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混凝土中的鋼筋在接觸到水和氧氣等條件時，會發(fā)生電化學腐蝕。陰極保護就是通過改變鋼筋的電化學狀態(tài)來防止腐蝕。在陰極保護系統(tǒng)中，有兩種主要的方法：犧牲陽極法和外加電流法。

• 犧牲陽極法：利用比鋼筋電位更負的金屬（如鋅、鎂合金等）作為犧牲陽極。這些陽極與混凝土中的鋼筋電連接，在電解質(zhì)（如混凝土孔隙中的水分）存在的情況下，犧牲陽極優(yōu)先腐蝕，釋放出電子。電子通過鋼筋混凝土的導電通路傳遞到鋼筋表面，使鋼筋成為陰極，從而阻止鋼筋自身的腐蝕反應。例如，在一些海邊的混凝土結(jié)構(gòu)中，由于空氣中鹽分含量高，水分充足，使用鋅合金犧牲陽極來保護混凝土中的鋼筋。

• 外加電流法：通過外部的直流電源向鋼筋施加陰極電流。電源的負極連接鋼筋，正極連接輔助陽極。輔助陽極通常是一種導電材料，放置在混凝土表面或附近。當電源開啟時，電流從輔助陽極流經(jīng)混凝土孔隙中的電解質(zhì)，到達鋼筋表面，使鋼筋電位降低，達到陰極保護的電位范圍，抑制鋼筋的腐蝕。例如，對于大型的混凝土橋梁墩柱，采用外加電流陰極保護可以有效地保護鋼筋。

• 混凝土陰極保護的優(yōu)點

• 腐蝕防護：能夠顯著延長混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的使用壽命，尤其是在惡劣環(huán)境下，如海洋環(huán)境、化工污染區(qū)域等，對防止鋼筋腐蝕引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞效果明顯。

• 長期穩(wěn)定性：一旦陰極保護系統(tǒng)安裝并調(diào)試正確，它可以在較長時間內(nèi)持續(xù)提供保護。例如，一些大型的港口碼頭混凝土結(jié)構(gòu)，在采用陰極保護后，能夠在多年的海水侵蝕和化學物質(zhì)腐蝕環(huán)境下，保持結(jié)構(gòu)的完整性。

• 適應性強：可以應用于各種類型的混凝土結(jié)構(gòu)，無論是新建的還是已經(jīng)服役的結(jié)構(gòu)。對于已出現(xiàn)鋼筋腐蝕跡象的舊結(jié)構(gòu)，通過安裝陰極保護系統(tǒng)，可以有效地阻止腐蝕的進一步發(fā)展。

• 混凝土陰極保護的缺點

• 成本較高：無論是犧牲陽極還是外加電流陰極保護系統(tǒng)，設備采購、安裝和調(diào)試的費用相對較高。特別是外加電流系統(tǒng)，需要電源設備、復雜的布線和的監(jiān)測裝置。

• 系統(tǒng)維護復雜：需要定期監(jiān)測和維護。對于犧牲陽極系統(tǒng)，要檢查犧牲陽極的消耗情況，及時更換消耗殆盡的陽極；對于外加電流系統(tǒng)，要監(jiān)測電流輸出、電位變化等參數(shù)，并且要確保電源設備、輔助陽極等部件的正常運行。

• 可能存在干擾問題：外加電流陰極保護系統(tǒng)可能會對附近的其他金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干擾，導致它們也受到陰極保護電流的影響，或者引起雜散電流腐蝕。

  

• 混凝土陰極保護的應用場景

• 海洋工程：如港口碼頭的混凝土樁、防波堤等。這些結(jié)構(gòu)長期浸泡在海水中，海水富含鹽分，是強電解質(zhì)，容易導致混凝土中的鋼筋腐蝕。采用陰極保護可以有效防止鋼筋的腐蝕，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。

• 橋梁工程：特別是處于酸雨頻繁地區(qū)或者靠近河流、海洋的橋梁。例如，一些跨海大橋的橋墩和梁體部分，混凝土中的鋼筋受到海水飛沫、濕氣等因素的影響，容易發(fā)生腐蝕，陰極保護是一種很好的防護措施。

• 化工設施：化工企業(yè)中的混凝土建筑物和基礎結(jié)構(gòu)，由于可能接觸到各種化學腐蝕介質(zhì)，如酸、堿等，鋼筋腐蝕的風險較高，陰極保護可以為這些結(jié)構(gòu)提供必要的保護。

• 混凝土陰極保護系統(tǒng)的監(jiān)測與評估

• 電位監(jiān)測：是評估陰極保護效果的關鍵指標。通常采用參比電極來測量鋼筋相對于參比電極的電位。在正常的陰極保護狀態(tài)下，鋼筋的電位應達到一定的負電位范圍。例如，對于采用外加電流陰極保護的混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋相對于飽和硫酸銅參比電極的電位一般應在 -0.85V 到 -1.2V 之間。

• 電流監(jiān)測：對于外加電流陰極保護系統(tǒng)，要監(jiān)測流入鋼筋的陰極保護電流大小。電流過小可能意味著保護不足，電流過大則可能造成電能浪費或者對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響。通過安裝在直流電源輸出端或鋼筋與輔助陽極連接線上的電流監(jiān)測裝置，可以實時獲取電流數(shù)據(jù)。

• 結(jié)構(gòu)完整性評估：除了監(jiān)測陰極保護參數(shù)外，還需要定期評估混凝土結(jié)構(gòu)本身的完整性?？梢圆捎脽o損檢測技術(shù)，如超聲檢測、雷達檢測等方法，檢查混凝土的內(nèi)部缺陷、鋼筋的銹蝕程度等情況，綜合判斷陰極保護系統(tǒng)的有效性。