АНОД ДЛЯ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ Российский патент 2013 года по МПК C23F13/12 

Область изобретения

Изобретение относится к аноду для катодной защиты железобетонных конструкций.

Предпосылки изобретения

Явления коррозии, воздействующие на железобетонные конструкции, хорошо известны специалистам в этой области. Стальная арматура, введенная в цементирующие структуры для улучшения их механических свойств, обычно работает в режиме пассивации, вызванной щелочной средой бетона; однако, через некоторое время миграция ионов через пористую поверхность бетона вызывает локальное воздействие на защитную пассивирующую пленку. Другая форма разрушения бетона представлена явлением карбонатации, т.е. образования карбоната кальция за счет реакции извести в цементирующей смеси с атмосферным диоксидом углерода: карбонат кальция снижает содержание щелочи в цементе (с pH 13,5 до pH 9), приводя железо в незащищенное состояние. Наиболее распространенным способом продления срока службы железобетонных конструкций, подверженных воздействию атмосферных агентов, состоит в катодной поляризации стальной арматуры. При таком способе последняя становится местом катодного восстановления кислорода, тем самым подавляя коррозию и анодные реакции растворения. Эта система, известная как катодная защита железобетона, осуществляется путем сопряжения с бетоном анодных конструкций различных типов, в отношении которых защищаемая арматура действует как катодный противоэлектрод; соответствующие электрические токи, подаваемые внешним выпрямителем, текут через электролит, состоящий из пористого бетона, частично пропитанного солевым раствором. Известно, что катодная защита арматурного каркаса может быть достигнута посредством системы распределенных анодов, например, состоящей из компоновки из сетчатых полосовых анодов, установленных на арматурный каркас и электрически изолированных от металла посредством прокладок, сделанных из пластмассы или цементирующего материала. Эту систему анодов заделывают в конструкцию при строительстве, во время заливки бетоном (бетонирования). Слабый постоянный ток (типично от 1 до 30 мА на м² арматуры), приложенный к аноду и распределенный по всей конструкции, устанавливает катодный потенциал, требующийся для защиты арматуры.

Наложение изготовленных заранее изолирующих прокладок из пластмассы или цементирующего материала на аноды из вентильных металлов в виде сетчатых полос раскрыто, например, в EP 0534392, описывающем то, как прокладки обычно прикрепляют на первом этапе к подлежащему защите металлическому каркасу; затем анодные полосы крепят к этим прокладкам, например, путем вставки в предусмотренные в прокладках подходящие щели. Альтернативно, этап прикрепления анодных полос к прокладкам может осуществляться посредством штифтов, болтов или зажимов, или с применением клеев. Эта операция, очевидно, является длительной и обременительной, особенно в местах, менее удобных для установки из-за трудного доступа или недостаточного освещения. Эта операция может также иметь определенный риск ошибки, так как случайное отклонение в позиционировании или на этапе крепления может привести к локальному электрическому контакту анодной полосы с металлическим арматурным каркасом.

Другой тип отдельной прокладки для анодных полос, применяемых при катодной защите железобетона, раскрыт в EP 0560452, где перед укладкой анодов на подлежащей защите конструкции размещают полученные отливкой параллелепипеды из цементирующего материала с заделанными изолирующими волокнами. И в этом случае совокупная операция оказывается трудоемкой, едва ли практичной в труднодоступных зонах и не лишенной опасности ошибок. Цементирующая прокладка является жесткой и имеет заранее заданную длину, что ограничивает ее применение не слишком сложными конструкциями.

Сущность изобретения

Некоторые аспекты настоящего изобретения изложены в приложенной формуле изобретения.

В одном варианте реализации настоящее изобретение относится к аноду для катодной защиты в виде составной («композитной») полосы, содержащей проводящий элемент, такой как металлическая подложка, снабженная поверхностным каталитическим покрытием (активированный элемент), и составляющий сплошь единое целое с ним изолирующий полимерный элемент. Таким образом, составную полосу, необязательно смотанную в катушку, можно непосредственно размотать или иным путем уложить на подлежащий защите металлический каркас без необходимости в предварительном позиционировании отельных прокладок. Сплошное (непрерывное) сопряжение между активированным элементом и изолирующим элементом минимизирует риск случайных контактов между активированной подложкой и подлежащей защите металлической арматурой.

Составная полоса может быть изготовлена заранее сопряжением активированного элемента и полимерного изолирующего элемента путем совместного ламинирования или механического взаимного сцепления, путем вставки в складную конструкцию или любыми другими средствами крепления.

В одном варианте реализации металлическая подложка является полосой из сетки или сплошного, перфорированного или растянутого листа из титана, снабженной поверхностным каталитическим покрытием. Каталитическое покрытие может содержать благородные металлы, необязательно в форме оксидов.

Изолирующий элемент может быть изготовлен формованием из полимерного материала различных типов, например, полиэтилена или полипропилена.

В одном варианте реализации изолирующий полимерный элемент является сплошной полосой, снабженной множеством отверстий или проемов. Это может способствовать подходящему контакту бетона, заливаемого на следующей за позиционированием анода фазе, с активированной подложкой. Отверстия или проемы могут иметь разные размеры и геометрии, так чтобы избежать излишнего экранирования активированной подложки в соответствии с непредвиденными нуждами.

В одном варианте реализации изолирующий полимерный элемент представляет собой сплошную полосу, снабженную множеством отверстий или проемов, состоящую из складной конструкции, подходящей для размещения внутри себя активированного элемента и необязательно снабженной крепежными средствами для удержания ее в сложенном положении, причем упомянутые крепежные средства состоят, например, из съемных деталей, таких как кнопки, крючки, заклепки, болты или зажимы (скобы).

В другом варианте реализации изолирующий полимерный элемент содержит вогнутые участки, выполненные по размеру так, чтобы соответствовать профилю подлежащего защите арматурного каркаса; например, каждый вогнутый участок может быть устроен так, чтобы совпадать с соответствующим стержнем арматурного каркаса. Это может вносить вклад в удержание составных полосовых анодов на месте во время фазы заливки бетона, предотвращая их соскальзывание.

В другом варианте реализации изолирующий полимерный элемент является магнитным, что может также вносить вклад в удержание составных полосовых анодов на месте во время фазы заливки бетона и предотвращать их соскальзывание.

В другом варианте реализации изолирующий полимерный элемент содержит пару рельсов или направляющих, подходящих для вмещения в себя или охватывания краев активированного элемента. Таким образом, результирующая составная полоса не имеет режущих краев, тем самым облегчая обращение с ней и ее позиционирование.

В другом варианте реализации изолирующий полимерный элемент содержит сплошную полимерную полосу, снабженную множеством отверстий или проемов, наложенную на активированный элемент, и пару рельсов, подходящих для вмещения в себя или охватывания активированного элемента и наложенной на него сплошной полимерной полосы.

В другом варианте реализации изолирующий полимерный элемент имеет окрашивание цветным пигментом, что может помочь с первого взгляда отличить его от активированной металлической части. В другом варианте реализации изолирующий полимерный элемент имеет окрашивание люминесцентным пигментом, например, фосфоресцентным, флуоресцентным или биолюминесцентным.

Использование окрашивания цветным или люминесцентным пигментом может быть особенно полезным для установки в плохо освещенных местах, позволяя более легко проверять общее выравнивание системы катодной защиты, например, в совмещении с открытыми областями или зонами стыков арматурного каркаса.

В одном варианте реализации система катодной защиты содержит один или более анодов в виде составной полосы согласно одному из проиллюстрированных выше вариантов реализации, заделанных в железобетонную конструкцию, причем составные аноды соприкасаются со стержнями арматурного каркаса только полимерной изолирующей частью, а открытые части активированной металлической подложки полностью окружены бетоном.

Ниже со ссылкой на приложенные чертежи описаны некоторые приведенные в качестве примера варианты реализации изобретения, которые даны с единственной целью проиллюстрировать взаимное расположение различных элементов в частных вариантах реализации изобретения; в частности, не подразумевается, что чертежи воспроизведены в масштабе.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает сечение одного варианта реализации анода в виде составной полосы (Фиг.1A), вид сверху отрезка только изолирующего элемента (Фиг.1B) и вид сверху отрезка составной полосы, полученной наложением этого же изолирующего элемента на анодную сетку (Фиг.1C);

Фиг.2 показывает вид сверху другого варианта реализации изолирующего элемента (Фиг.2A) и вид сверху отрезка составной полосы, полученной наложением этого же изолирующего элемента на анодную сетку (Фиг.2B);

Фиг.3 показывает вид сверху отрезка другого варианта реализации изолирующего элемента, состоящего из складного элемента (Фиг.3A), и соответствующее его сечение (Фиг.3B);

Фиг.4 показывает сечение другого варианта реализации анода в виде составной полосы, содержащей изолирующий элемент, снабженный вогнутыми участками;

Фиг.5 показывает сечение другого варианта реализации анода в виде составной полосы, содержащей изолирующий элемент, содержащий пару рельсов.

Подробное описание чертежей

Один пример анода для катодной защиты в виде составной полосы, как показано на Фиг.1, получен путем цельного сплошного наложения проводящего элемента, состоящего из активированной анодной сетки (100), на изолирующий полимерный элемент (200) по всей их длине; наложение этих двух элементов хорошо видно на Фиг.1A, показывающей вид в разрезе. Как понятно из вида сверху по Фиг.1B, изолирующий полимерный элемент (200) снабжен подходящими отверстиями (201) различного диаметра, чтобы уменьшить эффект экранирования анодной сетки; Фиг.1C является видом сверху составной полосы, если смотреть со стороны изолирующего полимерного элемента (200), через отверстия которого видна активированная анодная сетка (100).

Фиг.2 показывает другой вариант реализации анода для катодной защиты в виде составной полосы, аналогичной полосе по Фиг.1, но с другим расположением отверстий; Фиг.2A показывает изолирующий полимерный элемент (200), снабженный только отверстиями (201), согласно виду сверху, аналогично фигуре 1B, а Фиг.2B показывает вид сверху составной полосы, если смотреть со стороны изолирующего полимерного элемента (200), через отверстия которого видна активированная анодная сетка (100), аналогично Фиг.1C.

Фиг.3 показывает другой вариант реализации изолирующего полимерного элемента для составного полосового анода; в частности, Фиг.3A является видом сверху изолирующего полимерного элемента, состоящего из складной конструкции, а Фиг.3B является соответствующим видом в разрезе. Изолирующий элемент (200) содержит полимерную полосу, снабженную подходящими отверстиями (201), и комплект изолирующих лент (210), необязательно рифленых и снабженных окрашиванием цветным или люминесцентным пигментом, составляющих единое целое с полимерной полосой и прикрепленных к жесткому ребру (220) во взаимно параллельном расположении. На упомянутом жестком ребре (220) размещены крепежные средства, например, состоящие из множества кнопок (221), подходящих для взаимодействия с множеством гнезд (222) при сгибании изолирующего элемента вдоль его продольной оси (300) после вставки активированного элемента (не показан). Этот вариант реализации может обладать преимуществом возможности сплошного прикрепления активированного элемента к изолирующему полимерному элементу с помощью простой механической операции сборки. Использование рифленых лент может вносить вклад в удержание анода на месте при заливке бетона. Окрашивание лент пигментом, как это описано, может помочь снизить расходы, делая возможным более легкое и более надежное позиционирование, без необходимости прибегать к окрашиванию всего изолирующего элемента.

Фиг.4 является другим вариантом реализации анода для катодной защиты в виде составной полосы, показанной в разрезе по аналогии с Фиг.1A. И в этом случае анод получен цельным сплошным наложением проводящего элемента, состоящего из активированной анодной сетки (100), на изолирующий полимерный элемент (200) по всей их длине; дополнительно, изолирующий полимерный элемент (200) снабжен вогнутыми участками (202), подходящими для приема профиля стержней арматуры армированной бетонной конструкции.

Фиг.5 показывает вид в разрезе другого варианта реализации анода для катодной защиты в виде составной полосы; в этом случае изолирующий полимерный элемент (200) состоит из пары рельсов, внутрь которых вставлена активированная анодная сетка (100).

Хотя был проиллюстрирован ряд частных вариантов реализации, специалист в данной области техники способен понять возможность внесения изменений в такие варианты реализации или представить другие варианты реализации, не выходя за рамки изобретения.

Например, хотя на чертежах изображены аноды, содержащие полимерные элементы, снабженные круглыми отверстиями, другие примеры могут предполагать полимерные элементы с отверстиями других форм или полимерные элементы в виде сетки.

На чертежах в качестве примера изображен также изолирующий полимерный элемент, состоящий из складной конструкции, снабженной рядом рифленых лент и крепежными средствами для удержания их в сложенном положении, состоящими из кнопок; в других вариантах реализации изолирующий полимерный элемент может состоять из складной (сгибаемой) конструкции другой геометрии или с другими, необязательно съемными крепежными средствами для удержания ее в сложенном (согнутом) положении.

На чертежах в качестве примера также изображен анод, содержащий полимерный элемент, снабженный разнесенными на равное расстояние вогнутыми участками; в других примерах анод содержит полимерные элементы, снабженные вогнутыми участками на разном расстоянии, например, чтобы лучше приспособиться к конкретным геометриям арматурного каркаса.

Предшествующее описание не следует рассматривать как ограничивающее изобретение, которое может применяться в соответствии с различными вариантами реализации без выхода за его рамки и объем которого ограничен только приложенной формулой.

Во всем описании и формуле изобретения настоящей заявки термин "содержать" и его вариации, такие как "содержащий" и "содержит", не предполагают исключения присутствия других элементов или добавок.

Обсуждение документов, актов, материалов, устройств, статей и т.п. включено в данное описание только в целях обеспечения контекста для настоящего изобретения. Не предполагалось или не предусмотрено, что какой-то или все эти объекты, составляющие часть предшествующего уровня техники, основаны на общеизвестных сведениях или были общеизвестными сведениями в области, относящейся к настоящему изобретению, до даты приоритета каждого пункта формулы изобретения настоящей заявки.

Изобретение относится к области электрохимической защиты металлов от коррозии. Анод для катодной защиты в виде составной полосы содержит проводящий элемент со сплошь сопряженным и составляющим единое целое с ним изолирующим полимерным элементом, причем проводящий элемент содержит металлическую подложку, снабженную поверхностным каталитическим покрытием. Система катодной защиты содержит по меньшей мере один анод в виде составной полосы, заделанный в цементирующую структуру, снабженную металлическими стержнями арматуры, причем анод находится в непосредственном контакте с упомянутыми металлическими стержнями только в совмещении с изолирующим полимерным элементом. Способ установки системы катодной защиты в цементирующую структуру содержит следующие последовательные или одновременные этапы: укладка анода в виде составной полосы на множество металлических стержней арматуры с приведением анода в контакт со стержнями только через изолирующий полимерный элемент, заливка жидкого бетона поверх стержней и последующее застывание бетона. Технический результат: повышение эффективности коррозионной защиты железобетонных конструкций. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Анод для катодной защиты в виде составной полосы, содержащей проводящий элемент со сплошь сопряженным и составляющим единое целое с ним изолирующим полимерным элементом, причем упомянутый проводящий элемент содержит металлическую подложку, снабженную поверхностным каталитическим покрытием.

2. Анод по п.1, в котором упомянутая металлическая подложка является титановой сеткой или сплошным, перфорированным или растянутым листом, а упомянутый катализатор содержит благородные металлы или их оксиды.

3. Анод по п.1 или 2, в котором упомянутая металлическая подложка и упомянутый изолирующий полимерный элемент наложены друг на друга по всей их длине, и упомянутый изолирующий полимерный элемент снабжен множеством отверстий или проемов.

4. Анод по п.3, в котором упомянутый изолирующий полимерный элемент является складной конструкцией, подходящей для размещения внутри себя упомянутой металлической подложки.

5. Анод по п.4, в котором упомянутая складная конструкция снабжена необязательно съемными крепежными средствами для удержания ее в сложенном положении.

6. Анод по п.1 или 2, в котором упомянутый изолирующий полимерный элемент содержит пару рельсов, вмещающих в себя или охватывающих края упомянутого проводящего элемента.

7. Анод по п.1 или 2, в котором упомянутый изолирующий полимерный элемент снабжен множеством вогнутых участков, подходящих для приема профиля множества стержней арматуры армированной бетонной конструкции.

8. Анод по п.1 или 2, в котором упомянутый изолирующий полимерный элемент является окрашенным или люминесцентным.

9. Анод по п.1 или 2, в котором упомянутый изолирующий полимерный элемент является магнитным.

10. Система катодной защиты, содержащая по меньшей мере один анод в виде составной полосы по любому из пп.1-9, установленный в цементирующую структуру, снабженную металлическими стержнями арматуры, при этом упомянутый анод приведен в непосредственный контакт с упомянутыми металлическими стержнями только через упомянутый изолирующий полимерный элемент.

11. Способ установки системы катодной защиты по п.10 в цементирующую структуру, включающий следующие последовательные или одновременные этапы:
- укладка упомянутого анода в виде составной полосы на множество металлических стержней арматуры с приведением упомянутого анода в контакт с упомянутыми стержнями только через упомянутый изолирующий полимерный элемент, с необязательным приведением вогнутых участков упомянутого изолирующего полимерного элемента в непосредственный контакт с упомянутыми стержнями;
- заливка жидкого бетона поверх упомянутых металлических стержней, покрытых упомянутым анодом в виде составной полосы, и последующее застывание цементирующей структуры.

12. Способ по п.11, в котором упомянутый этап укладки упомянутого анода осуществляют путем разматывания упомянутого анода в виде составной полосы, смотанного в катушку.