崇啟大橋鋼管樁使用現(xiàn)狀及防腐蝕效果評(píng)價(jià)

瞿 彧 黃明智 劉永柱 程明山

（青島雙瑞海洋環(huán)境工程股份有限公司，山東 青島 266100）

0 引言

崇啟大橋鋼管樁采用燒結(jié)型環(huán)氧粉末涂料聯(lián)合高效鋁陽極進(jìn)行保護(hù)，根據(jù)JTS153-3-2007《海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》規(guī)定[1]：海水中工作的鋼結(jié)構(gòu)，每1年進(jìn)行一次防腐涂層外觀檢查、陰極保護(hù)運(yùn)行檢測(cè)、陽極使用環(huán)境檢查；每5年進(jìn)行一次水中鋼結(jié)構(gòu)外觀檢查、涂層防腐性能檢查、腐蝕量檢測(cè)；每5～10年進(jìn)行一次陽極外觀檢查、陽極消耗量檢測(cè)、電連接檢測(cè)。崇啟大橋鋼管樁目前已在海水環(huán)境中工作8年，自2011年鋼管樁投入使用以來，從未對(duì)鋼管樁防腐蝕進(jìn)行過系統(tǒng)的檢測(cè)，當(dāng)前非常有必要對(duì)大橋鋼管樁的防腐蝕現(xiàn)狀進(jìn)行一次有針對(duì)性系統(tǒng)檢測(cè)，來評(píng)價(jià)大橋鋼管樁的使用現(xiàn)狀及防腐蝕效果，預(yù)測(cè)犧牲陽極使用壽命，為大橋的安全平穩(wěn)運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

1 鋼管樁掛片腐蝕保護(hù)度

從鋼樁取回的腐蝕掛片表面狀態(tài)如圖1所示，可以看出，自腐蝕掛片（大孔）表面均存在明顯的銹蝕跡象，覆蓋紅色和黑色腐蝕產(chǎn)物，且有部分沉積物附著；陰極保護(hù)試片（小孔）表面均覆蓋白色沉積層，且有大量貝殼類生物附著。

腐蝕掛片清洗除腐蝕產(chǎn)物后可以發(fā)現(xiàn)，自腐蝕試片表面有明顯的腐蝕痕跡，尤其是固定孔周圍存在明顯的腐蝕臺(tái)階，試樣表面整體呈均勻腐蝕形貌，沒有明顯的點(diǎn)蝕坑存在。陰極保護(hù)試樣表面的腐蝕非常輕微，基本保持了光潔平整的表面形貌，說明陰極保護(hù)有效抑制了試片的腐蝕。

通過稱重計(jì)算掛片的腐蝕速率和保護(hù)度，結(jié)果如表1所示，可以發(fā)現(xiàn)，在掛片海域，自腐蝕試樣的平均腐蝕速率約在0.026～0.030mm/a范圍，整體腐蝕速率較低，而施加陰極保護(hù)后，試片的腐蝕速率大幅降低，平均腐蝕速率均低于0.004mm/a，保護(hù)度大于87%，其中，鋼樁下端的掛片腐蝕速率低于0.001mm/a，保護(hù)度達(dá)97%以上，可以認(rèn)為此時(shí)試片得到了非常有效的腐蝕防護(hù)。

綜上測(cè)試結(jié)果表明：鋼樁材料在服役海域的自腐蝕速率較低，浸泡8.5年后，平均腐蝕速率低于0.03mm/a，主要發(fā)生均勻腐蝕，沒有明顯的點(diǎn)蝕發(fā)生，掛片表面覆蓋腐蝕產(chǎn)物層，以Fe的氧化物為主。施加陰極保護(hù)后，試片的腐蝕速率大幅度降低，平均腐蝕速率低于0.004mm/a，保護(hù)度達(dá)87%以上。

2 犧牲陽極表觀狀態(tài)

圖2為從崇啟大橋的崇明側(cè)、啟東側(cè)、主橋段鋼管樁上分別取回的鋁合金犧牲陽極的表觀情況。經(jīng)過8年多的服役，犧牲陽極的整體消耗量不大，且表面溶解并不均勻，主要集中在陽極的棱邊上有較大的蝕坑，蝕坑內(nèi)有腐蝕產(chǎn)物填充（圖2（b）所示），陽極表面也有部分腐蝕產(chǎn)物和海泥覆蓋（圖2（c）所示）；此外，個(gè)別陽極表面局部區(qū)域存在海生物污損現(xiàn)象，一些大型貝殼類海生物的殼體附著在陽極表面（圖2（d）所示）。

表1 掛片腐蝕速率與保護(hù)度

圖3為犧牲陽極經(jīng)過濃硝酸酸洗處理后的表觀形貌。經(jīng)過酸洗處理后，鋁陽極表面的污損物以及絕大部分腐蝕產(chǎn)物均被清洗干掉，鋁陽極的金屬表面暴露。可以發(fā)現(xiàn)，1-1上和50-6上陽極表面存在較多大且深的蝕坑，最大蝕坑直徑大于6cm，深度大于3cm；34-1下陽極表面也存在較深的蝕坑，但尺寸相對(duì)小一些；34-1上和50-6下陽極表面主要分布一些小且較淺的蝕坑；1-1下陽極的表面溶解形貌相對(duì)均勻，沒有較深的蝕坑和未溶解區(qū)域，基本實(shí)現(xiàn)全面溶解，但溶解形貌依然凹凸不平，并且存在比較明顯的晶粒脫落現(xiàn)象。

圖4為犧牲陽極的橫截面照片，橫切位置位于陽極中間。可以看出，犧牲陽極存在一些明顯的鑄造缺陷，如氣孔等，1-1上、34-1上和50-6下陽極的氣孔直徑達(dá)3cm以上，部分陽極體與鋼芯的結(jié)合處還存在間隙。經(jīng)過8年多使用，各犧牲陽極表面的溶解程度不一，1-1上和1-1下陽極的溶解量相對(duì)較多，除底面外（底面由于涂有油漆所以溶解較少），其他各面均有一定程度的溶解；而34-1上、34-1下、50-6上和50-6下陽極的溶解量較少，橫截面的各條邊基本保持了原有的構(gòu)造面型線特征，僅在邊角處存在較深的蝕坑，最深可達(dá)3cm。顯然，這些陽極沒有得到完全的活化溶解。

表2 鋁合金陽極消耗量

綜上結(jié)果：犧牲陽極在服役8年多后，陽極表面覆蓋有腐蝕產(chǎn)物和海泥等污染物，清洗掉腐蝕產(chǎn)物后，各犧牲陽極表面溶解形貌存在較大差異，主1#墩上的陽極（1-1上和1-1下）溶解量較多，其中1-1下陽極溶解相對(duì)均勻，但存在晶粒脫落問題；而34#墩和50#墩上的陽極溶解量較小，溶解部位主要集中在陽極的棱邊上，且存在較多大且深的蝕坑，陽極沒有實(shí)現(xiàn)全面活化溶解。

3 犧牲陽極消耗量及剩余壽命

表2所示為犧牲陽極的重量變化及剩余壽命。表中顯示：犧牲陽極經(jīng)過8年多服役后，消耗程度呈現(xiàn)較大差異，其中，1-1下陽極消耗量最大，達(dá)到32kg以上，1-1上陽極次之，共溶解17.73kg，其他陽極的消耗量均不足10kg，最小消耗量?jī)H為4kg左右（34-1下和50-6上）。按照犧牲陽極的平均消耗速率，以利用系數(shù)0.85計(jì)算，陽極的剩余壽命基本可達(dá)30年以上，其中，1-1下陽極的剩余壽命最短，約為30年，1-1上陽極尚可使用50余年，其余陽極的剩余壽命基本達(dá)100年甚至200年以上。

4 結(jié)語

崇啟大橋鋼管樁投入使用以來，從未對(duì)鋼管樁防腐蝕進(jìn)行過系統(tǒng)的檢測(cè)。通過鋼管樁上掛片檢測(cè)、陽極外觀檢查、陽極消耗量檢測(cè)等來評(píng)價(jià)大橋鋼管樁的使用現(xiàn)狀及防腐蝕效果。結(jié)果表明：掛片材料在服役水域的自腐蝕速率較低，浸泡8.5年后，平均腐蝕速率低于0.03mm/a，主要發(fā)生均勻腐蝕，沒有明顯的點(diǎn)蝕發(fā)生，掛片表面覆蓋腐蝕產(chǎn)物層，以Fe的氧化物為主。施加陰極保護(hù)后，試片的腐蝕速率大幅度降低，平均腐蝕速率低于0.004mm/a，保護(hù)度達(dá)87%以上。另外犧牲陽極服役8.5年以來，崇啟大橋的鋼管樁被保護(hù)極好，犧牲陽極尚可使用50余年，其余陽極的剩余壽命基本達(dá)100年甚至200年以上。