混凝土中的钢筋在接触到水和氧气等条件时，会发生电化学腐蚀。阴极保护就是通过改变钢筋的电化学状态来防止腐蚀。在阴极保护系统中，有两种主要的方法：牺牲阳极法和外加电流法。

• 牺牲阳极法：利用比钢筋电位更负的金属（如锌、镁合金等）作为牺牲阳极。这些阳极与混凝土中的钢筋电连接，在电解质（如混凝土孔隙中的水分）存在的情况下，牺牲阳极优先腐蚀，释放出电子。电子通过钢筋混凝土的导电通路传递到钢筋表面，使钢筋成为阴极，从而阻止钢筋自身的腐蚀反应。例如，在一些海边的混凝土结构中，由于空气中盐分含量高，水分充足，使用锌合金牺牲阳极来保护混凝土中的钢筋。

• 外加电流法：通过外部的直流电源向钢筋施加阴极电流。电源的负极连接钢筋，正极连接辅助阳极。辅助阳极通常是一种导电材料，放置在混凝土表面或附近。当电源开启时，电流从辅助阳极流经混凝土孔隙中的电解质，到达钢筋表面，使钢筋电位降低，达到阴极保护的电位范围，抑制钢筋的腐蚀。例如，对于大型的混凝土桥梁墩柱，采用外加电流阴极保护可以有效地保护钢筋。

• 混凝土阴极保护的优点

• 腐蚀防护：能够显著延长混凝土结构中钢筋的使用寿命，尤其是在恶劣环境下，如海洋环境、化工污染区域等，对防止钢筋腐蚀引起的混凝土结构破坏效果明显。

• 长期稳定性：一旦阴极保护系统安装并调试正确，它可以在较长时间内持续提供保护。例如，一些大型的港口码头混凝土结构，在采用阴极保护后，能够在多年的海水侵蚀和化学物质腐蚀环境下，保持结构的完整性。

• 适应性强：可以应用于各种类型的混凝土结构，无论是新建的还是已经服役的结构。对于已出现钢筋腐蚀迹象的旧结构，通过安装阴极保护系统，可以有效地阻止腐蚀的进一步发展。

• 混凝土阴极保护的缺点

• 成本较高：无论是牺牲阳极还是外加电流阴极保护系统，设备采购、安装和调试的费用相对较高。特别是外加电流系统，需要电源设备、复杂的布线和的监测装置。

• 系统维护复杂：需要定期监测和维护。对于牺牲阳极系统，要检查牺牲阳极的消耗情况，及时更换消耗殆尽的阳极；对于外加电流系统，要监测电流输出、电位变化等参数，并且要确保电源设备、辅助阳极等部件的正常运行。

• 可能存在干扰问题：外加电流阴极保护系统可能会对附近的其他金属结构产生干扰，导致它们也受到阴极保护电流的影响，或者引起杂散电流腐蚀。

  

• 混凝土阴极保护的应用场景

• 海洋工程：如港口码头的混凝土桩、防波堤等。这些结构长期浸泡在海水中，海水富含盐分，是强电解质，容易导致混凝土中的钢筋腐蚀。采用阴极保护可以有效防止钢筋的腐蚀，延长结构的使用寿命。

• 桥梁工程：特别是处于酸雨频繁地区或者靠近河流、海洋的桥梁。例如，一些跨海大桥的桥墩和梁体部分，混凝土中的钢筋受到海水飞沫、湿气等因素的影响，容易发生腐蚀，阴极保护是一种很好的防护措施。

• 化工设施：化工企业中的混凝土建筑物和基础结构，由于可能接触到各种化学腐蚀介质，如酸、碱等，钢筋腐蚀的风险较高，阴极保护可以为这些结构提供必要的保护。

• 混凝土阴极保护系统的监测与评估

• 电位监测：是评估阴极保护效果的关键指标。通常采用参比电极来测量钢筋相对于参比电极的电位。在正常的阴极保护状态下，钢筋的电位应达到一定的负电位范围。例如，对于采用外加电流阴极保护的混凝土结构，钢筋相对于饱和硫酸铜参比电极的电位一般应在 -0.85V 到 -1.2V 之间。

• 电流监测：对于外加电流阴极保护系统，要监测流入钢筋的阴极保护电流大小。电流过小可能意味着保护不足，电流过大则可能造成电能浪费或者对混凝土结构产生不良影响。通过安装在直流电源输出端或钢筋与辅助阳极连接线上的电流监测装置，可以实时获取电流数据。

• 结构完整性评估：除了监测阴极保护参数外，还需要定期评估混凝土结构本身的完整性。可以采用无损检测技术，如超声检测、雷达检测等方法，检查混凝土的内部缺陷、钢筋的锈蚀程度等情况，综合判断阴极保护系统的有效性。