一、鋼筋混凝土陰保系統(tǒng)設(shè)計注意事項

1、防止選用耐久性不好的陰極保護材料陽極是陰極保護系統(tǒng)中最重要和最貴的部分，并可能有幾種選用方案。陽極類型的選擇取決于以下的因素：  

①建筑物的剩余使用壽命  

②防止混凝土里鋼筋腐蝕的陰極保護電流需求  

③陽極和相關(guān)零部件的耐久性  

2.建筑物的剩余使用壽命舉個例子，如果建筑物的剩余使用壽命是15或20年，原則上講，采用使用壽命75年陽極就會過于浪費。選擇時候壽命較短的陽極可以降低陰極保護系統(tǒng)的成本。  

3. 防止混凝土里鋼筋腐蝕的陰極保護電流需求大量氯污染的混凝土中鋼需要較多的陰極保護電流。防止暴露在環(huán)境溫度較高的建筑物的腐蝕，也需要較多的陰極保護電流。根據(jù)歐洲標(biāo)準，為防止以后的腐蝕，含氯混凝土建筑物中鋼的陰極保護電流需求量是2-20 mA/m2，無氯混凝土中鋼的陰極保護電流需求量是0.2-2mA/m2。與含氯混凝土相比，防止含碳混凝土中鋼腐蝕需要的陰極保護電流相當(dāng)小。在陰極保護電流施加一段時間之后，由于鋼/混凝土界面發(fā)生陰極反應(yīng)，鋼/混凝土界面的pH值明顯增加，因此形成新的鈍化膜。一旦鈍化膜形成，需要很小的陰極保護電流就可以維持這一高pH值了。設(shè)計者選擇陽極材料或陽極尺寸時，這些因素都必須考慮到，以降低陰極保護系統(tǒng)的成本。  

4. 陽極和相關(guān)組件的耐久性陽極的耐久性是最重要的成本因素。即使陰極保護系統(tǒng)一開始有效，過早失效的陽極（如果出現(xiàn)的話）將會使業(yè)主花費額外的資金來維修建筑物。過早失效的鋅陽極的一個例子。另外，與陽極相關(guān)的材料的選擇也是很重要的。例如，植入鈦陽極中使用的粘結(jié)材料必須是經(jīng)久耐用的。使用貴金屬氧化物涂層陽極的時候，必須保證粘結(jié)材料與活性鈦陽極不發(fā)生反應(yīng)。缺乏記錄或粘結(jié)材料的檢測，有時候會導(dǎo)致超過整流器的最高電壓，陽極也不能再維持適當(dāng)?shù)年帢O保護電流。目前有許多混凝土陰極保護標(biāo)準，但是，沒有一個標(biāo)準指出了這一重要因素，因為許多陰極保護設(shè)計者并不知道這一事實。因此，這時候盡管陽極仍然可用，但陰極保護系統(tǒng)在很短的時間內(nèi)就失效了。  

5. 沒有針對特定的結(jié)構(gòu)組成和環(huán)境選取合適的陰極保護系統(tǒng)假設(shè)所有其它參數(shù)都已經(jīng)確定，理論上，陽極是用來發(fā)出陰極保護電流到混凝土電極和內(nèi)部鋼筋獲得陰極保護的主要電極。然而，事實上，不同的陽極系統(tǒng)更適合特定環(huán)境下的應(yīng)用。必須指出，一個陽極不能在所有的環(huán)境或建筑物中使用。目前，混凝土結(jié)構(gòu)中使用的陽極有幾種不同幾何形狀：帶網(wǎng)狀，擴展網(wǎng)狀，分散陽極和表面應(yīng)用陽極。每種類型的陽極各有優(yōu)缺點，對陰極保護設(shè)計者來說，最重要的就是了解哪種陽極系統(tǒng)最經(jīng)濟、最有效。6. 陰極保護安裝不當(dāng)以及缺乏正確的測試在已發(fā)生腐蝕的混凝土結(jié)構(gòu)中，陰極保護的應(yīng)用日益增多，許多新承包商開始進入陰極保護的施工行業(yè)。然而，經(jīng)驗缺乏的陰極保護承包商并不熟悉陰極保護系統(tǒng)施工和所需測試的詳細操作。因此，系統(tǒng)可能運行不當(dāng)，或者系統(tǒng)的耐久性達不到要求。為了克服這一難題，一些承包商包含了其工人的培訓(xùn)計劃。承包商為沒有經(jīng)驗的工人劃分各種陰極保護組成部分，以減少失誤。安裝有效的陰極保護系統(tǒng)，有以下幾個重要的因素：  

①鋼筋或其它構(gòu)件的電連續(xù)

②安裝的陽極系統(tǒng)電流分布均勻

③陰極保護系統(tǒng)的正確安裝

7、電連續(xù)混凝土中鋼筋的電連續(xù)是陰極保護有效保護建筑物的最重要因素之一。如果有鋼筋沒有電連接到陰極保護系統(tǒng)的中，沒有電連接上的鋼筋就得不到保護。可是，一些技術(shù)人員或工程師沒有進行正確的測試以確保電連續(xù)。例如，鋼表面的鐵銹或鈍化膜不是電子的導(dǎo)體，然而卻是離子的導(dǎo)體，因此，技術(shù)人員或工程師必須明白進行電連續(xù)測試時的差異。否則，測試結(jié)果就會引起誤導(dǎo)。另外，一些技術(shù)人員或工程師利用一個固定地點進行電連續(xù)測試，這一點與絕大多數(shù)鋼筋都沒有電連接上。盡管電連接并不是什么大問題，但如果缺乏經(jīng)驗的承包商得到上述這樣的結(jié)果，就會增加陰極保護系統(tǒng)的成本。連接到建筑物的腳手架會影響電連續(xù)測試結(jié)果，這對經(jīng)驗缺乏的承包商來說是另一個誤區(qū)。多數(shù)情況下，腳手架與鋼筋之間是短路的。如果是這樣，混凝土中沒有電連接上的鋼結(jié)構(gòu)就會通過腳手架而電連接上。當(dāng)陰極保護系統(tǒng)安裝完成，腳手架拆走之后，許多沒有電連接的鋼構(gòu)件就會導(dǎo)致陰極保護系統(tǒng)的無效或妨礙陰極保護電流的流通。  

8. 安裝的陽極系統(tǒng)電流分布不均勻陰極保護系統(tǒng)運行正常的另一個重要因素是混凝土中鋼筋的電流分布。陽極系統(tǒng)中的高電壓降和/或陽極與鋼筋之間的搭接短路都會引起不均勻的陰極保護電流分布。許多陰極保護工程師相當(dāng)熟悉電壓降和短路，但其實搭接短路才是陰極保護系統(tǒng)出現(xiàn)電流分布不均的更常見原因。搭接短路的界定較為困難，因為搭接短路引起的問題程度因陽極類型、陽極區(qū)電路電阻、搭接回路的位置等的不同而各異。每一個搭接短路的情況不一樣，有時會對影響陰極保護系統(tǒng)的功能。在陰極保護系統(tǒng)施工過程中，因為搭接短路的檢測很困難，許多陰極保護工程師只有到調(diào)試的時候才能發(fā)現(xiàn)問題。  

9、正確安裝陰極保護組件正確選擇陰極保護材料固然重要，但是其安裝方法同樣重要。陰極保護組件的典型安裝包括以下幾個部分:

①參比電極(RE)及其接地

②系統(tǒng)負極/陰極連接  

③ 輔助陽極系統(tǒng)

④ 饋電連接

⑤ 涂層或灌漿

⑥ 導(dǎo)線管和接線箱  

⑦ 測試、陰極、零位、參比、陽極電纜

⑧ 變壓整流器每個組件的安裝和正確測試對陰極保護系統(tǒng)的有效運行都是很重要的。由于本文不是介紹安裝的手冊，這里只簡單論述一些例子。參比電極(RE)在多數(shù)行業(yè)標(biāo)準中，對已有建筑物而言，在不暴露鋼結(jié)構(gòu)的情況下，參比電極應(yīng)該安裝在代表腐蝕最嚴重的區(qū)域。但是，當(dāng)建筑物或建筑物構(gòu)件含密集鋼筋的時候，挖掘混凝土不可能不暴露鋼筋。當(dāng)參比電極和不含氯的混凝土塊材料一起安裝的時候，暴露的鋼筋就會鈍化，這回導(dǎo)致參比電極監(jiān)測的是不發(fā)生腐蝕的鋼筋。前面已經(jīng)提到，不發(fā)生腐蝕的鋼筋其陰極保護電流密度是會發(fā)生腐蝕鋼筋的陰極保護電流密度的10％。因為陰極保護工程師將根據(jù)參比電極布置區(qū)域的鋼筋極化來確定阻止腐蝕發(fā)生所需的陰極保護電流，參比電極監(jiān)測的是沒有發(fā)生腐蝕的鋼筋，這必然會引起錯誤的結(jié)論。如果是這樣的話，工程師根據(jù)不發(fā)生腐蝕的鋼筋來選擇的陰極保護電流，將不會終止其它腐蝕活躍區(qū)域的鋼筋腐蝕。粘結(jié)灌漿設(shè)計安裝開槽的陰極保護系統(tǒng)的時候，槽必須填充粘結(jié)水泥基材料。由于槽深而窄，填充水泥的方法十分重要。在灌漿實施完成之后，混凝土心必須進行檢測。灌漿不當(dāng)?shù)那闆r。當(dāng)大約一半的帶狀網(wǎng)鈦陽極沒有植入粘結(jié)材料的時候，這會導(dǎo)致從陽極發(fā)出相當(dāng)高的陽極電流密度，并有可能在陽極/混凝土界面導(dǎo)致酸的產(chǎn)生。  

10、業(yè)主或承建專業(yè)人員缺乏維護能力通過最少的維護就可以實現(xiàn)陰極保護系統(tǒng)的長期有效。這可以通過設(shè)計安裝一個簡單的耐久陰極保護系統(tǒng)來實現(xiàn)。因為陰極保護是一個活性系統(tǒng)，需要在系統(tǒng)的使用年限內(nèi)對其硬件進行維護。一些陰極保護設(shè)計者在不理解其后果和使用目的情況下，列出了陰極保護系統(tǒng)不必要的附件和零件。設(shè)計者從其它項目中照搬設(shè)計規(guī)范的時候很有可能發(fā)生這樣的情況。這不僅會增加陰極保護系統(tǒng)的成本，也會增加大量的精力來維護這些附件或零件。為了降低維護成本，陰極保護設(shè)計者必須設(shè)計出耐用的陰極保護系統(tǒng)，并使不重要的附件或變壓整流器不必要的功能減少到最低。  

11、建筑物暴露在海洋環(huán)境或除冰鹽環(huán)境中與暴露在除冰鹽中的建筑物相比，暴露在海洋環(huán)境中的建筑物通常需要較高的陰極保護電流來防止腐蝕。因此，必須選擇額定輸出電流高的陽極。如果陽極過早失效或者消耗速度比預(yù)期的快，更換陽極的成本就會比較高。另一方面，如果建筑物不需要高的陰極保護電流和/或短期的保護，陰極保護設(shè)計者應(yīng)使用便宜的陽極或犧牲陽極。特別指出，犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)實際上不需要維護費用，因此在陽極的使用年限內(nèi)維護成本是最低的。此外，對暴露在除冰鹽中的建筑物安裝外加電流陰極保護系統(tǒng)，恒壓控制或手動的變壓整流器足以控制腐蝕，因為與海洋環(huán)境相比其暴露環(huán)境基本不變。因為恒壓控制變壓整流器簡單耐用，其維修成本很低。但是對于海洋環(huán)境中的建筑物而言，應(yīng)優(yōu)先選擇恒流控制變壓整流器，以避免在高潮期間和暴風(fēng)雨的時候陽極發(fā)出高的電流。如果陰極保護系統(tǒng)安裝在潮差區(qū)，變壓整流器需要恒流控制，限制電壓以避免高電流發(fā)出而破壞陽極/混凝土。12. 位于當(dāng)?shù)鼗蚱h地區(qū)的建筑物一些陰極保護設(shè)計者喜歡為建筑物選擇使用遠程監(jiān)控系統(tǒng)(RMS)。看起來，遠程監(jiān)控系統(tǒng)是劃算的，因為不需要跑到較遠的現(xiàn)場就可以獲取變壓整流器的運行狀況。但是，只有在遠程監(jiān)控系統(tǒng)運行起來的時候這才是劃算的。如果遠程監(jiān)控系統(tǒng)不夠耐用，其維修成本和故障檢修費用會不少。因此，選擇耐用的遠程監(jiān)控系統(tǒng)非常重要。遠程監(jiān)控系統(tǒng)需要計算機軟件和通訊系統(tǒng)。當(dāng)新的電腦運行軟件出臺的時候，軟件和通訊系統(tǒng)可能需要更新。因此，如果建筑物位于當(dāng)?shù)兀煌扑]使用遠程監(jiān)控系統(tǒng)，以降低維護成本。  

二、總結(jié)1. 陰極保護的目的是提供一個對建筑物工藝可以接受，對業(yè)主劃算的長期有效的腐蝕控制系統(tǒng)。為了達到這一點，過去的經(jīng)驗極為重要。否則，經(jīng)驗欠缺的陰極保護工程師和承包商可能會重復(fù)同樣的錯誤。  

2. 導(dǎo)致陰極保護系統(tǒng)無效和/或不耐用的因素可以歸結(jié)為以下幾點：

①陰極保護專業(yè)人員工程管理能力缺乏以及知識和經(jīng)驗的欠缺。

②選用了非耐久性的陰極保護材料。

③沒有針對特定的結(jié)構(gòu)組成和環(huán)境選取合適的陰極保護系統(tǒng)。

④陰極保護安裝不當(dāng)以及缺乏正確的測試。

⑤當(dāng)復(fù)雜的陰極保護系統(tǒng)建成，業(yè)主缺乏維護能力或者專業(yè)承包商缺乏工程管理能力，都可能導(dǎo)致系統(tǒng)在運行維護中出現(xiàn)問題。忽略上述任何一個因素，建筑物業(yè)主的興趣、陰極保護系統(tǒng)的有效性和耐久性都可能會大打折扣。