Гальванический анод и способ защиты от коррозии

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии. Расходуемый анод содержит первый расходуемый металл, второй расходуемый металл, являющийся менее электрохимически активным, чем первый расходуемый металл, причем первый расходуемый металл и второй расходуемый металл являются более электрохимически активными, чем сталь, материал оболочки, окружающий первый и второй расходуемые металлы, включающий в себя пористый строительный раствор, и по меньшей мере один удлиненный электрический проводник, электрически подсоединенный к аноду и выступающий из материала оболочки. Расходуемый анод электрически соединяют со стальной арматурой в армированной сталью бетонной конструкции. Техническим результатом является увеличение срока службы расходуемого анода. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предпосылки создания изобретения

Коррозия оказывает большое воздействие на экономику и окружающую среду фактически во всех аспектах мировой инфраструктуры, от дорог, мостов и зданий до нефти и газа, систем химической обработки водоснабжения и канализации. Последняя оценка общемировых затрат на коррозию, для предотвращения, а также для ремонта и замены, превышает 1,8 триллионов долларов США или от 3 до 4 процентов валового внутреннего продукта промышленно развитых стран.

Субсидированное в 2001 году Федеральным управлением автомобильных дорог США (U.S. Federal Highway Administration) исследование потерь от коррозии "Corrosion Costs and Preventive Strategies in the United States" (Потери от коррозии и превентивные стратегии в Соединенных Штатах) определило прямые годовые потери от коррозии равными потрясающей сумме в 276 миллиардов долларов США. Исследование охватило большое число секторов экономики, включая транспортную инфраструктуру, электроэнергетику, перевозки и хранение.

Косвенные потери от коррозии были умеренно оценены равными прямым потерям, давая суммарные прямые и косвенные потери в более чем 600 миллиардов долларов США или в 6 процентов валового внутреннего продукта. Эти потери следует рассматривать как умеренную оценку ввиду того, что в исследовании были использованы только хорошо документированные потери. В дополнение к причинению сильных повреждений и угроз общественной безопасности коррозия нарушает работу и требует дорогостоящего ремонта и замены неисправного оборудования.

Инфраструктура дорог и мостов в Соединенных Штатах разрушается, с тысячами мостов, оцененных как ненадежные и требующие замены или капитального ремонта. Во многих из этих случаев коррозия играет важную роль в снижении надежности. Меры по защите от коррозии могут помочь предотвратить другие проблемы. Предпринимаются шаги для решения проблем стареющей инфраструктуры Америки. Например, House bill H.R. 1682 "Bridge Life Extension Act 2009," (законопроект H.R. 1682 "Закон об увеличении срока службы мостов 2009 г."), внесенный в марте 2009 года, будет требовать штаты представить план предотвращения и уменьшения повреждений, вызванных коррозией, при запросе федеральных средств на строительство нового моста или ремонт существующего моста.

Многие конструкции из армированного бетона страдают от преждевременного разрушения. Заделанная в бетон стальная арматура первоначально защищена от коррозии в результате образования стабильной оксидной пленки на ее поверхности. Эта пленка, или пассивирующий слой, образуется в результате химической реакции между высокощелочной водой в порах бетона и сталью. Пассивность, обеспеченная щелочными условиями, может быть разрушена в результате присутствия хлорида. Хлорид-ионы локально депассивируют металл и ускоряют активное растворение металла. Коррозия стали обычно незначительна до тех пор, пока хлорид-ионы не достигают концентрации, при которой начинается коррозия. Пороговая концентрация зависит от нескольких факторов, включая, например, микроокружение стали, рН раствора в порах, помехи от других ионов в растворе в порах, электрический потенциал армирующей стали, концентрацию кислорода и подвижность ионов. Хлорид действует как катализатор в том отношении, что он не расходуется в реакции коррозии, а остается активным, чтобы снова принять участие в реакции коррозии.

Повреждение конструкций из армированного бетона в первую очередь вызвано проникновением хлорид-ионов через бетон к области, окружающей стальную арматуру. Имеются несколько источников хлоридов, включая добавки к бетонной смеси, такие как содержащие хлорид ускоряющие добавки. Хлорид может также присутствовать в окружающей конструкцию среде, такой как морская среда или антиобледенительные соли. Присутствие хлорида не оказывает прямое отрицательное влияние на сам бетон, однако ускоряет коррозию стальной арматуры. Продукты коррозии, которые образуются на стальной арматуре, занимают больше места, чем стальная арматура, вызывая воздействие давления на бетон изнутри. Это внутреннее давление образуется со временем и, в конечном счете, приводит к растрескиванию и расслаиванию бетона. Коррозия стальной арматуры также снижает прочность армирующей стали и уменьшает нагрузочную способность бетонной конструкции.

На скорость коррозии стали, кроме хлорид-иона, оказывают влияние другие факторы, включая рН, наличие кислорода и электрический потенциал стали, а также удельное сопротивление окружающего бетона. Эти факторы взаимодействуют друг с другом, так что ограничение одного из них не обязательно предотвращает коррозию, и уровни одного из них, достигающие порогового уровня, суммируются с другими, делая возможной коррозию. Например, даже при высоком уровне хлорида, если имеется недостаточно кислорода, коррозия не произойдет. По мере снижения рН пороговое содержание хлорида для коррозии становится более низким. В бетоне с очень высоким удельным сопротивлением не только карбонизация и проникновение хлорида являются медленными, но и реакция коррозии замедляется вследствие увеличенной трудности движения ионов. Температура также принимает участие в коррозионной активности, как и в любой другой химической реакции.

Катодная защита стальной арматуры в бетоне является общепринятым способом обеспечения коррозионной защиты для металла, особенно когда хлорид-ионы присутствуют в бетоне в значительных концентрациях. Катодная защита включает в себя образование электрической цепи с армирующей сталью, действующей как катод, который электрически соединен с анодом. Если имеется достаточно большая разность потенциалов, то коррозия катода уменьшается или предотвращается.

Известно создание разности потенциалов между анодом и катодом как посредством катодной защиты подаваемым током, так и посредством гальванической ячейки. Катодная защита подаваемым током включает в себя использование анода и подаваемого электрического тока с использованием внешнего источника постоянного тока или источника переменного тока и выпрямителя. Источник питания создает проблемы в отношении надежности и затрат, связанных с постоянным расходом энергии, наблюдением, управлением и требованиями к техническому обслуживанию.

Катодная защита может быть также обеспечена посредством гальванической ячейки, в которой потенциал возникает как результат использования разных материалов, образующих расходуемый анод и катод. Расходуемая катодная защита происходит, когда металл соединен с более химически активным, или более анодным, металлом. Анод состоит из расходуемого металла, который может обеспечить защитный ток без использования источника питания, поскольку реакции, которые имеют место при его использовании, являются термодинамически предпочтительными. Недостатки систем с расходуемым анодом включают в себя ограниченный доступный защитный ток и ограниченный срок службы. Расходуемые аноды подвергаются непрерывной коррозии или расходу гальванического металла и обычно требуют замены в некоторый момент времени в зависимости от степени коррозии.

Поскольку коррозия армированных сталью бетонных конструкций представляет опасность для человеческой жизни и требует очень много средств для ремонта, то тем, что требуется, являются улучшенные системы и способы для удовлетворения потребностей в реализации новых антикоррозионных технологий и защите инфраструктуры для будущих поколений.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1А является видом в сечении иллюстративного варианта осуществления системы гальванической катодной защиты.

Фиг. 1Б является видом в сечении иллюстративного варианта осуществления системы гальванической катодной защиты.

Фиг. 2 показывает ремонтный участок в конструкции из армированного бетона с иллюстративным вариантом осуществления заделанного в него расходуемого анода.

Фиг. 3А является видом в сечении иллюстративного варианта осуществления системы гальванической катодной защиты.

Фиг. 3Б является видом в сечении иллюстративного варианта осуществления системы гальванической катодной защиты.

Подробное описание

Предлагается узел гальванического анода и способ коррозионной защиты армированной стали в бетонной конструкции с использованием системы, основанной на принципах коррозионной защиты армирующей стали в бетонных конструкциях.

В частности, предлагаемый в изобретении расходуемый анод содержит:

- первый расходуемый металл,

- второй расходуемый металл, являющийся менее электрохимически активным, чем первый расходуемый металл, причем первый расходуемый металл и второй расходуемый металл являются более электрохимически активными, чем сталь,

- материал оболочки, окружающий первый и второй расходуемые металлы и включающий в себя пористый строительный раствор, и

- по меньшей мере один удлиненный электрический проводник, электрически подсоединенный к аноду и выступающий из материала оболочки.

Электрохимически активные металлы включают в себя литий, калий, кальций, натрий, магний, алюминий, цинк или хром и их комбинации или их сплавы.

Предлагаемый в изобретении способ коррозионной защиты стальной арматуры в бетонной конструкции характеризуется тем, что со стальной арматурой в армированной сталью бетонной конструкции электрически соединяют описанный выше расходуемый анод.

Согласно другим вариантам осуществления расходуемый материал содержит (а) первый расходуемый металл, этот расходуемый металл является более электрохимически активным, чем сталь, (б) второй расходуемый металл, причем второй расходуемый металл является менее электрохимически активным, чем первый расходуемый металл, и (в) материал оболочки, окружающий первый и/или второй расходуемые металлы, причем анод имеет по существу цилиндрическую форму, имеющую С-образное углубление, простирающееся вдоль по существу длины одной стороны анода.

Согласно другим вариантам осуществления система для уменьшения коррозии стальной арматуры в бетонной конструкции содержит (а) анод, содержащий первый и второй расходуемый металл, причем первый расходуемый металл является более электрохимически активным, чем сталь, причем второй расходуемый металл является менее электрохимически активным, чем первый расходуемый металл, (б) первый и второй расходуемые металлы по меньшей мере частично покрыты материалом оболочки, (в) по меньшей мере один удлиненный электрический проводник электрически подсоединен к аноду и выступает из материала оболочки, и (г) армирующая сталь подсоединена по меньшей мере к одному удлиненному электрическому проводнику.

Согласно другим иллюстративным вариантам осуществления способ уменьшения коррозии стальной арматуры в бетонной конструкции включает в себя электрическое подсоединение расходуемого анода по меньшей мере из двух расходуемых металлов из разных материалов, каждый более электрохимически активный, чем сталь, анод по меньшей мере частично покрыт материалом оболочки, к стальной арматуре в армированной сталью бетонной конструкции.

В другом иллюстративном варианте осуществления способ уменьшения коррозии стальной арматуры в бетонной конструкции включает в себя размещение расходуемого анода по меньшей мере из двух расходуемых металлов из разных материалов, каждый из которых является более электрохимически активным, чем сталь, анод по меньшей мере частично покрыт материалом оболочки, в обеспечивающей катодную защиту близости от стальной арматуры в армированной сталью бетонной конструкции.

Катодная защита может быть применена для управления коррозией стали, заделанной в армированную бетонную конструкцию. Система катодной защиты согласно настоящему раскрытию изобретения работает с образованием разности электрического потенциала между анодом и стальной арматурой. Эта разность заставляет ток течь через электрическое соединение, а ионов течь через бетон и/или материал оболочки в достаточной степени, чтобы предотвратить или уменьшить коррозию стержня стальной арматуры, вызывая тем временем коррозию анода.

Катодная защита предотвращает коррозию стальной арматуры в бетоне путем превращения анодных, или активных, участков на поверхности металла в катодные, или пассивные участки. Создание разности потенциала между анодом и катодом посредством катодной защиты подаваемым током включает в себя использование нерасходуемого анода и приложенного электрического тока. Система с подаваемым током нуждается в электрическом токе, вырабатываемом внешним источником питания, системе проводов и наблюдении, чтобы быть уверенным, что система остается действующей.

Расходуемая катодная защита может быть обеспечена посредством гальванической ячейки, в которой потенциал возникает как результат использования разных материалов, образующих расходуемый анод и катод. Тело анода формируется из расходуемого материала, который корродирует относительно стального материала, не требуя подаваемого тока. Это называется расходуемой системой, поскольку гальванический анод расходуется для защиты конструкционной стали от коррозии. Расходуемый анод является куском корродируемого металла, электрические подсоединенного к подлежащей защите металлической поверхности, который предпочтительно расходуется вследствие электролитического воздействия.

В некоторых вариантах осуществления узел расходуемого анода согласно настоящему раскрытию изобретения обеспечивает места для протекания анодных реакций вместо армирующей стали. Следовательно, пока гальваническая система находится в работе, вместо армирующей стали будет разрушаться анод.

Согласно аспектам настоящего раскрытия изобретения, предлагается гальваническая система, в которой анод выполнен по меньшей мере из двух расходуемых металлов, которые корродируют относительно стали, без обеспечения или использования подаваемого тока. Анод может быть по меньшей мере частично покрыт материалом оболочки. В некоторых вариантах осуществления удлиненные металлические проводники могут быть подсоединены к аноду и выступать из материала оболочки, чтобы электрически соединять анод с армирующей сталью, заделанной в бетон.

Продукты окисления могут осаждаться на поверхности расходуемого металла анода по мере его коррозии. Если эти продукты коррозии не удаляются, они будут предотвращать электрохимическую реакцию блокированием потока ионов через электролит, что известно как пассивация анода. Если сделать продукты реакции растворимыми, то анод может продолжать работать, как планировалось. Растворимость продуктов коррозии регулируется материалом оболочки. Материал оболочки обеспечивает механизм для удаления продуктов коррозии с поверхности расходуемого металла анода, а также обеспечивает ионный путь для ионов, чтобы течь от стальной арматуры (катода) к аноду из корродируемого расходуемого металла.

Известные механизмы, которые могут быть использованы в материалах оболочки для удаления продуктов коррозии/окисления расходуемого металла, включают в себя активацию посредством рН, использование катализирующих солей совместно с увлажнителями и легко впитывающими воду веществами, и хелатообразование с помощью полиэлектролитов.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления материал оболочки может включать в себя, например, пористый строительный раствор. Альтернативно, материал оболочки может включать в себя сжимаемый материал с ионной проводимостью, причем матрица является достаточно сжимаемой для поглощения продуктов коррозии металла расходуемого анода. Материал оболочки может обладать подходящим для активирования химическим составом, например, посредством галогенидов, хелатообразования или рН, иметь достаточную пористость, чтобы сделать возможным поглощение продуктов коррозии, предотвращая этим или уменьшая пассивацию.

В других вариантах осуществления материал оболочки может включать в себя увлажнители, легко впитывающие воду вещества и/или гигроскопичные материалы для поглощения достаточного количества влаги, чтобы поддерживать электропроводность вокруг анода для обеспечения того, что во время срока службы анода поддерживается достаточный выход тока, и для сохранения границы раздела между анодом и катодом (стальной арматурой) электрохимически активной.

Согласно некоторым иллюстративным вариантам осуществления подходящий материал оболочки для гальванического анода содержит смесь из приблизительно 75% гипса, примерно 20% бентонитовой глины и примерно 5% сульфата натрия. Этот материал оболочки обеспечивает однородное окружение, которое уменьшает саморасход анода. Без привязки к какой-либо особой теории предполагается, что сульфат активирует металлический цинк анода, а бентонитовая глина действует как увлажнитель.

В других иллюстративных вариантах осуществления предлагается анодный узел двойного действия, в котором более электрохимически активный расходуемый металл может установить высокую начальную активность для создания щелочного свободного от хлоридов окружения вокруг присоединенной армирующей стали. За этой стадией высокой активности может следовать более длительный период защиты с использованием менее электрохимически активного расходуемого металла с последующим расходованием или пассивацией первого более электрохимически активного металла.

В других вариантах осуществления первый расходуемый металл может быть подсоединен ко второму, менее электрохимически активному расходуемому металлу. Первый, более электрохимически активный расходуемый металл может обеспечивать сначала более высокий гальванический ток для инициирования анодной реакции. Второй, менее электрохимически активный расходуемый металл может обеспечить достаточный ток, чтобы в остаточной мере защищать армирующую сталь в течение длительного периода времени. Анодный узел согласно настоящему раскрытию изобретения может содержать комбинации расходуемых металлов, таких, как магний, цинк, алюминий, их сплавы и т.п.

В других вариантах осуществления первый расходуемый металл может включать в себя магний. Магниевая часть анода реагирует быстро, приводя к начальной интенсивности поляризации, и создает щелочное окружение вокруг стали. Эти начальная поляризация форсирует диффузию хлорид-ионов от стали. Когда магний израсходован или использован иным образом, второй расходуемый металл, например цинк, работает для поддержания пассивного состояния армирующей стали. Система может достичь преимуществ систем с подаваемым током без сложной электропроводки, батарей или внешних источников питания.

Согласно некоторым вариантам осуществления анод содержит первый расходуемый металл и второй расходуемый металл, причем первый и второй расходуемые металлы являются более электрохимически активными, чем стальная арматура, заделанная в бетонную конструкцию. Первый расходуемый металл является более электрохимически активным по сравнению со вторым расходуемым металлом. Более электрохимически активный первый металл или металлический сплав (например, магний) расположен между менее электрохимически активным вторым металлом (например, цинком) или металлическим сплавом и стальной арматурой. С такой конструкцией накопление продукта коррозии от более электрохимически активного первого металла (если не поглощенного или растворимого) может дополнительно улучшить распределение заряда коррозии второго менее электрохимически активного металла вследствие другого изолирования прямого пути проводимости ионного пути от второго металла к стали некоторым образом подобно изолирующему слою или прокладке. Таким образом, продукты окисления магния могут иметь тенденцию к увеличению общей эффективности изолирующей прокладки. Способные к расширению продукты окисления магния также могут скорее вытесняться в сжимающийся клей изолирующей прокладки между армирующей сталью и анодом, чем создавать расширяющие силы, что может привести к растрескиванию окружающего ремонтного раствора или бетонной конструкции.

Согласно некоторым вариантам осуществления анодный узел может содержать первый перфорированный, по существу плоский расходуемый металл, который свернут в цилиндр или часть цилиндра, а второй перфорированный, по существу плоский расходуемый металл может быть образован аналогичным образом и присоединен к первому металлу. Перфорированный расходуемый металл увеличивает площадь поверхности материала анода, увеличивая таким образом эффективность анода. В других вариантах осуществления первый и/или второй расходуемый металл может представлять собой сплошную массу.

В других иллюстративных вариантах осуществления анодный узел может иметь конструкцию, которая легко устанавливается на армирующей стали разного размера. Одна сторона анода может иметь продольное углубление, имеющее, например, обычно С-образное поперечное сечение. Подобная форма хорошо согласуется с разными диаметрами и кривизной армирующих стержней и приводит к надежному и воспроизводимому монтажу анода на стали. В других вариантах осуществления анодный узел может иметь другие поперечные сечения, такие как, например, U-образное, V-образное, прямоугольное или полукруглое поперечное сечение.

Согласно некоторым аспектам настоящего раскрытия изобретения, первая и вторая площади поверхности анода являются эффективными для выработки достаточного тока для защиты конструкции, и вес анода достаточен для того, чтобы его хватило на требуемый срок службы при выработке тока. Система гальванического анода согласно настоящему раскрытию изобретения является саморегулируемой, основанной на начинающейся коррозионной активности соседней присоединенной стали. Продукты коррозии первого и/или второго расходуемого металла могут также действовать как прокладка на электрическом и ионном пути для оптимизации распределения заряда вокруг анода.

Скорость коррозии зависит от температуры, влажности, ионного окружения и электропроводности независимо от того, является ли это коррозией армирующей стали и расходуемого анода. Материал расходуемого анода может быть выбран так, чтобы он предпочтительно корродировал по сравнению со сталью для обеспечения защитного катодного заряда на стали. Когда условия для коррозии становятся более благоприятными, скорость коррозии анода увеличивается, обеспечивая пропорционально увеличенную защиту стали от коррозии. В этих конкурирующих химических реакциях предпочтительная реакция может предотвратить протекание второй посредством индуцированного электрического заряда.

В других вариантах осуществления расходуемый анодный узел может быть присоединен к армирующей стали с использованием прокладки. В других вариантах осуществления прокладка может включать в себя полимерную прокладку. В других вариантах осуществления прокладка может включать в себя изолирующую адгезионную полимерную прокладку, например и без ограничений, двухстороннюю контактную ленту, силиконовую замазку, пластинчатую адгезионную ленту или что-либо подобное. Двухсторонней лентой является любая контактная лента, которая покрыта клеем с двух сторон. Изолирующая адгезионная прокладка может облегчить размещение анода, в то время как удлиненные электрические соединители (например, металлическая вязальная проволока) надежно закрепляются на стальной арматуре. Изолирующая адгезионная прокладка может быть способной обеспечить как электрическую, так и ионную изоляцию и может также действовать как образующая электрический или ионный путь прокладка для оптимизации распределения заряда вокруг анода. В других вариантах осуществления прокладка может включать в себя двухстороннюю адгезионную вспененную ленту. Вспененная лента может обеспечить поглощение продуктов коррозии, например, быстро образующихся продуктов коррозии магния. Дополнительно клей может не обеспечивать сцепление, если армирующая сталь не очищена удовлетворительно, указывая на то, что может потребоваться дополнительная очистка стали.

Непосредственная близость анода к стальной арматуре может увеличить гальваническую активность (и поэтому избыточную защиту) в непосредственной близости расходуемого анода за счет активности и защиты, прилагаемых к более удаленными частями стальной арматуры. Непроводящий барьер может предотвратить "сброс" большого тока напрямую на армирующую сталь в непосредственной близости к устройству катодной защиты. Подобный сброс нежелателен, поскольку он уменьшает количество тока, который течет к армирующей стали, например, за пределами ремонтного участка, причем он является критически необходимым для предотвращения непрерывной коррозии. Сброс тока к соседней стали может также привести к более высокому суммарному току, без нужды уменьшая эффективный срок службы анода.

Анод может также пассивироваться при работе вследствие повышенной активности, вызывающей более быстрое осаждение продуктов окисления, чем, например, может отводиться механизмами поглощения, растворения или хелатообразования в материале оболочки. Расположение анода на некотором расстоянии от стали может уменьшить интенсивность защитного тока и снизить тенденцию к пассивации анода.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления непроводящий барьер, расположенный, например, между анодом и армирующей сталью, может уменьшить пиковый ток к соседним участкам стали и содействовать существованию участков с более высоким током в местах, расположенных дальше от точки монтажа анодного узла. Это может обеспечить анодный узел, который является повсеместно более эффективным.

В некоторых вариантах осуществления изолирующая прокладка или другой непроводящий барьер может простираться на некоторое расстояние за область контакта анод/сталь, например на несколько сантиметров. Анод может быть расположен в обеспечивающей катодную защиту близости к армирующей стали и может быть, например, отделен от стали на наибольшее расстояние, которое позволяет аноду удовлетворительно защищать сталь, к которой он присоединен. Эффективность анода может быть увеличена на больших расстояниях, допуская таким образом большие расстояния между несколькими анодами для катодной защиты конструкции с использованием меньшего числа анодов.

Аспекты настоящего раскрытия изобретения применимы к ремонтным работам, причем участок существующего бетона вынимается для обнажения стальной арматуры, и к устройствам, которые включают в себя гальванический анодный узел и отдельные ремонтные заплаты.

В некоторых вариантах осуществления анодный узел внедрен в бетон и его установка совместима с обычной строительной практикой, используемой при восстановлении бетона. Эти процедуры могут включать в себя выемку поврежденного бетона до глубины немного ниже стальной арматуры, присоединение анодного узла к стальной арматуре и обратное заполнение выемок подходящим заделочным или ремонтным строительным раствором.

Многие известные гальванические аноды занимают вызывающее затруднение пространство в ремонтных конфигурациях. Согласно некоторым иллюстративным вариантам осуществления система расходуемого анода согласно настоящему раскрытию изобретения выполнена так, чтобы согласовываться с короткими фрагментами армирующей стали, и может быть расположена непосредственно примыкающей к армирующей стали. Эта конфигурация оптимизирует промежутки, достижимые в ограниченных ремонтных зонах, и делает возможным более мелкий и менее дорогостоящий ремонт бетона.

Согласно другим иллюстративным вариантам осуществления способ уменьшения коррозии стальной арматуры в бетонной конструкции включает в себя изготовление расходуемого анодного узла двойного действия по меньшей мере из двух расходуемых металлов из разных материалов, каждый из которых более электрохимически активный, чем сталь. Анод может быть по меньшей мере частично покрыт материалом оболочки. Удлиненные электрические проводники, вязальная проволока, подсоединены к аноду и выступают из материала оболочки. Анодный узел двойного действия может быть вставлен в отверстие, образованное в бетонной конструкции. Адгезионная полимерная прокладка, например и без ограничений контактная двухсторонняя лента, помещается между материалом оболочки анодного узла и поверхностью стальной арматуры. Анодный узел закреплен на месте намоткой удлиненного электрического проводника вокруг стальной арматуры.

Закрепленный анодный узел может быть заделан подходящим материалом с низким удельным сопротивлением, таким как некоторые цементные ремонтные растворы, называемые заделочными растворами. Альтернативно, строительный раствор с низким удельным сопротивлением может быть использован для заделывания закрепленного анодного узла и затем внедрен в ремонтный материал с высоким удельным сопротивлением, поскольку заделочный раствор с низким удельным сопротивлением инкапсулирует закрепленный анодный узел и обеспечивает ионно-проводящий путь к исходному бетону, прилегающему к ремонтной зоне.

Как показано на фиг. 1А, система 100 катодной защиты может включать в себя анодный узел, содержащий анод 102, включающий менее расходуемый металл 106 и более расходуемый металл 104. В некоторых вариантах осуществления анод 102 может содержать слой более расходуемого металла 106, заключенный между двумя слоями менее расходуемого металла 104. В других вариантах осуществления анод 102 может содержать слой менее расходуемого металла 106, заключенного между двумя слоями более расходуемого металла 104. Анод 102 может быть по меньшей мере частично облицован или покрыт материалом 108 оболочки. Удлиненные электрические проводники 116, 118 подсоединены к аноду 102 и выступают из материала 108 оболочки. Во время установки между анодом 102 и армирующей сталью 114 может быть помещена изолирующая адгезионная прокладка 110. Изолирующая адгезионная прокладка 110 прикрепляет анод 102 к армирующей стали 114. Изолирующая адгезионная прокладка 110 прикрепляет анодный узел 102 и удерживает анодный узел на месте, в то время как электрические проводники 116, 118 надежно прикреплены к армирующей стали 114, как показано.

Как показано на фиг. 1Б, система 100 катодной защиты может включать в себя анодный узел, содержащий анод 102, включающий слой менее расходуемого металла 106 и слой более расходуемого металла 104. В одном варианте осуществления более расходуемый металл 104 может находиться между менее расходуемым металлом 106 и армирующей сталью 114. Анод 102 может быть по меньшей мере частично облицован или покрыт материалом 108 оболочки. Удлиненные электрические проводники 116, 118 подсоединены к аноду 102 и выступают из материала 108 оболочки. Во время установки между анодом 102 и армирующей сталью 114 может быть помещена изолирующая адгезионная прокладка 110. Изолирующая адгезионная прокладка 110 прикрепляет анодный узел 102 и удерживает анодный узел на месте, в то время как электрические проводники 116, 118 надежно прикреплены к армирующей стали 114, как показано.

Если обратиться к фиг. 2, то способ 200 катодной защиты включает в себя формирование ремонтной заплаты 202 в армированной сталью бетонной конструкции 204. Анодный узел 102 прикреплен к армирующему металлу с помощью, например, адгезионной прокладки 110, и надежно закреплен на армирующей стали 114 с помощью удлиненных электрические проводников 116, 118.

Как показано на фиг. 3А, иллюстративная система 300 катодной защиты может включать в себя анодный узел, включая слой менее расходуемого металла 306 и слой более расходуемого металла 304. Анод 102 может быть по существу цилиндрической формы, имея, например, С-образное, V- образное или U-образное углубление, простирающееся вдоль по существу длины одной стороны анода. Анод 102 может быть по меньшей мере частично облицован или покрыт материалом 308 оболочки. Во время установки анод может быть помещен в обеспечивающей катодную защиту близости от армирующей стали 314, и между анодным узлом 302 и армирующей сталью может быть помещена адгезионная прокладка 310. Адгезионная прокладка 310 может прикреплять анодный узел 302 к армирующей стали 314 и удерживать анодный узел на месте.

Если обратиться к фиг. 3Б, то иллюстративная система 300 катодной защиты может включать в себя анодный узел, содержащий анод 102, включающий менее расходуемый металл 306 и более расходуемый металл 304. Менее расходуемый металл 306 может частично окружать более расходуемый металл 304. Анод 102 может быть по существу цилиндрической формы, имея, например, С-образное, V- образное или U-образное углубление, простирающееся вдоль по существу длины одной стороны анода. Анод 102 может быть по меньшей мере частично облицован или покрыт материалом 308 оболочки. В некоторых вариантах осуществления менее расходуемый металл 306 может быть покрыт материалом 308 оболочки, и более расходуемый металл 304 может быть расположен в контакте с материалом 308 оболочки и адгезионной прокладкой 310. В других вариантах осуществления менее расходуемый металл может быть покрыт материалом 308 оболочки, более расходуемый металл 304 может быть расположен между внешней поверхностью материала 308 оболочки и изолирующей адгезионной прокладкой 310 с прокладкой 310, находящейся в контакте с армирующей сталью 314. Во время установки анод может быть расположен в обеспечивающей катодную защиту близости к армирующей стали 314, и адгезионная прокладка 310 может быть помещена между анодным узлом 302 и армирующей сталью 314. Адгезионная прокладка 310 может прикреплять анодный узел 302 к армирующей стали 314 и удерживать анодный узел на месте.

Настоящее раскрытие изобретение преодолевает недостатки известных систем катодной защиты с подаваемым током, поскольку оно не требует источника тока, дорогостоящей системы проводов и наблюдения и преодолевает недостатки известных расходуемых анодов, заключающиеся в низком токе и уменьшенной сроке службы. Использование двух расходуемых металлов обеспечивает более высокий ток для начальной поляризации армирующей стали и затем более длительно действующий более низкий ток для поддержания катодной защиты. Начальная поляризация армирующей стали более активным металлов имеет тенденцию к удаления хлорид-ионов и восстановлению щелочности вблизи защищаемой армирующей стали. Второй расходуемый металл затем всего лишь должен поддерживать эти пассивные условия, обеспечивая этим гальваническую защиту двойного действия.

В то время как анодный узел, система катодной защиты и способ были описаны в связи с разными иллюстративными вариантами осуществления, следует понимать, что могут быть использованы другие подобные варианты осуществления или в описанные варианты осуществления могут быть внесены изменения и дополнения для выполнения раскрытых здесь функций без отклонения от них. Описанные выше варианты осуществления не обязательно являются альтернативными, поскольку разные варианты осуществления могут комбинироваться для обеспечения желательных характеристик. Следовательно, система катодной защиты и способ не должны ограничиваться любым одним вариантом осуществления, а скорее должны истолковываться в духе и объеме в соответствии с изложенным в зависимых пунктах формулы изобретения.

1. Расходуемый анод, содержащий:

- первый расходуемый металл,

- второй расходуемый металл, являющийся менее электрохимически активным, чем первый расходуемый металл, причем первый расходуемый металл и второй расходуемый металл являются более электрохимически активными, чем сталь,

- материал оболочки, окружающий первый и второй расходуемые металлы и включающий в себя пористый строительный раствор, и

- по меньшей мере один удлиненный электрический проводник, электрически подсоединенный к аноду и выступающий из материала оболочки.

2. Расходуемый анод по п. 1, в котором слой из первого расходуемого металла заключен между двумя слоями второго расходуемого металла.

3. Расходуемый анод по п. 1, в котором первый расходуемый металл включает в себя магний или магниевый сплав.

4. Расходуемый анод по п. 1, в котором второй расходуемый металл включает в себя цинк или цинковый сплав.

5. Расходуемый анод по п. 1, в котором первый расходуемый металл включает в себя магний или магниевый сплав, а второй расходуемый металл включает в себя цинк или цинковый сплав.

6. Расходуемый анод по п. 1, который содержит изолирующую адгезионную прокладку, расположенную в контакте с материалом оболочки анода.

7. Расходуемый анод по одному из пп. 1-6, который имеет по существу цилиндрическую форму, имеющую С-образное углубление, простирающееся по существу по длине одной стороны анода.

8. Расходуемый анод по п. 7, в котором первый расходуемый металл по меньшей мере частично окружен вторым расходуемым металлом.

9. Расходуемый анод по одному из пп. 1-6, в котором каждый из первого и второго расходуемых металлов представляет собой перфорированный по существу плоский расходуемый металл.

10. Расходуемый анод по одному из пп. 1-6, в котором первый расходуемый металл представляет собой сплошную массу, а второй расходуемый металл представляет собой перфорированный по существу плоский расходуемый металл.

11. Расходуемый анод по п. 6, в котором изолирующая адгезионная прокладка расположена между стальной арматурой и материалом оболочки анода и в контакте с ними.

12. Способ коррозионной защиты стальной арматуры в бетонной конструкции, характеризующийся тем, что со стальной арматурой в армированной сталью бетонной конструкции электрически соединяют расходуемый анод по одному из пп. 1-11.

13. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что расходуемый анод вставляют в отверстие, выполненное в бетонной конструкции.

14. Способ по п. 13, характеризующийся тем, что расходуемый анод размещают в контакте со стальной арматурой.

15. Способ по п. 14, характеризующийся тем, что между расходуемым анодом и стальной арматурой и в контакте с ними размещают прокладку с контактным клеем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электрохимической защиты от коррозии металлических и железобетонных сооружений. Анодный заземлитель включает углеродосодержащий токопроводник и токопроводящую оболочку, при этом в качестве токопроводника используется углеродный сердечник.

Изобретение относится к области электрохимической защиты металлических сооружений от коррозии в почве и может быть использовано при изготовлении глубинных и поверхностных анодных заземлений.

Изобретение относится к области электрохимической защиты металлических сооружений от коррозии в почве и водоемах и может быть использовано при сооружении глубинных анодных заземлений.

Изобретение относится к области электрохимической защиты и может быть использовано для анодных заземлений установок электрохимической защиты металлических и железобетонных сооружений от коррозии, контактирующих с грунтом с высоким содержанием солей, морской водой и другими электролитическими средами и в качестве защитного заземления от перенапряжений в сети.

Изобретение относится к области катодной защиты металлических конструкций от коррозии и может быть использовано для защиты поверхностей трубопроводов от коррозии, а также в качестве заземлителя.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для анодных заземлений установок катодной защиты от коррозии стальных и железобетонных сооружений, контактирующих с грунтом, речной и морской водой и другими электролитическими средами.

Изобретение относится к способу изготовления коррозионностойкого электрода, включающему изготовление биметаллической основы электрода, содержащей титановый корпус с медным сердечником внутри.

Изобретение относится к области защиты подземных сооружений и трубопроводов от электрохимической коррозии. Заземлитель выполнен в виде гирлянды электрически и механически последовательно соединенных между собой отдельных анодных заземлителей, каждый из которых содержит центральный металлический электрод, соединенный с предыдущим и последующим электродами в единый электрический проводник и равнопрочный по длине стержень, при этом каждый отдельный анодный заземлитель представляет собой конструкцию «труба в трубе», состоящую из центрального электрода, выполненного в виде трубы, и наружного электрода, выполненного в виде соосного ему цилиндра, на внутренней поверхности центрального электрода расположен токоввод, в промежутках между торцами цилиндров смонтированы термоусаживаемые манжеты, межтрубное пространство заполнено наполнителем, состоящим из пиритных огарков.
Изобретение относится к способам повышения стойкости металла к коррозии и может быть использовано в подземном трубопроводном транспорте. .

Изобретение относится к области защиты стальных сооружений от коррозии. .
Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии. Способ ремонта системы защиты от коррозии трубопроводов куста скважин нефтяного месторождения, содержащей установки катодной защиты скважин и протекторной защиты трубопроводов, групповую замерную установку (ГЗУ), станции катодной защиты (СКЗ) и анодные заземлители, характеризуется тем, что на корпусе ГЗУ монтируют кабельные линии с подключением к каждому трубопроводу и блок совместной защиты трубопроводов (БСЗТ), кабельные выводы подключают к регулировочному плато БСЗТ, протекторно-защищенные трубопроводы через диоды и регулируемые сопротивления подключают к катодно-защищенным трубопроводам в БСЗТ, при этом в качестве СКЗ используют СКЗ и анодные заземлители, смонтированные на скважине для катодной защиты обсадной колонны скважины с трубопроводом, катодно-защищенный трубопровод используют в качестве «донора» для обеспечения тока защиты остальных трубопроводов, защитный потенциал которых снизился менее минимально допустимого -0,9 В или срок службы протекторов которых истек, проставляют вставки для электрического разобщения трубопроводов и пункта схождения трубопроводов, все трубопроводы подключают к БСЗТ и производят регулировку тока защиты на трубопроводах, значения защитных потенциалов на которых превышают -1,05 В, производят снижение и перераспределение токов защиты между трубопроводами, протекторную защиту отключают при потенциале защиты менее -0,9 В, потенциал на вновь подключаемых трубопроводах устанавливают (-0,9) - (-1,05) В, при подключении одного из каналов БСЗТ к корпусу пункта схождения трубопроводов и трубопроводам до перемычки потенциал устанавливают порядка (-0,7) - (-0,8) В и регулируют величину токов утечек.

Изобретение относится к области защиты подземных металлических сооружений от коррозии. Анодный заземлитель состоит из литого электрода с крестовидной формой сечения, имеющего равноудаленные выступы, соединенные дугами, выгнутыми от центра электрода, токоввод, кабель и термоусадочную муфту в форме колпака с отверстием для заливки герметика, при этом электрод имеет два токоввода, расположенных на противоположных торцах электрода и представляющих собой контактные узлы, содержащие вплавленные в электрод вставки цилиндрической формы диаметром 0,2-0,4 диаметра электрода, длиной 0,1-0,15 общей длины электрода, изготовленные с проточками глубиной 3-6 мм и шириной 5-15 мм, причем вставки вплавлены в электрод на 2/3 своей длины, а на боковой поверхности вставок, не залитой материалом электрода, выполнены площадки для крепления накладок размером 0,60-0,65 диаметра вставки, фиксирующих прижим кабеля токоввода в виде петли, причем вставки выполнены из сплава, обладающего коэффициентом термического расширения, близким к коэффициенту термического расширения материала электрода, а в качестве герметика использован кремнийорганический полимерный наполнитель.

Изобретение относится к катодной защите металлических объектов от коррозии и электрохимической обработки почв, илов и других дисперсных сред для очистки от загрязнений.

Изобретение относится к способу и устройству коррозионной защиты стали в бетоне. Устройство содержит расходуемый анод, модификатор электрического поля и наполнитель с ионной проводимостью, устанавливают в полости, образованной в бетонном элементе, и расходуемый анод непосредственно соединяют со сталью.

Изобретение относится к электрохимзащите от грунтовой коррозии и может найти применение в нефтяной, газовой, энергетических отраслях промышленности, а также в коммунальном хозяйстве при выполнении анодного заземления.

Изобретение относится к области электрохимической защиты трубопроводной арматуры от внутренней коррозии. Непосредственно на запорном элементе трубопроводной арматуры размещают анодные протекторы и закрепляют их на запорном элементе коррозионно-стойким резьбовым крепежом.

Изобретение относится к области защиты металлических конструкций от коррозии. Протектор для защиты металлических конструкций от коррозии содержит разрушаемый электрод, вмонтированный в него магнитный элемент и изоляционные прокладки.

Изобретение относится к оборудованию для систем защиты подземных трубопроводов от коррозии и может быть использовано для получения электрической энергии для питания катодной станции за счет тепла перемещаемого газа или жидкости в трубопроводе.

Изобретение относится к области предотвращения коррозии металлов путем анодной и катодной защиты от эрозионного и коррозионного разрушения подводной поверхности морских сооружений освоения шельфа замерзающих морей, например морских стационарных платформ, и может быть использовано в другой морской технике, предназначенной для ледовых условий эксплуатации.
Изобретение относится к способам защиты от эрозионно-коррозионного разрушения подводной поверхности морских сооружений освоения шельфа замерзающих морей, а также от воздействия на них ледовых образований и может быть использовано в другой морской технике, предназначенной для ледовых условий эксплуатации.

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии. Расходуемый анод содержит первый расходуемый металл, второй расходуемый металл, являющийся менее электрохимически активным, чем первый расходуемый металл, причем первый расходуемый металл и второй расходуемый металл являются более электрохимически активными, чем сталь, материал оболочки, окружающий первый и второй расходуемые металлы, включающий в себя пористый строительный раствор, и по меньшей мере один удлиненный электрический проводник, электрически подсоединенный к аноду и выступающий из материала оболочки. Расходуемый анод электрически соединяют со стальной арматурой в армированной сталью бетонной конструкции. Техническим результатом является увеличение срока службы расходуемого анода. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх