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青海鹽湖地區鋼筋混凝土強制電流法陰極保護系統實施方案

2016-01-11 14:47:11 作者：本網整理來源：

鋼筋混凝土結構是當前應用最普遍的結構形式，在我國青海的鹽湖地區，經由空氣、河流及土壤傳播的氯化物對當地工業民用建筑結構侵蝕所造成的結構破壞廣泛存在，給地方國民經濟帶來巨大的經濟損失和危害。

　鹽湖地區的鋼筋混凝土侵蝕過程一般是由于氯鹽透過混凝土孔隙，誘發鋼筋表面發生腐蝕電化學反應。針對這種自然界災害，本文作者應用國際建筑領域較流行的陰極保護技術并結合工作經驗，提出可有效控制鋼筋混凝土結構腐蝕進程的強制電流法陰極保護系統以及具體實施方案。即通過外部直流電源設備給鋼筋體系長期加載一定功率和密度的陰極電流，持續保證鋼筋的陰極屬性，利用化學原理抑制鋼筋的陽極反應即銹蝕過程的陰極保護技術。

　強制電流法陰極保護系統主要包括直流電源、陽極系統、陰極系統、電解質溶液、陽極電纜、陰極電纜、控制系統和檢測系統等。陰極保護系統應用實施前，應查閱受損結構部位所有有用的圖紙、檔案和記錄，確定鋼筋的位置、數量、種類（如普通鋼筋、預應力鋼筋、鍍鋅鋼筋、環氧鋼筋）和電連續性，以確保鋼筋骨架能形成回路系統，觀察混凝土的組成和質量情況。通過結構物外觀檢查和資料收集，了解結構物的缺陷的類型、產生原因和影響范圍及周圍的環境特征，并對需要采用陰極保護的區域的混凝土保護層進行分層檢查，對缺陷部位如裂縫、蜂窩或薄弱的結構接合處進行詳細記錄和提前處理，避免因后期滲透水分影響陰極保護系統整體效果。

　1、陰極保護系統施工

　(1)鑿除混凝土及鋼筋處理。混凝土作為陰極保護系統中的電解質溶液將陰極保護電流從輔助陽極傳遞給鋼筋，為了保證陰極保護電流均勻分布于整個混凝土表面，混凝土應是完好均勻的，因此所有受損的混凝土包括裂縫、層裂等都要鑿除，受到氯化物污染或碳化的但未破損的混凝土不需要鑿除。對于曾經修補過的混凝土部分的電阻率應該是原混凝土的 50% ~ 200% ，否則修補部分也要鑿除。已暴露出的鋼筋需要清除表面疏松的腐蝕產物，嚴重腐蝕的鋼筋須更換，鋼筋表面不應使用底漆、涂料和絕緣黏結劑。

　(2)鋼筋電連續性檢查和制作。被保護構件安裝陰極保護系統之前，首先必須對鋼筋的電連續性進行檢查，保證陰極保護時所有鋼筋成為一個陰極整體，避免非電連續性引起的雜散電流造成嚴重的電腐蝕現象。檢查方法有直流電阻法、交流電阻法和半電池電位法三種，最常用的是直流電阻法。檢查之后，對混凝土有破壞處用水泥砂漿或混凝土修補至原斷面。如果發現任一鋼筋與其余鋼筋不是電連續的，則對非電連續的鋼筋采用接近于原鋼筋直徑或直徑大于 10mm 的鋼筋將其與附近的鋼筋進行電弧焊接連接，不同構件之間可用截面大于10mm2 的銅芯電纜連接，兩個焊接點應密封，并用雙組分環氧樹脂膠進行防水處理，如果被保護結構物在陰極保護區域或與其相鄰的區域中包含其它的金屬構件（排水管、支架等），應將其與陰極保護系統進行電連接或電絕緣。

　(3)陰極電纜和監測裝置的制作和安裝。鑿除部分混凝土使鋼筋暴露，在鋼筋上焊接電纜作為陰極保護系統的陰極引出線和測量鋼筋電位的陰極測量線，每一個陰極保護區域至少應制作兩根陰極電纜，焊接處要進行密封處理。在混凝土上鉆孔安裝參比電極和探頭等監測裝置，與監測裝置相距約 0. 5m 的范圍內不應有暴露的鋼筋。參比電極和探頭的電纜、陰極引出線和陰極測量線需要穿管引出構件。

　(4)修補混凝土。對混凝土進行修補恢復至構件的原始斷面，修補材料應為水泥基材料，且與陰極保護系統相容，其電阻也應在本體混凝土電阻率的 50% ～ 200% 的范圍內。將要敷設輔助陽極的修補表面不應使用有機養護劑或保護膜養護。

　(5)輔助陽極安裝。安裝輔助陽極之前，應對混凝土表面進行處理，使表面清潔、完好、無灰塵，具有合適的粗糙度和暴露的骨料，以保證混凝土和輔助陽極或覆蓋層之間有良好的物理附著。輔助陽極安裝在槽中時，需要對槽進行噴砂處理以保證填充料與混凝土附著良好。輔助陽極安裝在洞中時，一般不需要對洞進行處理。

　(6)輔助安裝陽極過程中，需要檢查輔助陽極與鋼筋之間是否存在任何短路，輔助陽極與鋼筋之間應保持適當間距，同時每一個陰極保護區域內應至少保證有兩根輔助陽極電纜。

　(7)電氣安裝。對所有的電源設備、監測系統和電纜應提供適當保護，防止損壞。電壓電纜總線應進行電絕緣并且與低壓直流電纜分開；在直流電供應端、任一接線盒以及它們的連接端的電纜都應用標簽做唯一標識；同時須保護電纜免受外力破壞，甚至可埋入混凝土中。

　(8)檢查和測試。陰極保護系統安裝完畢通電之前，應對陰極保護系統和所有組成部件進行全面外觀檢查，以確保所有部件和電纜已正確安裝，并已在適當的地方做好標記以免環境、人和動物的破壞。其次應按照質量計劃對陰極系統進行相應的測量和記錄，包括對所有回路的極性檢查，所有回路的電連續性的檢查，以及所有回路的絕緣檢查，最后一項檢查必須在陽極或鋼筋連接之前進行，并且應當證實直流正極電纜與負極電纜之間是電絕緣的。電力供應系統的主線和變壓器整流器為陰極保護系統提供低壓直流電，應按照歐洲電氣安全標準對其進行電氣安全測試和記錄。

　2、陰極保護系統試運行

　1、陰極保護系統施工

　2、陰極保護系統試運行

前期準備工作完成后，首先對陰極保護系統通以原設計電流的10%～20% 進行初始極化。在此階段，應測量直流電源的輸出電壓和輸出電流，測量鋼筋的極化電位，確認其向負方向移動。如果鋼筋電位向正方向移動，則立即停止通電，查明原因。初期極化一段時間后，應通過以下測量項目對陰極保護系統的性能進行初期評估：⑴直流電源的輸出電壓和輸出電流，并計算回路電阻； ⑵鋼筋的極化電位（通電電位和瞬時斷電電位） ; ⑶各個陰極保護區域的輸出電壓和輸出電流； ⑷極化發展（衰減） ; ⑸其他探頭的相關參數。

　3、陰極保護系統記錄和文件質量和測試記錄。

　(1)質量文件、質量計劃、外觀檢查和測試結果都是組成此系統安裝的永久記錄的主要部分。

　(2)安裝和試運行報告。應編寫關于陰極保護系統安裝和試運行的報告，并且至少應包括如下各項： ①工程整體概況，工程參建方（業主、設計、監理、承包商、分包商）和對設計、監理、陰極保護系統試運行負責的關鍵人員及各自的責任； ②關于系統安裝和運行方法的說明和圖紙的復印件； ③安裝和試運行工作的詳細描述，包性強、經久耐用的木材，厚度不小于 20mm。木材有扭曲、折裂或其他損傷時不得使用，木模板的表面應刨光，拼接要牢固，角隅處要平順整齊不短缺。

　(3)支模精度標準為：平面位置不大于 ± 5mm（最大允許誤差），高程不大于 ± 2mm（最大允許誤差），直線性最大誤差 ± 5mm（ 20m）。

　4、混凝土攤鋪及振搗質量控制

　(1)混凝土攤鋪前，應對基層進行檢查并濕潤，對模板的支立進行檢查，并準備好足夠的防雨布、防曬棚和防風設施，確保必要機具正常使用。盡量采用 2 臺攤鋪機間隔 10m～15m 梯隊攤鋪方式。a. 攤鋪前，灑水濕潤道槽土基頂面，使上下結合緊密。b. 攤鋪行進速度控制在 2.0 m /min～2.5 m /min。c. 開始攤鋪 1m～2m 時，立即掛線檢測攤鋪面標高，及時適當調整高度傳感器。攤鋪機每前進 10m，檢測一次攤鋪面標高。d. 攤鋪機后面設專人消除混合料離析現象。

　(2)當混凝土采用高頻排式振搗機進行振搗作業時，要預先調整好排振高度和相鄰搗棒間距，中間棒間距 40cm 左右，端棒與模板間距不小于 20cm。振搗機實施全寬全厚振搗，速度控制在 0.8m /min±0.1m /min，道面板邊部及端部先用 1.1kW 插入式振搗棒進行振搗，然后用 2.2kW 平板振搗器壓實和初平。

　(3)整形及碾壓。采用輪胎壓路機以Ⅰ擋（2km/h～2.5km/h）勻速對整個攤鋪好的作業面靜壓一遍；隨后由振動壓路機按試驗段確定的碾壓遍數進行振動壓實。先一遍小振，控制激振力在 250kN 左右；后幾遍采用大振，激振力控制在 330kN 左右；最后再小振一遍。振壓之后由輪胎壓路機穩壓兩遍，第一遍Ⅰ擋慢速（1.5km/h～1.5km/h），第二遍Ⅲ擋快速（6km/h～7km/h）。

　(4)接縫處理。a,縱縫位置設置在每施工段或必須留的位置，且必須布置在道面混凝土面板分塊位置上。縱縫接縫必須垂直相接，嚴禁斜面搭接。縱縫設置攤鋪時，靠中央的一側用方木或鋼模板做支撐，高度與穩定土層的壓實厚度相同。養護結束后，拆除支撐。支模時可在鋼模與鋼樁之間設置一木楔，以方便拆模，如圖 1 所示。

鋼樁搭建模型

　b,橫縫處理：每一幅攤鋪完畢后設橫縫，橫縫須與混凝土道面分倉縫重合，且縱、橫縫必須垂直相接。同一作業時間段的橫縫盡量布置在一條線上。

　5、養護質量控制在混凝土終凝后，及時進行混凝土道面養護（14d 以上）。混凝土表面覆蓋針刺無紡布，并對混凝土表面及時灑水保持土工布處于潮濕狀態，并用砂或重物對土工布進行壓緊封嚴。前期準備工作完成后，首先對陰極保護系統通以原設計電流的10%～20% 進行初始極化。在此階段，應測量直流電源的輸出電壓和輸出電流，測量鋼筋的極化電位，確認其向負方向移動。如果鋼筋電位向正方向移動，則立即停止通電，查明原因。初期極化一段時間后，應通過以下測量項目對陰極保護系統的性能進行初期評估：⑴直流電源的輸出電壓和輸出電流，并計算回路電阻； ⑵鋼筋的極化電位（通電電位和瞬時斷電電位） ; ⑶各個陰極保護區域的輸出電壓和輸出電流； ⑷極化發展（衰減） ; ⑸其他探頭的相關參數。

責任編輯：周婭

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