19.5.1 設計與安裝

應根據(jù)技術與經(jīng)濟因素決定鋼筋混凝土構筑物是否實施陰極保護。對于混凝土覆蓋不充分引起加強鋼筋腐蝕的情況，在小面積混凝土移位(斷層)部位實施陰極保護顯然是不經(jīng)濟的。相反，必須關注這種鋼筋混凝土構筑物的主要部位，特別是在混凝土里氯離子已經(jīng)滲透很深并且濃度較高的地方。進行修理時，要清除被氯離子污染的混凝土，但出于技術原因，只能清理到最上層鋼筋。如果更深層的混凝土里氯離子濃度依然很高，那么那里會繼續(xù)發(fā)生腐蝕。因為修復后的上層混凝土里的鋼筋代表新的陰極表面，所以會增強電池作用，促進更深層的混凝土里鋼筋發(fā)生腐蝕?？上г谶@樣的修復工作中，至今得到的幾乎都是不成功的反面教訓[47]。

19.5.2加強鋼筋腐蝕狀態(tài)的確定

開始用其他施工措施修復前，應當對可能的損壞情況進行診斷[48.49]，應有一份檢查清單[48]，列出重要的腐蝕參數(shù)和預期的腐蝕作用的類型。其中最重要的是對混凝土質(zhì)量(強度、水泥類型、水灰比、水泥含量)的調(diào)查、碳化深度、氯離子濃度分布狀況、水分分布狀況、有無混凝土開裂和移位等，通過目測確定腐蝕的嚴重程度。之后，也可以用上述數(shù)據(jù)對腐蝕的可能性做出評估。

腐蝕程度從其自身就可以做出判斷，例如開裂和移位說明固態(tài)腐蝕產(chǎn)物(鐵銹)正在不斷生長。人們已經(jīng)很少采用小錘敲擊并根據(jù)聲音區(qū)分空心的或有裂縫的部位與未損壞部位，這種簡單的方法不能說明加強鋼筋是否已經(jīng)去鈍化。在混凝土中的腐蝕損壞歸因于固

態(tài)腐蝕產(chǎn)物，是按照式(2-21)來自陽極的Fe+離子后來與氧反應的產(chǎn)物。由于混凝十的多孔結構能夠吸收Fe2+離子，這樣的氧化部位未必就是陽極的表面。反應部位主要是根據(jù)混凝土中 Fe2+離子和 O,這些參與反應的組分的擴散電流決定的(見 4.1節(jié)的解釋)當離陽極一定距離上發(fā)生氧化反應時，正在腐蝕的陽極依然處于不被覆蓋的狀態(tài)，后來在混凝土表面能夠出現(xiàn)銹斑。假如在陽極附近發(fā)生氧化反應，在那里就能見到最高濃度的腐蝕產(chǎn)物，由于水化氧化鐵(鐵銹)固態(tài)腐蝕產(chǎn)物的不斷生長而產(chǎn)生內(nèi)部應力，結果在混凝土中形成裂縫、空隙和移位。

可以用混凝土表面二維電位測量值確定加強鋼筋的腐蝕狀態(tài)。按照3.6.2.1節(jié)中3-24的解釋，在陽極區(qū)域檢測時，這種方法已經(jīng)在一維系統(tǒng)(管道)中得到證實。

在美國，自20世紀70年代初就開始對受到氯離子破壞的公路橋進行過這類測量[50]統(tǒng)計數(shù)據(jù)經(jīng)過評價后，最終制定了有關的法規(guī)[51，用于對加強鋼筋腐蝕的可能性概率進行評價(見表19-2)。這種方法學在不同地點進行了試驗[52~54]

由于混凝土中鋼筋的靜電位取決于許多參數(shù)[5,41.42]，所以表19-2中的數(shù)據(jù)僅僅是粕略的近似數(shù)。影響最大的因素有水泥類型(高爐水泥或波特蘭水泥)、充氣狀態(tài)(混凝士覆蓋狀況和水分)、混凝土的熟化(膜的形成)，甚至在比Ucu-cuso,=-0.4V更負的電位下，發(fā)現(xiàn)也沒有腐蝕危險。另一方面，有陽極危險的區(qū)域顯示出比較正的電位，因為附近的陰極被極化，按照表9-2的判定是無害的。很明顯，靜電位在很大程度上是根據(jù)實際充

氣條件確定的[41~43]。然而，假如把有盡可能均勻一致的覆蓋層并有充氣狀況或水分的部位實測電位的解釋用來估計與圖3-24的解釋相對應的電位梯度，就有可能對腐蝕狀態(tài)進行分類[52~54。而且，按照圖2-7的解釋，通過陽極極化能夠提高估計值的靈敏度，因為去鈍化鋼沒有混凝土中鈍態(tài)鋼那樣容易被極化[43]

19.5.3 加強鋼筋網(wǎng)的電連續(xù)性

加強鋼筋的陰極保護和雜散電流防護措施均假定通過該加強鋼筋有著延伸的電連續(xù)性，采用鋼筋的鋼筋混凝土構筑物大多數(shù)屬于這種情況，但是這要通過對加強鋼筋網(wǎng)的電阻測量加以驗證。為此，在相距很遠距離的不同點上清除掉混凝土后，把測量電纜連接到加強鋼筋上。為避免接觸電阻的影響，應徹底除去接觸點的鐵銹。如果實測電阻值>12,表明沒有完全達到電連續(xù)性，那么應將此鋼筋與已經(jīng)達到完全電連續(xù)性的鋼筋網(wǎng)其余加強鋼筋進行短路連接。

19.5.4 陽極系統(tǒng)的安裝與類型

安裝陽極系統(tǒng)前必須清除掉疏松的舊混凝土，用高壓水槍或者噴砂設備能夠完成這項任務。將附著陽極的外表面打毛，確保陽極與噴護的水泥牢牢接合?；炷林械牧芽p必須用鑿子清理到露出底部。按照覆蓋的混凝土層的損壞程度，可以用兩種不同的方法附裝陽極。當發(fā)生大面積損壞時，清除混凝土直到最上面那層加強鋼筋網(wǎng)，然后噴涂第一層混凝土[見圖19-3(a)，將陽極固定在這層上，接著噴涂第二層混凝土。如果大面積舊的混凝土依然很堅固，可以把陽極附裝在上面，最終用噴涂混凝土嵌埋「見圖19-3(b)。陽極必須供給所需要的保護電流，在結構上必須很堅固。在噴過程或操作中，決不可損壞舊的混凝土與新噴護的混凝土之間的結合。

在最初修復被氯離子污染的公路混凝土路面時[27，如圖19-4(a)所示，將硅鐵陽極嵌埋在一層焦炭渣里，或者用埋在導電的礦物嵌埋材料里的貴金屬絲連通電流。在用于此工程的混凝土表面的槽縫里應按大約0.3m的間距灌注灰漿[見圖19-4(b)]，但是這系統(tǒng)不適合直立的構筑物。

預期有酸化作用(式 5-24)時的狀況所進行的調(diào)查尚未完成。用100mA·m-的高電流密度進行的加速試驗得出虛假的評價結果，因為這沒有考慮到周圍環(huán)境中的OH-離子擴散引起的中和作用。當石墨陽極處于含有氯離子的環(huán)境里時，按照式(7-3)和式(7-4)發(fā)生的反應能夠使導電聚合物質(zhì)量損失。人們?nèi)栽谑褂脳l件下對這些過程以及酸化作用進行定量研究[571，每隔三年鉆取混凝土芯測量其堿性的減損情況。因為缺少堿度，陽極性酸化作用也能限制碳化的混凝土中的陰極保護，因此，圖19-3(b)中所示的陽極系統(tǒng)是不能采用的。此外，按照式(2-23)由于發(fā)生離子遷移，預期在陽極部位的氯離子濃度會增大[35,58]

19.5.5 用于混凝土修復系統(tǒng)的陰極保護

從沒有聚合物添加劑的噴涂混凝土到含有導電聚合物的系統(tǒng)(PCC灰漿)，修復鋼混凝土構筑物時有多種不同的系統(tǒng)可以采用。由于采用后者堿度比較低，所以在大氣中會更快發(fā)生碳化[59]，而且要考慮到增加的電阻率，因此，實施陰極保護只能用噴涂混凝土作為修補灰漿

19.5.6 調(diào)試、維護和控制

  在設計混凝土構筑物的陰極保護時，比較方便的做法是將要保護的表面劃分成分開的幾個區(qū)域，這要考慮到單位混凝土體積里局部鋼的面積以及水分的分布情況。圖19-5所示是將要保護的鋼筋混凝土擋土墻劃分成四個保護區(qū)域，要保護的擋土墻的混凝土表面積為200m’，各保護區(qū)域的表面積從 20~90m?不等。加強指數(shù)(鋼表面積/混凝土表面積)為1為確定保護電流密度，必須知道每一情況下特定的加強指數(shù)。該陽極系統(tǒng)采用柔性陽極，它們做成環(huán)狀，在加強指數(shù)較低的部位成一直線嵌入混凝土表面?？刂葡到y(tǒng)采用Ag-AgC1參比電極，它們裝在離加強鋼筋2cm 的地方，并有防止機械損傷的防護措施。在圖19-5所示的要保護的擋土墻上，共用了8個參比電極，將陽極分別連接到各保護區(qū)域。

  通過測量電位實現(xiàn)陰極保護的控制，采用內(nèi)裝式參比電極和表面上的移動電極進行電位測量。盡管有關內(nèi)裝式參比電極的長期穩(wěn)定性資料還不多，但也不能因為這一原因而放棄它，因為與加強鋼筋的距離很小，所以按照式(2-34)IR降誤差也小。已經(jīng)開發(fā)出專用的參比電極[59]，移動的參比電極的優(yōu)點是可以在任何理想的位置進行電位控制。因為離加強鋼筋的距離比較遠，必須考慮IR降誤差，特別是在陽極附近。由于要保護的目的物代表一個由活性鋼與鈍性鋼構成的電池(見圖19-1)，所以在測量斷電電位時，必須預料到電池電流造成較大的IR降誤差，在3.3.1節(jié)中提到的式(327)和式(3-28)就與此有關。當關斷保護電流時，附近的陰極導致某一區(qū)域陽極極

化而存在腐蝕危險，電池電流I。與I符號相反。根據(jù)式(3-27)和式(3-28)，無IR降電位必須比該斷電電位更負，因此，式(2-39)中的電位準則就有更大的可信度。必須記住，噴涂混凝土時，與舊的混凝土會發(fā)生水化反應，并且會交換水分。這兩個過程都會影響電位，因此，只能在最后噴涂表層混凝土4個星期后才可以接通保護電流。圖19-6所示是用內(nèi)裝式參比電極進行鋼/混凝土電位測量，在接通保護電流前后電位隨時間變化情況。注意到第20天的電位因發(fā)生保護電流中斷而產(chǎn)生一個電位突變，按照式(2-39)的UHs--0.4V的電位準則依然沒有達到。

  圖19-7所示是個斷電電位測量的示例，其滿足了表3-3中第3項的100mV準則以及U.<U、的電位準則。進行斷電電位測量時，必須記住，按照圖3-6中的數(shù)據(jù)，隨著時間推移，去極化過程會減慢，所以4h的測量時間，100mV準則必然得出錯誤。在裝置調(diào)試后應按1個月、2個月、6個月、12個月的時間間隔進行斷電電位測量，以后每年進行一次。

應用100mV準則時，應當允許去極化時間超過48h。只有在溫度與濕度條件相似的情況下，實測電位才可能進行比較。圖19-8所示是數(shù)據(jù)與季節(jié)及溫度的相關變化，不同的充氣條件可能是造成差異的原因。在修復工作中，應在目的物不同位置配備電位探頭，由此減少由均衡補償電流產(chǎn)生的斷電電位測量中的IR降誤差。

19.6雜散電流影響與防護措施

  通常，鋼筋混凝土不會受到雜散電流的影響，但是當公路和橋梁跨越直流電氣化鐵路時，這種影響也是可能的。在德國，鐵路主要用交流電，通常鐵軌是不接地的而且用高電阻路基良好絕緣。但是，假如有雜散電流干擾時，可以采用第15章所述防護措施，這樣，與加強鋼筋及鐵軌平行走向的其他線路必須包括在這一保護系統(tǒng)之中。