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青海鹽湖地區(qū)鋼筋混凝土強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)系統(tǒng)實(shí)施方案

2016-01-11 14:47:11 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是當(dāng)前應(yīng)用最普遍的結(jié)構(gòu)形式，在我國(guó)青海的鹽湖地區(qū)，經(jīng)由空氣、河流及土壤傳播的氯化物對(duì)當(dāng)?shù)毓I(yè)民用建筑結(jié)構(gòu)侵蝕所造成的結(jié)構(gòu)破壞廣泛存在，給地方國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和危害。

　鹽湖地區(qū)的鋼筋混凝土侵蝕過(guò)程一般是由于氯鹽透過(guò)混凝土孔隙，誘發(fā)鋼筋表面發(fā)生腐蝕電化學(xué)反應(yīng)。針對(duì)這種自然界災(zāi)害，本文作者應(yīng)用國(guó)際建筑領(lǐng)域較流行的陰極保護(hù)技術(shù)并結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，提出可有效控制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕進(jìn)程的強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)系統(tǒng)以及具體實(shí)施方案。即通過(guò)外部直流電源設(shè)備給鋼筋體系長(zhǎng)期加載一定功率和密度的陰極電流，持續(xù)保證鋼筋的陰極屬性，利用化學(xué)原理抑制鋼筋的陽(yáng)極反應(yīng)即銹蝕過(guò)程的陰極保護(hù)技術(shù)。

　強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)系統(tǒng)主要包括直流電源、陽(yáng)極系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)、電解質(zhì)溶液、陽(yáng)極電纜、陰極電纜、控制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)等。陰極保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)施前，應(yīng)查閱受損結(jié)構(gòu)部位所有有用的圖紙、檔案和記錄，確定鋼筋的位置、數(shù)量、種類（如普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋、鍍鋅鋼筋、環(huán)氧鋼筋）和電連續(xù)性，以確保鋼筋骨架能形成回路系統(tǒng)，觀察混凝土的組成和質(zhì)量情況。通過(guò)結(jié)構(gòu)物外觀檢查和資料收集，了解結(jié)構(gòu)物的缺陷的類型、產(chǎn)生原因和影響范圍及周圍的環(huán)境特征，并對(duì)需要采用陰極保護(hù)的區(qū)域的混凝土保護(hù)層進(jìn)行分層檢查，對(duì)缺陷部位如裂縫、蜂窩或薄弱的結(jié)構(gòu)接合處進(jìn)行詳細(xì)記錄和提前處理，避免因后期滲透水分影響陰極保護(hù)系統(tǒng)整體效果。

　1、陰極保護(hù)系統(tǒng)施工

　(1)鑿除混凝土及鋼筋處理。混凝土作為陰極保護(hù)系統(tǒng)中的電解質(zhì)溶液將陰極保護(hù)電流從輔助陽(yáng)極傳遞給鋼筋，為了保證陰極保護(hù)電流均勻分布于整個(gè)混凝土表面，混凝土應(yīng)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(duì)于曾經(jīng)修補(bǔ)過(guò)的混凝土部分的電阻率應(yīng)該是原混凝土的 50% ~ 200% ，否則修補(bǔ)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(chǎn)物，嚴(yán)重腐蝕的鋼筋須更換，鋼筋表面不應(yīng)使用底漆、涂料和絕緣黏結(jié)劑。

　(2)鋼筋電連續(xù)性檢查和制作。被保護(hù)構(gòu)件安裝陰極保護(hù)系統(tǒng)之前，首先必須對(duì)鋼筋的電連續(xù)性進(jìn)行檢查，保證陰極保護(hù)時(shí)所有鋼筋成為一個(gè)陰極整體，避免非電連續(xù)性引起的雜散電流造成嚴(yán)重的電腐蝕現(xiàn)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(duì)混凝土有破壞處用水泥砂漿或混凝土修補(bǔ)至原斷面。如果發(fā)現(xiàn)任一鋼筋與其余鋼筋不是電連續(xù)的，則對(duì)非電連續(xù)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(jìn)行電弧焊接連接，不同構(gòu)件之間可用截面大于10mm2 的銅芯電纜連接，兩個(gè)焊接點(diǎn)應(yīng)密封，并用雙組分環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行防水處理，如果被保護(hù)結(jié)構(gòu)物在陰極保護(hù)區(qū)域或與其相鄰的區(qū)域中包含其它的金屬構(gòu)件（排水管、支架等），應(yīng)將其與陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行電連接或電絕緣。

　(3)陰極電纜和監(jiān)測(cè)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(hù)系統(tǒng)的陰極引出線和測(cè)量鋼筋電位的陰極測(cè)量線，每一個(gè)陰極保護(hù)區(qū)域至少應(yīng)制作兩根陰極電纜，焊接處要進(jìn)行密封處理。在混凝土上鉆孔安裝參比電極和探頭等監(jiān)測(cè)裝置，與監(jiān)測(cè)裝置相距約 0. 5m 的范圍內(nèi)不應(yīng)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(cè)量線需要穿管引出構(gòu)件。

　(4)修補(bǔ)混凝土。對(duì)混凝土進(jìn)行修補(bǔ)恢復(fù)至構(gòu)件的原始斷面，修補(bǔ)材料應(yīng)為水泥基材料，且與陰極保護(hù)系統(tǒng)相容，其電阻也應(yīng)在本體混凝土電阻率的 50% ～ 200% 的范圍內(nèi)。將要敷設(shè)輔助陽(yáng)極的修補(bǔ)表面不應(yīng)使用有機(jī)養(yǎng)護(hù)劑或保護(hù)膜養(yǎng)護(hù)。

　(5)輔助陽(yáng)極安裝。安裝輔助陽(yáng)極之前，應(yīng)對(duì)混凝土表面進(jìn)行處理，使表面清潔、完好、無(wú)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(yáng)極或覆蓋層之間有良好的物理附著。輔助陽(yáng)極安裝在槽中時(shí)，需要對(duì)槽進(jìn)行噴砂處理以保證填充料與混凝土附著良好。輔助陽(yáng)極安裝在洞中時(shí)，一般不需要對(duì)洞進(jìn)行處理。

　(6)輔助安裝陽(yáng)極過(guò)程中，需要檢查輔助陽(yáng)極與鋼筋之間是否存在任何短路，輔助陽(yáng)極與鋼筋之間應(yīng)保持適當(dāng)間距，同時(shí)每一個(gè)陰極保護(hù)區(qū)域內(nèi)應(yīng)至少保證有兩根輔助陽(yáng)極電纜。

　(7)電氣安裝。對(duì)所有的電源設(shè)備、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和電纜應(yīng)提供適當(dāng)保護(hù)，防止損壞。電壓電纜總線應(yīng)進(jìn)行電絕緣并且與低壓直流電纜分開；在直流電供應(yīng)端、任一接線盒以及它們的連接端的電纜都應(yīng)用標(biāo)簽做唯一標(biāo)識(shí)；同時(shí)須保護(hù)電纜免受外力破壞，甚至可埋入混凝土中。

　(8)檢查和測(cè)試。陰極保護(hù)系統(tǒng)安裝完畢通電之前，應(yīng)對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)和所有組成部件進(jìn)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(dāng)?shù)牡胤阶龊脴?biāo)記以免環(huán)境、人和動(dòng)物的破壞。其次應(yīng)按照質(zhì)量計(jì)劃對(duì)陰極系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量和記錄，包括對(duì)所有回路的極性檢查，所有回路的電連續(xù)性的檢查，以及所有回路的絕緣檢查，最后一項(xiàng)檢查必須在陽(yáng)極或鋼筋連接之前進(jìn)行，并且應(yīng)當(dāng)證實(shí)直流正極電纜與負(fù)極電纜之間是電絕緣的。電力供應(yīng)系統(tǒng)的主線和變壓器整流器為陰極保護(hù)系統(tǒng)提供低壓直流電，應(yīng)按照歐洲電氣安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行電氣安全測(cè)試和記錄。

　2、陰極保護(hù)系統(tǒng)試運(yùn)行

　1、陰極保護(hù)系統(tǒng)施工

　2、陰極保護(hù)系統(tǒng)試運(yùn)行

前期準(zhǔn)備工作完成后，首先對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)通以原設(shè)計(jì)電流的10%～20% 進(jìn)行初始極化。在此階段，應(yīng)測(cè)量直流電源的輸出電壓和輸出電流，測(cè)量鋼筋的極化電位，確認(rèn)其向負(fù)方向移動(dòng)。如果鋼筋電位向正方向移動(dòng)，則立即停止通電，查明原因。初期極化一段時(shí)間后，應(yīng)通過(guò)以下測(cè)量項(xiàng)目對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的性能進(jìn)行初期評(píng)估：⑴直流電源的輸出電壓和輸出電流，并計(jì)算回路電阻； ⑵鋼筋的極化電位（通電電位和瞬時(shí)斷電電位） ; ⑶各個(gè)陰極保護(hù)區(qū)域的輸出電壓和輸出電流； ⑷極化發(fā)展（衰減） ; ⑸其他探頭的相關(guān)參數(shù)。

　3、陰極保護(hù)系統(tǒng)記錄和文件質(zhì)量和測(cè)試記錄。

　(1)質(zhì)量文件、質(zhì)量計(jì)劃、外觀檢查和測(cè)試結(jié)果都是組成此系統(tǒng)安裝的永久記錄的主要部分。

　(2)安裝和試運(yùn)行報(bào)告。應(yīng)編寫關(guān)于陰極保護(hù)系統(tǒng)安裝和試運(yùn)行的報(bào)告，并且至少應(yīng)包括如下各項(xiàng)： ①工程整體概況，工程參建方（業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、承包商、分包商）和對(duì)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、陰極保護(hù)系統(tǒng)試運(yùn)行負(fù)責(zé)的關(guān)鍵人員及各自的責(zé)任； ②關(guān)于系統(tǒng)安裝和運(yùn)行方法的說(shuō)明和圖紙的復(fù)印件； ③安裝和試運(yùn)行工作的詳細(xì)描述，包性強(qiáng)、經(jīng)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(shí)不得使用，木模板的表面應(yīng)刨光，拼接要牢固，角隅處要平順整齊不短缺。

　(3)支模精度標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量控制

　(1)混凝土攤鋪前，應(yīng)對(duì)基層進(jìn)行檢查并濕潤(rùn)，對(duì)模板的支立進(jìn)行檢查，并準(zhǔn)備好足夠的防雨布、防曬棚和防風(fēng)設(shè)施，確保必要機(jī)具正常使用。盡量采用 2 臺(tái)攤鋪機(jī)間隔 10m～15m 梯隊(duì)攤鋪方式。a. 攤鋪前，灑水濕潤(rùn)道槽土基頂面，使上下結(jié)合緊密。b. 攤鋪行進(jìn)速度控制在 2.0 m /min～2.5 m /min。c. 開始攤鋪 1m～2m 時(shí)，立即掛線檢測(cè)攤鋪面標(biāo)高，及時(shí)適當(dāng)調(diào)整高度傳感器。攤鋪機(jī)每前進(jìn) 10m，檢測(cè)一次攤鋪面標(biāo)高。d. 攤鋪機(jī)后面設(shè)專人消除混合料離析現(xiàn)象。

　(2)當(dāng)混凝土采用高頻排式振搗機(jī)進(jìn)行振搗作業(yè)時(shí)，要預(yù)先調(diào)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(jī)實(shí)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(jìn)行振搗，然后用 2.2kW 平板振搗器壓實(shí)和初平。

　(3)整形及碾壓。采用輪胎壓路機(jī)以Ⅰ擋（2km/h～2.5km/h）勻速對(duì)整個(gè)攤鋪好的作業(yè)面靜壓一遍；隨后由振動(dòng)壓路機(jī)按試驗(yàn)段確定的碾壓遍數(shù)進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)。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(jī)穩(wěn)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(shè)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(yán)禁斜面搭接。縱縫設(shè)置攤鋪時(shí)，靠中央的一側(cè)用方木或鋼模板做支撐，高度與穩(wěn)定土層的壓實(shí)厚度相同。養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，拆除支撐。支模時(shí)可在鋼模與鋼樁之間設(shè)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(shè)橫縫，橫縫須與混凝土道面分倉(cāng)縫重合，且縱、橫縫必須垂直相接。同一作業(yè)時(shí)間段的橫縫盡量布置在一條線上。

　5、養(yǎng)護(hù)質(zhì)量控制在混凝土終凝后，及時(shí)進(jìn)行混凝土道面養(yǎng)護(hù)（14d 以上）。混凝土表面覆蓋針刺無(wú)紡布，并對(duì)混凝土表面及時(shí)灑水保持土工布處于潮濕狀態(tài)，并用砂或重物對(duì)土工布進(jìn)行壓緊封嚴(yán)。前期準(zhǔn)備工作完成后，首先對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)通以原設(shè)計(jì)電流的10%～20% 進(jìn)行初始極化。在此階段，應(yīng)測(cè)量直流電源的輸出電壓和輸出電流，測(cè)量鋼筋的極化電位，確認(rèn)其向負(fù)方向移動(dòng)。如果鋼筋電位向正方向移動(dòng)，則立即停止通電，查明原因。初期極化一段時(shí)間后，應(yīng)通過(guò)以下測(cè)量項(xiàng)目對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的性能進(jìn)行初期評(píng)估：⑴直流電源的輸出電壓和輸出電流，并計(jì)算回路電阻； ⑵鋼筋的極化電位（通電電位和瞬時(shí)斷電電位） ; ⑶各個(gè)陰極保護(hù)區(qū)域的輸出電壓和輸出電流； ⑷極化發(fā)展（衰減） ; ⑸其他探頭的相關(guān)參數(shù)。

責(zé)任編輯：周婭

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