跨海大桥桥梁阴极保护外加电流保护措施

跨海大桥桥梁阴极保护外加电流保护措施

钢筋混凝土阴极保护分为两种保护方式外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护。外加电流前期投入高，施工复杂，使用年限长。牺牲阳极前期投入少，施工简单，使用年限短。本工程采用外加电流阴极保护方式。

跨海大桥外加电流阴极保护是近来涌现出进行钢筋防腐一种先进的保护方法，其在钢筋与混凝土外露面之间设置比钢筋活性更强的钛网作为阳极，钢筋为阴极，并通过对保护包覆结构表面加以5mA/m2电流，以达到保护钢筋不被腐蚀，使结构满足设计寿命要求。

钢筋混凝土结构是公认的一种经济、耐用、力学性能好的材料，广泛应用于建筑、桥梁、高速公路、PCCP管道、。然而在座落于海水等强腐蚀环境中的钢筋混凝土构筑物，时刻都在发生着严重危害建筑物安全的腐蚀行为。

钢筋混凝土是一种复合材料，钢筋承受拉力，混凝土承受压力，在正常的状况下，混凝土为钢筋提供了一个保护环境。普通硅酸盐水泥水化后，硅酸盐成分起反应生成钙硅酸盐水化物和氢氧化钙，另外水泥成分中的石灰和水快速反应转变为氢氧化钙。

通常钢筋在混凝土的作用下，表面会生成一层y-Fe2O3保护膜，因此对一般的腐蚀介质具有一定的阻碍作用。但是混凝土的碳化物和氯化物的侵入都会严重破坏钢筋上的钝化膜，造成整个钢筋混凝土结构的破坏。外加电流阴极保护法能直接抑制钢筋自身的电化学腐蚀，有效地保护钢筋，是到目前为止唯一有效的混凝土钢筋防腐措施。

辅助阳极是外加电流阴极保护系统的关键部件。由于钢筋混凝土结构和应用介质都比较复杂，在阴极保护中对阳极材料的要求也比较高。混合金属氧化物(MMO)涂层钛阳极耐腐蚀性能好，使用寿命长，可在大电流密度下工作，在应用中即使暴露出钛基体，也会因为钛的“自愈”功能而具有良好的钝性，是迄今为止钢筋混凝土结构阴极保护中应用最成功的辅助阳极。本工程材料采用热分解法制备的MMO涂层钛阳极，具有优异的电化学性能和强化寿命，达到了国外同类产品的性能，是钢筋混凝土结构外加电流阴极保护比较理想的辅助阳极。

1、设计参考的标准

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）

《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》（JT/T 695-2007）

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）

《混凝土中钢筋的阴极保护》（EN 12696-2000）

《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTJ 275-2000）

《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/T B07-01-2006）

《海港钢结构防腐蚀技术规范》（JTS153-3-2007)

《钛及钛合金板材》（GB_T 3621-2007）

《港工设施牺牲阳极保护设计和安装》（GJB_156A-2008）

《船舶及海洋工程腐蚀与防护术语》（GB T 12466-90）

《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）

《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2001）

2、阴极保护系统运行的基本参数

 钢结构的保护电位为:

 -0.77～-1.05（相对于饱和甘汞参比电极）

 -0.80～-1.05（相对于氯化银参比电极）

 -0.85～-1.2（相对于饱和硫酸铜参比电极）

 0.25～0（相对于锌参比电极/海水）

阴极保护系统保护率：100%               

设备运行率：>98%

交流排流标准：符合SY/T－0032－2000要求

直流排流结果达到GB/T－21448－2008要求

强制电流系统、测试及监控装置的设置、阴极电缆及连接敷设、投产调试等均符合EN12696:2000标准。

设计寿命≥100年 

3、桥梁与基墩外加电流阴极防护系统的组成

本桥梁外加阴极防护系统主要有以下几个部分组成：

（1） 阳极材料：采用Savcor的LIDASP100活性钛网。

（2） 参比电极：采用BorinStelth银/氯化银（Ag/AgCl）和Savcor钛参比电极。

（3） 垫条： 用作隔离条在阴极与钢筋之间起隔离作用，一般采用混凝土垫块。

（4） 电缆线：采取符合相关规定电缆。

（5） 整流器：给阴极保护系统提供稳定的电流。

（6） 分离式阳极：能有效的阻止钢筋的腐蚀。

（7） 钛导电条：主要用途是传输阳极电流。

（8） 其他：接线箱采取增强纤维材料。

4、外加电流阴极防护系统材料安装方式

4.1阳极钛网、导电条安装在承台（塔座）每一浇筑层钢筋绑扎过程中或完成后，开始进行阴极钢筋的电连续性检测，确保所有钢筋是电连续的，不连续处可增焊几个钢筋接头。满足要求后进行下一道施工，若不满足要求还要进行检查问题所在，进行处理后进行下一道工序。然后使用电缆绑带固定隔离垫块，在垫块外侧安装阳极钛网，钛网在固定时要注意到，大约30cm左右使用塑料夹固定，塑料夹和绑带交替使用，阳极网带的搭接长度不小于5cm，用点焊机焊接。

4.2参比电极安装阳极及钢筋接头安装完成后，开始进行参比电极安装。参比电极安装比较简单，即：按照设计图纸确定参比电极安装位置，使用塑料电缆绑带将参比电极安装在钢筋上的水泥垫块上。

4.3、整流器的安装强制电流系统的电源设备是阴极保护的心脏，它将不断地向被保护金属构筑物提供阴极保护电流。对于强制电源设备的基本要求为：安全可靠，电流、电压连续可调，适应当地的工作环境（温度、湿度、日照、风沙）；有富裕的电容量，输出阻抗应与总回路电阻相匹配，将恒电位仪放置在水泥基座上固定，把标记好的阳极电缆、阴极电缆、零位电缆、参比电缆、电源电缆的接头处制作铜鼻，连接到恒电位仪相应的端子上（或者先制作阴极保护间，后期电缆铺设到阴极保护间后再连接也可以，具体施工顺序可根据现场情况选择）。就绪后将恒电位仪保护罩放置在基座预留位置上，通过固定在基座上的螺栓将保护罩固定在基座上。恒电位仪保护罩分前后双开门，方便后期的调试维护和维修。

5、阴极保护测试方法综述钢筋的电连续性测试阳极的电连续性测试钢筋和阳极区之间电路短路的测试钢筋连接电缆间的电连续性的测量参比电极的测量阳极区之间的电绝缘 承台，塔座和塔柱的所有钢筋必须是电连续的。连续性测试应执行欧洲标准EN 12696中条款7.1。所有装置和其他全部或部分深埋的金属装置应焊接到钢筋上。和钢筋不连续的钢构件将可能会遭到腐蚀。应该通过直流电阻的测试来确定埋入金属的连续性。此电阻应该在CP工程师的指导下测量。

确定位置以测试钢筋的电连续性。

用锉刀锉或打磨钢筋至露出光亮无锈的表面。

将一跟钢筋连接到万用表的COM端。

将另一跟钢筋连接到万用表的欧姆端。

将仪表调欧姆档，测量钢筋间的电阻。

重复上述步骤测量所有的测试点。 

判定标准：电阻值稳定在0到1欧姆之间表明钢筋是电连续的。钢筋的电连续性测试，以确保所有钢筋都成为阴极得到保护，避免不利影响。采用数字直流欧姆表（精度±0.5%，2位有效数字）或高内阻数字万用表（>1×107Ω）测量钢筋间的直流电阻，电阻值稳定在0—1Ω之间表明是电连续的。

5、调试所有安装、测试工作都依照相关的工艺执行。在安装期间以及安装后都依照工艺进行实验，其试验结果都记录在相关的质量保证表格内。

（1）必须保证钢筋的电连续性。实施阴极保护的所有钢筋必须具有电连续性，以使所有钢筋都成为阴极得到保护。否则，在不具有电连续处的钢筋不会被保护，且会产生杂散电流，引起杂散电流腐蚀。

（2）安装过程中所有阳极钛网必须与钢筋电绝缘，应按照要求在混凝土浇筑之前、期间和之后不断地进行阳极钛网与钢筋间的绝缘测试，以检测阳极和钢筋间的电路是否短路，保证电绝缘。若发现阳极和钢筋连通，应清除短路。

（3）正极连接片、负极连接片、参比电极和参比电极回路的连接片应按照设计的数量和位置安装。参比电极不应直接连接到钢筋上，应保证参比电极的传感区域在混凝土浇筑过程中包含在混凝土中。

（4）每个区的所有阳极连接、钢筋连接、参比电极等的电缆应连接到相应的接线盒中。所有的电路工作包括导线设计和颜色符号都按照规范执行，电缆应符合标准EN 12696中的条款6.6和IEC 60502标准电缆要求的颜色区分。所有电缆采用PVC绝缘，至少7线一股包裹于PVC之中，接线盒和主接线盒之间的所有电缆也应使用PVC电缆槽。所有电缆应做标签。（5）所有的接线箱应是以IP66保护的增强纤维材料。所有导管到接线箱的入口应通过螺纹接头与锁环连接，所有的阳极和钢筋连接装置都在场外预制，并采用环氧密封涂料全包裹，以确保其使用寿命。所有接线箱通过316S/S不锈钢螺丝旋入塑料楔子固定在混凝土上。

（5）系统安装应与混凝土施工协调一致。在安装前，为确保所有的电缆、阳极连接、钢筋连接和参比电极正常，应对所有的连接进行系统的测试。测试结果应记录在项目质量保证记录表上。

（7）在系统安装完毕后，首先采用小电流（一般为设计电流的10%～20%）进行慢极化。由于混凝土面板所处介质环境不同于海水或土壤环境，所以不采用-710mv（CSE）的判断准则。一般采用100mv极化衰减准则判断系统是否处于正常保护状态。