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钢筋混凝土外加电流阴极防护技术在长会口海湾大桥中的应用研究 |
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| 钢筋混凝土外加电流阴极防护技术在长会口海湾大桥中的应用研究 |
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摘要：混凝土中钢筋的腐蚀是一个电化学过程。因此，对于重要工程的重要部位（有长寿命要求的部位），采取电化学防护技术是用于防止钢筋腐蚀问题的最根本、最有效的措施。通过此项目的研究，解决重要工程重点部位的钢筋混凝土耐久性要求；解决阳极材料实用性和耐久性的问题；解决系统安装工艺要求与桥梁混凝土构件施工要求协调性的问题；解决对混凝土中钢筋的腐蚀主动控制的问题；通过远程监控技术，解决日常维护管理和长距离现场数据采集问题。
关键词：钢筋混凝土；防护技术；应用研究
1 研究课题的立项背景及意义
威海长会口大桥是威海市环海公路整体规划的重要组成部分和标志工程，桥区位于海洋环境，海水水质类型属Cl-Na型，大桥的设计基准期为100年。
威海长会口大桥全长2020米，主桥宽20.1m，引桥宽16m。引桥为25米跨和35米跨预应力混凝土钢构-连续T梁，引桥下部结构采用双柱方墩，嵌岩桩基础。主桥为三跨（117m＋230m＋117m）预应力混凝土双塔双索面斜拉桥，桥塔采用H型索塔，塔高106.414米，主塔基础为群桩承台基础，桩径2.8米，单塔桩数15根，矩形排列，按嵌岩桩设计，承台尺寸32.8×16×4.5米。大桥设计为双向四车道混合交通，通航标准为2000吨级单孔双向通航，3000吨级单孔单向通航。大桥的主桥跨为该工程项目的关键部位，是车辆通行和船舶通航的重要保证。由于主桥墩的水位变动区及浪溅区受到海水和空气的交替变换影响，氯离子和氧不断地向混凝土结构内部渗透，形成了富含氯离子和氧离子的电解质孔隙液。当混凝土碳化和钢筋表面氯离子超过一定浓度时，钢筋将发生电化学腐蚀。因此对于主桥墩的钢筋混凝土防护除采用高性能混凝土外，还应采取附加防腐措施进行重点防护。
由于混凝土中钢筋的腐蚀是一个电化学过程。因此，对于重要工程的重要部位（有长寿命要求的部位），采取电化学防护技术是用于防止钢筋腐蚀问题的最根本、最有效的措施。
该项目是在威海长会口大桥的主桥跨两个主桥墩水位变动区及浪溅区分别安装外加电流阴极防护系统以及监控系统，从而研究、测试外加电流阴极防护技术对海洋工程钢筋混凝土的防腐保护效果。
通过此项目的实施，解决重要工程重点部位的钢筋混凝土耐久性要求；解决阳极材料实用性和耐久性的问题；解决系统安装工艺要求与桥梁混凝土构件施工要求协调性的问题；解决对混凝土中钢筋的腐蚀主动控制的问题；通过远程监控技术，解决日常维护管理和长距离现场数据采集问题。
2 课题研究的创新亮点
根据钢筋腐蚀的电化学原理，阳极反应（钢筋腐蚀）必须同时放出自由电子，阴极防护既是采取措施使被保护结构内的钢筋电位等于或低于平衡电位，不让钢筋表面任何地方再放出自由电子，就可使钢筋不能再进行阳极反应（腐蚀）。外加电流阴极保护，以直流电源的正极接通难溶性阳极，发射保护电流；以其负极接通被保护的钢筋，而阳极与被保护的钢筋均处于连续的电介质中（混凝土），使被保护的钢筋接触电解质的全部表面都充分而且均匀地接受自由电子，从而受到阴极保护。
外加电流阴极防护是以直流电源的负极与被保护的钢筋相接，正极与辅助阳极相接，提供保护电流。电流通过连续的混凝土介质，到达钢筋表面使钢筋发生阴极极化而受到保护。这种外加电流法优点之一是系统可通过调节控制电源的电流（或电压）使钢筋处于一定的保护电位之下。施加阴极保护时，直流电由辅助阳极流向钢筋，抵消或改变自然腐蚀电流方向，可产生如下效果：①钢筋电位向负方向偏移，发生阴极极化；②使钢筋产生氢氧根离子，提高碱性，帮助钢筋表面生成钝化膜；③氯离子从阴极流向阳极，减少钢筋表面氯化物含量。这些特点是其他措施难以达到的。因此外加电流阴极保护用于受氯化物污染引起钢筋腐蚀结构中钢筋的保护是一种非常有效的技术。
3 研究课题中的关键技术介绍
本工程的关键技术为RECON控制系统。钛金属网阳极和钢筋阴极电导线以及测量钢筋实际电位的参比电极的正负回路的导线从防护系统中引出，进入RECON控制系统提供监控数据。
RECON控制系统一方面作为供电装置，把外部引入的交流电转化为低压直流电，为阴极防护系统的钛金属和钢筋阳极提供稳定电源；另一方面安装有控制模块，采集参比电极测量的钢筋实际电位数据，判断是否达到预设的保护电位值，自动[1] [2] [3] 下一页 |
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