青海盐湖地区钢筋混凝土强制电流法阴极保护系统实施方案
2016-01-11 14:47:11
作者：本网整理来源：
钢筋混凝土结构是当前应用最普遍的结构形式，在我国青海的盐湖地区，经由空气、河流及土壤传播的氯化物对当地工业民用建筑结构侵蚀所造成的结构破坏广泛存在，给地方国民经济带来巨大的经济损失和危害。
盐湖地区的钢筋混凝土侵蚀过程一般是由于氯盐透过混凝土孔隙，诱发钢筋表面发生腐蚀电化学反应。针对这种自然界灾害，本文作者应用国际建筑领域较流行的阴极保护技术并结合工作经验，提出可有效控制钢筋混凝土结构腐蚀进程的强制电流法阴极保护系统以及具体实施方案。即通过外部直流电源设备给钢筋体系长期加载一定功率和密度的阴极电流，持续保证钢筋的阴极属性，利用化学原理抑制钢筋的阳极反应即锈蚀过程的阴极保护技术。
强制电流法阴极保护系统主要包括直流电源、阳极系统、阴极系统、电解质溶液、阳极电缆、阴极电缆、控制系统和检测系统等。阴极保护系统应用实施前，应查阅受损结构部位所有有用的图纸、档案和记录，确定钢筋的位置、数量、种类（ 如普通钢筋、预应力钢筋、镀锌钢筋、环氧钢筋） 和电连续性，以确保钢筋骨架能形成回路系统，观察混凝土的组成和质量情况。通过结构物外观检查和资料收集，了解结构物的缺陷的类型、产生原因和影响范围及周围的环境特征，并对需要采用阴极保护的区域的混凝土保护层进行分层检查，对缺陷部位如裂缝、蜂窝或薄弱的结构接合处进行详细记录和提前处理，避免因后期渗透水分影响阴极保护系统整体效果。
1、阴极保护系统施工
(1)凿除混凝土及钢筋处理。混凝土作为阴极保护系统中的电解质溶液将阴极保护电流从辅助阳极传递给钢筋，为了保证阴极保护电流均匀分布于整个混凝土表面，混凝土应是完好均匀的，因此所有受损的混凝土包括裂缝、层裂等都要凿除，受到氯化物污染或碳化的但未破损的混凝土不需要凿除。对于曾经修补过的混凝土部分的电阻率应该是原混凝土的 50% ~ 200% ，否则修补部分也要凿除。已暴露出的钢筋需要清除表面疏松的腐蚀产物，严重腐蚀的钢筋须更换，钢筋表面不应使用底漆、涂料和绝缘黏结剂。
(2)钢筋电连续性检查和制作。被保护构件安装阴极保护系统之前，首先必须对钢筋的电连续性进行检查，保证阴极保护时所有钢筋成为一个阴极整体，避免非电连续性引起的杂散电流造成严重的电腐蚀现象。检查方法有直流电阻法、交流电阻法和半电池电位法三种，最常用的是直流电阻法。检查之后，对混凝土有破坏处用水泥砂浆或混凝土修补至原断面。如果发现任一钢筋与其余钢筋不是电连续的，则对非电连续的钢筋采用接近于原钢筋直径或直径大于 10mm 的钢筋将其与附近的钢筋进行电弧焊接连接，不同构件之间可用截面大于10mm2 的铜芯电缆连接，两个焊接点应密封，并用双组分环氧树脂胶进行防水处理，如果被保护结构物在阴极保护区域或与其相邻的区域中包含其它的金属构件（ 排水管、支架等） ，应将其与阴极保护系统进行电连接或电绝缘。
(3)阴极电缆和监测装置的制作和安装。凿除部分混凝土使钢筋暴露，在钢筋上焊接电缆作为阴极保护系统的阴极引出线和测量钢筋电位的阴极测量线，每一个阴极保护区域至少应制作两根阴极电缆，焊接处要进行密封处理。在混凝土上钻孔安装参比电极和探头等监测装置，与监测装置相距约 0. 5m 的范围内不应有暴露的钢筋。参比电极和探头的电缆、阴极引出线和阴极测量线需要穿管引出构件。
(4)修补混凝土。对混凝土进行修补恢复至构件的原始断面，修补材料应为水泥基材料，且与阴极保护系统相容，其电阻也应在本体混凝土电阻率的 50% ～ 200% 的范围内。将要敷设辅助阳极的修补表面不应使用有机养护剂或保护膜养护。
(5)辅助阳极安装。安装辅助阳极之前，应对混凝土表面进行处理，使表面清洁、完好、无灰尘，具有合适的粗糙度和暴露的骨料，以保证混凝土和辅助阳极或覆盖层之间有良好的物理附着。辅助阳极安装在槽中时，需要对槽进行喷砂处理以保证填充料与混凝土附着良好。辅助阳极安装在洞中时，一般不需要对洞进行处理。
(6)辅助安装阳极过程中，需要检查辅助阳极与钢筋之间是否存在任何短路，辅助阳极与钢筋之间应保持适当间距，同时每一个阴极保护区域内应至少保证有两根辅助阳极电缆。
(7)电气安装。对所有的电源设备、监测系统和电缆应提供适当保护，防止损坏。电压电缆总线应进行电绝缘并且与低压直流电缆分开；在直流电供应端、任一接线盒以及它们的连接端的电缆都应用标签做唯一标识； 同时须保护电缆免受外力破坏，甚至可埋入混凝土中。
(8)检查和测试。阴极保护系统安装完毕通电之前，应对阴极保护系统和所有组成部件进行全面外观检查，以确保所有部件和电缆已正确安装，并已在适当的地方做好标记以免环境、人和动物的破坏。其次应按照质量计划对阴极系统进行相应的测量和记录，包括对所有回路的极性检查，所有回路的电连续性的检查，以及所有回路的绝缘检查，最后一项检查必须在阳极或钢筋连接之前进行，并且应当证实直流正极电缆与负极电缆之间是电绝缘的。电力供应系统的主线和变压器整流器为阴极保护系统提供低压直流电，应按照欧洲电气安全标准对其进行电气安全测试和记录。
2、阴极保护系统试运行
钢筋混凝土结构是当前应用最普遍的结构形式，在我国青海的盐湖地区，经由空气、河流及土壤传播的氯化物对当地工业民用建筑结构侵蚀所造成的结构破坏广泛存在，给地方国民经济带来巨大的经济损失和危害。
盐湖地区的钢筋混凝土侵蚀过程一般是由于氯盐透过混凝土孔隙，诱发钢筋表面发生腐蚀电化学反应。针对这种自然界灾害，本文作者应用国际建筑领域较流行的阴极保护技术并结合工作经验，提出可有效控制钢筋混凝土结构腐蚀进程的强制电流法阴极保护系统以及具体实施方案。即通过外部直流电源设备给钢筋体系长期加载一定功率和密度的阴极电流，持续保证钢筋的阴极属性，利用化学原理抑制钢筋的阳极反应即锈蚀过程的阴极保护技术。
强制电流法阴极保护系统主要包括直流电源、阳极系统、阴极系统、电解质溶液、阳极电缆、阴极电缆、控制系统和检测系统等。阴极保护系统应用实施前，应查阅受损结构部位所有有用的图纸、档案和记录，确定钢筋的位置、数量、种类（ 如普通钢筋、预应力钢筋、镀锌钢筋、环氧钢筋） 和电连续性，以确保钢筋骨架能形成回路系统，观察混凝土的组成和质量情况。通过结构物外观检查和资料收集，了解结构物的缺陷的类型、产生原因和影响范围及周围的环境特征，并对需要采用阴极保护的区域的混凝土保护层进行分层检查，对缺陷部位如裂缝、蜂窝或薄弱的结构接合处进行详细记录和提前处理，避免因后期渗透水分影响阴极保护系统整体效果。
1、阴极保护系统施工
(1)凿除混凝土及钢筋处理。混凝土作为阴极保护系统中的电解质溶液将阴极保护电流从辅助阳极传递给钢筋，为了保证阴极保护电流均匀分布于整个混凝土表面，混凝土应是完好均匀的，因此所有受损的混凝土包括裂缝、层裂等都要凿除，受到氯化物污染或碳化的但未破损的混凝土不需要凿除。对于曾经修补过的混凝土部分的电阻率应该是原混凝土的 50% ~ 200% ，否则修补部分也要凿除。已暴露出的钢筋需要清除表面疏松的腐蚀产物，严重腐蚀的钢筋须更换，钢筋表面不应使用底漆、涂料和绝缘黏结剂。
(2)钢筋电连续性检查和制作。被保护构件安装阴极保护系统之前，首先必须对钢筋的电连续性进行检查，保证阴极保护时所有钢筋成为一个阴极整体，避免非电连续性引起的杂散电流造成严重的电腐蚀现象。检查方法有直流电阻法、交流电阻法和半电池电位法三种，最常用的是直流电阻法。检查之后，对混凝土有破坏处用水泥砂浆或混凝土修补至原断面。如果发现任一钢筋与其余钢筋不是电连续的，则对非电连续的钢筋采用接近于原钢筋直径或直径大于 10mm 的钢筋将其与附近的钢筋进行电弧焊接连接，不同构件之间可用截面大于10mm2 的铜芯电缆连接，两个焊接点应密封，并用双组分环氧树脂胶进行防水处理，如果被保护结构物在阴极保护区域或与其相邻的区域中包含其它的金属构件（ 排水管、支架等） ，应将其与阴极保护系统进行电连接或电绝缘。
(3)阴极电缆和监测装置的制作和安装。凿除部分混凝土使钢筋暴露，在钢筋上焊接电缆作为阴极保护系统的阴极引出线和测量钢筋电位的阴极测量线，每一个阴极保护区域至少应制作两根阴极电缆，焊接处要进行密封处理。在混凝土上钻孔安装参比电极和探头等监测装置，与监测装置相距约 0. 5m 的范围内不应有暴露的钢筋。参比电极和探头的电缆、阴极引出线和阴极测量线需要穿管引出构件。
(4)修补混凝土。对混凝土进行修补恢复至构件的原始断面，修补材料应为水泥基材料，且与阴极保护系统相容，其电阻也应在本体混凝土电阻率的 50% ～ 200% 的范围内。将要敷设辅助阳极的修补表面不应使用有机养护剂或保护膜养护。
(5)辅助阳极安装。安装辅助阳极之前，应对混凝土表面进行处理，使表面清洁、完好、无灰尘，具有合适的粗糙度和暴露的骨料，以保证混凝土和辅助阳极或覆盖层之间有良好的物理附着。辅助阳极安装在槽中时，需要对槽进行喷砂处理以保证填充料与混凝土附着良好。辅助阳极安装在洞中时，一般不需要对洞进行处理。
(6)辅助安装阳极过程中，需要检查辅助阳极与钢筋之间是否存在任何短路，辅助阳极与钢筋之间应保持适当间距，同时每一个阴极保护区域内应至少保证有两根辅助阳极电缆。
(7)电气安装。对所有的电源设备、监测系统和电缆应提供适当保护，防止损坏。电压电缆总线应进行电绝缘并且与低压直流电缆分开；在直流电供应端、任一接线盒以及它们的连接端的电缆都应用标签做唯一标识； 同时须保护电缆免受外力破坏，甚至可埋入混凝土中。
(8)检查和测试。阴极保护系统安装完毕通电之前，应对阴极保护系统和所有组成部件进行全面外观检查，以确保所有部件和电缆已正确安装，并已在适当的地方做好标记以免环境、人和动物的破坏。其次应按照质量计划对阴极系统进行相应的测量和记录，包括对所有回路的极性检查，所有回路的电连续性的检查，以及所有回路的绝缘检查，最后一项检查必须在阳极或钢筋连接之前进行，并且应当证实直流正极电缆与负极电缆之间是电绝缘的。电力供应系统的主线和变压器整流器为阴极保护系统提供低压直流电，应按照欧洲电气安全标准对其进行电气安全测试和记录。
2、阴极保护系统试运行
前期准备工作完成后，首先对阴极保护系统通以原设计电流的10%～20% 进行初始极化。在此阶段，应测量直流电源的输出电压和输出电流，测量钢筋的极化电位，确认其向负方向移动。如果钢筋电位向正方向移动，则立即停止通电，查明原因。初期极化一段时间后，应通过以下测量项目对阴极保护系统的性能进行初期评估：⑴直流电源的输出电压和输出电流，并计算回路电阻； ⑵钢筋的极化电位（ 通电电位和瞬时断电电位） ; ⑶各个阴极保护区域的输出电压和输出电流； ⑷极化发展（ 衰减） ; ⑸其他探头的相关参数。
3、阴极保护系统记录和文件质量和测试记录。
(1)质量文件、质量计划、外观检查和测试结果都是组成此系统安装的永久记录的主要部分。
(2)安装和试运行报告。应编写关于阴极保护系统安装和试运行的报告，并且至少应包括如下各项： ①工程整体概况，工程参建方（ 业主、设计、监理、承包商、分包商） 和对设计、监理、阴极保护系统试运行负责的关键人员及各自的责任； ②关于系统安装和运行方法的说明和图纸的复印件； ③安装和试运行工作的详细描述，包性强、经久耐用的木材，厚度不小于 20mm。木材有扭曲、折裂或其他损伤时不得使用，木模板的表面应刨光，拼接要牢固，角隅处要平顺整齐不短缺。
(3)支模精度标准为： 平面位置不大于 ± 5mm（ 最大允许误差） ，高程不大于 ± 2mm（ 最大允许误差） ，直线性最大误差 ± 5mm（ 20m） 。
4、混凝土摊铺及振捣质量控制
(1)混凝土摊铺前，应对基层进行检查并湿润，对模板的支立进行检查，并准备好足够的防雨布、防晒棚和防风设施，确保必要机具正常使用。尽量采用 2 台摊铺机间隔 10m～15m 梯队摊铺方式。a. 摊铺前，洒水湿润道槽土基顶面，使上下结合紧密。b. 摊铺行进速度控制在 2.0 m /min～2.5 m /min。c. 开始摊铺 1m～2m 时，立即挂线检测摊铺面标高，及时适当调整高度传感器。摊铺机每前进 10m，检测一次摊铺面标高。d. 摊铺机后面设专人消除混合料离析现象。
(2)当混凝土采用高频排式振捣机进行振捣作业时，要预先调整好排振高度和相邻捣棒间距，中间棒间距 40cm 左右，端棒与模板间距不小于 20cm。振捣机实施全宽全厚振捣，速度控制在 0.8m /min±0.1m /min，道面板边部及端部先用 1.1kW 插入式振捣棒进行振捣，然后用 2.2kW 平板振捣器压实和初平。
(3)整形及碾压。采用轮胎压路机以Ⅰ挡（2km/h～2.5km/h） 匀速对整个摊铺好的作业面静压一遍；随后由振动压路机按试验段确定的碾压遍数进行振动压实。先一遍小振，控制激振力在 250kN 左右；后几遍采用大振，激振力控制在 330kN 左右； 最后再小振一遍。振压之后由轮胎压路机稳压两遍，第一遍Ⅰ挡慢速（1.5km/h～1.5km/h） ，第二遍Ⅲ挡快速（6km/h～7km/h） 。
(4)接缝处理。a,纵缝位置设置在每施工段或必须留的位置，且必须布置在道面混凝土面板分块位置上。纵缝接缝必须垂直相接，严禁斜面搭接。纵缝设置摊铺时，靠中央的一侧用方木或钢模板做支撑，高度与稳定土层的压实厚度相同。养护结束后，拆除支撑。支模时可在钢模与钢桩之间设置一木楔，以方便拆模，如图 1 所示。
钢桩搭建模型
b,横缝处理： 每一幅摊铺完毕后设横缝，横缝须与混凝土道面分仓缝重合，且纵、横缝必须垂直相接。同一作业时间段的横缝尽量布置在一条线上。
5、养护质量控制在混凝土终凝后，及时进行混凝土道面养护（14d 以上）。混凝土表面覆盖针刺无纺布，并对混凝土表面及时洒水保持土工布处于潮湿状态，并用砂或重物对土工布进行压紧封严。前期准备工作完成后，首先对阴极保护系统通以原设计电流的10%～20% 进行初始极化。在此阶段，应测量直流电源的输出电压和输出电流，测量钢筋的极化电位，确认其向负方向移动。如果钢筋电位向正方向移动，则立即停止通电，查明原因。初期极化一段时间后，应通过以下测量项目对阴极保护系统的性能进行初期评估：⑴直流电源的输出电压和输出电流，并计算回路电阻； ⑵钢筋的极化电位（ 通电电位和瞬时断电电位） ; ⑶各个阴极保护区域的输出电压和输出电流； ⑷极化发展（ 衰减） ; ⑸其他探头的相关参数。
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