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电化学防腐 原理

发布于:2018-4-24 14:16:54 点击量:34

电化学防腐 
电化学防腐(又称电化学修正)是依据电化学原理在金属设备上采纳办法,使之成为腐蚀电池中的阴极,然后防止或减轻金属腐蚀的办法。
中文名 电化学防腐 又    称 电化学修正 根    据 电化学原理 目    的 防止或减轻金属腐蚀
目录
1 原理
2 办法分类
3 运用
4 开展前史
5 资料挑选
6 技能判定
原理修改
要进行防腐作业,就有必要来仔细剖析各种电化学腐蚀现象,了解发作的机理,然后拟定适宜的防腐办法。电化学腐蚀的特色是有电流发作。电化学腐蚀中的电流也正是因为金属在电解质溶液中构成了结构与原电池类似的"腐蚀电池"而发作的。一般在电化学腐蚀的金属中,腐蚀电池极小,但数量极多。金属接触到电解质溶液,发作原电池效应,比较活泼的金属原子失掉电子而被氧化,腐蚀进程中有电流发作,叫电化学腐蚀或电化腐蚀。例如:钢铁在潮湿空气中,外表吸附一层薄薄的水膜,纯水是弱电解质,它能电离出少数的H+和OH-,一同因为空气里的CO2的溶解,使水里的H+增多。结果在钢铁外表构成了一层电解质溶液薄膜,它跟钢铁的铁和少数的碳(或其它杂质)刚好构成了原电池。因而,钢铁制品的外表就构成了无数细小的原电池。在这些原电池里,铁是负极,碳是正极,这时作为负极的铁就失掉电子而被氧化: Fe-2e=Fe2+;在正极,溶液里的H+得到电子而被复原,最终发作氢气在碳的外表放出:2H++2e=H2↑,这种腐蚀一般叫析氢腐蚀。假如钢铁外表的水膜酸性很弱或呈中性,在负极上也是铁失掉电子而被氧化成Fe2+,而在正极上首要是溶解于水膜里的氧气得到电子而被复原:Fe-2e=Fe2+,2H2O+O2+4e=4OH-,这种腐蚀叫吸氧腐蚀。电化学腐蚀的原理与原电池`作业的原理是类似的,总归,整个电化学腐蚀进程是由腐蚀电池的阳极反响,电子和离子的移动这三个环节组成,缺一不可。
电化学防腐技能三种办法的原理是很类似的:在置于混凝土构件外表上的外部辅佐电极和钢
筋之间通以直流电,钢筋作为阴极,外部电极作为阳极与其间的碱性电解质一同构成回路,对钢筋进行阴极极化,并发作电化学反响。在电场的效果下,混凝土内部的阴极反响产品OH-及混凝土华夏有的Cl-由钢筋穿过维护层向混凝土外表搬迁,外部的阳离子Na+、K+、以及 Ca2+等向阴极搬迁。一同,因为电渗效果,碱性电解质会快速渗透到混凝土内部,加上OH-的发作和搬迁,使混凝土的pH值升高,氯离子含量下降,经过改善钢筋的特定环境完结钢筋混凝土结构的修正。 [1] 
办法分类修改
电化学防腐技能分为阴极维护、电化学再碱化(ERA)、电化学除氯(ECR)。
一、阴极维护
经过下降金属电位而达到维护意图的,称为阴极维护,依据维护电流的来历,阴极维护分为献身阳极和外加电流维护。
①献身阳极
献身阳极法是依靠电位负于维护目标的金属(献身阳极)自身耗费来供给维护电流,维护目标直接与献身阳极衔接,在电解质环境中构成维护电流回路。阴极维护首要用于防止土壤、海水等中性介质中的金属腐蚀。
②外加电流维护
外加电流维护是由外部直流电源供给维护电流,电源的负极衔接维护目标,正极衔接辅佐阳极,经过电解质环境构成电流回路。
二、电化学再碱化(ERA)
碱性化是一种康复受碳化混凝土碱度的电化学处理办法,碱性化是经过暂时在钢筋混凝土之间施加电场和在外部装置的一个阳极网来完结。在此进程中碱性电解液,如碳酸钠或碳酸钾溶液,被渗透到混凝土,增加其掩盖区的碱度。一同,电解液在钢筋周围发作一个高pH值环境,使钢筋外表钝化。
三、电化学除氯(ECR)
经过在混凝土外部施加电场及装置一个外部的阳极网格,对提取混凝土中的氯离子,称为长时间与短期电蚀钝化处理,明显下降氯化物含量、增加钢筋周围PH值、使加强钢筋康复到钝化的、非腐蚀状态。
运用修改
电化学防腐技能可适用于各种钢筋混凝土结构构筑物,包含住所、办公楼、医院和校园修建,桥梁,地道,码头和防波堤,水塔,工业厂房,停车场等。
电化学防腐技能首要用于由氯离子腐蚀导致钢筋锈蚀的结构中,氯离子来自于混凝土自身、海水或除冰盐。这种技能也在钢筋结构砌体结构中得到运用,以防钢筋结构的锈蚀胀大使砌体结构开裂。
在国外一些可能遭受氯离子腐蚀的新建重要修建中,也选用的是阴极维护作为钢筋锈蚀的预防办法。处在地下水、涌浪区和浪溅区之间的界面区对阳极的选用、装置和操控带来了许多问题,这是阴极维护运用范畴的一个研讨热门。
开展前史修改
一、埋入地下的混凝土维护
自1824年以来一直对海水中的钢实施阴极维护,在曩昔的50多年来,它被广泛地且十分成功地用于维护水和土壤中的钢。最早运用阴极维护技能到钢筋混凝土中是在1955年前,从已汇报的用于被埋钢筋水箱、核反响堆容器的钢筋和面料以及混凝土打桩的运用技能到加预应力的混凝土输水管道中。前期运用中的大多数都严格在陈述规模之外,因为它们与被埋在土壤中的钢筋混凝土有关。这样的运用程序答应运用惯例的被埋在管道阴极维护设计准则和阳极体系。
二、地上维护——导电性掩盖物
在地面上,钢筋混凝土的阴极维护最早发作在20世纪50年代后期的桥面维护上。这些体系运用简略的高硅铸铁阳极到沥青掩盖层,使其经过参加焦炭而具有导电性。在1973-1980年期间,这些体系约有35个被装置,许多现已被陈述,它们在1983-1985年期间仍然在杰出地运作。这些导电掩盖体系的一个改变与被增加的沙子和石头一同集合来进步机械功能。该改变已成为加拿大安大略省的一个规范的修正选项,该选项现已装置了大约40个体系。
导电性掩盖体系被广泛用于无防水膜状物的桥面。该体系增加了80毫米的板厚度,并规定了实质性的自重加载处分。特别重要的是,假如体系被用于停车库板上,该导电掩盖体系是不适用于笔直或拱腹的外表。
经过运用被装置在混凝土切槽中的阳极体系,尽量尝试防止导电掩盖层的厚度和重量的损害。装载导电聚合物灌浆中的包铂铌丝和石墨纤维的阳极被运用到30个桥面中。因为附近阳极的混凝土的酸冲击,前期的体系失利了。这已引起各方重视现有体系的预期寿命。因为酸生成和高阳极/混凝土电流的密度,这些体系没有用混凝土掩盖。
三、导电性涂层阳极体系
大约在1980年左右,导电涂层阳极体系的呈现第一次向钢筋混凝土的笔直和拱腹的外表供给了一个有用的阳极体系,除了桥面运用之外,其答应结构和修建物的阴极维护。导电涂层阳极体系,运用包铂的铌或钛作为首要的阳极,见证其运用到停车库板拱腹、公路桥梁和支撑结构中,并已用于维护约30000平方米的地上钢筋混凝土。他们的成功运用要求高规范的外表处理和查看。这些导电性涂层的阳极体系对水分十分灵敏,特别对嵌入钢外表附近和任何类型外表上的磨损区域。某些体系中,因为这些要素,在该范畴会过早发作毛病,
四、电线和网状阳极
在1983年,导电聚合物丝,有时预先组装成网状阵列,被作为阳极引进到钢筋混凝土中,以此成为其作为土壤和水中的阳极在从前运用中的一个开展。该阳极被广泛运用于公路桥梁和停车场车库甲板的阴极维护中,其中约10万平方米的运用面积已被陈述。在板运用中,它用传统的混凝土路面掩盖,该路面有与前期的体系所需要的导电沥青罩面有关的力度和运用寿命优势。该体系经历在该范畴的技能/功能问题,并且不再用于这个运用程序中。
聚合物线体系也与桥梁支座和其他结构的笔直和拱面用喷发混凝土掩盖物一同运用。成功的运用要求按最高规范预备混凝土外表和喷浆操作。
1985年,由不同制造商们涂有各种金属氧化物钛扩展网阳极,被一同引进到英国和美国来用在钢筋中。它们被用于维护桥梁和停车场甲板,被混凝土铺路掩盖,并且在笔直或拱运用顶用喷浆、或喷洒、或涂改型水泥砂浆掩盖。至于导电性高分子的电线阳极体系,成功的运用要求按最高规范预备和操作。
五、献身阳极
另一个体系是运用献身阳极到地上钢筋混凝土的阴极维护中。因为相对较低的驱动电压,献身阳极,当其嵌入有相对电阻的混凝土中,可能无法供给满足的电流以完结阴极维护。可是,他们现已被广泛用于被吞没或被埋入钢筋混凝土结构的阴极维护中。献身阳极技能在电化学防腐技能的开展中已发明一颇个具有吸引力的计划来维护被修正混凝土结构中的钢筋,这也是研讨嵌入式献身阳极来修正混凝土结构的重要主题。
资料挑选修改
献身阳极资料的选取的途径取决于钢铁行业献身阳极,并被广泛用于钢铁设备阴极维护的献身阳极资料有3大类:镁阳极、锌阳极和铝阳极。
1.镁阳极
镁具有较高的化学活性、电位负,其规范电极电位为-2.37V(相对于规范氢电极,下同)。一同,镁外表难以构成有用的维护膜。因而,在水介质中,镁外表的微观腐蚀电池驱动力大,维护膜易于溶解,镁的自腐蚀很强烈,在阴极上发作析氢反响2H+2e→H2↑。因而,不管是纯镁阳极,仍是Mg-Mn,Mg-Al-Zn-Mn合金阳极,它们的电流效率都不高。
2.锌阳极
锌是运用最早的献身阳极资料,已有100多年的前史。锌的规范电极电位为-0.762V。在腐蚀性介质中,锌阳极与铁的有用电位差不大,如在海水介质中,约为0.2V,可是锌阳极具有高的电流效率。
3.铝阳极
与镁阳极、锌阳极相比,铝阳极具有更大的电化学当量,单位质量的铝阳极可发作更多的电流。铝阳极在20世纪60年代今后得到了迅速开展。铝的规范电极电位为-1.66V,比锌的负许多。从理论上讲,铝是一种很好的献身阳极资料。可是,纯铝极易钝化,在外表上构成一层维护功能很好的氧化膜,膜的电位很正,因而,纯铝是不能用做献身阳极资料的,有必要合金化。一般需在铝阳极中增加合金元素锌、铟、汞、镉、锡、硅、镁等,这些元素的原子部分取代铝晶体晶格上的铝原子,使这些当地成为铝氧化膜的缺点部分,促进铝合金基体的正常溶解。
4.钢筋混凝土运用的献身阳极
经过以上3个阳极的特色及好坏,钢筋混凝土献身阳极挑选了锌阳极,不只考虑到锌阳极的技能老练,最重要的一点是,锌不管在强酸或许强碱的情况下都能不断的氧化,并且氧化锌不会胀大,不会有体积的改变,这才是挑选锌阳极用在钢筋混凝土结构中的原因。在锌阳极外层包裹一层强碱性的混凝土,就可以让他从出产开端到彻底维护都能连绵不断的代替钢筋腐蚀。
技能判定修改
我国水运建造行业协会于2010年12月24日在广州掌管召开了由中交四航工程研讨院有限公司完结的《钢筋混凝土结构物修正电化学要害技能研讨》科技成果判定会。
该项目体系研讨了钢筋混凝土结构修正的外加电流阴极维护和电化学脱盐技能,开发了阴极维护实时监测体系,优化了外加电流阴极维护和电化学脱盐的设计参数及施工技能参数。初次开发了电化学沉积的MnO2参比电极,并建立了混凝土外加电流阴极维护实时监测与调控体系,为阴极维护的有用运转供给进一步确保;初次提出混凝土阴极维护MMO阳极的电化学功能指标及试验办法;初次在国内选用喷涂纤维保水资料为主的电化学脱盐阳极体系,断定了安全的电化学脱盐技能操控参数;提醒了外加阴极维护电流在多层钢筋之间的电流分配的规则,研讨了钢筋腐蚀和混凝土环境状态对外加电流阴极维护电流密度的影响,为阴极维护实践工程设计供给理论指导和技能支撑。
该项研讨成果已在国内外工程中得到运用,对进步我国海洋环境下钢筋混凝土结构修正及防护技能水平、进步钢筋混凝土结构的耐久性具有重要的含义。社会效益和经济效益明显,成果的推广运用远景广阔。
经专家判定,该研讨成果整体上达到了国际先进水平。 [2] 

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