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海上风力发电水下钢管桩牺牲阴阳极块防腐施工单位单位矿脂防腐
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海上风力发电水下钢管桩防腐海上钢管桩防腐施工技术
摘要：本文通过某大桥栈桥钢管桩基础防腐的设计和施工，主要介绍海上金属结构物常用的几种防腐措施及施工方法等。研究目的是在海洋环境中延长钢管桩的使用寿命，通过防腐涂层和牺牲阳极的防护方法，达到海上钢管桩防护的目的，在某大桥桥栈-I工程建设中所有钢管桩均采取此种防护措施，实践后的结论是：防腐涂装和牺牲阳极的防腐技术可以有效控制钢管桩的腐蚀破坏，延长海中钢管桩的使用寿命。
关键词：海上、钢管桩、防腐技术
1前言某大桥栈桥工程基础为钢管桩基础，原设计腐蚀余量2㎜。在施工初期未采取其它防腐措施，约一个月后发现此部分钢管桩出现表层腐蚀脱落现象，脱落层厚度约0.6㎜,腐蚀速度远远大于设计值。可见海水作为一种强腐蚀性的天然性电解质，对钢质构件具有强烈的腐蚀破坏性。金属在海洋环境中的腐蚀行为与其暴露条件有关，随金属所暴露的特定环境区域不同，金属抗腐蚀破坏的能力也不同。通常海洋环境分为：大气区、浪溅区、潮差区、全浸区和海泥区五个区域，其中浪溅区及全浸区是两个腐蚀最严重的区域，两区域的腐蚀速度远远大于平均腐蚀速度，容易形成局部腐蚀穿孔，对结构物的安全运行及使用寿命造成严重威胁。2 工程概况
某大桥栈-I工程位于胶州湾黄岛海域，设计荷载为公路-I级，设计使用寿命为5年；栈桥下部结构采用φmm双排及φmm单排螺旋钢管桩（总计根）基础，钢管桩作为栈桥的支承核心其强度要求十分重要，对此该工程对钢管桩增加了其它防腐措施，具体采用了牺牲阳极法、涂层保护法及预留厚度法的联合保护法。钢管桩的浪溅区以上部分不进行阴极保护，单独采用防腐涂层进行保护；潮差区和全浸区采用防腐涂层与牺牲阳极阴极保护联合保护；海泥区单独采用牺牲阳极阴极保护，不进行涂层防腐。3防腐控制的方法与措施3.1钢管桩防腐设计
3.1.1设计依据
3.1.1.1JTJ-89海港工程钢结构防腐蚀技术规定
3.1.1.2GB－铝-锌-铟系合金牺牲阳极
3.1.1.3GJB-86海港工程牺牲阳极保护设计和安装
3.1.1.4GB-87船用参比电极技术条件
3.1.1.5GB-88涂装前钢材表面锈蚀等级和防锈等级
3.1.1.6GB-92漆膜厚度测定法
3.1.2钢管桩防腐技术指标
3.1.2.1采用防腐涂层与牺牲阳极阴极保护联合防腐，有效保护年限t≥4年；3.1.2.2在有效保护年限内，阴极保护系统的保护率≥95%；
3.1.2.3在有效保护年限内，潮差区、全浸区和海泥区的保护电位始终控制在最佳保护电位范围：-0.85～-1.05V（vs.Cu/饱和CuSO4参比电极）；
3.1.2.4在有效保护年限内，钢管桩各区段无明显锈蚀，不产生蚀坑等局部腐蚀现象；
3.1.2.5防腐涂层耐盐雾、耐湿热、耐老化，附着力强，抗冲击，在有效保护年限内不发生大面积剥离。
3.2涂层法防腐
3.2.1涂料选择
根据被保护钢管桩的Q材质、青岛海洋环境腐蚀的特点、有效保护年限和环境条件等影响因素，参照相关技术标准中的规定，结合实际工程经验本工程选用具有优异的防海水和氧的渗透性、附着力好、耐冲击、使用寿命长、漆膜干燥快，可在-20℃～50℃环境中施工特点的L-J53-2铁红绿化橡胶防锈漆和L-J53-8厚浆改性绿化橡胶云铁涂料（CBI）。
3.2.2涂层配套、用量和干膜厚度
L-J53-2铁红绿化橡胶防锈底漆：2道×0.2㎏/㎡·道×1.2=0.48㎏/㎡。干膜厚度90～μm。
L-J53-8厚浆改性绿化橡胶云铁涂料面漆：2道×0.2㎏/㎡·道×1.2=0.48㎏/㎡。干膜厚度90～μm。
干膜总厚度～μm。
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3.2.3涂装工艺
3.2.3.1表面处理
表面除锈是涂装工艺的关键环节，涂装质量的好坏50%取决于表层处理效果。对此本工程中采用喷砂处理，除锈达到Sa1.5级或st2级，彻底清除掉了钢管桩表面的油污、氧化皮等污染物，效果比较理想。
3.2.3.2喷涂处理
采用高压无气喷涂方法施工。涂层外观目测检查均匀、无气泡、无裂纹无流挂等缺陷，每一道在涂装前都要对上一道进行涂层质量及厚度检查。
3.3牺牲阳极法防腐
3.3.1牺牲阳极材料的选择
根据国内外相关技术标准和规范所规定的技术要求，考虑到海水电阻率及对环境的影响等因素，本工程选用两种规格阳极对钢管桩进行防腐保护。选用的铝合金牺牲阳极规格尺寸如下:
A型：
阳极规格：×（70＋80）×80mm；
阳极重量：w1=6㎏/块；
B型：
阳极规格：×（58.5+78.5）×68㎜；
阳极重量：w2=9.5㎏/块。
3.3.2牺牲阳极发生电流量的计算
牺牲阳极发生电流按公式（1）计算：
（1）ΔE---驱动电压（V）;
R-----接水电阻（Ω）。
按公式（2）计算。
R=/（L+B+2H）
（2）---海水电阻率（Ω·㎝）；
L----牺牲阳极长度（㎝）；B----牺牲阳极宽度（㎝）；H----牺牲阳极厚度（㎝）；将有关数据代入公式（2），得出接水电阻
A型阳极：R1=0.45Ω
B型阳极：R2=0.29Ω
将接水电阻代入公式（1）计算，得出阳极的发生电流量：
A型阳极：If1=mA/块
B型阳极：If2=0mA/块
3.3.3牺牲阳极使用寿命的估算
牺牲阳极使用寿命按下列公式计算：
（3）式中：t—牺牲阳极使用寿命，年；
—每块牺牲阳极净重，㎏/块；
—牺牲阳极实际电容量，Q=Ah/㎏；
—每块牺牲阳极平均发生电流，Im=0.55A；
—牺牲阳极利用系数，取0.85。
将有关数据代入公式（3）求得：A阳极使用寿命为：
4.1年；
同样可计算出B型阳极使用寿命为：4.0年。选用的牺牲阳极均满足设计技术指标的有效保护年限的要求。
3.3.4牺牲阳极的布置
牺牲阳极的布置原则是保证钢管桩保护电位和保护电流分布均匀。根据牺牲阳极用量，结合牺牲阳极在海水中的有效保护范围，确定牺牲阳极安装标高。牺牲阳极在钢管桩上的安装标高为：泥面以上0.2m处。3.3.5钢管桩的电性连接
每组钢管桩已通过钢管平联，构成一个电性连接的保护整体。3.3.6牺牲阳极安装工艺
低潮时，泥面露出的钢管桩，将阳极直接焊接在钢管桩上。低潮时，泥面未露出的钢管桩，采用悬挂式安装，根据水深选用不同长度的扁钢或螺纹钢，扁钢或螺纹钢一端与阳极焊接成一体，另一端焊接在钢管桩上。3.3.7阴极保护系统的监测
为了确定钢管桩阴极保护系统是否达到设计要求，必须对各构件钢管桩的保护电位进行监测，需定期用便携式Cu/饱和CuSO4参比电极测量阴极保护系统保护电位的监测方法。
阴极保护系统安装完毕30天后，测量保护电位，结果应在-0.85～-1.05V（vs.Cu/饱和CuSO4参比电极）之间；若保护电位不能达到要求，应及时采取重焊、更换或增补牺牲阳极等补救措施。
3.3.8阴极保护系统的维护管理
阴极保护系统投入正常使用后，间隔半年测量一次保护电位，监测保护效果，若保护电位不能达到要求，及时分析原因，采取相应措施。
3.4预留腐蚀厚度法防腐
3.4.1预留厚度腐蚀计算
计算公式：Δδ=（t1-t0）（1-P‰）
式中:δ--在使用年限内，钢管桩的预留腐蚀厚度，㎜。
Δδ--钢管桩平均腐蚀速度值，见下表，㎜/年。
t1--钢管桩使用年限，年。
t0—涂层的有效防护年限，年。
P—阴极保护的保护率，‰，见下表
3.4.2本工程原设计预留腐蚀厚度为Δδ=2㎜。
4海洋环境中常用的几种防腐蚀方法
4.1镀层保护法：选用耐腐蚀的合金，采用金属镀层和非金属镀层保护海水中的金属材料。其作用是产生一种阻挡层，将结构材料和腐蚀溶液隔离开。
4.2涂层保护法：涂加有效的有机防腐涂层，根据环境条件施涂防锈涂层和防腐涂层，并维持防腐涂层的完整，保证其有效。
4.3阴极保护法：高导电的海水为阴极保护电流提供了低电阻通路。常用的阴极保护系统有两种，一是通过惰性阳极外加电流的阴极保护系统；二是通过电性较负的金属阳极（如锌、铝）的腐蚀电流提供阴极保护的牺牲阳极系统。
4.4预留腐蚀法：通过加大结构物规格尺寸，以牺牲此部分结构物原材料达到防腐蚀的效果。
4.5联合保护法：各种防腐方法对于不同海洋区域防腐效果也不尽相同，为此通常针对具体环境采用几种不同的方法联合防护，以保证防腐效果。
结束语：本栈桥为某跨海大桥的先导工程，目前已基本完工。实践表明，该工程中采用的联合保护法比较适用，防腐效果比较理想，可供类似工程参考借鉴。限于本人水平非常有限错误之处在所难，诚请批评指出。
参考文献：海港工程钢结构防腐蚀技术规定《JTJ-89》
铝-锌-铟系合金牺牲阳极《GB－》海港工程牺牲阳极保护设计和安装《GJB-86》船用参比电极技术条件《GB-87》涂装前钢材表面锈蚀等级和防锈等级《GB-88》漆膜厚度测定法《GB-92》