隨著對工程耐久性要求的提高，陰極保護、電化學脫鹽等電化學保護措施被逐漸應用于嚴酷腐蝕環境中重大基礎設施的保護，以防止或阻止環境中氯鹽對鋼筋混凝土結構的腐蝕，延長工程的使用壽命。

在電化學保護系統中，輔助陽極是整個保護系統的核心部分，其性能的優劣決定了象陰極保護等長期運行的保護系統的工作壽命。因此輔助陽極的研究一直是鋼筋混凝土結構電化學保護中一項重要的工作內容。目前已適用于混凝土結構的輔助陽極材料有多種，如活化鈦陽極、導電涂層陽極、鉑陽極等，其中活化鈦陽極具有排流量大、耐久性高、施工好等特點，是目前應用最成功最廣泛的陽極系統嘲。活化鈦陽極是在鈦基材表面涂覆催化的鉑、銥、鉭或釘的氧化物的昆合物，通常稱為MMO陽極。MMO網狀陽極于1985年在加拿大安大略省一座橋面板陰極保護中首次使用之后，在全世界超過140萬in的鋼筋混凝土結構陰極保護系統安裝這種陽極，我國目前鋼筋混凝土陰極保護工程基本上也采用MMO陽極系統。

目前市場上MMO陽極涂層種類較多，不同種類涂層適用的環境條件不同，并且涂層的結構、厚度等對工作壽命也具有顯著影響。文章對目前我國市場上的3種混凝土陰極保護用MMO陽極，開展了有關性能的試驗研究，為鋼筋混凝土結構電化學保護中陽極材料的選用提供參考。

1、試驗方法

1.1試樣制作

將3種不同種類涂層鈦陽極(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，焊點處用環氧樹脂封涂，分別用無水乙醇和丙酮清洗去脂，備用。

1.2試驗介質

采用表1所示的試驗溶液，并加入細度模數為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境。

1.3涂層成分和形貌測試

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

1.4電化學性能測試

材料在一定介質中會發生不同程度的腐蝕，自然電位的大小在一定程度上能夠反映其耐介質腐蝕的能力。陽極極化曲線可以了解其作為陽極時的極化性能和排流能力。

將試樣分別浸泡在模擬溶液中，采用高阻抗數字萬用表，定期測量試樣相對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定后，測定試樣的陽極極化曲線。陽極極化曲線測量采用標準的三電極體系，步階式改變電位的準穩態法進行。測量儀器為美國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定為0mV(相對于開路電位)，終止電位1100mV(相對于SCE)，步階速率為20mV／(180S)。

1.5強化壽命測試

工作壽命是衡量陽極性能的一個重要參數。由于陽極在混凝土中實際工作壽命很長，一般要求數十年以上，因此不可能在陽極實際工作電流密度下運行后獲得。往往都是在大電流密度下強化運行，其鈍化時間稱為強化壽命。混凝土中陽極強化壽命測試，按照NACEStandardTMO294—2001進行，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，采用數字萬用表和甘汞電極測定試樣的電位隨運行時間的變化。在試驗過程中及時用蒸餾水補充測試溶液的揮發損失，以維持原來的液面高度。當電位迅速升高時，表明陽極試樣活性喪失而失效，總的通電時間即為陽極的強化壽命。

2、試驗結果和分析

2.1涂層成分和形貌

3種MMO陽極涂層的X射線能譜圖(EDS)見圖1。

由圖1可見，MMo—A陽極的涂層主要為Ir和Ta混合氧化物，而MMO—B陽極和MMO—C陽極的涂層均為單一氧化物，分別為RuO₂和IrO。IrO和RuO₂都是析氧反應的催化活性物質，IrO₂的析氧電位比RuO₂略高，Ta₂O₅是一種化學穩定性很強的物質，它作為涂層的惰性組分能延緩活性IrO₂起著保護作用。根據其成分分析可初步預計，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)見圖2。

由圖2可見，3種涂層均是多相不均勻的，MMO-A陽極涂層和MMO—B陽極涂層整個表面由龜裂狀裂縫和具有光滑表面結晶顆粒組成。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，結構較為致密。

2.2電化學性能

4種試樣在模擬溶液自然電位測量結果見圖3。

由圖3可見，4種試樣在含有氯離子和高堿性的混凝土模擬溶液中，自然電位隨時間在浸泡初期有一定程度的波動，浸泡一定時問后逐漸趨于穩定。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；無涂層的鈦試樣的電位最負，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穩定性和耐腐蝕能力，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。

4種試樣在模擬溶液的陽極極化曲線測量結果見圖4。

由圖4可見，3種鈦涂層陽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，可能是它們的結構有關，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。陽極極化性能試驗結果表明，在含氯高堿性的溶液中，MMO—A涂層的排流量最大。

2.3陽極的強化壽命

4種試樣在0.89mA/cm的電流密度下，工作電位隨時問的變化見圖5。

4種試樣在通電一段時間后，陽極電位迅速升高，陽極鈍化失效。但失效時問長短不一，即強化壽命不同。沒有涂層的鈦只有幾小時就失效；MMO—A強化壽命最長，為33d；MMO—B也只有3d就失效；MMO—C的強化壽命為32d，與MMO—A接近。MMO—C在含氯高堿性介質的耐腐蝕能力雖比MMO—A低，但強化壽命較接近，這可能與MMO—C的致密結構有關，致密的涂層大大增強了對鈦基的保護，延緩陽極析出的氧氣到達鈦基體的侵入，能延長基體的鈍化時間，提高工作壽命。

3、結論

通過在氯鹽污染混凝土環境模擬介質的試驗研究，可以得到以下結論：

1)目前市售的涂層鈦陽極的種類較多，由于涂層成分和結構等不同，在氯鹽污染混凝土環境的電化學活性和耐久性存在明顯的差異，因此在選購陽極時應加以注意，進行相關的質量檢驗。

2)涂層的成分和結構對涂層鈦陽極的電化學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中，Ir和Ta的氧化物涂層的耐腐蝕性較強；涂層的龜裂狀裂縫有利于陽極的電化學活性，但對陽極耐久性不利。

3)在試驗的3種涂層陽極中，Ir和Ta的氧化物涂層陽極(MMO—A)最適宜作為鹽污染鋼筋混凝土結構電化學保護用陽極。

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