电化学与现代生活论文及评阅书.doc

Henan Polytechnic University本科课程论文及评阅书（ 学年 学期）浅析电化学与建筑设施防护课程名称： 电化学与现代生活 任课教师： 授课时间： 年 月 日至 年 月 日学号： 姓名： 专业名称： 所在学院： 土木工程学院 联系电话; 12浅析电化学与建筑设施防护摘要：随着社会科技的不断进步，电化学在生产生活的许多方面都有广泛的运用。土木工程设施的建设与国家社会发展密切相关，建设过程和后期保护就显得非常重要，电化学对土木工程设施，特别是大型的水利工程、桥梁、大型建筑设施的保护都起到不可或缺的重要作用。本文结合作者的专业知识，简要分析电化学在土木工程的应用及其重要性。关键词：电化学腐蚀 电化学阴极保护 钢筋锈蚀 电化学除盐According to the electrochemical and building facilities protectionAbstract:Along with the social science and technology progress, electrochemical many aspects of life in production is widely used. Civil engineering facilities construction and social development of the country closely related, the construction process and the protection of the late appears very important, electrochemical on civil engineering facilities, particularly large water conservancy project, Bridges, large building facilities protection play an indispensable role. This paper combines with the author of the professional knowledge, briefly analyzes electrochemical in civil engineering application and heavyKey words: Electrochemical corrosion Electrochemical cathodic protection Rebar corrosion Electrochemical except salt0 前言 众多的工程事例表明，由于钢筋锈蚀引起混凝土结构的过早破坏问题，已日益突出，成为影响钢筋混凝土耐久性的首要因素，而氯离子的侵入和存在则是导致钢筋活化腐蚀、结构过早破坏的祸首。因此，对正在服役且由于各种原因正在遭受氯离子侵害作用的钢筋混凝土建筑物，采取技术上可行、经济上合理的防锈和修复方法以及针对性地开展钢筋锈蚀防治与修复的新技术、新方法的研究具有重大的社会意义与经济价值，同时，对提高混凝土结构，特别是海工工程和沿海土木、建筑工程的使用性能和耐久性也具有重要指导意义。针对钢筋锈蚀问题，工程中一般都是采取“以防为主”的措施2，如提高混凝土密实性和抗裂性能、掺加掺合料、钢筋表面涂层、阴极保护、掺加阻锈剂等；对于已经建成且正在遭受氯离子诱发钢筋锈胀的混凝土结构，通常使用迁移性阻锈剂或者凿除膨胀开裂处的混凝土，将钢筋作除锈、防锈处理，再用新的优质混凝土或聚合物乳胶改性水泥砂浆进行修补。但是，此类方法不能有效清除已侵入混凝土内层的Cl，更不能使已经活化腐蚀的钢筋表面恢复钝化保护状态，特别是新修补的砂浆和旧混凝土之间存在的电位差，依然可能会导致钢筋锈蚀。1 钢筋混凝土的保护 混凝土硬化后与钢筋之间产生良好的粘结能力，使钢筋混凝土在荷载、温度、收缩等外界因素作用下能够共同工作，改善了混凝土结构的韧性，提高了其抗拉、抗弯性能。另一方面，混凝土隔离了钢筋与外界，特别是侵蚀性介质的接触，其碱性环境又维持着钢筋表层的钝化，防止了钢筋的锈蚀。因此，它们的结合被认为是水泥混凝土工业中一次重要的技术革命，钢筋混凝土组合结构也成为当今土木和各种建筑工程中最广泛应用的结构形式。混凝土结构工程的防腐蚀与修复措施已经日益成为国家基础设施建设与维护中重要问题,主要有混凝土电化学防护与修复技术,现着重于介绍阴极保护和电化学除盐(再碱化)技术的机理和技术特点,并指出其在混凝土结构中的应用前景和存在的问题.钢筋锈蚀是混凝土结构提前破坏的主要原因，在高层建筑与水利设施中影响很重要。1.1几种可采用的电化学测试方法：半电池电位法、线性极化法、动电位扫描法以及交流阻抗法。电化学方法可以对整个混凝土结构中的钢筋骨架进行大面积的腐蚀防护处理,成本较低,易于施工,用电化学的方法对钢筋混凝土进行防护和修复有广阔的应用前景.但是该方法对钢筋混凝土存在着一定作用,有必要进一步对电化学方法进行改善.1.2几种不同的阻锈剂对钢筋在含氯离子的混凝土模拟液中的腐蚀速度大小的影响,并对这几种阻锈剂的阻锈效果进行比较。为提高氯盐环境下混凝土结构耐久性并延长其使用寿命，人们采取了包括掺入外加剂、应用高性能混凝土和环氧涂敷钢筋在内的很多方法，这些方法中迁移性阻锈剂在作为混凝土添加剂、表面涂敷和结构修补的应用中表现出很大的灵活性。研究了表面涂敷氨基醇和羧酸胺基迁移性阻锈剂对掺加胶材总量0.5氯化钠的C30混凝土中钢筋锈蚀的抑制效果及其在混凝土中的迁移性能，监测了涂敷迁移性阻锈剂前后混凝土试件中钢筋的电化学阻抗谱、开路电位、线性极化电阻和腐蚀电流。结果表明：涂敷迁移性阻锈剂后钢筋混凝土试件平均腐蚀电流从涂敷前3.77Acm2降低为0.104Acm2，尤其是涂敷阻锈剂后腐蚀电流最低可降低到涂敷前的1.1。渗透浓度前锋线的分析结果表明：在保护层下30-40mm处仍能检测到较高含量的有机氮，表明迁移性阻锈剂确实通过毛细孔和微细裂缝渗透进入了混凝土内部和钢筋表面，即使在氯盐条件下钢筋产生了锈蚀，在硬化混凝土表面涂敷迁移性阻锈剂也能有效抑制钢筋锈蚀发展或使其修复。 基于离子在电场作用下将产生定向迁移的特性，上世纪70年代人们提出了一种以混凝土中钢筋作阴极，在混凝土表面敷置电解质溶液（如氢氧化钙、氢氧化锂溶液等），并以金属网作为临时阳极，在金属网和钢筋之间施加一电场的除盐理论及方法，称之为电化学除盐技术，其作用原理上图所示。在该外加电场的作用下，混凝土中的氯等阴离子向阳极迁移而进入电解质溶液，氯离子因而得以排除；另一方面，电解液及混凝土中的阳离子将向钢筋部位聚集。由于钢筋周围所产生的阴极反应，产生大量的OH,周围pH值提高，使钢筋重新处于强碱性环境下，表面又得以再钝化。因此，对于那些正在服役且遭受氯离子侵蚀的钢筋混凝土结构而言，采用电化学除盐方法可对其进行有效的修复。1.3采用电化学阻抗法研究不同pH值、不同氯离子浓度条件下热镀锌钢在模拟混凝土孔隙液中的电化学腐蚀行为,建立两种腐蚀等效电路模型,分析了腐蚀参数的变化规律。 结果表明：当饱和Ca(OH)2溶液受到严重碳化（pH11）时,热镀锌钢在该体系中会发生析氢反应,耐腐蚀性能降低;当饱和Ca(OH)2溶液受到较小程度的碳化（11.5pH12.5）反而更有利于热镀锌钢的进一步钝化,耐腐蚀性能提高,pH=12.0时的年腐蚀率最小,仅为0.59m/a,而pH=12.5时的年腐蚀速率约为1.21m/a;当饱和Ca(OH)2溶液未碳化（pH=12.5）且NaCl浓度不超过0.5%时,热镀锌钢在该体系中所形成的钝化膜的耐蚀性能较好,不会发生析氢反应;随着碳化程度的增大,氯离子对热镀锌钢腐蚀作用加剧.2. 桥梁等建筑的电化学保护 桥梁作为交通的枢纽，正在发挥着越来越重要的作用。但是我国的气候条件极为恶劣，所修建的桥梁普遍存在差异（腐蚀相当严重），那么保证桥梁的持久耐用性，就必须对桥梁腐蚀进行防护。2.1氧浓差、电化学腐蚀的原理及条件 1、电化学腐蚀：当金属与电解质溶液接触时，由电化学作用而引起的腐蚀。电化学腐蚀较之化学腐蚀危害更大，覆盖面更大，金属在大气中的腐蚀、在土壤及海水中的腐蚀和在电解质的腐蚀都是电化学腐蚀。当钢筋暴露于潮湿的空气中时，因为表面的吸附作用，使钢筋表面覆盖一层水膜，而它却能溶解空气中的SO2 和CO2 气体，这些气体溶于水后电离出H+、(SO3)2-、(CO3)2-等离子。而钢筋中的石墨、渗碳体等电杂质的电极电势较大，钢筋的电极电势较小。这样，就产生了下列电极反应：阳极：Fe-2e=Fe2- Fe2+2OH-=Fe(OH)2阴极2H+2e=H2总反应为：Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2 生成的Fe(OH)2 在空气中被氧化成棕色铁锈Fe2O3+H2O。由于在过程有氢气放出，故又称之为金属的析氢腐蚀。 若钢筋置于弱酸性或中性介质中，且氧气供应充分，则O2和OH-电对的电极电势大于H+和H2 电对的电极电势。阴极上是O2 得到电子：阳极：2Fe=2 Fe2+4e阴极：O2+2 H2O+4e= 4OH-总反应：2Fe+ O2+ 2H2O = 2Fe(OH)2 然后，Fe(OH)2 进一步氧化为Fe2O3+H2O。这种过程因需要消耗氧，故称为吸氧腐蚀。 2、而当桥桩插入水或泥沙中时，由于金属与含氧不同的液体相接触，各部分的电极电势就不一样，氧电极的电势与氧的分压有关，溶液中氧浓度小的地方，电极电势低，成为阳极，发生氧化反应而溶解腐蚀；相反的，溶液中氧浓度较大的地方，电极电势较高而成为阴极不会受到腐蚀。 3、混凝土中钢筋的腐蚀条件（电化学腐蚀必须满足的3 个基本条件）：（1）钢筋表面存在2 个具有不同电位值的电极；（2）钢筋表面存在有点解质液薄膜；（3）钢筋表面存在氧化物质.2.2 桥梁耐久性检测的主要内容及研发的相应传感器 1、德国亚琛工业大学土木工程研究所上世纪80 年代末，首先发明的梯形阳极混凝土结构预埋式耐久性无损失监测传感系统，这是由浇入混凝土的一组钢筋梯形传感器,一个阴极和互连的引出结构的导线组成，能够测量的是钢筋没腐蚀各阶段电学参数。 2、Cl-含量:处于海洋环境下的桥梁结构腐蚀多由于cl-侵蚀造成，通过混凝土表面的空隙逐渐扩散至钢筋表面，达到极限浓度时便可引起钢筋的锈蚀。cl-含量可由Ag/Agcl 电极测定。 3、pH 值：pH 值是影响钢筋耐蚀性的重要参数。在通常情况下，混凝土是一种高碱性环境（pH13），钢筋在这种环境下表面形成钝化膜，可有效阻止钢筋发生锈蚀。当pH 值下时，钢筋表面钝化膜容易遭到破坏。因此，对钢筋表面pH 值的监测是非常必要的。 4、温度：混凝土的冻-融破坏主要是由于在环境温度低于混凝土中水分，空隙液的冰点时，混凝土内部结冰，混凝土发生膨胀，温度升高至冰点以上时，结冰融化，改过程反复进行时，可使混凝土发生膨胀。因此，混凝土在冰冻下的使用寿命取决于混凝土的空隙率及孔隙中水的饱和程度。2.3桥梁的腐蚀防护措施 1、针对桥梁所处的腐蚀环境和腐蚀特性的防护：（1）控制和治理环境污染；（2）隔离污染环境的侵蚀；（3）选用耐蚀材料；（4）选用先进制造技术；（5）使用保护涂层。 2、钢筋的腐蚀防护防止混凝土内钢筋被氧化物腐蚀有两种基本的方式： 一种是控制好混凝土原材料中氧化