專利名稱：具陰極防護(hù)功能的cfrp-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼筋混凝土的組合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，尤其涉及具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)及方法。
背景技術(shù)：
近年來，F(xiàn)RP-混凝土組合結(jié)構(gòu)越來越多地吸引了學(xué)者的關(guān)注。這是由于FRP-混凝土組合結(jié)構(gòu)可以改善結(jié)構(gòu)的受力情況、施工過程采用FRP作為模板無需額外模板及相應(yīng)的拆模工序和良好的耐久性。該組合結(jié)構(gòu)良好的耐久性主要是由于采用了耐久性能好的FRP材料，以及FRP對(duì)其全包裹的構(gòu)件具有阻止外部有害物質(zhì)侵入的能力。上述的結(jié)構(gòu)耐久性對(duì)材料要求、施工過程及工作環(huán)境是比較敏感的。當(dāng)存在有施工不當(dāng)，F(xiàn)RP材料自身的缺陷導(dǎo)致外部腐蝕介質(zhì)的侵入以及結(jié)構(gòu)內(nèi)部含有足夠的有害物質(zhì)等，結(jié)構(gòu)的耐久性就不再具有組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)了。而且當(dāng)使用富含氯化物、硫酸鹽等有害物質(zhì)的混凝土材料時(shí)，如典型的海砂混凝土，由于具備了加速鋼筋腐蝕的各個(gè)條件，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋發(fā)生腐蝕的時(shí)間大大提前，破壞結(jié)構(gòu)的耐久性，進(jìn)而需要對(duì)其提早的維修和保養(yǎng)。作為結(jié)構(gòu)加固和組合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域比較常見的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)因具有輕質(zhì)高強(qiáng)、模量大、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)實(shí)際上，CFRP除了人們熟知的力學(xué)性能外，由于其含有的主要成分之一一碳纖維具有良好的電化學(xué)特性，即良好的導(dǎo)電性及接近貴金屬的電極電位，CFRP同樣具有良好的電化學(xué)特性。因此，可通過采用CFRP良好的力學(xué)和電化學(xué)特性形成一種耐久性優(yōu)異的新型組合結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述組合結(jié)構(gòu)耐久性的不足，本發(fā)明的目的在于提供具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組 合結(jié)構(gòu)及方法，旨在解決現(xiàn)有的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部富含腐蝕介質(zhì)出現(xiàn)的鋼筋腐蝕的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)的加工方法，其中，包括步驟:
將鋼筋混凝土裝置本體與CFRP型材整體澆筑，CFRP型材設(shè)置在鋼筋混凝土裝置本體的加固區(qū)域表面，在鋼筋混凝土裝置本體的至少一根鋼筋與CFRP型材之間連接用于對(duì)鋼筋施加電流的外部電源，使鋼筋、外部電源、CFRP型材形成回路，在所述回路中串聯(lián)一用于對(duì)電流大小進(jìn)行控制的控制裝置，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的混凝土中連接一用于對(duì)鋼筋的腐蝕狀況進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)裝置。所述的具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)的加工方法，其中，所述CFRP型材為混雜不同纖維或基體材料的復(fù)合材料?！N具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，其中，其包括設(shè)置在鋼筋混凝土裝置本體的加固區(qū)域表面的CFRP型材；
并且，鋼筋混凝土裝置本體與CFRP型材整體澆筑，在鋼筋混凝土裝置本體的至少一根鋼筋與CFRP型材之間連接用于對(duì)鋼筋施加電流的外部電源，使鋼筋、外部電源、CFRP型材形成回路，在所述回路中串聯(lián)一用于對(duì)電流大小進(jìn)行控制的控制裝置，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的混凝土中連接一用于對(duì)鋼筋的腐蝕狀況進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)裝置。所述的具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，其中，所述鋼筋混凝土裝置本體中設(shè)置有多根鋼筋，并且，多根鋼筋之間電性連接。所述的具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，其中，所述外部電源為直流電源。所述的具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，其中，所述鋼筋混凝土裝置本體為圓柱形或者矩形結(jié)構(gòu)。所述的具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，其中，所述鋼筋混凝土裝置本體為圓柱形結(jié)構(gòu)，所述鋼筋設(shè)置有多根，并環(huán)繞設(shè)置在鋼筋混凝土裝置本體的四周，相鄰鋼筋之間電性連接。所述的具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，其中，所述CFRP型材為CFRP 管。有益效果:本發(fā)明由于對(duì)CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)施加了陰極防護(hù)，通過CFRP材料對(duì)混凝土內(nèi)鋼筋施加微小的電流來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)陰極防護(hù)的目的，從而主動(dòng)干預(yù)了富含有害物質(zhì)混凝土內(nèi)的鋼筋腐蝕，并且，本發(fā)明利用CFRP材料的結(jié)構(gòu)加固和陰極防護(hù)的雙重功能，將其應(yīng)用于鋼筋混凝土裝置當(dāng)中，即使在混凝土材料內(nèi)部富含腐蝕介質(zhì)或外部環(huán)境惡劣的情況下，鋼筋也能得到足夠的保護(hù)，同時(shí)，本發(fā)明還將CFRP、混凝土與鋼筋直接澆筑為一個(gè)整體，省去了陰極防護(hù)結(jié)構(gòu)本體安裝的工序，提高了施工效率。


圖1為本發(fā)明具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)及方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，其包括兩大結(jié)構(gòu)本體:鋼筋混凝土裝置本體和陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)本體。在所述鋼筋混凝土裝置本體中，其包括混凝土 3、鋼筋2、CFRP管1，鋼筋2埋置在混凝土 3內(nèi)部，CFRP管I設(shè)置鋼筋混凝土裝置本體表面，并且通過混凝土 3與鋼筋2之間相互電性連接，在鋼筋混凝土裝置本體的至少一根鋼筋2與CFRP管I之間連接用于對(duì)鋼筋2施加電流的外部電源5。在本發(fā)明中，鋼筋混凝土裝置本體與CFRP管I整體澆筑，這樣，陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)本體可方便地安裝在組合結(jié)構(gòu)本體上。CFRP管I為混雜不同纖維或基體材料的復(fù)合材料等，例如混雜了碳纖維和玻璃纖維等的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。 CFRP管可按組合結(jié)構(gòu)理論計(jì)算得到。
在上述鋼筋2、所述混凝土 3、和所述CFRP管I和所述外部電源5形成一閉合串聯(lián)的回路(通過導(dǎo)線7連接)，在所述回路中增加一個(gè)與所述外部電源5相連接的對(duì)電流大小進(jìn)行控制的控制裝置6，該控制裝置6可以根據(jù)鋼筋保護(hù)的具體需要合理的調(diào)節(jié)保護(hù)電流的大小，從而更好的對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行調(diào)控。為了更好的對(duì)鋼筋的性能進(jìn)行檢測(cè)，可在混凝土 3增設(shè)一個(gè)檢測(cè)裝置8，該檢測(cè)裝置8和控制裝置6相結(jié)合可以方便的獲取混凝土結(jié)構(gòu)的維護(hù)狀況，便于根據(jù)該混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀對(duì)其進(jìn)行合理的保護(hù)。所述CFRP型材為混雜不同纖維或基體材料的復(fù)合材料等，例如混雜了碳纖維和玻璃纖維等的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。CFRP管可按組合結(jié)構(gòu)理論計(jì)算得到。本實(shí)施例充分利用了 CFRP材料的力學(xué)性能和電化學(xué)特性，使得CFRP材料在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體系中充當(dāng)了組合結(jié)構(gòu)材料和輔助陽極的雙重角色，這樣將組合結(jié)構(gòu)和陰極防護(hù)兩種功能有效地整合在一個(gè)體系中，即使在富含腐蝕介質(zhì)的混凝土，也能使鋼筋得到保護(hù)。鋼筋2—混凝土 3 — CFRP管I形成完整的電通路能夠順利地傳遞陰極保護(hù)電流，本發(fā)明中在陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)本體中施加微小的電流，來實(shí)現(xiàn)陰極防護(hù)，通過向鋼筋施加陰極電流而使鋼筋電位落在免蝕區(qū)，進(jìn)而達(dá)到 保護(hù)鋼筋的目的，所以，所述的外部電源為可提供保護(hù)電流或電壓的直流電源。本發(fā)明中的鋼筋混凝土裝置本體可以是圓柱形結(jié)構(gòu)或作矩形梁結(jié)構(gòu)，例如圖1所示的圓柱形結(jié)構(gòu)，在圖1所示的實(shí)施例中，多根鋼筋2環(huán)繞設(shè)置在混凝土 3的周圍，并且相鄰的鋼筋2之間電連接，將電連接的鋼筋2、混凝土 3、CFRP管I整體澆筑，就可以省去陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)本體的安裝工序，直接將陰極防護(hù)結(jié)構(gòu)本體的外部電源連接上鋼筋混凝土裝置本體上即可，例如將任意一根鋼筋2連接上外部電源5的負(fù)極，將CFRP管I連接外部電源5的正極，即可形成所述的陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)本體。在本發(fā)明中，應(yīng)分別考慮體系的力學(xué)性能和陰極防護(hù)效果，各自的設(shè)計(jì)原理和計(jì)算方法可參照有關(guān)文獻(xiàn)或規(guī)范。所述的CFRP管I起到了組合結(jié)構(gòu)材料和輔助陽極的作用，其在長(zhǎng)期荷載、環(huán)境因素和保護(hù)電流共同作用下須具有可靠的力學(xué)性能、電化學(xué)特性和耐久性等性能，以便同時(shí)發(fā)揮組合結(jié)構(gòu)和陰極防護(hù)的功能。進(jìn)一步，所述混凝土內(nèi)的鋼筋數(shù)量至少為I個(gè)，當(dāng)鋼筋數(shù)大于I時(shí)，鋼筋之間進(jìn)行電連接(如圖所示，通過導(dǎo)線4連接)，并檢測(cè)鋼筋之間的電連接性。本發(fā)明中，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)因具有輕質(zhì)高強(qiáng)、模量大、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)實(shí)際上，CFRP除了人們熟知的力學(xué)性能外，由于其含有的主要成分之一一碳纖維具有良好的電化學(xué)特性，即良好的導(dǎo)電性及接近貴金屬的電極電位，CFRP同樣具有良好的電化學(xué)特性。因此，本發(fā)明利用CFRP的電化學(xué)特性形成一種新型的輔助陽極應(yīng)用到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的外加電流陰極保護(hù)領(lǐng)域中。進(jìn)一步地，可利用CFRP的力學(xué)性能和電化學(xué)特性，形成一種同時(shí)具有鋼筋保護(hù)和陰極防護(hù)的新型組合結(jié)構(gòu)體系。這意味著作為結(jié)構(gòu)的組成材料之一的CFRP不僅僅發(fā)揮了其在組合結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)將起到外加電流陰極防護(hù)系統(tǒng)中的輔助陽極。本發(fā)明可以在一個(gè)體系中同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)加固和陰極防護(hù)的功能，由于在整個(gè)系統(tǒng)中采用了含有CFRP的輔助陽極，省去了陰極保防護(hù)系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)，顯著提高了 CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)的性價(jià)比。本發(fā)明還提供一種具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)的加工方法，其包括步驟:將鋼筋混凝土裝置本體與CFRP型材整體澆筑，CFRP型材設(shè)置在鋼筋混凝土裝置本體的加固區(qū)域表面，在鋼筋混凝土裝置本體的至少一根鋼筋與CFRP型材之間連接用于對(duì)鋼筋施加電流的外部電源，使鋼筋、外部電源、CFRP型材形成回路，在所述回路中串聯(lián)一用于對(duì)電流大小進(jìn)行控制的控制裝置，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的鋼筋和混凝土之間連接一用于對(duì)鋼筋的腐蝕狀況進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)裝置。進(jìn)一步，所述CFRP型材為混雜不同纖維或基體材料的復(fù)合材料。綜上所述，本發(fā)明提供的具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)及方法，通過CFRP材料對(duì)混凝土內(nèi)鋼筋施加微小的電流來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)陰極防護(hù)的目的，從而主動(dòng)干預(yù)了富含有害物質(zhì)混凝 土內(nèi)的鋼筋腐蝕，并且，本發(fā)明利用CFRP材料的結(jié)構(gòu)加固和陰極防護(hù)的雙重功能，將其應(yīng)用于鋼筋混凝土裝置當(dāng)中，即使在混凝土材料內(nèi)部富含腐蝕介質(zhì)或外部環(huán)境惡劣的情況下，鋼筋也能得到足夠的保護(hù)，同時(shí)，本發(fā)明還將CFRP、混凝土與鋼筋直接澆筑為一個(gè)整體，省去了陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)本體安裝的工序，提高了施工效率。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，包括步驟: 將鋼筋混凝土裝置本體與CFRP型材整體澆筑，CFRP型材設(shè)置在鋼筋混凝土裝置本體的加固區(qū)域表面，在鋼筋混凝土裝置本體的至少一根鋼筋與CFRP型材之間連接用于對(duì)鋼筋施加電流的外部電源，使鋼筋、外部電源、CFRP型材形成回路，在所述回路中串聯(lián)一用于對(duì)電流大小進(jìn)行控制的控制裝置，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的混凝土中連接一用于對(duì)鋼筋的腐蝕狀況進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，所述CFRP型材為混雜不同纖維或基體材料的復(fù)合材料。
3.一種具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，其包括設(shè)置在鋼筋混凝土裝置本體的加固區(qū)域表面的CFRP型材； 并且，鋼筋混 凝土裝置本體與CFRP型材整體澆筑，在鋼筋混凝土裝置本體的至少一根鋼筋與CFRP型材之間連接用于對(duì)鋼筋施加電流的外部電源，使鋼筋、外部電源、CFRP型材形成回路，在所述回路中串聯(lián)一用于對(duì)電流大小進(jìn)行控制的控制裝置，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的混凝土中連接一用于對(duì)鋼筋的腐蝕狀況進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鋼筋混凝土裝置本體中設(shè)置有多根鋼筋，并且，多根鋼筋之間電性連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外部電源為直流電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鋼筋混凝土裝置本體為圓柱形或者矩形結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鋼筋混凝土裝置本體為圓柱形結(jié)構(gòu)，所述鋼筋設(shè)置有多根，并環(huán)繞設(shè)置在鋼筋混凝土裝置本體的四周，相鄰鋼筋之間電性連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述CFRP型材為CFRP管。
全文摘要
本發(fā)明公開具陰極防護(hù)功能的CFRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)及方法，其中，所述方法包括步驟將鋼筋混凝土裝置本體與CFRP型材整體澆筑，CFRP型材設(shè)置在鋼筋混凝土裝置本體的加固區(qū)域表面，在鋼筋混凝土裝置本體的至少一根鋼筋與CFRP型材之間連接用于對(duì)鋼筋施加電流的外部電源，使鋼筋、外部電源、CFRP型材形成回路，在所述回路中串聯(lián)一用于對(duì)電流大小進(jìn)行控制的控制裝置，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本體的混凝土中連接一用于對(duì)鋼筋的腐蝕狀況進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)裝置。
文檔編號(hào)C23F13/06GK103215601SQ20131013125
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者朱繼華, 邢鋒, 韓寧旭, 劉偉, 隋莉莉, 朱淼長(zhǎng) 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)