鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(jié)構(gòu)耐久性的主要原因，陰極保護(hù)（Cathodic Protection,CP）是迄今能夠直接阻止鋼混結(jié)構(gòu)腐蝕的唯一有效途徑。確保強(qiáng)制電流陰極保護(hù)（Impressed Current Cathodic Protection，ICCP）系統(tǒng)精確可靠的核心問(wèn)題在于高效耐久陽(yáng)極材料的研制和ICCP系統(tǒng)電場(chǎng)投放精確的模擬。本文采用理論研究、數(shù)值模擬與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合，制備了多尺度碳/水泥復(fù)合陽(yáng)極材料，并對(duì)ICCP的電場(chǎng)投放進(jìn)

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(fù)合材料的導(dǎo)電性能，根據(jù)其導(dǎo)電機(jī)理，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性和可施工性，進(jìn)而制備了多尺度碳/水泥復(fù)合陽(yáng)極材料。通過(guò)加速極化試驗(yàn)對(duì)多尺度碳/水泥復(fù)合陽(yáng)極材料的抗極化性進(jìn)行研究，并采用SEM、EDS等對(duì)陽(yáng)極材料的極化機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，陽(yáng)極材料的極化過(guò)程包括三個(gè)階段，前兩個(gè)階段分別由于水泥基體含水率的升高、陽(yáng)極材料內(nèi)部反電場(chǎng)的形成致使陽(yáng)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(dǎo)致試件極化電位驟升，前兩個(gè)階段的穩(wěn)定期為陽(yáng)極材料的有效服役期。此外，在極化過(guò)程中多尺度碳/水泥復(fù)合陽(yáng)極材料對(duì)侵蝕離子Cl-具有抗干擾性。結(jié)合極化性能，確定多尺度碳/水泥復(fù)合陽(yáng)極材料的理想配比為CF03CNT15CB2，該摻量的陽(yáng)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(dá)200h以上。
　　其次，通過(guò)對(duì)ICCP系統(tǒng)投放電場(chǎng)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(chǎng)投放的COMSOL數(shù)值模擬方法。將實(shí)測(cè)的陽(yáng)極極化曲線和復(fù)雜腐蝕狀態(tài)下的陰極極化曲線加載在電極反應(yīng)界面，采用自由四面體剖分網(wǎng)格，利用COMSOL穩(wěn)態(tài)求解器，建立了ICCP電場(chǎng)投放的數(shù)值計(jì)算模型。運(yùn)用COMSOL后處理程序，對(duì)鋼筋表面電位和電流密度、混凝土的電場(chǎng)分布進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，臨近陰陽(yáng)極的混凝土區(qū)域的電場(chǎng)最強(qiáng)，而鋼混界面的電流密度最大。ICCP系統(tǒng)通過(guò)臨近鋼筋表面局部區(qū)域所鋪設(shè)陽(yáng)極材料實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋的有效保護(hù)。

5、
　　最后，根據(jù)所建立的ICCP腐蝕控制系統(tǒng)電場(chǎng)投放的COMSOL數(shù)值模型，結(jié)合所制備多尺度碳/水泥復(fù)合陽(yáng)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(duì)鋼筋表面電位進(jìn)行了數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。結(jié)果表明除了T型梁上個(gè)別測(cè)點(diǎn)外相對(duì)誤差均在20％以內(nèi)，試驗(yàn)驗(yàn)證了ICCP腐蝕控制系統(tǒng)COMSOL數(shù)值模型的可靠性。此外，根據(jù)歐美陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)中的保護(hù)電位準(zhǔn)則和100mV極化衰減準(zhǔn)則，通過(guò)測(cè)量鋼筋表面的半電池電位和20h的極化衰