1. 工程概況
美國佛羅里達州迪斯尼Epcot中心的海生物水族池是由鋼筋混凝土建成的。容積21600m3,主池直徑61m,水深9m。外側附設有通氣塔。循環水經過濾和臭氧化后返回主池。水是連續循環的,大約每3h全部換水一次。水池壁厚0.91m,內外各有一層鋼筋,盡管采用了高質量的水泥,覆蓋鋼筋的混凝土設計厚度達7.6cm,建成僅兩年在主池的海水側就出現了銹斑。
2. 腐蝕原因
究其原因是有些部位的混凝土覆蓋層未達到設計厚度,而氯化物的滲透超過了大約16kg/m3而引發腐蝕,更重要的原因是存在著氧濃差電池。由于通氣塔不斷通空氣,于是其中的氧濃度高于主池,一般要超出0.1-0.4ppm。臭氧化處理又使通氣塔的水有較高的氧還原電位。主池中氧還原電位的典型值為-0.34V(相對于Ag/AgCI參比電極,下同),而通氣塔中為+0.63V。這兩個原因構成了以主池為陽極、通氣塔為陰極的氧濃差電池。由此可見,水族池的腐蝕,除了與水泥質量、鋼筋的混凝土覆蓋層、混凝土開裂和雜散電流等多種因素有關外,還與水循環和水處理的影響直接有關。
3. 犧牲陽極法陰極保護設計
1992年夏,Epcot中心的水族池采用了鎂合金犧牲陽極的陰極保護系統,以保護主池的壁和基礎以及通氣塔。
主池的鋼筋未經涂裝,整體的電連續性良好,保護總面積1751m2,保護電流密度為23mA/m2 ,需要保護電流39.8A,劃分為4個區域實施保護,共使用24支14.5kg的鎂陽極,沿池壁四周布置,間隔7.6m,水深5.2m,預計壽命20個月。
通氣塔面積349m2,保護電流密度不到10mA/m2,需要保護電流3.3A,使用2支21.7kg的鎂陽極,預計壽命25個月。
該系統采用了RISC方法,它用特殊的傳感器測量水中混凝土表面的電流大小和方向,從而可以對系統做細調,這樣可以減小對海生物行為的影響,降低保護電流的消耗。起初設計的保護電位為-0.9V,實際運行時電位維持在-0.6V,因為此時已足以使原來的陽極區成為陰極區。利用0. 55Ω和1. 0Ω的可變電阻組成的控制盒,調節陽極電流輸出,以優化該保護系統的工作狀態。每隔15min由自動記錄裝置記下陽極電流輸出、主池和通氣塔的電位等,數據存儲到硬盤上供檢索。
4. 結論
(1)水族池采用陰極保護,可以有效降低鋼筋混凝土結構與不銹鋼等金屬構件的腐蝕;是一種安全、有效、經濟、實用的防腐蝕措施;
(2)犧牲陽極材料的選擇,最為理想是鋁陽極,再是鎂陽極;
(3)強制電流法陰極保護系統在陽極上析出氯氣,過量的氯氣和金屬離子可能會對海生物帶來影響;
(4)水族池無論是采用犧牲陽極法還是強制電流法陰極保護,都要盡力減小陰極保護電流,以減輕電位梯度對海生物的影響;
(5)水族池陰極保護設計與一般環境的陰極保護設計有所不同,在遵循陰極保護的一般基本原則以外,還要考慮其特殊性。
美國佛羅里達州迪斯尼Epcot中心的海生物水族池是由鋼筋混凝土建成的。容積21600m3,主池直徑61m,水深9m。外側附設有通氣塔。循環水經過濾和臭氧化后返回主池。水是連續循環的,大約每3h全部換水一次。水池壁厚0.91m,內外各有一層鋼筋,盡管采用了高質量的水泥,覆蓋鋼筋的混凝土設計厚度達7.6cm,建成僅兩年在主池的海水側就出現了銹斑。
2. 腐蝕原因
究其原因是有些部位的混凝土覆蓋層未達到設計厚度,而氯化物的滲透超過了大約16kg/m3而引發腐蝕,更重要的原因是存在著氧濃差電池。由于通氣塔不斷通空氣,于是其中的氧濃度高于主池,一般要超出0.1-0.4ppm。臭氧化處理又使通氣塔的水有較高的氧還原電位。主池中氧還原電位的典型值為-0.34V(相對于Ag/AgCI參比電極,下同),而通氣塔中為+0.63V。這兩個原因構成了以主池為陽極、通氣塔為陰極的氧濃差電池。由此可見,水族池的腐蝕,除了與水泥質量、鋼筋的混凝土覆蓋層、混凝土開裂和雜散電流等多種因素有關外,還與水循環和水處理的影響直接有關。
3. 犧牲陽極法陰極保護設計
1992年夏,Epcot中心的水族池采用了鎂合金犧牲陽極的陰極保護系統,以保護主池的壁和基礎以及通氣塔。
主池的鋼筋未經涂裝,整體的電連續性良好,保護總面積1751m2,保護電流密度為23mA/m2 ,需要保護電流39.8A,劃分為4個區域實施保護,共使用24支14.5kg的鎂陽極,沿池壁四周布置,間隔7.6m,水深5.2m,預計壽命20個月。
通氣塔面積349m2,保護電流密度不到10mA/m2,需要保護電流3.3A,使用2支21.7kg的鎂陽極,預計壽命25個月。
該系統采用了RISC方法,它用特殊的傳感器測量水中混凝土表面的電流大小和方向,從而可以對系統做細調,這樣可以減小對海生物行為的影響,降低保護電流的消耗。起初設計的保護電位為-0.9V,實際運行時電位維持在-0.6V,因為此時已足以使原來的陽極區成為陰極區。利用0. 55Ω和1. 0Ω的可變電阻組成的控制盒,調節陽極電流輸出,以優化該保護系統的工作狀態。每隔15min由自動記錄裝置記下陽極電流輸出、主池和通氣塔的電位等,數據存儲到硬盤上供檢索。
4. 結論
(1)水族池采用陰極保護,可以有效降低鋼筋混凝土結構與不銹鋼等金屬構件的腐蝕;是一種安全、有效、經濟、實用的防腐蝕措施;
(2)犧牲陽極材料的選擇,最為理想是鋁陽極,再是鎂陽極;
(3)強制電流法陰極保護系統在陽極上析出氯氣,過量的氯氣和金屬離子可能會對海生物帶來影響;
(4)水族池無論是采用犧牲陽極法還是強制電流法陰極保護,都要盡力減小陰極保護電流,以減輕電位梯度對海生物的影響;
(5)水族池陰極保護設計與一般環境的陰極保護設計有所不同,在遵循陰極保護的一般基本原則以外,還要考慮其特殊性。
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