1、鋼管樁防腐蝕的犧牲陽極陰極保護技術鋼管樁防腐蝕的犧牲陽極陰極保護技術上海申航基礎工程有限公司張羿【摘要】本文介紹了犧牲陽極陰極保護技術在洋山港鋼管樁防腐蝕方面的應用經驗,分析了相關的工程參數,對保護效果做出了相應的評估.【關鍵字】洋山港鋼管樁防腐蝕犧牲陽極陰極保護技術1海工鋼結構陰極保護技術簡介眾所周知,由于海水的強腐蝕性,其含鹽量在3.3%一3.8%之間,溶解氧含量為3stag/l.長期浸泡在海水中的鋼結構會產生電偶腐蝕和縫隙腐蝕.在海水中影響腐蝕的主要因素有:溶解氧含量,流速,溫度和水生物.碳素鋼在流動海水中的單面平均腐蝕速度見表l所示.表1部位平均腐蝕速度(m.ma)海上大氣區(qū)o.o5o

2、.1浪濺區(qū)o.2o.5水位變動區(qū),水下區(qū)o.12泥下區(qū)o.o5從表l可見其腐蝕速度還是相當大的.如果不采取必要的保護措施將對長期浸泡在海水中的鋼結構產生巨大的破壞作用.從而影響其設計使用壽命.對于海工鋼結構構筑物來說.通常采取保護方法為:涂層+犧牲陽極陰極保護聯合保護法.2本工程概況洋山港中港區(qū)前期工程順接已建成投產的洋山一期碼頭的東部,于小洋山鑊蓋塘島和小巖礁島之間,碼頭岸線2600m.碼頭總寬66m,由碼頭平臺和承臺接岸結構兩大部分組成,其中碼頭寬42.5m,承臺接岸結構寬23.5m.本工程為i標段i泊位工程,碼頭前沿長度大約為500m.碼頭樁基采用:l800mm鋼管樁65根;1500mm

3、鋼管樁370根.共計435根各種類型鋼管樁.接岸結構采用:1500mm鋼管樁72根;1800mm鋼管樁23根:1900mm鋼管樁239根;2000mm鋼管樁68根.共計402根各種類型鋼管樁.整個i標段i泊位工程共采用各種類型鋼管樁837根.由于本工程所處環(huán)境條件為強侵蝕性水質.根據設計要求.為確保鋼管樁的使用年限(50a),鋼管樁防腐采用涂層+犧牲陽極陰極保護聯合保護法.3結合本工程的陰極保護系統(tǒng)設計方案3.1方案確定根據本工程的具體情況,設計采用的鋼管樁防腐蝕保護法為:涂層+犧牲陽極陰極的聯合保護法.涂層可以有效的降低鋼管樁的初期保護電流密度,使其迅速極化,減少犧牲陽極的用量;犧牲陽極則可

4、以在25a(50a需更換一次犧牲陽極)的設計使用年限內全面控制鋼管樁在水中各個區(qū)段的各類腐蝕情況的發(fā)生.3.2犧牲陽極材料選擇及規(guī)格設計本工程所采用的犧牲陽極規(guī)格為:一zninmgn合金犧牲陽極(其化學成份種類a21,電化學性能陽極材料2型);尺寸:(150+170)ram180mm9oomm;單塊陽極毛重:79.0kg/只,凈重71.0l只.單塊陽極發(fā)射電流量:1.4只;設計使用年限:>25a.犧牲陽極的材料是一znin系列合金.本工程采用的陽極材料是在該系列合金陽極中再一15加入mg和,i,i這兩種金屬原素的型產品,其化學成份及電化學性能見表2.3.3犧牲陽極數量及其設置分布設計本工

5、程共有837根鋼管樁(樁基435根;表2犧牲陽極材料,成份及電化學性能表化學成份(%)電化學性能zn4.07.o一1.18一1.1ov開路電位in0.0200.o5(相對于s.c.e)mg0.501.5o一1.12一1.o5v工作電位tio.o1o.o8(相對于s.c.e)sio.1o實際電容量>2600ah/kgfeo.15消耗率43.37kga-acuo.o1電流效率90%al余量溶解狀況產物易脫落.表面溶解均勻注:s.c.e指參比電極為飽和甘汞電極.接岸結構402根)需進行犧牲陽極陰極保護.由于接岸結構后方的l行的鋼管樁都被拋石所包覆,所以l行不安裝犧牲陽極,并且通過與承臺其它鋼管

6、樁的電連接來達到保護效果.因此本工程樁基435根,接岸結構320根.共計755根各種類型鋼管樁需要安裝犧牲陽極.所需犧牲陽極總塊數為3728只.根據工程計算陽極設置分布見表3,表4.3.4犧牲陽極水下焊接方法及其要求本工程犧牲陽極通過水下濕法電焊與鋼管樁焊接為一體,采用焊條為:特種水下電焊條唧202.每塊陽極的具體焊接位置與方向都必須嚴格按照施工圖進行.每塊陽極有兩個焊腳.每個焊腳都必須焊兩條立焊及一條平焊焊縫(三面施焊).每條焊縫長度都必須大于50mm;焊縫必須飽滿,嚴禁點焊,虛焊,漏焊;犧牲陽極與鋼管樁焊接前必須除去鋼管樁焊接處的涂料保護層;陽極實際安裝標高允許有+200mm.3.5保護電

7、位測量方法測量時采用活動式(便攜式)參比電極(海水ag/agc電極)與內阻大于l0mq,精表3碼頭l一7分段陽極設置數量表部位直徑(m)排號排架數排架樁數樁數單樁陽極數量排架陽極數量陽極數量碼頭第一分段lll1i6551.8325298864i5540碼頭第二分段1.51o1561060440240碼頭第三分段1.516-2161060440240碼頭第四分段1.5222761060440240碼頭第五分段1.6283361060440240碼頭第六分段1.5343961060440280碼頭第七分段1.5404671070440280464351805一l6一港工技術與管理2007年第3期表

8、4承臺12o.樁基陽極設置數量一覽表部位行號直徑(m)斜度樁數單樁陽極數陽極總數承臺數總樁數總陽極數j1a1.8直樁3824承臺1k1k131.9直樁13206-785109120109l11.8直樁4j11.8直樁4832承臺2,3l(21.9直樁11196-76810o2382ool11.8直樁4ja2.03:145622承臺4ka1.9直樁12206729412094l1.5直樁4a2.03:145622j1.54:1248承臺5ka1.9直樁12246780110124110k1l_5直樁2l1.5直樁4ja2.03:145622承臺620k1.9直樁1220672941530o141

9、0la1.5直樁4204021923度為0.001v的萬用表進行測量.見圖l.犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)竣工驗收后.投入正常運轉.其陰極保護電位均應達到一高輸入阻抗電位表圖1現場電位測試線路示意圖1.05一0.77,(相對于海水ag/agcl參比電極).4本工程陰極保護效果數據分析4.1根據規(guī)范要求并結合現場實際情況,主要采取現場測量鋼管樁的實際保護電位作為依據對本工程的陰極保護效果進行測評.相關規(guī)范要求保護電位必須達到一1.05一0.77,(vsag/agcl海水參比電極).4.2結合本工程的特殊性(承臺l行不安裝犧牲陽極,大量采用電連接以平衡每個承臺或者排架鋼管樁的電位以達到良好的保護效果;碼頭

10、面層每個分段設置有四個測量點),保護電位測點布置情況如下:碼頭樁基結構每個排架設置2個測點,即a行和h行處;每個接岸結構設置4個測點,即jl和(上一l7一表5樁基鋼管樁保護電位數據匯總處理表白詹由,1r,保護電位(一my)極化值碼頭分段排架日電liilvja行h行a行h行1號7669551892號7669279691612o33號7669259781592124號766944988178222第一分段5號7669569891902236號7669481oo21822367號7669579591911938號7669709922042269號76697010oo2o4234l0號6479671o

11、o53203581l號647997101935037212號6479871o30340383第二分段13號64796oloo6313359l4號6479581oo531135815號6471oo31o3235638516號6371001101736438017號637989101435237718號63796798933o352第三分段19號637988101035137320號63794110253o438821號637935loo829837122號62097610o435638423號620974102535440524號62010111015391395第四分段25號6201o4l1o

12、4242142226號6201009101538939527號6201011102439140428號6259841oo735938229號6251o341o4o4o941530號62510351041410416第五分段31號62510391o4241441732號62510o3101337838833號625974998349373一l8一港工技術與管理2007年第3期續(xù)上表34號68095898427830435號68094697526629536號6801oo81012328332第六分段37號68010131o2633334638號6801011102133134139號6801o2

13、41o3434435440號73896398922525141號73891592617718842號738921937183199第七分段43號73891695417821644號73893594519720745號73894799920926146號738968983230245表6接岸結構鋼管樁保護電位數據匯總處理表自然電位保護電位(一mv)極化值(mv)接岸結構(一my)123412341號7439899789589542462352152112號732101110289459432792962132113號731102510199559592942882242284號6701o3610

14、269429453663562722755號653102910139369323763602832796號64110061o099319333653682902927號63299910229219263673902892948號6351oo510159259223703802902879號6411oo4101695195436337531031310號637101410199409423773823o3305ll號6251o24102693994539940131432012號62010211o3196195240141134133213號63610121o209789463763843423

15、10l4號648100698795596235833930731415號65599895695494434330129928916號6701001101196195233134129128217號6711021101295095735034127928618號71396796292492525424921121219號72497497391691825024919219420號7299889839229292592541932o0注:1.本表所示電位為經過整理后的七天電位與竣工電位;2.接岸結構表中的1,2,3,4號測點依次對應j1與j2,j3與j4,l1與l2,l3與l4之間的測點.(下轉第

16、42頁)一l9一.,.=.一點一ll點爿l8點一-16點圖l3北塢墻位移曲線接第l9頁)j2,j3和j4,ll和l2,l3和l4的中間位置處.這樣的測點分布既結合本工程實際情況選擇了具有代表性的位置,又全面地監(jiān)測了本工程所有排架和分段的電位情況.4.3根據設計要求,到目前為止一共對本工程的鋼管樁進行了四次大規(guī)模的電位普查.第一次:測量自然電位:第二次:測量1d保護電位:第三次:測量7d后保護電位;第四次,測量竣工電位.根據上述測量結果,整個工程的所有被保護的鋼管樁(包括未安裝陽極的鋼管樁)的保護電位基本都在一1.05.0.90v(vsag/agc1海水參比電極)之間,完全符合設計和規(guī)范要求,整個陰保系統(tǒng)工作正常且已經取得了良好的保護效果.4.4保護電位數據整理,分析根據上述方法,我們將所測數據經整理后,匯總如表5,表6所示.5本工程陰極保護效果評價根據現場測量和整理后所得的數據.可以看出整個工程的保護電位基本都在一1.o5一42一一0.90v(vsag/agc1海水參比電極)之間,最大極化值為:422mv;最小極化值為:l59inv,普遍極化值都在200400mv之間,均符合設計和規(guī)范的要求.此外.對接岸結構l行測點的保護電位的測量數據也反映了該行鋼管樁雖然沒有安裝犧牲陽極.但由于設計計算時就已經考慮到對這部分鋼管樁的保護,而在k行多設計安裝了陽極,并通過