海洋环境下钢筋混凝土结构外加电流阴极保护

马艳军 梁进伟 张燕

[摘要]：混凝土结构失效的最主要影响因素是钢筋腐蚀，而混凝土碳化及氯离子侵蚀是影响钢筋腐蚀两个重要因素。海洋环境下钢筋混凝土结构长期受到海水潮气的影响，部分混凝土构件发生钢筋锈蚀、混凝土保护层开裂现象。对混凝土开裂部分采用普通灌浆法修补，未起到好的效果，补修后再次发生开裂，另外以前未出现破损的地方也发生钢筋锈蚀、混凝土保护层开裂的现象。

为了保证钢筋混凝土的使用寿命，节省维修和管理费用，对混凝土结构实施外加电流阴极保护。“大亚湾核电联合泵房海水入口处钢筋混凝土阴极保护”示范工程的实施，对混凝土中钢筋的腐蚀保护初见效果，有效抑制了腐蚀的发生，且为大规模的推广应用该项技术提供了参照。

[关键词]混凝土结构；大亚湾核电站；阴极保护

引言

核电站钢筋混凝土结构长期处于环境潮湿，水雾弥漫，湿度超过80%RH环境中。钢筋在氯离子的作用下发生锈蚀，钢筋锈蚀后体积膨胀，胀裂保护层混凝土，就会有更多的氯离子引起混凝土内的钢筋腐蚀加剧，如此恶性循环，混凝土结构的耐久性受到影响，因此需采取防护措施，钢筋混凝土阴极保护中电缆敷设和系统调试是整个施工的重要环节。

1 编制目的

提高混凝土耐久性和抗渗性，有效延长钢筋混凝土使用寿命。

2阴极保护原理

外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极，是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，金属表面各点达到同一负电位，从而被保护金属结构电位低于周围环境。

利用外部直流电，通过辅助电极向被保护体施加电流，使得被保护体成为电化学反应的阴极。

3施工工艺流程

施工准备→搭制作業平台→阳极钛网条埋设槽口定位放线→开槽和槽身短路查处→参比电极、阴极、测量接地、多功能腐传感器定位安装 →辅助阳极安装→阳极网床各项测试→阳极网槽等砂浆抹灰封填→电源装置、电缆桥架、接线盒、电缆、阴极保护电源等电气系统安装→通电调试

4施工准备

4.1现场各类参数采集

4.1.1外加电流阴极保护装置的阳极网床需安装在建筑物混凝土表面，对其进行阴极保护时，需先采集建筑物表面和其附设安装物的尺寸、形状，干扰影响；

4.1.2检测采集钢筋混凝土电连续性生成电位云图、钢筋混凝土的pH值、氯离子浓度等参数，以确定钢筋混凝土腐蚀状态。

方法：采用便携式电化学检测仪检测混凝土的pH值、氯离子浓度、钢筋的腐蚀状态、极化电阻、自然腐蚀电位等；

大亚湾联合泵房海水入口电位云图

4.2确定阴极保护装置各组件功能和安装位置

根据以上采集的参数，如建筑物表面结构外形、安装物情况、钢筋混凝土电连续性和其腐蚀状态确定以下项目：

4.2.1确定阴极保护装置每个阴极保护区位置和保护区数量；

4.2.2确定阳极钛网条的尺寸、分布符合保护电流密度要求和最大阳极输出电流密度要求；

4.2.3确定阳极网床的阳极钛网条和钛导电条安装布置，确定电源装置、参比电极、测量接地、多功能腐传感器的安装数量、位置和防护电位；

4.2.4确定电缆敷设走向、电缆桥架和接线盒安装位置、阴极保护电源接驳等。根据确定的位置绘制外加电流阴极保护装置安装施工图。

4.3阴极保护装置器材准备

根据外加电流阴极保护装置安装施工图，编制各类器材需求清单并采购准备到位。

4搭制作业平台

按照施工分布图，根据现场实际情况，搭制作业平台满足现场施工要求

5阳极钛网条埋设槽口定位放线

根据施工图和各现场实际情况，定位放线阳极钛网条埋设开槽位置，用墨斗弹出开槽线。

5.1开槽和槽身短路及影响电位的混凝土查处

5.1.1开槽：阳极埋设开槽是最主要的工作之一，开槽采用小型地砖切割机先割出两条相距所需槽宽的沟线，再用小型电锤将中间的混凝土凿除，槽底不平整时电锤改换扁凿凿平，如发现钢筋清理其表面疏松腐蚀物，开槽后清洗清理干净槽身。

5.1.2槽身短路查处：阳极埋设不得有钛网条与混凝土内金属有接触短路现象；开槽结束后，严格执行短路查处程序；

检查方法：将电流万用表一端接于钢筋上另一端接于与槽身等宽深的测试软网带上，万用表发出电流沿槽身拖动软网带测量短路情况，如发现有钢筋露头、细小扎丝和有短路现象存在的所有材料，必须凿坑去除或用砂浆抹实覆盖约5mm厚度。

5.1.3影响电位的混凝土查处：对影响电流传输的孔洞、蜂窝、麻面、疏松混凝土凿除灌抹满足电位要求的混凝土或砂浆。

6参比电极、多功能腐传感器、阴极、测量接地定位安装

6.1定位：根据施工图和各现场实际情况，在考虑满足阴极保护各项要求，便于实现安装情况下，测量定位画出参比电极、阴极、测量接地、多功能腐传感器安装位置；参比电极的布置位置应具有代表意义，能反映整体保护电位情况。

6.2安装：参比电极和多功能腐蚀传感器用电锤钻孔安装，埋设前检查确认其功能的完好性。参比电极垂直于混凝土面埋设，安装时将下面的胶帽摘掉，顶部套φ15*12mm塑料管引出测量电缆后全部埋入混凝土中，埋设深度约85mm 左右，用砂浆封填并与混凝土表面压实抹平。多功能腐蚀传感器测探头顺混凝土面水平埋设，埋设深度约为75mm 左右，引出测量电缆后全部埋入，用砂浆封填并与混凝土表面压实抹平。

6.3阴极、测量接地安装前先用钢筋探测仪确定钢筋位置，在用小型电锤将混凝土凿开露出钢筋并打磨除尘露出金属面，之后用氩弧焊将其与钢筋焊接牢固并测试其电连续性，焊好后露出混凝土表面约50mm。每个阴极保护区的阴极汇流点为1？3处，以保证钢筋的电连续性；测量接地需靠近参比电极，并与阴极汇流点保持距离。

7辅助阳极安装

7.3根据现场已开槽身的实际长度切割所需长度的辅助阳极钛网条和钛导电条。

7.4阳极钛网条钻孔（开孔尽量小，直径在？3 mm 左右）通过塑料钉或膨胀胶塞固定于槽底混凝土上，间距应符合设计图的要求并保证钛网条安装的牢固性；外加电流阴极保护装置中，辅助阳极安装是关键组件部分之一，必须保证电极在极限地震震动期间及之后保持其结构的完整性，不松动脱落。

7.5采用氩弧焊将钛导电条与各阳极钛网条焊接连通构成阴极保护阳极网床，由于钛网条较薄，焊接前需先进行模拟试验，确认焊接工艺可靠方能实施，严格按照焊接指令执行，焊接电流在36 A 左右。焊接必须牢固，每个钛导电条与钛网条交叉连接处焊点不少于两点，每点不少于12mm2的焊熔金属接触，采用拖拉方式检查是否有效焊接及牢固性，并测量其电连续性。

7.6以上每安装完成一条阳极钛网条，采用电流数字万用表一线接于阴极钢筋上，另一线接钛网条上，通电测试其有无短路现象，如有立刻拆条进行清除处理直至合格。

8阳极网床各项测试

8.1阳极钛网电连续性测试：将电流数字万用表测试一线接于钛网任一点，另一线在钛网上各焊接点和任一点上通电测试，如发现不满足电连续性要求，则立刻进行检查补焊直至满足要求为止。

8.2阳极钛网与阴极钢筋短路测试：将电流数字万用表测试一线接于阴极钢筋上，另一线在钛网上各焊接点和任一点上滑移，通电测试其有无短路现象，如有则立刻查点拆条清除直至合格。主要是根据阳极与阴极之间的电阻和电位差来确定是否存在短路。

8.3阳极网床覆盖面内阴极（钢筋之间）电连续性测试：将电流数字万用表测试一线接于任一钢筋上，另一线逐个接于凿除出的钢筋上进行通电测试，如发现电连续性不能满面覆盖阳极网床，则必须增加阴极接线端以达到满面覆盖要求。测量时电阻值稳定在0？1Ω之间，亦可增加阴极数量，以保证钢筋之间的电连续性。

9阳极网槽等砂浆抹灰封填

9.1封填：完成多功能腐传感器和参比电极埋设，完成阳极网、阴极、测量接地、阴极接地、阳极接头的焊接和各类测试后，采用经测试满足电流传递要求的专用修复砂浆抹灰进行封填密实；封填前浇水湿润混凝土，分两次进行，每次必须抹压密实，面层必须抹平压光，固化至满足养护要求后浇水或采用其方式养护3天（通常为封填12小时后）。本工法实例采用Sika 612 封填。

10电源装置（含多个恒电位仪）、多功能腐蚀传感器在线监测仪、电缆桥架、接线盒、电缆、阴极保护电源等电气系统安装

10.1电源装置：根据已确定的安装位置和装置基底板模型，现场测量放线定出基础线和固定螺栓孔，用电锤钻出膨胀螺栓孔，用老虎车运至安装处，放入安装位用撬杠调整至基础线，调平调直对准螺栓孔，装入膨胀螺栓紧固到位，检查无晃动安装平直牢固后采用砂浆或密封胶封填基础底板与地面间缝隙。

10.2多功能腐蚀传感器在线监测仪：如需单独安装于电源装置外，则在电源装置相应位置安装（方法同电源装置），并通过安装的信号线将监测数据传输给电源装置。

10.3电缆桥架（包括线管）、接线盒和电缆敷设安装：

10.3.1电缆桥架、接线盒根据现场情况，确定安装位置，电缆走向以就近原則准。安装采用电锤钻孔用膨胀螺栓安装桥架或线管支座和接线盒于安装位并紧固牢固，从阴极保护体引出电缆端开始至电源装置处，逐段逐一用螺栓固定于桥架支座上，各段间同时逐段用桥架接头螺栓固定连接牢固，扣好配套盖板；线管内穿入电缆引线铁丝后直接逐段逐一卡扣于支座上。

10.3.2电缆敷设安装：

根据设计图和现场情况分别选择系统对应电缆进行分别敷设，将线盘放于转动支架上，抽出电缆头接上引线铁丝从阴极保护体引线支座端开始，穿入线管和打桥架盖板放入电缆，桥架内用塑料绑带固定扣好盖板，路径接线盒转接时按下述接线方式接线继续敷设，以此逐段逐一敷设至电源装置。

（1）电缆敷设前对所有电缆进行导通和绝缘检查；采用万用表进行电缆的导通检查，检查电缆有无损伤。采用500V 兆欧表对电缆进行绝缘检查，并填写检查记录表。

（2）阴极、阳极、测量接地电缆与焊接支座间连接：各类电缆必须先做接头，采用压线钳将线鼻子的连接管与电缆压接牢固，接头用螺栓与支座连接并用绝缘材料热烘包裹。

（3）电源装置和接线盒内电缆接驳：各类电缆入柜后按系统分区接线图，用电动或手动工具卸下对接线端子座上连接螺栓，装入电缆接头孔紧固压接于接线端子座上，并安装标牌分别标识各电缆编号；可先预制满防护材料标牌接线前套入。

（4）所有端接完毕的电缆都必须进行校线检查，已确保芯线的导通及检验安装是否与设计一致。常用以下方法进行：电话听筒校线法、万用表校线法和电池灯亮校线法。

11通电调试

核对阴极保护电源装置与外界接线正确无误后（特别是阳极和阴极严禁接反），根据现场实测电位情况接通电源，进行阴极保护各系统调试，调试至达到对钢筋进行阴极保护的电位为止。调试流程如下：

11.1召开调试工前会向调人员传达工作内容，进行风险分析，并布置好调试现场；

11.2用便携式参比电极测量被保护结构的自然电位；

11.3在阴极保护电源接线板处测量系统中固定式参比电极电位，并与便携式测量值比较；

11.4核对阴极保护电源装置与外界接线正确无误，检查电缆线是否正确（特别是阳极和阴极严禁接反）；

11.5分别在接线盒处与恒电位处记录钢筋的自自然电位，送电；

11.6调试阴极保护电源装置：先记录初始电位，手动调节，每间隔十分钟下调电流，使电位下降10mV，直至稳定在下调100 mV；

11.7将新阴极保护电源装置打到自动调节状态；

11.8自动状态电位极化稳定48小时；

11.9用便携式参比电极测量保护构件电位，并记录数据；

12小结

钢筋混凝土阴极保护技术在核电站大规模引入，成功进入系统调试阶段，运行过程中各项数据稳定，对混凝土中钢筋的腐蚀保护初见效果，有效抑制了腐蚀的发生，该示范工程为以后大规模的推广应用提供了参照。

参考文献：

{1） GB/T 28721-2012 大气环境混凝土中钢筋的阴极保护；

{2） JTJ 275-2000 海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范；

{3） JTG/T B07-01-2006 公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范；

{4） DY-1-HNT-09-GN 钢筋混凝土电连续性检测及电位云图测试；