1、钢筋混凝土外加电流阴极防护技术的原理描述及应用摘 要：混凝土中钢筋的腐蚀是一个电化学过程。因此，对于重要工程的重要部位采取电化学防护技术是用于防止钢筋腐蚀问题的最根本、最有效的措施。通过此项目的应用，解决重要工程重点部位的钢筋混凝土耐久性要求；简述外加电流阴极防护技术的设计及原理；通过远程监控技术，解决日常维护管理和长距离现场数据采集问题。 关键词：钢筋混凝土；防护技术；设计方案；应用研究 中图分类号:TU377 文献标识码：A 此技术在厦漳大桥应用的背景及意义 厦漳跨海大桥位于厦门九龙江入海口，有效地把两岸路网连接成整体，使厦门海沧区、漳州龙海市、招商局漳州开发区等沿海区形成新的经济带。厦漳
2、跨海大桥工程起于角嵩路与青兴路交点处（厦门市和漳州界线交界处）的角嵩路上，止于漳州龙海市后宅处。本项目路线全长12.181km,其中桥长度 10095.2m。其中北汊主桥采用主跨 720 米混合梁斜拉桥、南汊主桥采用 290m 预应力斜拉桥，引桥采用 30m、40m、50m、70m预应力混凝土连续梁桥；大桥的主桥跨及主桥的辅助墩为该工程项目的关键部位，是车辆通行和船舶通航的重要保证。 由于主桥墩的水位变动区及浪 溅区受到海水和空气的交替变换影 响，氯离子不断地向混凝土结构内 部渗透，形成了富含氯离子的电解 质孔隙液。当混凝土碳化和钢筋表 面氯离子超过一定浓度时，钢筋将 发生电化学腐蚀。 （如右
3、图 1 钢结构 电化学腐蚀原理） 因此对于主桥墩的钢筋混凝土防护除采用高性能混凝土外，还应采取附加防腐措施进行重点防护。 由于混凝土中钢筋的腐蚀是一个电化学过程。因此，对于重要工程的重要部位采取电化学防护技术是用于防止钢筋腐蚀问题的最根本、最有效的措施。 1、技术创新点 根据钢筋腐蚀的电化学原理，阳极反应（钢筋腐蚀）必须同时放出自由电子，阴极防护即是采取措施使被保护结构内的钢筋电位等于或低于平衡电位，不让钢筋表面任何地方再放出自由电子，就可使钢筋不能再进行阳极反应（腐蚀） 。外加电流阴极防护，以直流电源的正极接通难溶性阳极，发射保护电流；以其负极接通被保护的钢筋，而阳极与被保护的钢筋均处于连续
4、的电介质中（混凝土） ，使被保护的钢筋接触电解质的全部表面都充分而且均匀地接受自由电子，从而受到阴极防护。 外加电流阴极防护是以直流电源的正极与辅助阳极相接,负极与被保护的钢筋相接，提供保护电流。电流通过连续的混凝土介质，到达钢筋表面使钢筋发生阴极极化而受到保护。这种外加电流法优点之一是系统可通过调节控制电源的电流（或电压）使钢筋处于一定的保护电位之下。施加阴极防护时，直流电由辅助阳极流向钢筋，抵消或改变自然腐蚀电流方向，可产生如下效果： 钢筋电位向负方向偏移，发生阴极极化； 使钢筋产生氢氧根离子，提高碱性，帮 助钢筋表面生成钝化膜； 氯离子从阴极流向阳极，减少钢筋表面 氯化物含量；如右图所示
5、， （混凝土钢筋阴 极防护原理图） 。 这些特点是其他措施难以达到的。因此外加电流阴极防护技术被称为主动防腐技术，用于受氯化物污染引起钢筋腐蚀结构中钢筋的保护是一种非常有效的技术。 2、设计方案 2. 1 系统采用两种型号的参比电极：设计寿命 20 年的银/氯化银参比电极和设计寿命 100 年的钛参比电极。 每个小分区内所有正极接头、负极接头以及参比电极和参比回路接头的电缆尾线都接入该分区的中间接线箱；中间接线箱中引出的电缆最终接入 Recon 系统控制柜。 2. 2 系统的分区 CPrev 系统根据南汊和北汊航道桥不同构件的各种暴露环境、潮水变化及浪溅高度划分区域。南汊桥的 CP 系统共分为
6、 22 个主区。北汊桥的 CP 系统共分为 18 个区。 2.3 系统组成及原理描述 系统组成（右图 3） a.正极接头：Recon 系统中整流器输出的直流 电通过正极接头到达钛导电条； b.钛导电条：连接正极接头与辅助阳极钛网， 起桥梁作用； c.活性钛网带：覆盖于钢筋笼表面，均衡向钢 筋提供稳定直流电流； d.水泥条：隔离钛网带与钢筋，避免钛网带与钢 筋短路，也充当正极与负极直流电流的通道； e.负极接头：直流电经过钢筋后的流回 Recon 系统，形成回路； f.参比电极：银/氯化银参比电极与钛参比电极， 测量钢筋的真实电位； g.参比回路电极：与参比电极构成回路，与被测点的钢筋处焊接。
7、2. 4 混凝土钢结构阴极防护标准 混凝土钢结构阴极防护标准应符合 EN 12696-2000 中条款 8.6。内容如下： 对于任何暴露于大气中的结构，任何代表性的点应满足下述 a 到 c的其中一条。 a. 对于 Ag/AgCI/0.5MKCI 参比电极，瞬间断电电位（在把直流电回路的开关断开后，在 0.1 秒和 1 秒之间测量） ，低于-720mV。 b. 24 小时后，电位衰减大于 100mV。 c. 在超过 24 小时或者更长时间的连续衰减以及使用参比电极（不是电位衰减感应器）条件下，电位衰减大于 150mV。 这个标准说明钢筋的适合的极化将使得混凝土中的保护钢筋所处的环境得以保持和再建
8、立。混凝土中的钢筋适宜慢极化，因此这个过程需要充足的时间。 3、此工程中的关键技术介绍 本工程的关键技术为 RECON 控制系统。钛金属网阳极和钢筋阴极电导线以及测量钢筋实际电位的参比电极的正负回路的导线从防护系统中AD 模块中引出，通过 AD 模块的测量数据，传输到 RECON 控制系统，从而提供监控数据。 RECON 控制系统一方面作为供电装置，把外部引入的交流电通过整流器转化为低压直流电，为阴极防护系统的钛金属和钢筋阳极提供稳定电源；另一方面安装有控制模块，通过 AD 模块采集参比电极测量的钢筋实际电位数据，C 模块判断是否达到预设的保护电位值，DA 模块控制整流自动增加或减少电流的输出
9、，直到钢筋实际电位达到预设的保护电位。REOCN 控制系统具有自我的 PID 调节能力。RECON 控制系统包括： AD 控制模块（电信号转化为数字信号模块） ，该模块采集参比电极反馈的钢筋实际电位数据，并把电信号转化为数字信号后传输到控制模块（C 模块） 。 C 模块相当于一个小型的 CPU,能把从 AD 模块采集参比电极反馈的钢筋实际电位数据，进行分析判断钢筋目前的电位否达到保护电位，从而向 DA 模块发出数字控制信号（增加或减少保护电流的输出） ； DA 模块（数字信号转化为电信号模块） ，该模块把 C 模块的发出的控制信号数字指令转化为电信号指令，传输到整流器装置，通过整流器实施增加或
10、减少保护电流输出的控制； 微型处理器（PC 机） ，配有上网装置和软盘存储器；主要是数据处理，是 C 模块与外面网络连接的桥梁相当于小型的服务器，当 C 模块的数据存储超过一定值时，C 模块的数据就会向 PC 机里传输数据，从而使C 模块能有足够的存储空间，使 Recon 实现时实监控并有强大的存储数据功能，从而为以后分析解决系统问题提供有效的数据； 电源装置，即变压整流器，外部交流市电通过变压整流器进行交直变压，能提供最大为 15V/10A的稳定 DC 直流电。 4、 该技术在工程实践中的应用情况 在国外有大量工程采用本项目的核心技术RECON 远程监控外加电流阴极防护系统外，最近几年，国内
11、也有很多重点工程采用了该技术。主要工程如下： 杭州湾跨海大桥南、北航道桥主塔外加电流阴极防护。 深圳海洋世界生物娱乐馆混凝土维修工程外加电流阴极防护。 威海长会口大桥主墩的外加电流阴极防护。 温福铁路白马河特大桥，桥墩钢筋混凝土外加电流阴极防护。 以上项目中，杭州湾跨海大桥的阴极防护系统于 2008 年 4 月投入使用，运行情况良好；深圳海洋世界系统于 2007 年 11 月开始运行，保护情况良好，彻底解决了海洋世界原来存在的严重腐蚀问题。威海长会口大桥系统于 2009 年 10 月开始运行，至今运行良好，效果明显。 引用文献 阴极防护工程手册 （化学工业出版社）.胡士信 European StandardEN
