CFRP-钢筋混合配筋混凝土结构的腐蚀和外加电流阴极保护(ICCP)耦合模型

薛程程1, 黄晓旭1, 杨彬1
1深圳大学
发布日期 2026

外加电流阴极保护技术(Impressed current cathodic protection,ICCP)具有输出功率高、保护电流可调和适用范围广等特点,是大型土木基础设施长期腐蚀防护的重要技术之一,已广泛应用于海洋工程、桥梁及港口结构。该技术通过外部直流电源向钢筋持续提供电子,使其发生阴极极化,从而降低钢筋的腐蚀电位和腐蚀速率。碳纤维增强复合材料(carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)筋具有耐腐蚀、强度高、质量轻及导电性能良好等优点,可在混凝土结构中同时发挥结构增强与ICCP辅助阳极的作用,为结构承载与耐久性协同设计提供了新的技术路径。本研究针对结构增强与阴极保护功能于一体的CFRP筋—钢筋混凝土体系,建立了氯离子侵入、钢筋锈蚀和ICCP过程相耦合的多物理场数值模型,并以CFRP筋与钢筋混合配筋桥面板为研究对象,模拟其在氯盐环境中的劣化及阴极保护过程。在此基础上,系统分析外加电流密度、保护时间和钢筋初始锈蚀程度等参数对ICCP效果的影响。结果表明,以CFRP筋作为分布式阳极能够有效促进混凝土内部离子重新分布,降低钢筋表面的腐蚀电流密度,抑制钢筋附近氯离子的持续积聚及腐蚀扩展。此外,数值模拟揭示了阴极保护过程中混凝土内部电势、pH值和离子浓度的时空演化规律,阐明了电场驱动离子迁移及钢筋阴极极化的作用机制。