對外加電流陰極保護技術在碼頭工程鋼管樁防腐蝕中的應用研究

張秀巖

(中國鐵建港航局集團有限公司第一工程分公司 廣東省 廣州市 511445)

對外加電流陰極保護技術在碼頭工程鋼管樁防腐蝕中的應用研究

張秀巖

(中國鐵建港航局集團有限公司第一工程分公司 廣東省 廣州市 511445)

碼頭設施的腐蝕狀況關系到結構安全和耐久性能;由于受到海水及海洋大氣環境的影響，碼頭工程會受到氯化物、硫化物、海洋微生物以及各種陰、陽離子等的腐蝕，鋼管樁等工程往往會出現較為嚴重的腐蝕情況，不利于維護碼頭的使用年限和安全。因此，需要采取有效的防腐保護措施，保障鋼管樁在其設計使用年限內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；防腐蝕

0 引言

現階段我國經濟發展迅速，基礎設施也獲得了良好的發展，隨著海洋自然資源的開發，港口工程建設數量不斷增多，有利于促進沿海經濟的快速發展。需要注意的是大型港口工程對于結構穩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。對于要求保護年限長、需要較大保護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 陰極保護原理

陰極保護是一種用于防止金屬在電介質中腐蝕的電化學保護技術，基本原理是對被保護的金屬表面施加一定的直流電流，使其產生陰極極化，當金屬的電位負于某一電位值時，腐蝕的陽極溶解過程得到有效抑制。犧牲陽極是陰極保護的一種。陰極保護可有效地防止涂層破損處產生的腐蝕，延長涂層使用壽命。

金屬發生電化學腐蝕的原因是金屬內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離子溶解。陰極保護法是將被保護金屬進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是發生腐蝕的陽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生電流。陽極發生陽極極化向正方向移動(φcaM方向)，陰極發生陰極極化向負方向移動(φckN方向)，最終在腐蝕電位φc處相交，對應的腐蝕電流為Ico。當對金屬進行外加陰極極化時，金屬的總電位由φc開始負移。如當金屬總電位移至φ1時，φcaM與φ1相交處的電流Ia1即為此時陽極金屬的腐蝕電流。由下圖可以看出Ia1＜Ic，即對金屬進行外加陰極極化后，陽極金屬的腐蝕電流減小，也就是說金屬得到了保護。當進一步進行陰極極化，使腐蝕體系的總電位與陽極金屬相的平衡電位φca相等時，則陽極腐蝕電流Ia1降至零，此時，金屬得到了完全的保護。

陰極保護原理

外加電流陰極保護技術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，傳遞到金屬管道表面并且產生陰極化現象，減少或者直接消除土壤腐蝕電池而產生的電極電位差，使腐蝕電流基本小到忽略不計，進而完成對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防腐蝕技術

2.1 實施準備

陰極保護系統應用實施前，應查閱受損結構部位所有有用的圖紙、檔案和記錄，確定鋼筋的位置、數量、種類(如普通鋼筋、預應力鋼筋、鍍鋅鋼筋、環氧鋼筋)和電連續性，以確保鋼筋骨架能形成回路系統，觀察混凝土的組成和質量情況。通過結構物外觀檢查和資料收集，了解結構物的缺陷的類型、產生原因和影響范圍及周圍的環境特征，并對需要采用陰極保護的區域的混凝土保護層進行分層檢查，對缺陷部位如裂縫、蜂窩或薄弱的結構接合處進行詳細記錄和提前處理，避免因后期滲透水分影響陰極保護系統整體效果。

2.2 鋼筋電連續性檢查

鋼管樁之間的電連接是實施外加電流陰極保護的重要前提，是對保護效果有重大影響的隱蔽工程項目。被保護構件中所有的鋼筋應具有電連續性，以保證陰極保護時所有的鋼筋成為一個陰極整體。鋼筋如果不具有電連續性就會產生雜散電流，將發生嚴重的電腐蝕。所以構件安裝陰極保護系統之前，首先必須對鋼筋的電連續性進行檢查，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，對混凝土有破壞的地方應用水泥砂漿或混凝土修補至原斷面。

2.3 陰極電纜和監測裝置的制作和安裝

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系統的陰極引出線和測量鋼筋電位的陰極測量線，每一個陰極保護區域至少應制作兩根陰極電纜，焊接處要進行密封處理。在混凝土上鉆孔安裝參比電極和探頭等監測裝置，與監測裝置相距約0.5m的范圍內不應有暴露的鋼筋。參比電極和探頭的電纜、陰極引出線和陰極測量線需要穿管引出構件。

2.4 輔助陽極安裝

安裝輔助陽極之前，應對混凝土表面進行處理。輔助陽極安裝在表面時，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極或覆蓋層之間有良好的物理附著。輔助陽極安裝在槽中時，需要對槽進行噴砂處理以保證填充料與混凝土附著良好。輔助陽極安裝在洞中時，一般不需要對洞進行處理。輔助安裝陽極過程中，需要檢查輔助陽極與鋼筋之間是否存在任何的短路，這一點非常重要，而且輔助陽極與鋼筋之間應保持適當的間距。同時每一個陰極保護區域內應至少保證有兩根輔助陽極電纜。

2.5 檢查和測試

陰極保護系統安裝完畢通電之前，應對陰極保護系統和所有組成部件進行全面外觀檢查，以確保所有部件和電纜已正確安裝，并已在適當的地方做好標記以免環境、人和動物的破壞。其次應按照質量計劃對陰極系統進行相應的測量和記錄，包括對所有回路的極性檢查，所有回路的電連續性的檢查，以及所有回路的絕緣檢查，最后一項檢查必須在陽極或鋼筋連接之前進行，并且應當證實直流正極電纜與負極電纜之間是電絕緣的。電力供應系統的主線和變壓器整流器為陰極保護系統提供低壓直流電，應按照歐洲電氣安全標準對其進行電氣安全測試和記錄。

2.6 系統試運行

陰極保護系統試運行前期準備工作完成后，首先對陰極保護系統通以原設計電流的 10%～20%進行初始極化。在此階段，應測量直流電源的輸出電壓和輸出電流，測量鋼筋的極化電位，確認其向負方向移動。如果鋼筋電位向正方向移動，則立即停止通電，查明原因。

3.結束語

在適當的環境中使用不同的埋地金屬管道構件防腐措施能夠有針對性的提高金屬管道的防腐作用。多種防腐措施的結合使用也需要根據現場埋地管道的腐蝕效果決定。碼頭工程鋼管樁的防腐蝕技術會隨著科技的進步不斷發展，外加電流陰極保護技術因其優秀的防腐蝕效果和實惠經濟效益必將會在未來得到更加廣泛的應用和完善。

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1007-6344（2016）03-0286-02

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