隨著對(duì)工程耐久性要求的提高，陰極保護(hù)、電化學(xué)脫鹽等電化學(xué)保護(hù)措施被逐漸應(yīng)用于嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境中重大基礎(chǔ)設(shè)施的保護(hù)，以防止或阻止環(huán)境中氯鹽對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕，延長(zhǎng)工程的使用壽命。

在電化學(xué)保護(hù)系統(tǒng)中，輔助陽(yáng)極是整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的核心部分，其性能的優(yōu)劣決定了象陰極保護(hù)等長(zhǎng)期運(yùn)行的保護(hù)系統(tǒng)的工作壽命。因此輔助陽(yáng)極的研究一直是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)電化學(xué)保護(hù)中一項(xiàng)重要的工作內(nèi)容。目前已適用于混凝土結(jié)構(gòu)的輔助陽(yáng)極材料有多種，如活化鈦陽(yáng)極、導(dǎo)電涂層陽(yáng)極、鉑陽(yáng)極等，其中活化鈦陽(yáng)極具有排流量大、耐久性高、施工好等特點(diǎn)，是目前應(yīng)用最成功最廣泛的陽(yáng)極系統(tǒng)嘲。活化鈦陽(yáng)極是在鈦基材表面涂覆催化的鉑、銥、鉭或釘?shù)难趸锏睦ズ衔铮ǔ７Q為MMO陽(yáng)極。MMO網(wǎng)狀陽(yáng)極于1985年在加拿大安大略省一座橋面板陰極保護(hù)中首次使用之后，在全世界超過(guò)140萬(wàn)in的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)系統(tǒng)安裝這種陽(yáng)極，我國(guó)目前鋼筋混凝土陰極保護(hù)工程基本上也采用MMO陽(yáng)極系統(tǒng)。

目前市場(chǎng)上MMO陽(yáng)極涂層種類較多，不同種類涂層適用的環(huán)境條件不同，并且涂層的結(jié)構(gòu)、厚度等對(duì)工作壽命也具有顯著影響。文章對(duì)目前我國(guó)市場(chǎng)上的3種混凝土陰極保護(hù)用MMO陽(yáng)極，開(kāi)展了有關(guān)性能的試驗(yàn)研究，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)電化學(xué)保護(hù)中陽(yáng)極材料的選用提供參考。

1、試驗(yàn)方法

1.1試樣制作

將3種不同種類涂層鈦陽(yáng)極(MMO—A、MMO—B和MMO—C)切割制成一定尺寸的試樣，在一端焊接出引線，焊點(diǎn)處用環(huán)氧樹(shù)脂封涂，分別用無(wú)水乙醇和丙酮清洗去脂，備用。

1.2試驗(yàn)介質(zhì)

采用表1所示的試驗(yàn)溶液，并加入細(xì)度模數(shù)為2.5的人工砂，液面高出砂20mE，以模擬受氯鹽污染的混凝土環(huán)境。

1.3涂層成分和形貌測(cè)試

MMO陽(yáng)極的性能與涂層成分和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。采用x射線能譜儀分析3種MMO陽(yáng)極涂層氧化物成分，用掃描電鏡觀察表面形貌，操作電壓為20kV。

1.4電化學(xué)性能測(cè)試

材料在一定介質(zhì)中會(huì)發(fā)生不同程度的腐蝕，自然電位的大小在一定程度上能夠反映其耐介質(zhì)腐蝕的能力。陽(yáng)極極化曲線可以了解其作為陽(yáng)極時(shí)的極化性能和排流能力。

將試樣分別浸泡在模擬溶液中，采用高阻抗數(shù)字萬(wàn)用表，定期測(cè)量試樣相對(duì)于飽和甘汞電極的自然電位。

待試樣在模擬溶液中的自然電位基本穩(wěn)定后，測(cè)定試樣的陽(yáng)極極化曲線。陽(yáng)極極化曲線測(cè)量采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極體系，步階式改變電位的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法進(jìn)行。測(cè)量?jī)x器為美國(guó)Princeton263A恒電位儀，參比電極為飽和甘汞電極，鉑電極為輔助電極。電位掃描初始電位設(shè)定為0mV(相對(duì)于開(kāi)路電位)，終止電位1100mV(相對(duì)于SCE)，步階速率為20mV／(180S)。

1.5強(qiáng)化壽命測(cè)試

工作壽命是衡量陽(yáng)極性能的一個(gè)重要參數(shù)。由于陽(yáng)極在混凝土中實(shí)際工作壽命很長(zhǎng)，一般要求數(shù)十年以上，因此不可能在陽(yáng)極實(shí)際工作電流密度下運(yùn)行后獲得。往往都是在大電流密度下強(qiáng)化運(yùn)行，其鈍化時(shí)間稱為強(qiáng)化壽命。混凝土中陽(yáng)極強(qiáng)化壽命測(cè)試，按照NACEStandardTMO294—2001進(jìn)行，采用Ps—l型恒電位儀作為直流電源，提供0.89mA/cm²sup>的恒定電流，鉑電極作為輔助電極，采用數(shù)字萬(wàn)用表和甘汞電極測(cè)定試樣的電位隨運(yùn)行時(shí)間的變化。在試驗(yàn)過(guò)程中及時(shí)用蒸餾水補(bǔ)充測(cè)試溶液的揮發(fā)損失，以維持原來(lái)的液面高度。當(dāng)電位迅速升高時(shí)，表明陽(yáng)極試樣活性喪失而失效，總的通電時(shí)間即為陽(yáng)極的強(qiáng)化壽命。

2、試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1涂層成分和形貌

3種MMO陽(yáng)極涂層的X射線能譜圖(EDS)見(jiàn)圖1。

由圖1可見(jiàn)，MMo—A陽(yáng)極的涂層主要為Ir和Ta混合氧化物，而MMO—B陽(yáng)極和MMO—C陽(yáng)極的涂層均為單一氧化物，分別為RuO₂和IrO。IrO和RuO₂都是析氧反應(yīng)的催化活性物質(zhì)，IrO₂的析氧電位比RuO₂略高，Ta₂O₅是一種化學(xué)穩(wěn)定性很強(qiáng)的物質(zhì)，它作為涂層的惰性組分能延緩活性IrO₂起著保護(hù)作用。根據(jù)其成分分析可初步預(yù)計(jì)，MMO—A具有較高的抗氧化性能和耐腐蝕性。

3種涂層在3000倍下的電鏡照片(SEM)見(jiàn)圖2。

由圖2可見(jiàn)，3種涂層均是多相不均勻的，MMO-A陽(yáng)極涂層和MMO—B陽(yáng)極涂層整個(gè)表面由龜裂狀裂縫和具有光滑表面結(jié)晶顆粒組成。MMO—A晶粒顆粒較大，裂縫較窄而淺；而MMO—B晶粒顆粒略小，裂縫較寬而深。MMO—C的涂層形貌與前兩種涂層有很大的差別，表面由成堆的微小顆粒和孔隙組成，觀察不到前兩種涂層那樣的龜裂痕跡，結(jié)構(gòu)較為致密。

2.2電化學(xué)性能

4種試樣在模擬溶液自然電位測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可見(jiàn)，4種試樣在含有氯離子和高堿性的混凝土模擬溶液中，自然電位隨時(shí)間在浸泡初期有一定程度的波動(dòng)，浸泡一定時(shí)問(wèn)后逐漸趨于穩(wěn)定。MMO—A自然電位最正，約為50mV(vsSCE，下同)；MMO—B和MMO—C的自然電位相接近，約為一120mV；無(wú)涂層的鈦試樣的電位最負(fù)，約為一210mV。由此表明，涂層提高了鈦基在氯鹽污染混凝土中的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕能力，其中Ir／Ta混合氧化物涂層的MMO—A耐堿和氯離子腐蝕的能力最強(qiáng)。

4種試樣在模擬溶液的陽(yáng)極極化曲線測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可見(jiàn)，3種鈦涂層陽(yáng)極的極化性能和活性明顯好于鈦材。在3種涂層鈦試樣中，MMO—B的析氧電位最低，但極化率較大，隨著電流密度的增大，電位持續(xù)升高；MMO—A和，MMO—C的析氧電位較高，但正于析氧電位后，隨著電流密度的增大，電位變化趨于平緩，直到電流密度大于一定值時(shí)電位急劇增高；同為具有IrO₂活性成分的MMO—A和MMO—C相比較M1VIO—A的析氧電位較低，排流量也較高，可能是它們的結(jié)構(gòu)有關(guān)，MMO—A表面高密度的裂紋的存在提高了涂層的表面積，有利于提高其活性。陽(yáng)極極化性能試驗(yàn)結(jié)果表明，在含氯高堿性的溶液中，MMO—A涂層的排流量最大。

2.3陽(yáng)極的強(qiáng)化壽命

4種試樣在0.89mA/cm的電流密度下，工作電位隨時(shí)問(wèn)的變化見(jiàn)圖5。

4種試樣在通電一段時(shí)間后，陽(yáng)極電位迅速升高，陽(yáng)極鈍化失效。但失效時(shí)問(wèn)長(zhǎng)短不一，即強(qiáng)化壽命不同。沒(méi)有涂層的鈦只有幾小時(shí)就失效；MMO—A強(qiáng)化壽命最長(zhǎng)，為33d；MMO—B也只有3d就失效；MMO—C的強(qiáng)化壽命為32d，與MMO—A接近。MMO—C在含氯高堿性介質(zhì)的耐腐蝕能力雖比MMO—A低，但強(qiáng)化壽命較接近，這可能與MMO—C的致密結(jié)構(gòu)有關(guān)，致密的涂層大大增強(qiáng)了對(duì)鈦基的保護(hù)，延緩陽(yáng)極析出的氧氣到達(dá)鈦基體的侵入，能延長(zhǎng)基體的鈍化時(shí)間，提高工作壽命。

3、結(jié)論

通過(guò)在氯鹽污染混凝土環(huán)境模擬介質(zhì)的試驗(yàn)研究，可以得到以下結(jié)論：

1)目前市售的涂層鈦陽(yáng)極的種類較多，由于涂層成分和結(jié)構(gòu)等不同，在氯鹽污染混凝土環(huán)境的電化學(xué)活性和耐久性存在明顯的差異，因此在選購(gòu)陽(yáng)極時(shí)應(yīng)加以注意，進(jìn)行相關(guān)的質(zhì)量檢驗(yàn)。

2)涂層的成分和結(jié)構(gòu)對(duì)涂層鈦陽(yáng)極的電化學(xué)活性和耐久性具有顯著的影響。在混凝土這種含氯高堿性的介質(zhì)中，Ir和Ta的氧化物涂層的耐腐蝕性較強(qiáng)；涂層的龜裂狀裂縫有利于陽(yáng)極的電化學(xué)活性，但對(duì)陽(yáng)極耐久性不利。

3)在試驗(yàn)的3種涂層陽(yáng)極中，Ir和Ta的氧化物涂層陽(yáng)極(MMO—A)最適宜作為鹽污染鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)電化學(xué)保護(hù)用陽(yáng)極。

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