土 [18]覆蓋腔室中的組件,如在圖2中圖示。適合于維持犧牲陽極活性的活化劑可以以涂層形式應(yīng)用到犧牲陽極,或它可被包括在填料內(nèi)或犧牲陽極的主體內(nèi)。調(diào)節(jié)器的陽極還可被活化劑覆蓋,或混凝土中的侵蝕性離子可通過鄰近的混凝土中誘發(fā)的離子電流被引到調(diào)節(jié)器的陽極,以維持陽極的活性。在圖3中給出闡述使用犧牲陽極/調(diào)節(jié)器組件的方法的另一種布置。這種布置適于將組件附接到暴露在混凝土補(bǔ)片修復(fù)區(qū)域的鋼棒部分。通過電子導(dǎo)電帶[23]將犧牲陽極[21]附接到鋼棒[22]。犧牲陽極可通過間隔物[24]與鋼棒間隔開,以改進(jìn)電流分布。犧牲陽極基本上被具有“U”形截面調(diào)節(jié)器[25]包圍。調(diào)節(jié)器包括面向犧牲陽極的陰極[26]和背向犧牲陽極的陽極[27]。調(diào)節(jié)器[25]被定位成指引電流遠(yuǎn)離鋼部分。通過填料[28]中的電解質(zhì)將調(diào)節(jié)器的陰極連接到犧牲陽極。填料優(yōu)選地為多孔固體或油灰的形式。填料的孔可部分地填充有空氣,以促進(jìn)空氣陰極的功能,且可包括透氣的疏水性材料。電解質(zhì)還應(yīng)存在于填料的孔中,以有助于離子導(dǎo)電和電化學(xué)反應(yīng)(犧牲陽極上的氧化和調(diào)節(jié)器的陰極上的還原)??赏ㄟ^膠結(jié)混凝土修復(fù)材料[30]將調(diào)節(jié)器[25]的陽極[27]連接到混凝土。適合于維持犧牲陽極活性的活化劑可以以涂層形式應(yīng)用到犧牲陽極,或它可被包括在填料內(nèi)或犧牲陽極的主體內(nèi)。調(diào)節(jié)器的陽極還可被覆蓋活化劑或在其主體內(nèi)包含活化齊U。調(diào)節(jié)器的陰極可以是空氣陰極,且“U”型截面調(diào)節(jié)器的端部可以是打開的,以有助于來自空氣的氧通過修復(fù)材料和填料至調(diào)節(jié)器的陰極的擴(kuò)散。當(dāng)調(diào)節(jié)器中的電荷耗盡時,這些開口還提供犧牲陽極和混凝土中的鋼之間的繞過調(diào)節(jié)器的離子導(dǎo)電路徑,以有助于犧牲陽極繼續(xù)起作用。在圖3的布置中,優(yōu)選地是形成包括犧牲陽極[21]、調(diào)節(jié)器[25]和填料[28]的組件作為執(zhí)行單元或組件。執(zhí)行單元或組件還優(yōu)選地包括間隔物[24]、連接器[23]或接點和適合于維持犧牲陽極活性的活化劑。被提供以有助于氧從空氣傳遞或運動到陰極的調(diào)節(jié)器內(nèi)的開口可通過透氣的疏水性(憎水劑)處理被處理,以改進(jìn)氧從空氣至填料材料的擴(kuò)散。
在一個方面,本發(fā)明提供了一種使用離子導(dǎo)電填料和包括犧牲陽極和電場調(diào)節(jié)器的組件防護(hù)暴露于空氣的硬化鋼筋混凝土中的鋼的方法,該方法包括以下步驟通過電子導(dǎo)電導(dǎo)體將犧牲陽極連接到鋼,以及通過電解質(zhì)將調(diào)節(jié)器連接到混凝土,其中犧牲陽極是比鋼較小惰性的金屬,且犧牲陽極基本上被調(diào)節(jié)器包圍,且調(diào)節(jié)器包括這樣的元件,其支持還原反應(yīng)的陰極側(cè)與支持氧化反應(yīng)的陽極側(cè)電子接觸,且調(diào)節(jié)器的陰極面向犧牲陽極,并且通過填料與犧牲陽極分離,且填料是含有電解質(zhì)的多孔材料,該電解質(zhì)將犧牲陽極連接到調(diào)節(jié)器的陰極,且調(diào)節(jié)器的陽極背向犧牲陽極。在另一個方面,本發(fā)明提供了一種防護(hù)在暴露于空氣的硬化鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼的組件,該組件包括犧牲陽極和電場調(diào)節(jié)器,其中犧牲陽極是比鋼較小惰性的金屬,且犧牲陽極包括連接器,用于將犧牲陽極電子地連接到被防護(hù)的鋼,且犧牲陽極基本上被調(diào)節(jié)器包圍,且調(diào)節(jié)器包括這樣的元件,其支持還原反應(yīng)的陰極側(cè)與支持氧化反應(yīng)的陽極側(cè)電子接觸,且調(diào)節(jié)器的陰極面向犧牲陽極,并且通過填料與犧牲陽極分離,且調(diào)節(jié)器的陽極背向犧牲陽極。調(diào)節(jié)器的陰極可包括具有還原反應(yīng)的空氣陰極,該還原反應(yīng)大體上包括來自空氣的氧的還原。透氣的疏水性材料可包括在犧牲陽極/調(diào)節(jié)器組件中。犧牲陽極的使用壽命可大體上大于調(diào)節(jié)器的使用壽命,且至少在調(diào)節(jié)器的使用壽命結(jié)束之后,可提供在犧牲陽極和混凝土之間的離子導(dǎo)體路徑。犧牲陽極可連接到混凝土補(bǔ)片修復(fù)區(qū)域中的鋼部分,且調(diào)節(jié)器可相對于犧牲陽極被定位,以增強(qiáng)電流在遠(yuǎn)離鋼部分的方向上的流動。組件可包括結(jié)合到混凝土補(bǔ)片修復(fù)區(qū)域內(nèi)的鋼部分的面,且調(diào)節(jié)器可相對于犧牲陽極被定位,以增強(qiáng)從遠(yuǎn)離組件的被結(jié)合到鋼的面的方向上流動的電流。按尺寸制作以接納組件的腔室可形成在硬化混凝土中,且組件可被安裝在腔室內(nèi)。組件可被安裝在腔室中的回填填料內(nèi),其中回填填料含有將調(diào)節(jié)器的陽極連接到混凝土的電解質(zhì)。組件可包括尤其適合用于混凝土中的活化劑,以活化犧牲陽極。調(diào)節(jié)器的陽極和犧牲陽極可包括鋅或鋁或鎂或其合金。實施例I使用標(biāo)準(zhǔn)氯化鋅D尺寸電池(還成為通過國際電工委員會分類R20的鋅-碳電池)的鋅殼體(zinc casing)來構(gòu)造電場調(diào)節(jié)器。從殼體切割鋅板,并且弄平且砂磨,以清潔任何沉積的鋅。鋅板測量為約55X 100mm。鋅板的一面被用于在電路板上形成電連接的 2層電子導(dǎo)電的銀漆類型的涂層覆蓋。然后,在240°C下烘焙板15分鐘,以除去涂層溶劑。然后將石墨棒形式的碳涂在銀表面上,以產(chǎn)生稀疏的薄的灰色涂層。使用220號砂紙除去鋅板的相反面上的任何涂層,以留下明亮的鋅表面。銀表面和碳表面將充當(dāng)空氣電極(陰極)以有助于氧化劑氧的還原,同時鋅表面將提供待被氧化(陽極)的還原劑(鋅)。當(dāng)添加電解質(zhì)時,氧的還原和鋅的氧化將提供電場,用于增強(qiáng)從犧牲陽極至鋅的電流流動。在圖4中示出試驗布置。在混凝土或砂漿的地方使用高抵抗力的沙箱[33],以有助于加速試驗理論。使用微小濕度來形成沙箱,以模擬諸如混凝土的高抵抗力的多孔環(huán)境,用于試驗?zāi)康?。用水將沙弄濕,但沙不是飽和的,以在抵抗性的多孔環(huán)境中提供一些電解質(zhì)和一些空氣。將約Ikg潤濕的細(xì)沙與一勺食鹽混合,以產(chǎn)生含有用于鋅陽極的活化劑的環(huán)境。將混合物放入測量值100X 150X50mm的塑料容器中來形成沙箱。將同樣從D-電池中獲得的清潔的鋅板插入到容器的一端的沙內(nèi),以充當(dāng)犧牲陽極[34]。將相似尺寸的鋼板插入到沙箱的另一端的沙內(nèi)。通過纜線[36]和安培計[37]將鋅連接到鋼。在10分鐘后,初始伽伐尼電流降至O. 55mA。在該點處,速率變化足夠低,以致對于短期試驗可認(rèn)為電流是穩(wěn)定的。然后將調(diào)節(jié)器[38]插入到鋅犧牲陽極和鋼之間的沙內(nèi),使其銀表面面向鋅陽極,且使其鋅表面面向鋼。當(dāng)插入調(diào)節(jié)器時,電流開始上升。在將調(diào)節(jié)器插入后,電流繼續(xù)上升并且在5分鐘至20分鐘之間達(dá)到峰值O. 82mA。在20分鐘后,電流開始顯示下降標(biāo)志。使伽伐尼電偶連接整夜。在10小時后,再次測得O. 68mA??諝鉁囟葹榧s15°C。將具有調(diào)節(jié)器的沙箱放入較溫暖的環(huán)境中。在39小時后,沙箱被加熱到約20°C至25°C。再次測量電流。這次,測量為1.26mA。移走調(diào)節(jié)器,且在30分鐘后電流然后穩(wěn)定在O. 48mA。再次將調(diào)節(jié)器插入到沙內(nèi),但這次旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器,使得銀表面面向鋼。電流降至-O. 08mA。調(diào)節(jié)器的電場完全抑制了鋅鋼電偶的電場,并且使電流流動的方向反向。接下來,在將水添加到沙以更換通過蒸發(fā)損失的水后,重復(fù)進(jìn)行上面的實驗。使用數(shù)據(jù)記錄儀記錄鋅犧牲陽極和鋼之間的電流。在圖5中給出電流-時間行為。在不存在調(diào)節(jié)器下測量開始時伽伐尼電流。伽伐尼電流在剛剛超過2mA時穩(wěn)定。然后,將調(diào)節(jié)器(圖5中的零時刻)插入到犧牲陽極和鋼之間,使調(diào)節(jié)器的陰極面向犧牲陽極。在接下來45分鐘期間伽伐尼電流增大到3. 3mA。在45分鐘后,移走調(diào)節(jié)器并且伽伐尼電流降回至2mA,持續(xù)20分鐘。在65分鐘后,將調(diào)節(jié)器再次插入到犧牲陽極和鋼之間,但這次使調(diào)節(jié)器的陽極面向犧牲陽極。伽伐尼電流降至O. 7mA,持續(xù)30分鐘。在95分鐘后,移走調(diào)節(jié)器,并且伽伐尼電流再次上升到2mA。上述試驗已表明調(diào)節(jié)器可用于大體上增大或減小犧牲陽極的電流輸出。實施例2使用如在實施例I中描述的鋅板構(gòu)造約55X50mm尺寸的兩個電場調(diào)節(jié)器。首先用2層銀漆涂層覆蓋每個鋅板的一面,且然后按照在實施例I中的描述烘焙。因此,每個板的一面為鋅,且另一面為導(dǎo)電的銀涂層。然后用富碳的漆覆蓋銀涂覆的表面。為制備碳漆,砂磨來自鋅-碳電池的中心的碳棒以產(chǎn)生細(xì)的碳粉。然后將粉末與一滴澄清的外用清漆混合,且是清漆溶劑稀釋劑的約10倍。目標(biāo)是干的漆膜中的碳與粘合劑比大于10 I。然后進(jìn)一步烘焙上漆的鋅板,以除去溶劑。使用具有2個探針的電阻計檢驗上漆表面的導(dǎo)電性,電阻計被輕微地壓到碳涂覆的表面上。電阻小于I歐姆。這些板中的一個用作鋅-空氣調(diào)節(jié)器且在該實施例中稱為鋅-空氣調(diào)節(jié)器。 二氧化錳-碳混合物被應(yīng)用到其他鋅-碳板的碳涂覆的表面。二氧化錳-碳混合物來源于標(biāo)準(zhǔn)氯化鋅D尺寸電池的陰極側(cè)。二氧化錳-碳混合物以層的形式被應(yīng)用到一個鋅-碳板的碳涂覆的表面,且然后被墻紙糊覆蓋,然后被薄的吸收紙巾覆蓋,且然后在約60kg的重量下被牢固地壓在一起。然后將二氧化錳-碳混合物和吸收紙巾修剪到鋅板的邊緣,以提供在一面上具有2mm厚的二氧化錳-碳層和在另一面上具有未涂覆的鋅的鋅板。這種調(diào)節(jié)器稱為鋅-二氧化錳(MnO2)調(diào)節(jié)器。按照在實施例I中的描述制備一批含有電解質(zhì)和空氣的潮濕的細(xì)沙-鹽混合物。混合物用于填充測量值90X65X35mm的3個小的沙箱。測量值約55X50mm的裸露的鋅板被部分地插入到每個箱的一端內(nèi),且相似尺寸的鋼板被部分地插入到另一端內(nèi)。在每個沙箱中通過100歐姆電阻器將鋅連接到鋼來形成伽伐尼電池。流過電阻器的伽伐尼電流和產(chǎn)生的電壓被測量,以監(jiān)測伽伐尼電流??偟牟贾门c在圖4中示出的相似,但用100歐姆電阻器代替安培計。首先在不使用任何調(diào)節(jié)器下測量沙箱中的伽伐尼電流。產(chǎn)生最高的伽伐尼電流的沙箱被選擇為對照。鋅-空氣調(diào)節(jié)器被插入到第二沙箱的鋅犧牲陽極和鋼之間。調(diào)節(jié)器的碳表面面向鋅犧牲陽極。鋅-二氧化錳調(diào)節(jié)器被插入到第三沙箱的鋅犧牲陽極和鋼之間。調(diào)節(jié)器的二氧化錳表面面向鋅犧牲陽極。在該過程期間,記錄伽伐尼電流(記錄在數(shù)據(jù)記錄器上)。在圖6和7中示出來自3個沙箱的伽伐尼電流。在這些圖中,在零時刻時將電場調(diào)節(jié)器插入到鋅陽極和鋼之間的沙內(nèi)。在調(diào)節(jié)器剛被插入之后,具有鋅-二氧化錳調(diào)節(jié)器的伽伐尼電池產(chǎn)生最高的伽伐尼電流(圖6)。然而,該高的初始電流衰減10小時以上,且然后具有鋅-空氣調(diào)節(jié)器的伽伐尼電池產(chǎn)生最高的伽伐尼電流。由于鋅和鋼之間的沙變干,來自所有三個電池的電流大約以慢的速率衰減。在7天后,將沙箱插入到大的塑料袋中,以減慢沙的進(jìn)一步的干燥速率并且使伽伐尼電流穩(wěn)定,用以主要減慢將與溫度日變化相關(guān)的日波動(圖7)。隨著時間,由具有鋅-二氧化錳調(diào)節(jié)器的電池產(chǎn)生的伽伐尼電流重新恢復(fù)到接近鋅-空氣調(diào)節(jié)器的電流的值。這些結(jié)果再次表明電場調(diào)節(jié)器能夠大體上提高犧牲陽極的短期電流輸出。另外,在二氧化錳作為陰極材料被消耗(通過還原被消耗)后,在開始時具有更大功率的二氧化錳陰極的調(diào)節(jié)器可變?yōu)榫哂锌諝怅帢O的調(diào)節(jié)器。實施例3在圖8中示出實施例3的試驗布置。使用重量比4 : I : O. 8的潮濕的沙、波蘭特水泥和水來鑄造270mm長X 175mm寬X IlOmm高的兩個水泥砂漿塊[41]。砂漿具有相對差的質(zhì)量,且在鑄件的頂部上形成一些流出水。在鑄造過程期間,將具有O. 12m2的表面積的鋼陰極[42]放置在每個砂漿塊的外邊緣中。鋼陰極由兩個300mmX100mm鋼板形成,鋼板被切割和折疊以形成20mm寬X 90mm長設(shè)置的鋼條,該鋼條被IOmmX 300mm條連接,以在試驗過程期間允許鋼的兩面接受電流。在圖9中示出被切割和折疊的鋼陰極的節(jié)段。電纜[43]連接到鋼陰極并延伸超過水泥砂漿,以能夠使形成的電連接件至鋼陰極。在水泥砂漿塊的中心中形成40mm直徑X 70mm深度的孔洞[44],以封裝犧牲陽極組件。水泥砂漿塊被覆蓋并被放置7天以硬化。在除去電池的底部、頂部和內(nèi)部之后,用來自在實施例I中描述的標(biāo)準(zhǔn)氯化鋅D尺 寸電池的鋅圓柱體制備電場調(diào)節(jié)器[45]。鋅圓柱體測量為32mm直徑X 55mm長度。鋅圓柱體被輕度砂磨并用肥皂洗滌以除去任何沉積物。然后用2層銀導(dǎo)電漆涂層和一層碳導(dǎo)電漆涂層覆蓋鋅圓柱體的內(nèi)側(cè),并且按照在實施例2中的描述烘焙,以形成調(diào)節(jié)器的陰極[46]。圓柱體的外表面形成調(diào)節(jié)器的陽極[47]。將包括基于淀粉的墻紙糊的鹽漿和食鹽(主要是氯化鈉)以等體積混合,并且應(yīng)用到調(diào)節(jié)器的外部鋅表面。然后,在烘箱中在240°C下再次烘焙15分鐘,以干燥鹽漿并且在外部鋅表面上形成鹽的硬層(crusty layer)。鹽-淀粉涂層的目的是為鋅陽極提供活化劑。該調(diào)節(jié)器稱為鋅-空氣調(diào)節(jié)器,因為陽極反應(yīng)是鋅的溶解,且陰極反應(yīng)是來自空氣的氧的還原。通過圍繞鈦絲鑄造15mm直徑、35mm長的鋅棒來形成兩個鋅犧牲陽極。鋅棒的表面被上述鹽漿覆蓋且被烘焙,以在鋅表面上形成鹽的硬層。在水泥砂漿試樣已硬化7天后,將每個試樣的中心中的40mm直徑的孔洞部分地填充有石灰膏[50],并且將鋅犧牲陽極[49]插入到石灰膏中,使得犧牲陽極和膏填充約85%的孔。通過電纜[51]和100歐姆電阻器[52]將犧牲陽極連接到鋼陰極,并且按照在實施例2中描述測量并記錄伽伐尼電流。將兩個試樣放置I. 5小時以穩(wěn)定化,且產(chǎn)生最高的伽伐尼電流的試樣被選擇作為對照試樣,同時第二試樣用于測試鋅-空氣調(diào)節(jié)器。在I. 5小時后,將水添加到兩個試樣的石灰膏中,以軟化膏。然后圍繞一個試樣中的犧牲陽極[49]將鋅-空氣調(diào)節(jié)器[45]壓到膏[50]中,以基本上包圍犧牲陽極。記錄伽伐尼電流并且示出在圖10和11中。在圖中,零時刻是調(diào)節(jié)器被安裝的時刻。對照試樣不具有調(diào)節(jié)器。初始地,看不見調(diào)節(jié)器的積極的作用(圖10)。實際上,作用顯示為不利的。具有濕膏的對照試樣似乎比具有濕膏和調(diào)節(jié)器的試樣遞送大體上更大的電流。然而,當(dāng)膏開始干燥和硬化時,調(diào)節(jié)器的顯著的積極作用變得明顯。為了解釋這種觀察,注意到,對于水泥砂漿中的這種小的犧牲陽極組件,3mA的伽伐尼電流是相對高的電流。它等于在550mA/m2的調(diào)節(jié)器上的陰極電流密度。假定對于調(diào)節(jié)器的陰極在非常潤濕的膏中難以支持這種高的電流密度,因為來自空氣的氧與調(diào)節(jié)器的陰極上的碳接觸來持續(xù)陰極還原反應(yīng)。在這種情況下,調(diào)節(jié)器的陰極將阻止高的電流密度。當(dāng)膏干燥時,氧更易于進(jìn)入調(diào)節(jié)器的陰極,同時陽極反應(yīng)(鋅的溶解)變得更受限制。因此,當(dāng)膏干燥并硬化時,調(diào)節(jié)器趨于持續(xù)電流。這種觀察表明電解質(zhì)和空氣都需要具有空氣陰極的調(diào)節(jié)器以進(jìn)行工作。在2. 6天后,每個水泥砂漿試樣中的犧牲陽極組件被水泥砂漿覆蓋,該水泥砂漿填充剩余部分的孔洞。將兩個試樣放置到外部并且暴露于UKMidland的天氣。天氣初始是晴朗且干燥的,在傍晚時使直射陽光落到試樣上,且試樣被相對快速地干燥。這種天氣持續(xù)到第11天。日最高空氣溫度從第3天的17°C提高到第8天和第9天的26°C。在第12天,第一系列的冷鋒穿過區(qū)域,并且日最高溫度降至低于13°C。還具有更多的云和較少的太陽。在第15天,天氣開始下雨,使一些顯著陣雨潤濕試樣。間歇陣雨持續(xù)至第19天。在第17天,交換對照砂漿塊和鋅-空氣調(diào)節(jié)器砂漿塊的位置,以最小化氣候中的任何變化效應(yīng)。第20天日最高空氣溫度上升到17°C。在圖11中給出第6天至第21天之間的兩個試樣的伽伐尼電流。數(shù)據(jù)表明調(diào)節(jié)器對陽極組件的伽伐尼電流輸出具有實質(zhì)上積極的影響。調(diào)節(jié)器導(dǎo)致高于從第6天向前的任何24小時時間的平均伽伐尼電流,該平均伽伐尼電流高于對照試樣的伽伐尼電流的I. 6倍至5. 6倍之間??諝鉁囟鹊娜兆兓挠绊懞偷?5天的雨還顯示在數(shù)據(jù)中,并且表明在調(diào)節(jié) 器的存在下,防護(hù)電流輸出對水泥砂漿的侵蝕性本性的變化的有益的響應(yīng)行為被維持并且被放大。當(dāng)通過傍晚時的太陽輻射來直接加熱試樣時,最顯著的日變化發(fā)生在第7天至第12天之間。當(dāng)天氣陰沉?xí)r,這些顯著的日變化消失。具有雨水的潤濕試樣的影響是在第15天后發(fā)生的較慢的過程。在圖11中給出第15天至第65天之間的兩個試樣的伽伐尼電流。數(shù)據(jù)表明調(diào)節(jié)器的作用持續(xù)直至第45天。在調(diào)節(jié)器耗盡之后,犧牲陽極以相似的量級繼續(xù)將電流傳遞到對照試樣。因此,可以產(chǎn)生具有調(diào)節(jié)器的陽極組件,其中最初提高了調(diào)節(jié)器傳遞犧牲陽極電流輸出,而對犧牲陽極的長期伽伐尼電流輸出無任何實質(zhì)上不利的影響。
權(quán)利要求
1.一種防護(hù)暴露于空氣的硬化鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼的方法,所述方法采用離子導(dǎo)電填料和包括犧牲陽極和電場調(diào)節(jié)器的組件,所述方法包括以下步驟 通過電子導(dǎo)電導(dǎo)體將所述犧牲陽極連接到所述鋼,以及 通過電解質(zhì)將所述調(diào)節(jié)器連接到所述混凝土, 其中 所述犧牲陽極是惰性不如鋼的金屬,且 所述犧牲陽極基本上被所述調(diào)節(jié)器包圍,且 所述調(diào)節(jié)器包括元件,所述元件的支持還原反應(yīng)的陰極側(cè)與支持氧化反應(yīng)的陽極側(cè)電子接觸,且 所述調(diào)節(jié)器的陰極面向所述犧牲陽極,并且通過所述填料與所述犧牲陽極分開,且 所述填料是含有電解質(zhì)的多孔材料,所述電解質(zhì)將所述犧牲陽極連接到所述調(diào)節(jié)器的陰極,且 所述調(diào)節(jié)器的陽極背向所述犧牲陽極。
2.如權(quán)利要求I所述的方法,其中所述調(diào)節(jié)器的所述陰極包括空氣陰極,所述空氣陰極具有大體上包括來自空氣的氧的還原的還原反應(yīng)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法,其中所述組件包括透氣的疏水性材料。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項所述的方法,其中所述犧牲陽極的使用壽命大體上大于所述調(diào)節(jié)器的使用壽命,且至少在所述調(diào)節(jié)器的使用壽命結(jié)束之后,在所述犧牲陽極和所述混凝土之間提供離子導(dǎo)電路徑。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項所述的方法,其中所述犧牲陽極連接到混凝土補(bǔ)片修復(fù)區(qū)域中的鋼部分,且所述調(diào)節(jié)器相對于所述犧牲陽極被定位以增強(qiáng)電流在遠(yuǎn)離鋼部分的方向上的流動。
6.如權(quán)利要求5所述的方法,其中所述組件包括被結(jié)合到混凝土補(bǔ)片修復(fù)區(qū)域內(nèi)的鋼部分的面,且所述調(diào)節(jié)器相對于所述犧牲陽極被定位以增強(qiáng)在遠(yuǎn)離被結(jié)合到鋼的所述組件的所述面的方向上流動的電流。
7.如權(quán)利要求I至4中任一項所述的方法,其中在所述混凝土中形成按尺寸制作以接納所述組件的腔室,且所述組件被安裝在所述腔室內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法,其中所述組件被安裝在所述腔室中的回填填料中,且所述回填填料含有用于將所述調(diào)節(jié)器的陽極連接到所述混凝土的電解質(zhì)。
9.如權(quán)利要求I至8中任一項所述的方法,其中所述組件包括尤其適用于混凝土中的活化劑,用以活化所述犧牲陽極。
10.如權(quán)利要求I至9中任一項所述的方法,其中所述犧牲陽極大體上包括選自由以下組成的組的材料鋅、鋁、鎂、鋅合金、鋁合金和鎂合金。
11.一種適合于在權(quán)利要求I至10中的任一項中使用的組件,所述組件包括犧牲陽極和電場調(diào)節(jié)器,其中 所述犧牲陽極是惰性不如鋼的金屬,且 所述犧牲陽極包括連接器,用于將所述犧牲陽極電子地連接到混凝土中的鋼,且 所述犧牲陽極基本上被所述調(diào)節(jié)器包圍,且 所述調(diào)節(jié)器包括元件,所述元件的支持還原反應(yīng)的陰極側(cè)與支持氧化反應(yīng)的陽極側(cè)電子接觸,且 所述調(diào)節(jié)器的陰極面向所述犧牲陽極,并且與所述犧牲陽極分開,且 所述調(diào)節(jié)器的陽極背向所述犧牲陽極。
12.如權(quán)利要求11所述的組件,其中離子導(dǎo)電填料將所述犧牲陽極連接到所述調(diào)節(jié)器的陰極。
13.一種權(quán)利要求11或12中任一項所述的組件和含有電解質(zhì)的回填填料的組合件。
14.一種大體上如本文在上面描述和在附圖中圖示的使用電場調(diào)節(jié)器和犧牲陽極來防護(hù)暴露于空氣的混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼的方法。
15.一種大體上如本文在上面描述和在附圖中圖示的包括電場調(diào)節(jié)器和犧牲陽極的用于防護(hù)暴露于空氣的混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼的組件。
全文摘要
公開了電場調(diào)節(jié)器用于提高離散犧牲陽極的電流輸出以增強(qiáng)其防護(hù)作用以及用于將電流輸出指引到優(yōu)選的方向中以改進(jìn)在暴露于空氣的硬化鋼筋混凝土構(gòu)件中的陰極保護(hù)的鋼中的電流分布的用途。在一種方法中,將包括犧牲陽極(21)和電場調(diào)節(jié)器(25)和離子導(dǎo)電填料(28)的組合件嵌入到在混凝土構(gòu)件中形成的腔室中,且將犧牲陽極直接連接到鋼(22)。調(diào)節(jié)器包括這樣的元件,其支持還原反應(yīng)的陰極(26)側(cè)與支持氧化反應(yīng)的陽極(27)側(cè)電子接觸。調(diào)節(jié)器的陰極面向犧牲陽極且通過填料(28)與犧牲陽極分開。填料含有將犧牲陽極連接到調(diào)節(jié)器的陰極的電解質(zhì)。調(diào)節(jié)器的陽極背向犧牲陽極。調(diào)節(jié)器的陰極上的還原反應(yīng)可大體上包括來自空氣的氧的還原。
文檔編號C23F13/06GK102803563SQ201080036265
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月15日
發(fā)明者格瑞斯·格拉斯, 安德瑞恩·羅伯特, 尼格爾·大衛(wèi)森 申請人:格瑞斯·格拉斯, 安德瑞恩·羅伯特, 尼格爾·大衛(wèi)森
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