19.5.1 設(shè)計與安裝

應(yīng)根據(jù)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)因素決定鋼筋混凝土構(gòu)筑物是否實施陰極保護(hù)。對于混凝土覆蓋不充分引起加強(qiáng)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(hù)顯然是不經(jīng)濟(jì)的。相反，必須關(guān)注這種鋼筋混凝土構(gòu)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(jìn)行修理時，要清除被氯離子污染的混凝土，但出于技術(shù)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(fù)后的上層混凝土里的鋼筋代表新的陰極表面，所以會增強(qiáng)電池作用，促進(jìn)更深層的混凝土里鋼筋發(fā)生腐蝕?？上г谶@樣的修復(fù)工作中，至今得到的幾乎都是不成功的反面教訓(xùn)[47]。

19.5.2加強(qiáng)鋼筋腐蝕狀態(tài)的確定

開始用其他施工措施修復(fù)前，應(yīng)當(dāng)對可能的損壞情況進(jìn)行診斷[48.49]，應(yīng)有一份檢查清單[48]，列出重要的腐蝕參數(shù)和預(yù)期的腐蝕作用的類型。其中最重要的是對混凝土質(zhì)量(強(qiáng)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(yán)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(qiáng)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(yīng)的產(chǎn)物。由于混凝十的多孔結(jié)構(gòu)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(yīng)部位主要是根據(jù)混凝土中 Fe2+離子和 O,這些參與反應(yīng)的組分的擴(kuò)散電流決定的(見 4.1節(jié)的解釋)當(dāng)離陽極一定距離上發(fā)生氧化反應(yīng)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(yīng)，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(yīng)力，結(jié)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(qiáng)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(jì)70年代初就開始對受到氯離子破壞的公路橋進(jìn)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(guān)的法規(guī)[51，用于對加強(qiáng)鋼筋腐蝕的可能性概率進(jìn)行評價(見表19-2)。這種方法學(xué)在不同地點進(jìn)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(fù)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(yīng)的電位梯度，就有可能對腐蝕狀態(tài)進(jìn)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(qiáng)鋼筋網(wǎng)的電連續(xù)性

加強(qiáng)鋼筋的陰極保護(hù)和雜散電流防護(hù)措施均假定通過該加強(qiáng)鋼筋有著延伸的電連續(xù)性，采用鋼筋的鋼筋混凝土構(gòu)筑物大多數(shù)屬于這種情況，但是這要通過對加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)的電阻測量加以驗證。為此，在相距很遠(yuǎn)距離的不同點上清除掉混凝土后，把測量電纜連接到加強(qiáng)鋼筋上。為避免接觸電阻的影響，應(yīng)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(dá)到電連續(xù)性，那么應(yīng)將此鋼筋與已經(jīng)達(dá)到完全電連續(xù)性的鋼筋網(wǎng)其余加強(qiáng)鋼筋進(jìn)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(shè)備能夠完成這項任務(wù)。將附著陽極的外表面打毛，確保陽極與噴護(hù)的水泥牢牢接合。混凝土中的裂縫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(dāng)發(fā)生大面積損壞時，清除混凝土直到最上面那層加強(qiáng)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(hù)電流，在結(jié)構(gòu)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(hù)的混凝土之間的結(jié)合。

在最初修復(fù)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(dǎo)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(yīng)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(gòu)筑物。

預(yù)期有酸化作用(式 5-24)時的狀況所進(jìn)行的調(diào)查尚未完成。用100mA·m-的高電流密度進(jìn)行的加速試驗得出虛假的評價結(jié)果，因為這沒有考慮到周圍環(huán)境中的OH-離子擴(kuò)散引起的中和作用。當(dāng)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(yīng)能夠使導(dǎo)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(jìn)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(hù)，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(yù)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(fù)系統(tǒng)的陰極保護(hù)

從沒有聚合物添加劑的噴涂混凝土到含有導(dǎo)電聚合物的系統(tǒng)(PCC灰漿)，修復(fù)鋼混凝土構(gòu)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(hù)只能用噴涂混凝土作為修補(bǔ)灰漿

19.5.6 調(diào)試、維護(hù)和控制

  在設(shè)計混凝土構(gòu)筑物的陰極保護(hù)時，比較方便的做法是將要保護(hù)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(hù)的鋼筋混凝土擋土墻劃分成四個保護(hù)區(qū)域，要保護(hù)的擋土墻的混凝土表面積為200m’，各保護(hù)區(qū)域的表面積從 20~90m?不等。加強(qiáng)指數(shù)(鋼表面積/混凝土表面積)為1為確定保護(hù)電流密度，必須知道每一情況下特定的加強(qiáng)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(qiáng)指數(shù)較低的部位成一直線嵌入混凝土表面。控制系統(tǒng)采用Ag-AgC1參比電極，它們裝在離加強(qiáng)鋼筋2cm 的地方，并有防止機(jī)械損傷的防護(hù)措施。在圖19-5所示的要保護(hù)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(hù)區(qū)域。

  通過測量電位實現(xiàn)陰極保護(hù)的控制，采用內(nèi)裝式參比電極和表面上的移動電極進(jìn)行電位測量。盡管有關(guān)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(qiáng)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(jìn)行電位控制。因為離加強(qiáng)鋼筋的距離比較遠(yuǎn)，必須考慮IR降誤差，特別是在陽極附近。由于要保護(hù)的目的物代表一個由活性鋼與鈍性鋼構(gòu)成的電池(見圖19-1)，所以在測量斷電電位時，必須預(yù)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(guān)。當(dāng)關(guān)斷保護(hù)電流時，附近的陰極導(dǎo)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(fù)，因此，式(2-39)中的電位準(zhǔn)則就有更大的可信度。必須記住，噴涂混凝土?xí)r，與舊的混凝土?xí)l(fā)生水化反應(yīng)，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(hù)電流。圖19-6所示是用內(nèi)裝式參比電極進(jìn)行鋼/混凝土電位測量，在接通保護(hù)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(hù)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(zhǔn)則依然沒有達(dá)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(zhǔn)則以及U.<U、的電位準(zhǔn)則。進(jìn)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(zhǔn)則必然得出錯誤。在裝置調(diào)試后應(yīng)按1個月、2個月、6個月、12個月的時間間隔進(jìn)行斷電電位測量，以后每年進(jìn)行一次。

應(yīng)用100mV準(zhǔn)則時，應(yīng)當(dāng)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(jìn)行比較。圖19-8所示是數(shù)據(jù)與季節(jié)及溫度的相關(guān)變化，不同的充氣條件可能是造成差異的原因。在修復(fù)工作中，應(yīng)在目的物不同位置配備電位探頭，由此減少由均衡補(bǔ)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(hù)措施

  通常，鋼筋混凝土不會受到雜散電流的影響，但是當(dāng)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(hù)措施，這樣，與加強(qiáng)鋼筋及鐵軌平行走向的其他線路必須包括在這一保護(hù)系統(tǒng)之中。