[發明專利]流電陽極和防腐蝕的方法

有效

• 申請號: 201380040226.8
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN104508187B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: F·R·古德溫
• 申請（專利權）人: 建筑研究和技術有限公司
• 主分類號: C23F13/06
• 分類號: C23F13/06;C23F13/10;E04G23/02
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司11285
• 代理人: 王媛,鐘守期

背景技術

腐蝕對世界基礎設施的所有方面有巨大的經濟和環境影響，從高速公路、橋梁和建筑物到石油和天然氣，化學處理，以及水和廢水系統。用于預防、維修和更換的腐蝕的全球直接成本的最近估計超過1.8萬億美元，或工業化國家的國內生產總值(GDP)的3％至4％。

2001年美國聯邦公路管理局資助的腐蝕的成本研究，“美國的腐蝕成本和預防性戰略”，確定了腐蝕的年直接成本為令人吃驚的2760億美元。此項研究涵蓋了大量的經濟行業，包括運輸基礎設施、電力工業、運輸和儲存。

腐蝕的間接成本保守地估計等于直接成本，直接成本和間接成本共計超過6000億美元或GDP的6％。該成本被認為是保守的估計，因為在此研究中僅使用了被文件記載的成本。除對公共安全造成嚴重損害和威脅之外，腐蝕擾亂作業并需要對故障器材進行大量的維修和更換。

在美國，道路和橋梁基礎設施塌落，數以千計的橋梁被評為不安全的并需要更換或大修。這些情況中的許多，腐蝕在破壞安全性方面起著重要作用。防腐措施有助于阻止進一步的問題。正在采取措施處理美國的老化的基礎設施。例如，在尋求聯邦基金以建造新橋梁或改造現有橋梁時，2009年3月出臺的眾議院法案1682號決議，“橋梁壽命延長法案2009(Bridge Life Extension Act 2009)”要求國家提交一份用于阻止和減輕由腐蝕造成的損失的計劃。

許多鋼筋混凝土結構經受了過早的老化。混凝土嵌入的鋼筋通過在其表面形成穩定的氧化膜進行最初的防腐蝕。這種膜或鈍化層通過高堿性混凝土孔隙水與鋼之間的化學反應形成。氯化物的存在會破壞由堿性條件提供的鈍化。氯離子使金屬局部去鈍化并促進活性金屬溶解。鋼的腐蝕通常是可以忽略的，直到氯離子達到引發腐蝕的閾值。閾值濃度取決于許多因素，包括，例如，鋼微環境、孔隙溶液pH、來自孔隙溶液中的其他離子的干擾、鋼筋的電勢、氧濃度和離子遷移率。氯化物充當催化劑，這是因為它在腐蝕反應中不被消耗，并保持活性以再次參與腐蝕反應。

對鋼筋混凝土結構的損害主要由氯離子穿透混凝土到達鋼筋周圍的區域引起。氯化物的來源有許多，包括混凝土混合物的添加物，例如含氯的速凝劑。氯化物還可存在于所述結構的環境中，如海洋環境或除冰鹽。氯化物的存在對混凝土自身沒有直接的副作用，但是會促進鋼筋的腐蝕。在鋼筋上形成的腐蝕產物占據了比鋼筋更大的空間，造成壓力從內部施加于混凝土上。這種內部壓力隨著時間的推移而累積，并最終導致混凝土的開裂和剝落。鋼筋的腐蝕還降低鋼筋的強度并減小混凝土結構的承載能力。

除氯離子濃度之外，影響鋼的腐蝕速率的其他因素包括pH、氧可獲得性、鋼的電勢，以及周圍的混凝土的電阻率。這些因素相互作用，以致對一個因素的限制未必阻止腐蝕，并且，接近一個因素的閾值水平的水平將與另一個因素協同作用，從而使腐蝕發生。例如，即使具有高的氯化物水平，如果沒有足夠的氧可用，腐蝕將不會發生。隨著pH降低，腐蝕的氯化物閾值變小。在非常高的電阻率的混凝土中，由于離子流動的困難增大，不僅碳化作用和氯化物侵蝕減慢，腐蝕反應也降低。正如其他化學反應，溫度也與腐蝕活性有關。

混凝土中的鋼筋的陰極保護是為金屬提供腐蝕保護的一種公認的方法，特別是當氯離子以顯著的濃度存在于混凝土中時。陰極保護涉及電路的形成，其中鋼筋充當與陽極電連接的陰極。當存在足夠大的電勢差時，陰極的腐蝕被降低或被阻止。

已知可通過外加電流陰極保護的方法和通過原電池的方法在陽極和陰極之間建立電勢差。外加電流陰極保護涉及陽極、采用外部DC電源或AC電源施加的電流、以及整流器的使用。電源在可靠性和與持續電力消耗、監控和維修需求有關的成本的方面存在挑戰。

還可通過原電池的方法提供陰極保護，其中，由于不同的材料形成犧牲陽極和陰極而產生電勢。當金屬連接至更活潑的或更陽極的金屬時，發生犧牲陰極保護。陽極由不使用電源即能提供保護電流的犧牲金屬組成，這是由于在它們的使用期間所反生的反應是熱力學有利的。犧牲陽極體系的缺點包括有限的可用保護電流和有限的壽命。犧牲陽極經歷持續的腐蝕或流電金屬(galvanic metal)的消耗，并且根據腐蝕的程度，通常需要在某一時刻進行更換。

由于鋼筋混凝土結構的腐蝕對于人類生活存在危害且維修成本高，因此需要用于滿足實現新的防腐技術和用于后代的保護基礎設施的需要的改進的體系和方法。

附圖說明

圖lA為流電陰極保護體系的一個示例性實施方案的橫截面視圖。

圖lB為流電陰極保護體系的一個示例性實施方案的橫截面視圖。