[发明专利]钢混结构阴极腐蚀控制用阳极材料加速试验装置及寿命预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够准确地预测钢筋混凝土结构强制电流阴极腐蚀控制系统所用阳极材料的加速试验装置及服役寿命预测的试验方法。

背景技术

钢混结构是现今及以后长时间内仍将采用的主要结构型式之一，钢筋腐蚀是引起钢混结构耐久性降低的最主要原因。2009年世界腐蚀组织（WCO）的统计数据表明，全球由于腐蚀造成的经济损失超过2.2万亿美元/年。近期，我国再次投入了数以万亿计的资金发展基础设施建设，占据相当比例的重大钢混结构耐久性问题，势必成为影响国民经济发展和社会和谐稳定的战略性课题。钢筋腐蚀的危害之大远远超出预期，随着全球气候与环境的进一步恶化，这一问题势必呈现出日益加剧的严重态势，重大钢混结构钢筋腐蚀问题正引起全世界范围的密切关注。

美国联邦公路管理局（FHWA）、美国国防部（DOD）、美国腐蚀工程师协会（NACE）、欧洲腐蚀联合会（EFC）及澳大利亚腐蚀协会（ACA）等，对美国、加拿大、丹麦、挪威、瑞士、意大利、荷兰、澳大利亚、印度、日本及韩国等民用与军用的8600余座桥梁、1500余条隧道、160余处核废料存储结构等基础设施的200余份调查报告表明，采用阴极保护（CP）技术，是能够显著缓解钢混结构钢筋腐蚀，进而延长结构服役寿命的最有效途径。大量的调查报告表明：12000余套强制电流阴极腐蚀控制（ICCP）系统中存在的共性问题是有效服役寿命较短（平均为15±5年），从而使得ICCP 系统的收益与投入比较低。而阳极材料的快速老化是造成 ICCP 失效的最主要原因之一。

显然，若能够精确地预测出阳极材料的服役寿命，无疑为ICCP系统的设计提供了强有力的数据支撑，使得ICCP系统服役寿命的设计更加合理，同时对ICCP系统在钢筋混凝土结构中的应用做出更加科学的评估，进而对采用ICCP系统进行腐蚀控制的钢筋混凝土结构的耐久性做出更加科学的评估。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够预测钢筋混凝土结构强制电流阴极腐蚀控制系统所用阳极材料加速试验装置及服役寿命预测的试验方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种钢混结构阴极腐蚀控制用阳极材料加速试验装置，由试验反应器、工作电极、辅助电极、参比电极、定值电阻、电解质溶液和万用表构成，试验反应器的某一侧面中心开孔，工作电极置于孔中，四周用玻璃胶密封；所述工作电极由混凝土基底、阳极材料、石墨柱和导线构成，混凝土基底浸泡在电解质溶液中，阳极材料铺设在混凝土基底上表面，石墨柱的一端中心钻有圆孔，导线置于圆孔中并用环氧型导电银胶进行密封，石墨柱的另一端插入阳极材料的几何中心；定值电阻、工作电极、电解质溶液和辅助电极构成极化回路，参比电极、万用表和工作电极构成测量回路。

一种钢混结构阴极腐蚀控制用阳极材料的寿命预测方法，包括如下步骤：

一、向试验反应器内加入电解质溶液，混凝土基底在电解质溶液中至少浸泡7天。

二、利用三电极体系进行恒电流加速极化试验，控制恒电流为50mA，极化电流密度为20000mA/m²，当极化电位出现持续的上升阶段时，表明此时阳极材料已破坏，停止试验数据的采集，记录阳极材料在加速极化试验装置中的出现上升趋势前的极化时间，此阶段所经历的极化时间为阳极材料正常的工作时间，即阳极材料在这种加速老化环境中的服役时间。

三、根据步骤二记录的阳极材料正常工作时间和作用在单位面积阳极材料的电流荷载，计算出阳极材料在钢筋混凝土结构阴极腐蚀控制系统中的服役寿命。

本发明中，所述阳极材料为钢混结构强制电流阴极腐蚀控制的阳极材料。在实际工程中为铺设于混凝土的表面的阳极材料，如水泥基复合阳极材料、聚合物基复合阳极材料等，应区别于嵌入式阳极材料。

本发明的基本原理如下：

将铺设在混凝土表面上的阳极材料置于加速试验装置中，在恒流的极化作用下，得出阳极材料在这种加速老化环境中的服役时间，然后根据作用在单位面积阳极材料的电流荷载计算出阳极材料在钢筋混凝土结构阴极腐蚀控制系统中的服役寿命。

本发明给出了试验装置、所需的试验设备、试验原理及阳极材料寿命预测的方法。通过在本发明的试验装置中，按照所给出的试验原理和试验方法进行加速极化，最终依据阳极材料在加速极化环境作用下所承受的电流荷载，计算出阳极材料在实际工程中的服役年限。本发明具有以下优点：

1、测试定值电阻两端的电压，便于及时地对流经阳极材料的极化电流密度进行监测和调整