海洋环境钢管桩潮差区部位的腐蚀防护装置及其使用方法与流程

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种海洋环境钢管桩潮差区部位的腐蚀防护装置及其使用方法。

背景技术：

随着沿海工业的发展，海洋资源的开发和利用，越来越多的海上基础设施建设成为发展的必须硬件。但是由于海洋腐蚀环境恶劣，且钢结构的表面通常有电化学不均匀性，在海水中容易形成许多微观腐蚀电池和宏观腐蚀电池，因此，金属材料结构及构造物的电化学腐蚀不可避免。

为了减少腐蚀保证设施的安全使用寿命，现有的工程实践中主要采用涂层和阴极保护的措施来控制海洋环境下金属材料的腐蚀速度，实现防腐保护的目的。其中，阴极保护法是一种比较成熟的电化学保护技术，主要分为外加电流法和牺牲阳极法两种。

牺牲阳极法由于安装施工简便、无需专业维护管理、运行成本低等特点，已得到广泛应用。但对于钢管桩而言,牺牲阳极保护法受电解质溶液(海水)的限制只能在海水常浸区域得到很好应用，但在海水飞溅区和潮差区该方法保护效果有限，在大气区则根本无法应用。

为解决上述问题，工程上对海水常浸区以上多是通过涂层、包覆材料等实现防腐，但这类的防腐效果不佳且适用性差。

综上所述，为解决海洋环境潮差区钢管桩防腐蚀技术上的不足，需要设计一种方便适用、防腐蚀效果好的腐蚀防护装置。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种方便适用、防腐蚀效果好的海洋环境钢管桩潮差区部位的腐蚀防护装置。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种海洋环境钢管桩潮差区部位的腐蚀防护装置，包括：

钢管桩，打设在海水中，在钢管桩上设有供海水灌入的开口，所述开口位于钢管桩外周侧壁与朔望月大潮满潮潮位相接触的位置；

牺牲阳极，设置为至少一块，所述牺牲阳极设置在钢管桩内部，在牺牲阳极上连接有导线且导线穿出开口并与钢管桩外周侧壁电连接，所述牺牲阳极、海水以及钢管桩三者形成原电池。

在上述的海洋环境钢管桩潮差区部位的腐蚀防护装置中，所述牺牲阳极为一块或一根或一串或多块或多根或多串，且当牺牲阳极为多块或多根或多串时，牺牲阳极在高程上或周边上均匀分布于潮差区范围内。

在上述的海洋环境钢管桩潮差区部位的腐蚀防护装置中，朔望月大潮满潮时，钢管桩内的海水液面高度与开口平齐。

在上述的海洋环境钢管桩潮差区部位的腐蚀防护装置中，所述牺牲阳极为铝阳极。

海洋环境钢管桩潮差区部位的腐蚀防护装置的使用方法，具体步骤如下：

将钢管桩打设在海水中，标定设计高潮位，然后在钢管桩与朔望月大潮满潮潮位接触处设置开口，开口直径以能顺利放入牺牲阳极为标准；

将牺牲阳极按规范设计计算的数量、位置放置在钢管桩内；

通过导线将牺牲阳极与钢管桩外周侧壁电连接；

在朔望月大潮满潮时由开口向钢管桩内自动引入海水作为电解质，牺牲阳极、海水以及钢管桩三者形成原电池。

与现有技术相比，本发明设计合理，利用自然潮差在钢管桩内引入海水并设置牺牲阳极，牺牲阳极代替钢管桩失去电子，使得钢管桩整体结构金相组织稳定，防腐蚀效率高，从而实现对潮差区钢管桩的电化学保护。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的结构示意图。

图2是本发明一较佳实施例中钢管桩的部分剖视图。

图3是本发明实施例一中牺牲阳极的分布状态图。

图4是本发明实施例二中牺牲阳极的分布状态图。

图中，10、钢管桩；11、开口；20、牺牲阳极；30、导线。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

随着沿海工业的发展，海洋资源的开发和利用，海上基础设施的建设成为发展的必须硬件。但由于海洋腐蚀环境恶劣并且钢结构的表面通常有电化学不均匀性，其在海水中将形成许多微观腐蚀电池和宏观腐蚀电池，易造成钢质结构物的电化学腐蚀。

为了减少腐蚀保证设施的安全使用寿命，现如今海洋工程上用来解决海洋环境下钢管桩的腐蚀问题，主要采用的是涂层和阴极保护。阴极保护法是一种比较成熟的电化学保护技术，包括外加电流法和牺牲阳极法，其中，牺牲阳极法安装施工简便、无需专业维护管理、运行成本低，广泛应用在海洋工程中。

普通的牺牲阳极保护法是将阳极系列附着于钢管桩外部，受电解质溶液(海水)的限制只能在海水常浸区域得到很好应用，但在海水飞溅区和潮差区该方法保护效果有限，大气区根本无法应用。为解决这类问题，工程上海水常浸区以上多是通过涂层、包覆材料等实现防腐，其防腐效果有限并且不及牺牲阳极的阴极保护法方便适用。

为此，本发明设计了一种海洋环境钢管桩潮差区部位的腐蚀防护装置，以下结合图1至图4对本发明提供的技术方案进行详细阐述。

如图1和图2所示，本海洋环境钢管桩潮差区部位的腐蚀防护装置包括：

钢管桩10，打设在海水中，在钢管桩10上设有供海水灌入的开口11，开口11位于钢管桩10外周侧壁与朔望月大潮满潮潮位相接触的位置；

牺牲阳极20，设置为至少一块，牺牲阳极20设置在钢管桩10内部，在牺牲阳极20上连接有导线30且导线30穿出开口11并与钢管桩10外周侧壁电连接，牺牲阳极20、海水以及钢管桩10三者形成原电池。

钢管桩是为海洋环境中位于工程下部的承受垂直和水平荷载的圆桶形低碳钢结构，本实施例中指的是位于潮差区部分的钢管桩10，通过在钢管桩10内部布置牺牲阳极20并与钢管桩10外周侧壁电性连接，利用潮差区潮涨时海面上升，向桩内引入海水作为电解质从而实现桩内牺牲阳极的阴极保护法，以达到对潮差区钢管桩10的电化学保护。

海水处于潮涨、潮落周而复始的运动中，潮涨时有高潮位，此处朔望月大潮满潮潮位指的是在月球接连两次出现相同月相所经历的时间中出现的最大的潮涨时的潮位。

本发明解决了当前海洋工程上由于受电解质溶液(海水)的限制只能在海水常浸区域进行牺牲阳极的阴极保护法，而潮差区防腐蚀效果太差的缺点，从而更好更全面的保护钢管桩10。

其中，开口11的位置开设在潮差区在朔望月大潮满潮时与钢管桩10的接触处，在该位置以下的钢管桩10都能通过牺牲阳极法来防止腐蚀，使钢管桩10上的尽可能多的潮差区部分以及海水常浸区部分都能够进行牺牲阳极的阴极保护法。

牺牲阳极20设置在钢管桩10内部并通过导线30与钢管桩10外周侧壁电连接，当海水由开口11进入钢管桩10内后，海水作为电解质，牺牲阳极20、钢管桩10利用海水形成原电池，牺牲阳极20代替钢管桩10提供电子，使钢管桩10不再失去电子，结构稳定，从而达到防腐蚀的作用。

进一步优选地，牺牲阳极20为一块或一根或一串或多块或多根或多串，且当牺牲阳极20为多块或多根或多串时，牺牲阳极20在高程上或周边上均匀分布于潮差区范围内。

如图3所示是本发明实施例一中牺牲阳极20的具体布置方式，牺牲阳极20的数量为一根，且牺牲阳极20整体由上至下呈线性竖直设置在钢管桩10内。

如图4所示是本发明实施例二中牺牲阳极20的具体布置方式。牺牲阳极20的数量为一串，且各牺牲阳极20沿导线30依次串联在一起。

牺牲阳极20通过导线30由上至下呈线性依次串联在一起，实际上实施例二中的所有牺牲阳极20的体积总和与实施例一中的牺牲阳极20相等。

除此之外，在不影响钢管桩10的防腐蚀效果的情况下，可以对牺牲阳极20采用其他的布置方式，本发明中不做限定。

值得一提的是，此处的高程指的是潮差区沿铅锤线到水准基面(标准海平面)的距离，在潮差区的最高点与最低点所形成的这个距离差范围内，牺牲阳极20均匀分布，即牺牲阳极20在高程上均匀分布于潮差区范围内。

优选地，朔望月大潮满潮时，钢管桩10内的海水液面高度与开口11平齐。

由于开口11位于钢管桩10外周侧壁与朔望月大潮满潮潮位相接触的位置，当朔望月大潮满潮时，海水才会由开口11灌入钢管桩10内。随着海水的潮涨，钢管桩10内的海水液面的高度不断增加，直到钢管桩10内的海水液面高度与开口11平齐，即钢管桩10内的海水液面位于钢管桩10内侧壁与开口11的交接处。

在该次潮涨过程中，当钢管桩10内的海水液面到达开口11处时，若潮涨未结束，海水仍然会灌入钢管桩10内但同时也会有部分海水飞溅出钢管桩10，但钢管桩10内的海水液面高度保持不变。当该次潮涨结束后，钢管桩10内的海水会不断减少，但能够在下一次朔望月大潮满潮时得到补充。

进一步优选地，牺牲阳极20的底端靠近潮差区底部设置。钢管桩10打入海水中后，海水随潮涨灌入钢管桩10内，但刚开始的时候，钢管桩10内的海水液面相对较低，因此，将牺牲阳极20的底端靠近潮差区底部设置，能够尽可能早地形成原电池，对潮差区的钢管桩10进行防腐蚀保护。

同样地，为了尽可能早地对潮差区的钢管桩10进行原电池保护，实施例二中位于最下方的牺牲阳极20的底端同样靠近潮差区底部设置。

进一步地，牺牲阳极20为铝阳极。本发明中优选高效铝阳极(Al-Zn-In-Mg-Ti)作为牺牲阳极20。

本发明中，把整个钢管桩10看成一个整体，牺牲阳极20与钢管桩10利用朔望月大潮满潮引入的海水作为电解质在桩内形成原电池，为海洋环境的钢管桩10提供电子，使其整体处于电子过剩状态，消除电位差和电子流动，使得钢管桩10不再失去电子而变成离子溶入溶液中，达到缓蚀作用。

其中牺牲阳极阴极保护法的原理为：

阳极反应：Al→Al³⁺+3e

阴极反应：O₂+2H₂O+4e→4OH^-

此处，阳极即为牺牲阳极20所处位置，阴极即为钢管桩10所处位置。阳极和阴极之间存在电位差，有电流流过，加速了阳极腐蚀，抑制了阴极腐蚀，使阴极钢管桩10获得阴极保护。本发明中的高效铝阳极(Al-Zn-In-Mg-Ti)阳极系列中金属铝给钢管桩10提供足够的电子，达到保护钢管桩10的目的。

除此之外，也可以采用具有相同作用的其他类型的牺牲阳极，本实施例中不做限定。

海洋环境钢管桩潮差区部位的腐蚀防护装置的使用方法，具体步骤如下：

第一步：将钢管桩10打设在海水中，标定设计高潮位，然后在钢管桩10与朔望月大潮满潮潮位接触处设置开口11，开口11直径以能顺利放入牺牲阳极20为标准；

将制造完成的钢管桩10打入海水中，为将海水引入钢管桩10内部，在钢管桩10与朔望月大潮满潮潮位接触处设置开口，利用潮涨时将海水引入桩内作为电解质，确保潮差区都能得到防腐蚀保护。

第二步：将牺牲阳极20按规范设计计算的数量、位置放置在钢管桩10内；

上述开口11的大小与牺牲阳极20的大小相适应，便于放入牺牲阳极20。

牺牲阳极20在不影响钢管桩10的防腐蚀效果的情况下，可以采用多种不同的布置方式，本发明中提供两种不同的牺牲阳极20布置方法供参考，实际使用时可以根据具体情况作出改变。

第三步：通过导线30将牺牲阳极20与钢管桩10外周侧壁电连接；

第四步：在朔望月大潮满潮时由开口11向钢管桩10内自动引入海水作为电解质，牺牲阳极20、海水以及钢管桩10三者形成原电池。

牺牲阳极20通过导线30与钢管桩10外周侧壁电连接，当潮差区处于朔望月大潮满潮时，海水灌入钢管桩10内作为电解质，牺牲阳极20、海水以及钢管桩10三者形成原电池，牺牲阳极20代替钢管桩10失去电子，使得钢管桩10整体稳定，从而达到缓蚀的作用。

本海洋环境钢管桩潮差区部位的腐蚀防护装置结构设计合理，通过在钢管桩10内部布置牺牲阳极20并与钢管桩10外周侧壁电连接，在朔望月大潮满潮时向桩内引入海水作为电解质从而实现桩内牺牲阳极的阴极保护法，以达到对潮差区钢管桩10的电化学保护。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。