對(duì)外加電流陰極保護(hù)技術(shù)在碼頭工程鋼管樁防腐蝕中的應(yīng)用研究

張秀巖

(中國(guó)鐵建港航局集團(tuán)有限公司第一工程分公司 廣東省 廣州市 511445)

對(duì)外加電流陰極保護(hù)技術(shù)在碼頭工程鋼管樁防腐蝕中的應(yīng)用研究

張秀巖

(中國(guó)鐵建港航局集團(tuán)有限公司第一工程分公司 廣東省 廣州市 511445)

碼頭設(shè)施的腐蝕狀況關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全和耐久性能;由于受到海水及海洋大氣環(huán)境的影響，碼頭工程會(huì)受到氯化物、硫化物、海洋微生物以及各種陰、陽(yáng)離子等的腐蝕，鋼管樁等工程往往會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的腐蝕情況，不利于維護(hù)碼頭的使用年限和安全。因此，需要采取有效的防腐保護(hù)措施，保障鋼管樁在其設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的安全及正常使用功能。

碼頭工程；鋼管樁；外加電流陰極保護(hù)；防腐蝕

0 引言

現(xiàn)階段我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，基礎(chǔ)設(shè)施也獲得了良好的發(fā)展，隨著海洋自然資源的開(kāi)發(fā)，港口工程建設(shè)數(shù)量不斷增多，有利于促進(jìn)沿海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。需要注意的是大型港口工程對(duì)于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及耐久性具有很高的要求，碼頭工程鋼管樁腐蝕問(wèn)題需要得到有效地解決。對(duì)于要求保護(hù)年限長(zhǎng)、需要較大保護(hù)電流的大型碼頭工程可以采用外加電流法，以效地控制鋼管樁腐蝕。

1 陰極保護(hù)原理

陰極保護(hù)是一種用于防止金屬在電介質(zhì)中腐蝕的電化學(xué)保護(hù)技術(shù)，基本原理是對(duì)被保護(hù)的金屬表面施加一定的直流電流，使其產(chǎn)生陰極極化，當(dāng)金屬的電位負(fù)于某一電位值時(shí)，腐蝕的陽(yáng)極溶解過(guò)程得到有效抑制。犧牲陽(yáng)極是陰極保護(hù)的一種。陰極保護(hù)可有效地防止涂層破損處產(chǎn)生的腐蝕，延長(zhǎng)涂層使用壽命。

金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因是金屬內(nèi)部或金屬之間由于電位不同，電位低的金屬失去電子變成陽(yáng)離子溶解。陰極保護(hù)法是將被保護(hù)金屬進(jìn)行外加陰極極化以改變金屬的電位來(lái)防止金屬腐蝕的方法。φca是發(fā)生腐蝕的陽(yáng)極金屬相的平衡電位；φck是陰極金屬相的平衡電位。由于兩相之間電位差的存在而產(chǎn)生電流。陽(yáng)極發(fā)生陽(yáng)極極化向正方向移動(dòng)(φcaM方向)，陰極發(fā)生陰極極化向負(fù)方向移動(dòng)(φckN方向)，最終在腐蝕電位φc處相交，對(duì)應(yīng)的腐蝕電流為Ico。當(dāng)對(duì)金屬進(jìn)行外加陰極極化時(shí)，金屬的總電位由φc開(kāi)始負(fù)移。如當(dāng)金屬總電位移至φ1時(shí)，φcaM與φ1相交處的電流Ia1即為此時(shí)陽(yáng)極金屬的腐蝕電流。由下圖可以看出Ia1＜Ic，即對(duì)金屬進(jìn)行外加陰極極化后，陽(yáng)極金屬的腐蝕電流減小，也就是說(shuō)金屬得到了保護(hù)。當(dāng)進(jìn)一步進(jìn)行陰極極化，使腐蝕體系的總電位與陽(yáng)極金屬相的平衡電位φca相等時(shí)，則陽(yáng)極腐蝕電流Ia1降至零，此時(shí)，金屬得到了完全的保護(hù)。

陰極保護(hù)原理

外加電流陰極保護(hù)技術(shù)是通過(guò)使用直流電源在需要防腐處理的金屬管道部件部位施加陰極電流，電流通過(guò)土壤這一介質(zhì)，傳遞到金屬管道表面并且產(chǎn)生陰極化現(xiàn)象，減少或者直接消除土壤腐蝕電池而產(chǎn)生的電極電位差，使腐蝕電流基本小到忽略不計(jì)，進(jìn)而完成對(duì)碼頭工程鋼管樁的防腐蝕工作。

2 碼頭工程鋼管樁外加電流陰極保護(hù)防腐蝕技術(shù)

2.1 實(shí)施準(zhǔn)備

陰極保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)施前，應(yīng)查閱受損結(jié)構(gòu)部位所有有用的圖紙、檔案和記錄，確定鋼筋的位置、數(shù)量、種類(lèi)(如普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋、鍍鋅鋼筋、環(huán)氧鋼筋)和電連續(xù)性，以確保鋼筋骨架能形成回路系統(tǒng)，觀(guān)察混凝土的組成和質(zhì)量情況。通過(guò)結(jié)構(gòu)物外觀(guān)檢查和資料收集，了解結(jié)構(gòu)物的缺陷的類(lèi)型、產(chǎn)生原因和影響范圍及周?chē)沫h(huán)境特征，并對(duì)需要采用陰極保護(hù)的區(qū)域的混凝土保護(hù)層進(jìn)行分層檢查，對(duì)缺陷部位如裂縫、蜂窩或薄弱的結(jié)構(gòu)接合處進(jìn)行詳細(xì)記錄和提前處理，避免因后期滲透水分影響陰極保護(hù)系統(tǒng)整體效果。

2.2 鋼筋電連續(xù)性檢查

鋼管樁之間的電連接是實(shí)施外加電流陰極保護(hù)的重要前提，是對(duì)保護(hù)效果有重大影響的隱蔽工程項(xiàng)目。被保護(hù)構(gòu)件中所有的鋼筋應(yīng)具有電連續(xù)性，以保證陰極保護(hù)時(shí)所有的鋼筋成為一個(gè)陰極整體。鋼筋如果不具有電連續(xù)性就會(huì)產(chǎn)生雜散電流，將發(fā)生嚴(yán)重的電腐蝕。所以構(gòu)件安裝陰極保護(hù)系統(tǒng)之前，首先必須對(duì)鋼筋的電連續(xù)性進(jìn)行檢查，檢查方法有直流電阻法、交流電阻法和半電池電位法三種，其中最為常用的是直流電阻法。檢查之后，對(duì)混凝土有破壞的地方應(yīng)用水泥砂漿或混凝土修補(bǔ)至原斷面。

2.3 陰極電纜和監(jiān)測(cè)裝置的制作和安裝

鑿除部分混凝土使鋼筋暴露，在鋼筋上焊接電纜作為陰極保護(hù)系統(tǒng)的陰極引出線(xiàn)和測(cè)量鋼筋電位的陰極測(cè)量線(xiàn)，每一個(gè)陰極保護(hù)區(qū)域至少應(yīng)制作兩根陰極電纜，焊接處要進(jìn)行密封處理。在混凝土上鉆孔安裝參比電極和探頭等監(jiān)測(cè)裝置，與監(jiān)測(cè)裝置相距約0.5m的范圍內(nèi)不應(yīng)有暴露的鋼筋。參比電極和探頭的電纜、陰極引出線(xiàn)和陰極測(cè)量線(xiàn)需要穿管引出構(gòu)件。

2.4 輔助陽(yáng)極安裝

安裝輔助陽(yáng)極之前，應(yīng)對(duì)混凝土表面進(jìn)行處理。輔助陽(yáng)極安裝在表面時(shí)，要求混凝土表面清潔、完好、無(wú)灰塵，具有合適的粗糙度和暴露的骨料，以保證混凝土和輔助陽(yáng)極或覆蓋層之間有良好的物理附著。輔助陽(yáng)極安裝在槽中時(shí)，需要對(duì)槽進(jìn)行噴砂處理以保證填充料與混凝土附著良好。輔助陽(yáng)極安裝在洞中時(shí)，一般不需要對(duì)洞進(jìn)行處理。輔助安裝陽(yáng)極過(guò)程中，需要檢查輔助陽(yáng)極與鋼筋之間是否存在任何的短路，這一點(diǎn)非常重要，而且輔助陽(yáng)極與鋼筋之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g距。同時(shí)每一個(gè)陰極保護(hù)區(qū)域內(nèi)應(yīng)至少保證有兩根輔助陽(yáng)極電纜。

2.5 檢查和測(cè)試

陰極保護(hù)系統(tǒng)安裝完畢通電之前，應(yīng)對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)和所有組成部件進(jìn)行全面外觀(guān)檢查，以確保所有部件和電纜已正確安裝，并已在適當(dāng)?shù)牡胤阶龊脴?biāo)記以免環(huán)境、人和動(dòng)物的破壞。其次應(yīng)按照質(zhì)量計(jì)劃對(duì)陰極系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量和記錄，包括對(duì)所有回路的極性檢查，所有回路的電連續(xù)性的檢查，以及所有回路的絕緣檢查，最后一項(xiàng)檢查必須在陽(yáng)極或鋼筋連接之前進(jìn)行，并且應(yīng)當(dāng)證實(shí)直流正極電纜與負(fù)極電纜之間是電絕緣的。電力供應(yīng)系統(tǒng)的主線(xiàn)和變壓器整流器為陰極保護(hù)系統(tǒng)提供低壓直流電，應(yīng)按照歐洲電氣安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行電氣安全測(cè)試和記錄。

2.6 系統(tǒng)試運(yùn)行

陰極保護(hù)系統(tǒng)試運(yùn)行前期準(zhǔn)備工作完成后，首先對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)通以原設(shè)計(jì)電流的 10%～20%進(jìn)行初始極化。在此階段，應(yīng)測(cè)量直流電源的輸出電壓和輸出電流，測(cè)量鋼筋的極化電位，確認(rèn)其向負(fù)方向移動(dòng)。如果鋼筋電位向正方向移動(dòng)，則立即停止通電，查明原因。

3.結(jié)束語(yǔ)

在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中使用不同的埋地金屬管道構(gòu)件防腐措施能夠有針對(duì)性的提高金屬管道的防腐作用。多種防腐措施的結(jié)合使用也需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)埋地管道的腐蝕效果決定。碼頭工程鋼管樁的防腐蝕技術(shù)會(huì)隨著科技的進(jìn)步不斷發(fā)展，外加電流陰極保護(hù)技術(shù)因其優(yōu)秀的防腐蝕效果和實(shí)惠經(jīng)濟(jì)效益必將會(huì)在未來(lái)得到更加廣泛的應(yīng)用和完善。

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1007-6344（2016）03-0286-02

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