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钢筋混凝土结构电化学用涂层钛阳极的性能分析
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钢筋混凝土结构电化学用涂层钛阳极的性能分析

发布时间 :2021-08-20 18:42:44 浏览次数 :

随着对工程耐久性要求的提高,阴极保护、电化学脱盐等电化学保护措施被逐渐应用于严酷腐蚀环境中重大基础设施的保护,以防止或阻止环境中氯盐对钢筋混凝土结构的腐蚀,延长工程的使用寿命。

在电化学保护系统中,辅助阳极是整个保护系统的核心部分,其性能的优劣决定了象阴极保护等长期运行的保护系统的工作寿命。因此辅助阳极的研究一直是钢筋混凝土结构电化学保护中一项重要的工作内容。目前已适用于混凝土结构的辅助阳极材料有多种,如活化钛阳极、导电涂层阳极、铂阳极等,其中活化钛阳极具有排流量大、耐久性高、施工好等特点,是目前应用最成功最广泛的阳极系统嘲。活化钛阳极是在钛基材表面涂覆催化的铂、铱、钽或钉的氧化物的昆合物,通常称为MMO阳极。MMO网状阳极于1985年在加拿大安大略省一座桥面板阴极保护中首次使用之后,在全世界超过140万in的钢筋混凝土结构阴极保护系统安装这种阳极,我国目前钢筋混凝土阴极保护工程基本上也采用MMO阳极系统。

目前市场上MMO阳极涂层种类较多,不同种类涂层适用的环境条件不同,并且涂层的结构、厚度等对工作寿命也具有显著影响。文章对目前我国市场上的3种混凝土阴极保护用MMO阳极,开展了有关性能的试验研究,为钢筋混凝土结构电化学保护中阳极材料的选用提供参考。

1、试验方法

1.1试样制作

将3种不同种类涂层钛阳极(MMO—A、MMO—B和MMO—C)切割制成一定尺寸的试样,在一端焊接出引线,焊点处用环氧树脂封涂,分别用无水乙醇和丙酮清洗去脂,备用。

1.2试验介质

采用表1所示的试验溶液,并加入细度模数为2.5的人工砂,液面高出砂20mE,以模拟受氯盐污染的混凝土环境。

模拟溶液成分

1.3涂层成分和形貌测试

MMO阳极的性能与涂层成分和结构密切相关。采用x射线能谱仪分析3种MMO阳极涂层氧化物成分,用扫描电镜观察表面形貌,操作电压为20kV。

1.4电化学性能测试

材料在一定介质中会发生不同程度的腐蚀,自然电位的大小在一定程度上能够反映其耐介质腐蚀的能力。阳极极化曲线可以了解其作为阳极时的极化性能和排流能力。

将试样分别浸泡在模拟溶液中,采用高阻抗数字万用表,定期测量试样相对于饱和甘汞电极的自然电位。

待试样在模拟溶液中的自然电位基本稳定后,测定试样的阳极极化曲线。阳极极化曲线测量采用标准的三电极体系,步阶式改变电位的准稳态法进行。测量仪器为美国Princeton263A恒电位仪,参比电极为饱和甘汞电极,铂电极为辅助电极。电位扫描初始电位设定为0mV(相对于开路电位),终止电位1100mV(相对于SCE),步阶速率为20mV/(180S)。

1.5强化寿命测试

工作寿命是衡量阳极性能的一个重要参数。由于阳极在混凝土中实际工作寿命很长,一般要求数十年以上,因此不可能在阳极实际工作电流密度下运行后获得。往往都是在大电流密度下强化运行,其钝化时间称为强化寿命。混凝土中阳极强化寿命测试,按照NACEStandardTMO294—2001进行,采用Ps—l型恒电位仪作为直流电源,提供0.89mA/cm2sup>的恒定电流,铂电极作为辅助电极,采用数字万用表和甘汞电极测定试样的电位随运行时间的变化。在试验过程中及时用蒸馏水补充测试溶液的挥发损失,以维持原来的液面高度。当电位迅速升高时,表明阳极试样活性丧失而失效,总的通电时间即为阳极的强化寿命。

2、试验结果和分析

2.1涂层成分和形貌

3种MMO阳极涂层的X射线能谱图(EDS)见图1。

3种MMO阳极涂层的EDS谱

3种MMO阳极涂层的EDS谱

由图1可见,MMo—A阳极的涂层主要为Ir和Ta混合氧化物,而MMO—B阳极和MMO—C阳极的涂层均为单一氧化物,分别为RuO2和IrO。IrO和RuO2都是析氧反应的催化活性物质,IrO2的析氧电位比RuO2略高,Ta2O5是一种化学稳定性很强的物质,它作为涂层的惰性组分能延缓活性IrO2起着保护作用。根据其成分分析可初步预计,MMO—A具有较高的抗氧化性能和耐腐蚀性。

3种涂层在3000倍下的电镜照片(SEM)见图2。

3种MMO阳极涂层的SEM照片

由图2可见,3种涂层均是多相不均匀的,MMO-A阳极涂层和MMO—B阳极涂层整个表面由龟裂状裂缝和具有光滑表面结晶颗粒组成。MMO—A晶粒颗粒较大,裂缝较窄而浅;而MMO—B晶粒颗粒略小,裂缝较宽而深。MMO—C的涂层形貌与前两种涂层有很大的差别,表面由成堆的微小颗粒和孔隙组成,观察不到前两种涂层那样的龟裂痕迹,结构较为致密。

2.2电化学性能

4种试样在模拟溶液自然电位测量结果见图3。

试样在模拟溶液中自然电位随时间变化

由图3可见,4种试样在含有氯离子和高碱性的混凝土模拟溶液中,自然电位随时间在浸泡初期有一定程度的波动,浸泡一定时问后逐渐趋于稳定。MMO—A自然电位最正,约为50mV(vsSCE,下同);MMO—B和MMO—C的自然电位相接近,约为一120mV;无涂层的钛试样的电位最负,约为一210mV。由此表明,涂层提高了钛基在氯盐污染混凝土中的化学稳定性和耐腐蚀能力,其中Ir/Ta混合氧化物涂层的MMO—A耐碱和氯离子腐蚀的能力最强。

4种试样在模拟溶液的阳极极化曲线测量结果见图4。

由图4可见,3种钛涂层阳极的极化性能和活性明显好于钛材。在3种涂层钛试样中,MMO—B的析氧电位最低,但极化率较大,随着电流密度的增大,电位持续升高;MMO—A和,MMO—C的析氧电位较高,但正于析氧电位后,随着电流密度的增大,电位变化趋于平缓,直到电流密度大于一定值时电位急剧增高;同为具有IrO2活性成分的MMO—A和MMO—C相比较M1VIO—A的析氧电位较低,排流量也较高,可能是它们的结构有关,MMO—A表面高密度的裂纹的存在提高了涂层的表面积,有利于提高其活性。阳极极化性能试验结果表明,在含氯高碱性的溶液中,MMO—A涂层的排流量最大。

试样在模拟溶液中阳极极化曲线

2.3阳极的强化寿命

4种试样在0.89mA/cm的电流密度下,工作电位随时问的变化见图5。

阳极电位随通电时间的变化

4种试样在通电一段时间后,阳极电位迅速升高,阳极钝化失效。但失效时问长短不一,即强化寿命不同。没有涂层的钛只有几小时就失效;MMO—A强化寿命最长,为33d;MMO—B也只有3d就失效;MMO—C的强化寿命为32d,与MMO—A接近。MMO—C在含氯高碱性介质的耐腐蚀能力虽比MMO—A低,但强化寿命较接近,这可能与MMO—C的致密结构有关,致密的涂层大大增强了对钛基的保护,延缓阳极析出的氧气到达钛基体的侵入,能延长基体的钝化时间,提高工作寿命。

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3、结论

通过在氯盐污染混凝土环境模拟介质的试验研究,可以得到以下结论:

1)目前市售的涂层钛阳极的种类较多,由于涂层成分和结构等不同,在氯盐污染混凝土环境的电化学活性和耐久性存在明显的差异,因此在选购阳极时应加以注意,进行相关的质量检验。

2)涂层的成分和结构对涂层钛阳极的电化学活性和耐久性具有显著的影响。在混凝土这种含氯高碱性的介质中,Ir和Ta的氧化物涂层的耐腐蚀性较强;涂层的龟裂状裂缝有利于阳极的电化学活性,但对阳极耐久性不利。

3)在试验的3种涂层阳极中,Ir和Ta的氧化物涂层阳极(MMO—A)最适宜作为盐污染钢筋混凝土结构电化学保护用阳极。

参考文献 :

【1】陈涛.混凝土结构外加电流阴极防护技术及其在工程中的应用 桥梁建设,2006(3):12—15.

【2】黄焕谦.海港混凝土建筑中钢筋的外加电流阴极保护[J].海洋科学,2007,3 1 f7):86—89.

【3】霍雷声.廊涿高速公路永定河特大桥施工新技术的应用fJ].交通世界,2009(8):175—177.

【4】方英豪,李森林,范卫国,等.电化学脱盐防腐蚀保护技术现场应用[JJ_水运工程,2009~ ):26—59.

【5】葛燕,朱锡昶,朱雅仙,等.混凝土中钢筋的腐蚀与阴极保护[M J.北京:化学工业出版社,2007,8:134.

【6】Steven F.D aily,K evin K endel1.Cathodic protection for newconcrete[J].Concrete Inter n ational,1999,2 1(6):63-68.

【7】张招贤,赵国鹏,罗小军,等.钛电极学导论 【M 】.北京:冶金 工业 版社,2008,9:443.

【8】康新婷,鞠鹤,武宏让.钢筋混凝土结构 中阴极保护用M M O 涂层钛阳极的研究叨.稀有金属材料与工程,2007,36 f4 1:6 80 - 68 4

【9】黄永昌,姜学文,赵光瑞.钛基二氧化铱电极在阴极保护应用中的研究们.腐蚀科学与防护技术,1998,10(2):109—1 13.

【10】N A C E Standard TM 0294- - 2001 Testing of em beddableim p resse d cu rrent anod es for u se in ca th od ic protection of atm ospherically exposed steel—reinforced concrete[S].

【11】吴成有.IrO 一Ta:Offi氧化物电极制备及于阴极蚀系统应用 防蚀 T 程 2009,23(1):23—34.

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