鋼筋混凝土結構強制電流陰極腐蝕控制系統(tǒng).pdf

1、鋼筋腐蝕是降低鋼筋混凝土結構耐久性的主要原因，陰極保護（Cathodic Protection,CP）是迄今能夠直接阻止鋼混結構腐蝕的唯一有效途徑。確保強制電流陰極保護（Impressed Current Cathodic Protection，ICCP）系統(tǒng)精確可靠的核心問題在于高效耐久陽極材料的研制和ICCP系統(tǒng)電場投放精確的模擬。本文采用理論研究、數值模擬與試驗驗證相結合，制備了多尺度碳/水泥復合陽極材料，并對ICCP的電場投放進

2、行了系統(tǒng)研究。
　　首先，分析了單摻碳纖維、納米碳黑、碳納米管水泥復合材料的導電性能，根據其導電機理，結合經濟性和可施工性，進而制備了多尺度碳/水泥復合陽極材料。通過加速極化試驗對多尺度碳/水泥復合陽極材料的抗極化性進行研究，并采用SEM、EDS等對陽極材料的極化機理進行了分析。結果表明，陽極材料的極化過程包括三個階段，前兩個階段分別由于水泥基體含水率的升高、陽極材料內部反電場的形成致使陽極材料的極化電位緩慢上升，第三階段則由于碳

3、纖維被氧化導致試件極化電位驟升，前兩個階段的穩(wěn)定期為陽極材料的有效服役期。此外，在極化過程中多尺度碳/水泥復合陽極材料對侵蝕離子Cl-具有抗干擾性。結合極化性能，確定多尺度碳/水泥復合陽極材料的理想配比為CF03CNT15CB2，該摻量的陽極材料在1200mA/m2極化電流和PH值為13.5的極端環(huán)境下，其穩(wěn)定期可達200h以上。
　　其次，通過對ICCP系統(tǒng)投放電場Laplace方程和COMSOL的腐蝕模塊二次電流接口原理的分析

4、，建立了ICCP系統(tǒng)電場投放的COMSOL數值模擬方法。將實測的陽極極化曲線和復雜腐蝕狀態(tài)下的陰極極化曲線加載在電極反應界面，采用自由四面體剖分網格，利用COMSOL穩(wěn)態(tài)求解器，建立了ICCP電場投放的數值計算模型。運用COMSOL后處理程序，對鋼筋表面電位和電流密度、混凝土的電場分布進行了分析。結果表明，臨近陰陽極的混凝土區(qū)域的電場最強，而鋼混界面的電流密度最大。ICCP系統(tǒng)通過臨近鋼筋表面局部區(qū)域所鋪設陽極材料實現對鋼筋的有效保護。

5、
　　最后，根據所建立的ICCP腐蝕控制系統(tǒng)電場投放的COMSOL數值模型，結合所制備多尺度碳/水泥復合陽極材料，搭建了T型梁和空心圓柱ICCP腐蝕控制原型系統(tǒng)，并對鋼筋表面電位進行了數值模擬和試驗結果對比。結果表明除了T型梁上個別測點外相對誤差均在20％以內，試驗驗證了ICCP腐蝕控制系統(tǒng)COMSOL數值模型的可靠性。此外，根據歐美陰極保護標準中的保護電位準則和100mV極化衰減準則，通過測量鋼筋表面的半電池電位和20h的極化衰