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(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)，觀察混凝土的組成和質(zhì)量情況。通過結(jié)構(gòu)物外觀檢查和資料收集，了解結(jié)構(gòu)物的缺陷的類型、產(chǎn)生原因和影響范圍及周圍的環(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)的陰極引出線和測(cè)量鋼筋電位的陰極測(cè)量線，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、陰極引出線和陰極測(cè)量線需要穿管引出構(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)在未來得到更加廣泛的應(yīng)用和完善。

[1] 趙立鵬,唐聰,陳韜. 外加電流陰極保護(hù)技術(shù)在海港工程鋼管樁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J]. 水運(yùn)工程. 2008(08)

[2] 李天. 外加電流陰極保護(hù)在工程上的應(yīng)用實(shí)例[J]. 港口科技. 2007(08)

[3] 孫虎元,王在峰,黃彥良. 海洋腐蝕監(jiān)測(cè)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J]. 海湖鹽與化工. 2005(02)

[4] 柴信眾. 天津港碼頭改造工程鋼管樁犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)[J]. 港工技術(shù). 2004(02)

[5] 吳瑾,吳勝興. 海洋環(huán)境下混凝土中鋼筋表面氯離子濃度的隨機(jī)模型[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2004(01)

[6] 范云,王宗信. 陰極保護(hù)方案的合理選擇[J]. 石油化工腐蝕與防護(hù). 2003(06)

[7] 田俊峰,潘德強(qiáng),趙尚傳. 海工高性能混凝土抗氯離子侵蝕耐久壽命預(yù)測(cè)[J].中國(guó)港灣建設(shè). 2002(02)

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1007-6344（2016）03-0286-02

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