海滨码头钢筋砼沉箱群的阴极保护法及专用仪器制造技术

海滨码头钢筋砼沉箱群的阴极保护法及专用仪器属电化学领域，其目的是根据腐蚀电化学原理，开发新颖防腐蚀技术，抑制砼中钢筋的腐蚀，从而延长钢筋砼沉箱和码头的使用寿命，保证生产安全。本发明专利技术的区域性外加电流阴极保护系统，对沉箱海水全浸区的钢筋实行连续的阴极保护，而对沉箱潮差区的钢筋实行断续的阴极保护，其特点是安装调试较为简便、保护效果好，适用于海水中钢筋砼沉箱或沉箱群，海滨或海上大型钢筋砼构筑物，是一项低投入、高效益的重要技术措施。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属电化学领域，特别是涉及海滨码头钢筋混凝土(简称砼)沉箱的防腐蚀新技术。海滨码头通常由钢质架管桥和钢筋砼沉箱构成。沉箱是码头的基础，钢筋砼沉箱是表面有砼防护的钢构件。由于砼防护层在建造和使用过程中，难免的一些缺陷(如砼层厚度不足或有裂缝)，海水中氯离子等腐蚀性物质进入并抵达钢筋表面，造成钢筋锈蚀，铁锈的体积为其母体金属的2.2倍，形成的张力(330kg/cm2)大大超过砼层的抗张力极限，导致砼结构的开裂而损坏。虽可灌浆修补，但只能短期有效，治标不治本。如上所述，钢筋的锈蚀是造成大多数钢筋砼结构破坏的主要原因。而钢筋的锈蚀是一个电化学过程，因此，可以根据腐蚀电化学原理，通过对砼中钢筋实施阴极保护，来抑制钢筋的锈蚀，从而有效地保护钢筋砼结构。近二十年来，欧美等一些工业发达国家已经开始对钢筋砼的公路桥，试验和应用外加电流阴极保护(John P.Broomfield，Materials Performance，1992，31(9)38)。国内的南京水科院曾于1991年开发成功导电砂浆，并成功地在海上混凝土结构上部的外加电流阴极保护试验中应用(洪定海等，腐蚀与防护，1990，11(4)197)。海军南海舰队工程设计处和中国科学院福建物质结构研究所二部等曾研究开发导电涂层，并在码头的上部结构进行过试验和应用(邱富荣等，腐蚀科学与防护技术，1992，4(1)59)。然而，目前国内外尚无对钢筋砼沉箱群实现外加电流阴极保护的报道。本专利技术的目的在于研究开发适用于10万吨级海滨码头钢筋砼沉箱群的外加电流阴极保护技术及其装置。
技术实现思路
包括(1)将多只钢筋砼沉箱视为一个群体，实施区域性电化学保护；(2)研制专用阴极保护系统，主要包括海底远程辅助阳极阵和适用的阴极保护电源装置；(3)导线布置和电缆埋设方法；(4)研究既快速又安全的阴极极化方式；(5)研制多路电位监测系统等。为了实现本专利技术的目的及其主要内容，采取如下的技术路线和措施(1)选用外加电流法，对多只沉箱组成的群体，进行区域性保护。鉴于海水是导电性良好的电解质，故在连续供电的条件下，位于沉箱的海水全浸区的钢筋，可得到连续的阴极保护，而位于沉箱的海水潮差区的钢筋，则随着海水的涨落而得到断续的阴极保护，从而避免了采用牺牲阳极法阴极保护时，阳极材料用量大、阳极安装施工量大、其水下钻眼和水下作业尤为困难等缺点，既节省了投资费用，又不会干扰码头的正常生产作业，其平面布置图如附图说明图1所示。(2)研制了适用于放置在海底的高性能铅银合金(其重量比为98％铅，2％银)阳极(阳极亦可用市购的铅银合金制作)，及其便于安装和固定的钢质阳极架(用水下高性能涂料和铝合金牺牲阳极防护)。将阳极架沉放于距离油码头200m以远处的海底(-8m)，构成12支阳极分成3组的远程辅助阳极阵。这样就不会妨碍油码头及其附近航道的畅通，图2为海底阳极架示意图。(3)研制ZBY-1型专用阴极保护电源装置，图3为它的线路图。其作用主要是将工频交流电整流为直流低压电，作为阴极保护的极化电源，按恒电压控制方式运行。其输出电压和电流大小是基于钢筋的电化学极化以及回路总电阻等而专门设计的。同时，设有输出电流瞬间阻断装置，以便测量钢筋的真实极化电位，消除IR降误差。交流380V输入，直流30V200A连续可调输出。其中正端分6路输出接辅助阳极，负端分10路(每路20A)输出接沉箱钢筋，便于检测各个阳极的工作电流和各个沉箱的极化电流。交流输入及直流输出端均设防雷击装置，直流输出端还加设过电压、过电流报警指示装置，以确保仪器工作安全、可靠，并能用于有防爆要求的场所。(4)根据敷设导线长度不同和沉箱钢筋表面积的大小而选择不同线径的电缆，即安装长度在500m以内的导线，一般用铜芯截面积10mm2的塑料绝缘/塑料护套电缆；而长度比500m更长的导线和500m以内但沉箱电流需求较大者，则用截面积16mm2电缆。这样，优化选定的结果既可节省部分导线的费用，又便于阴极电流的分配比较均匀。所有电缆(阳极、阴极和参比电极)用具有良好防腐性和耐候性的UPVC管外套，一般沿着架管桥空隙和泊位平台上边缘敷设，部分埋入平台面上锯凿开的混凝土沟槽中，然后用环氧砂浆涂封并抹平，以保持平台上的整洁和畅通。由平台至沉箱钢筋之间的阴极电缆以及至参比电极的监测电缆，则直接埋入锯凿开的构槽中，先用细木条段夹紧固定，然后用环氧水泥砂浆补平。从而避免了使用电缆护套管时，护套管的固定和长久性问题，每个沉箱至少有两个接阴点，导线与钢筋用铜焊焊牢，然后将焊接点绝缘密封。(5)阴极保护时，一般的极化程序是先强极化，后弱极化。为了防止初始极化(强极化)时，在阳极附近的辅码头靠船时，可能发生的打火现象，而又能使沉箱中钢筋的电位尽快进入规范中所要求的电位数值范围，我们试验并成功地采用强弱交叉极化(在该码头无船停靠时，按强极化运行；而有船停靠时，改用弱极化运行，即强弱极化相互交叉)的方式，从而较好地解决了上述问题。(6)为了较全面而又重点地监测阴极保护运行状态，在沉箱上海水全浸区、潮差区、向阳极、背阳极、近阴极汇流点和远阴极汇流点等代表性部位，设置电位监测点，在砼中镶嵌式埋入长效Ag/AgCl参比电极作为电位检测探头，并研制了CPM-3型数字式电位监测仪，共有30路输入，每路输入阻抗为500MΩ。其主要作用是通过测量参比电极传送的电位数值大小，从而判断钢筋的电位是否进入了规范的保护电位区间，原理线路如图4所示。需要测量某一路的电位数值时，只须将该路所对应的扭子开关扳向“通”即可，而电位数值的准确性，可用仪器内附的标准电池(BC2)标定。CPM-3的另一特点是设有极化电流阻断的控制装置。即当按钮(AN)压下时，继电器J由常闭状态改变为阻断状态，从而使分别串接于3台ZBY-1型阴极保护仪直流输出端的A1-B1、A2-B2、A3-B3同时也由常闭状态改变为阻断状态。这时，CPM-3所测出的电位为通常所称的瞬时关断电位，即不含IR降误差的钢筋极化电位。(7)油码头整个外加电流阴极保护系统的设计，包括控制装置和监测装置，符合有关爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范，如用防爆充油型调压器代替普通调压器，电缆全长度内无接头，焊接点绝缘密封、防静电和避雷等。本专利技术适用于海水中的钢筋砼沉箱群，海滨和海上大型钢筋砼构筑物，如油码头、海堤、跨海大桥、人工岛、海洋石油平台、海底隧道等。本专利技术的特点是(1)将海滨码头钢筋砼沉箱作为一个群体，实施区域性外加电流阴极保护，是一种较为方便、灵活的方案。海底远程阳极阵的设置，其结果是沉箱群的电位分布比较均匀，向阳极与背阳极、靠近阴极汇流点和远离阴极汇流点的电位差异不大。(2)以10万吨级油码头的实际工程应用作为本专利技术的客体，被保护构筑物的面积(沉箱外表面)达12,250m2，钢筋总面积约为40,000m2。(3)整个外加电流阴极保护控制和监测系统符合爆炸和火灾危险环境电力装置的设计规范要求。以下对附图作图面说明图1是海滨码头钢筋砼沉箱群区域性阴极保护平面布置示意图。其中1是钢筋砼沉箱(虚线表示砼中钢筋)，2是阴极保护站，3是ZBY-1型阴极保护仪，4是海底阳极，5是阳极电缆，6是阴极电缆，7是电位监测点，8是监测电缆，9是CPM-3电位监测仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
海滨码头钢筋砼沉箱群的阴极保护法，是根据腐蚀电化学原理，通过对砼中钢筋实施阴极保护，来抑制钢筋的锈蚀，从而有效地保护钢筋砼结构的方法，其特征在于：将多只钢筋砼沉箱视为一个群体，实施区域性外加电流阴极保护，即对沉箱的海水全浸区的钢筋实行连续的阴极保护，对沉箱的潮差区实行断续的阴极保护。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱富荣，康飚，许世力，刘申生，郑忠立，刘文伍，石小燕，杨呜皋，余兴增，陈友增，辜志俊，张春兰，张琦，张神法，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所二部，福建炼油化工有限公司，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]