本發(fā)明屬于土木工程技術領域，涉及一種海洋環(huán)境鋼管樁潮差區(qū)部位的腐蝕防護裝置及其使用方法。

背景技術：

隨著沿海工業(yè)的發(fā)展，海洋資源的開發(fā)和利用，越來越多的海上基礎設施建設成為發(fā)展的必須硬件。但是由于海洋腐蝕環(huán)境惡劣，且鋼結(jié)構(gòu)的表面通常有電化學不均勻性，在海水中容易形成許多微觀腐蝕電池和宏觀腐蝕電池，因此，金屬材料結(jié)構(gòu)及構(gòu)造物的電化學腐蝕不可避免。

為了減少腐蝕保證設施的安全使用壽命，現(xiàn)有的工程實踐中主要采用涂層和陰極保護的措施來控制海洋環(huán)境下金屬材料的腐蝕速度，實現(xiàn)防腐保護的目的。其中，陰極保護法是一種比較成熟的電化學保護技術，主要分為外加電流法和犧牲陽極法兩種。

犧牲陽極法由于安裝施工簡便、無需專業(yè)維護管理、運行成本低等特點，已得到廣泛應用。但對于鋼管樁而言,犧牲陽極保護法受電解質(zhì)溶液(海水)的限制只能在海水常浸區(qū)域得到很好應用，但在海水飛濺區(qū)和潮差區(qū)該方法保護效果有限，在大氣區(qū)則根本無法應用。

為解決上述問題，工程上對海水常浸區(qū)以上多是通過涂層、包覆材料等實現(xiàn)防腐，但這類的防腐效果不佳且適用性差。

綜上所述，為解決海洋環(huán)境潮差區(qū)鋼管樁防腐蝕技術上的不足，需要設計一種方便適用、防腐蝕效果好的腐蝕防護裝置。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的技術存在上述問題，提出了一種方便適用、防腐蝕效果好的海洋環(huán)境鋼管樁潮差區(qū)部位的腐蝕防護裝置。

本發(fā)明的目的可通過下列技術方案來實現(xiàn)：一種海洋環(huán)境鋼管樁潮差區(qū)部位的腐蝕防護裝置，包括：

鋼管樁，打設在海水中，在鋼管樁上設有供海水灌入的開口，所述開口位于鋼管樁外周側(cè)壁與朔望月大潮滿潮潮位相接觸的位置；

犧牲陽極，設置為至少一塊，所述犧牲陽極設置在鋼管樁內(nèi)部，在犧牲陽極上連接有導線且導線穿出開口并與鋼管樁外周側(cè)壁電連接，所述犧牲陽極、海水以及鋼管樁三者形成原電池。

在上述的海洋環(huán)境鋼管樁潮差區(qū)部位的腐蝕防護裝置中，所述犧牲陽極為一塊或一根或一串或多塊或多根或多串，且當犧牲陽極為多塊或多根或多串時，犧牲陽極在高程上或周邊上均勻分布于潮差區(qū)范圍內(nèi)。

在上述的海洋環(huán)境鋼管樁潮差區(qū)部位的腐蝕防護裝置中，朔望月大潮滿潮時，鋼管樁內(nèi)的海水液面高度與開口平齊。

在上述的海洋環(huán)境鋼管樁潮差區(qū)部位的腐蝕防護裝置中，所述犧牲陽極為鋁陽極。

海洋環(huán)境鋼管樁潮差區(qū)部位的腐蝕防護裝置的使用方法，具體步驟如下：

將鋼管樁打設在海水中，標定設計高潮位，然后在鋼管樁與朔望月大潮滿潮潮位接觸處設置開口，開口直徑以能順利放入犧牲陽極為標準；

將犧牲陽極按規(guī)范設計計算的數(shù)量、位置放置在鋼管樁內(nèi)；

通過導線將犧牲陽極與鋼管樁外周側(cè)壁電連接；

在朔望月大潮滿潮時由開口向鋼管樁內(nèi)自動引入海水作為電解質(zhì)，犧牲陽極、海水以及鋼管樁三者形成原電池。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明設計合理，利用自然潮差在鋼管樁內(nèi)引入海水并設置犧牲陽極，犧牲陽極代替鋼管樁失去電子，使得鋼管樁整體結(jié)構(gòu)金相組織穩(wěn)定，防腐蝕效率高，從而實現(xiàn)對潮差區(qū)鋼管樁的電化學保護。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一較佳實施例中鋼管樁的部分剖視圖。

圖3是本發(fā)明實施例一中犧牲陽極的分布狀態(tài)圖。

圖4是本發(fā)明實施例二中犧牲陽極的分布狀態(tài)圖。

圖中，10、鋼管樁；11、開口；20、犧牲陽極；30、導線。

具體實施方式

以下是本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。

隨著沿海工業(yè)的發(fā)展，海洋資源的開發(fā)和利用，海上基礎設施的建設成為發(fā)展的必須硬件。但由于海洋腐蝕環(huán)境惡劣并且鋼結(jié)構(gòu)的表面通常有電化學不均勻性，其在海水中將形成許多微觀腐蝕電池和宏觀腐蝕電池，易造成鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)物的電化學腐蝕。

為了減少腐蝕保證設施的安全使用壽命，現(xiàn)如今海洋工程上用來解決海洋環(huán)境下鋼管樁的腐蝕問題，主要采用的是涂層和陰極保護。陰極保護法是一種比較成熟的電化學保護技術，包括外加電流法和犧牲陽極法，其中，犧牲陽極法安裝施工簡便、無需專業(yè)維護管理、運行成本低，廣泛應用在海洋工程中。

普通的犧牲陽極保護法是將陽極系列附著于鋼管樁外部，受電解質(zhì)溶液(海水)的限制只能在海水常浸區(qū)域得到很好應用，但在海水飛濺區(qū)和潮差區(qū)該方法保護效果有限，大氣區(qū)根本無法應用。為解決這類問題，工程上海水常浸區(qū)以上多是通過涂層、包覆材料等實現(xiàn)防腐，其防腐效果有限并且不及犧牲陽極的陰極保護法方便適用。

為此，本發(fā)明設計了一種海洋環(huán)境鋼管樁潮差區(qū)部位的腐蝕防護裝置，以下結(jié)合圖1至圖4對本發(fā)明提供的技術方案進行詳細闡述。

如圖1和圖2所示，本海洋環(huán)境鋼管樁潮差區(qū)部位的腐蝕防護裝置包括：

鋼管樁10，打設在海水中，在鋼管樁10上設有供海水灌入的開口11，開口11位于鋼管樁10外周側(cè)壁與朔望月大潮滿潮潮位相接觸的位置；

犧牲陽極20，設置為至少一塊，犧牲陽極20設置在鋼管樁10內(nèi)部，在犧牲陽極20上連接有導線30且導線30穿出開口11并與鋼管樁10外周側(cè)壁電連接，犧牲陽極20、海水以及鋼管樁10三者形成原電池。

鋼管樁是為海洋環(huán)境中位于工程下部的承受垂直和水平荷載的圓桶形低碳鋼結(jié)構(gòu)，本實施例中指的是位于潮差區(qū)部分的鋼管樁10，通過在鋼管樁10內(nèi)部布置犧牲陽極20并與鋼管樁10外周側(cè)壁電性連接，利用潮差區(qū)潮漲時海面上升，向樁內(nèi)引入海水作為電解質(zhì)從而實現(xiàn)樁內(nèi)犧牲陽極的陰極保護法，以達到對潮差區(qū)鋼管樁10的電化學保護。

海水處于潮漲、潮落周而復始的運動中，潮漲時有高潮位，此處朔望月大潮滿潮潮位指的是在月球接連兩次出現(xiàn)相同月相所經(jīng)歷的時間中出現(xiàn)的最大的潮漲時的潮位。

本發(fā)明解決了當前海洋工程上由于受電解質(zhì)溶液(海水)的限制只能在海水常浸區(qū)域進行犧牲陽極的陰極保護法，而潮差區(qū)防腐蝕效果太差的缺點，從而更好更全面的保護鋼管樁10。

其中，開口11的位置開設在潮差區(qū)在朔望月大潮滿潮時與鋼管樁10的接觸處，在該位置以下的鋼管樁10都能通過犧牲陽極法來防止腐蝕，使鋼管樁10上的盡可能多的潮差區(qū)部分以及海水常浸區(qū)部分都能夠進行犧牲陽極的陰極保護法。

犧牲陽極20設置在鋼管樁10內(nèi)部并通過導線30與鋼管樁10外周側(cè)壁電連接，當海水由開口11進入鋼管樁10內(nèi)后，海水作為電解質(zhì)，犧牲陽極20、鋼管樁10利用海水形成原電池，犧牲陽極20代替鋼管樁10提供電子，使鋼管樁10不再失去電子，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而達到防腐蝕的作用。

進一步優(yōu)選地，犧牲陽極20為一塊或一根或一串或多塊或多根或多串，且當犧牲陽極20為多塊或多根或多串時，犧牲陽極20在高程上或周邊上均勻分布于潮差區(qū)范圍內(nèi)。

如圖3所示是本發(fā)明實施例一中犧牲陽極20的具體布置方式，犧牲陽極20的數(shù)量為一根，且犧牲陽極20整體由上至下呈線性豎直設置在鋼管樁10內(nèi)。

如圖4所示是本發(fā)明實施例二中犧牲陽極20的具體布置方式。犧牲陽極20的數(shù)量為一串，且各犧牲陽極20沿導線30依次串聯(lián)在一起。

犧牲陽極20通過導線30由上至下呈線性依次串聯(lián)在一起，實際上實施例二中的所有犧牲陽極20的體積總和與實施例一中的犧牲陽極20相等。

除此之外，在不影響鋼管樁10的防腐蝕效果的情況下，可以對犧牲陽極20采用其他的布置方式，本發(fā)明中不做限定。

值得一提的是，此處的高程指的是潮差區(qū)沿鉛錘線到水準基面(標準海平面)的距離，在潮差區(qū)的最高點與最低點所形成的這個距離差范圍內(nèi)，犧牲陽極20均勻分布，即犧牲陽極20在高程上均勻分布于潮差區(qū)范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，朔望月大潮滿潮時，鋼管樁10內(nèi)的海水液面高度與開口11平齊。

由于開口11位于鋼管樁10外周側(cè)壁與朔望月大潮滿潮潮位相接觸的位置，當朔望月大潮滿潮時，海水才會由開口11灌入鋼管樁10內(nèi)。隨著海水的潮漲，鋼管樁10內(nèi)的海水液面的高度不斷增加，直到鋼管樁10內(nèi)的海水液面高度與開口11平齊，即鋼管樁10內(nèi)的海水液面位于鋼管樁10內(nèi)側(cè)壁與開口11的交接處。

在該次潮漲過程中，當鋼管樁10內(nèi)的海水液面到達開口11處時，若潮漲未結(jié)束，海水仍然會灌入鋼管樁10內(nèi)但同時也會有部分海水飛濺出鋼管樁10，但鋼管樁10內(nèi)的海水液面高度保持不變。當該次潮漲結(jié)束后，鋼管樁10內(nèi)的海水會不斷減少，但能夠在下一次朔望月大潮滿潮時得到補充。

進一步優(yōu)選地，犧牲陽極20的底端靠近潮差區(qū)底部設置。鋼管樁10打入海水中后，海水隨潮漲灌入鋼管樁10內(nèi)，但剛開始的時候，鋼管樁10內(nèi)的海水液面相對較低，因此，將犧牲陽極20的底端靠近潮差區(qū)底部設置，能夠盡可能早地形成原電池，對潮差區(qū)的鋼管樁10進行防腐蝕保護。

同樣地，為了盡可能早地對潮差區(qū)的鋼管樁10進行原電池保護，實施例二中位于最下方的犧牲陽極20的底端同樣靠近潮差區(qū)底部設置。

進一步地，犧牲陽極20為鋁陽極。本發(fā)明中優(yōu)選高效鋁陽極(Al-Zn-In-Mg-Ti)作為犧牲陽極20。

本發(fā)明中，把整個鋼管樁10看成一個整體，犧牲陽極20與鋼管樁10利用朔望月大潮滿潮引入的海水作為電解質(zhì)在樁內(nèi)形成原電池，為海洋環(huán)境的鋼管樁10提供電子，使其整體處于電子過剩狀態(tài)，消除電位差和電子流動，使得鋼管樁10不再失去電子而變成離子溶入溶液中，達到緩蝕作用。

其中犧牲陽極陰極保護法的原理為：

陽極反應：Al→Al³⁺+3e

陰極反應：O₂+2H₂O+4e→4OH^-

此處，陽極即為犧牲陽極20所處位置，陰極即為鋼管樁10所處位置。陽極和陰極之間存在電位差，有電流流過，加速了陽極腐蝕，抑制了陰極腐蝕，使陰極鋼管樁10獲得陰極保護。本發(fā)明中的高效鋁陽極(Al-Zn-In-Mg-Ti)陽極系列中金屬鋁給鋼管樁10提供足夠的電子，達到保護鋼管樁10的目的。

除此之外，也可以采用具有相同作用的其他類型的犧牲陽極，本實施例中不做限定。

海洋環(huán)境鋼管樁潮差區(qū)部位的腐蝕防護裝置的使用方法，具體步驟如下：

第一步：將鋼管樁10打設在海水中，標定設計高潮位，然后在鋼管樁10與朔望月大潮滿潮潮位接觸處設置開口11，開口11直徑以能順利放入犧牲陽極20為標準；

將制造完成的鋼管樁10打入海水中，為將海水引入鋼管樁10內(nèi)部，在鋼管樁10與朔望月大潮滿潮潮位接觸處設置開口，利用潮漲時將海水引入樁內(nèi)作為電解質(zhì)，確保潮差區(qū)都能得到防腐蝕保護。

第二步：將犧牲陽極20按規(guī)范設計計算的數(shù)量、位置放置在鋼管樁10內(nèi)；

上述開口11的大小與犧牲陽極20的大小相適應，便于放入犧牲陽極20。

犧牲陽極20在不影響鋼管樁10的防腐蝕效果的情況下，可以采用多種不同的布置方式，本發(fā)明中提供兩種不同的犧牲陽極20布置方法供參考，實際使用時可以根據(jù)具體情況作出改變。

第三步：通過導線30將犧牲陽極20與鋼管樁10外周側(cè)壁電連接；

第四步：在朔望月大潮滿潮時由開口11向鋼管樁10內(nèi)自動引入海水作為電解質(zhì)，犧牲陽極20、海水以及鋼管樁10三者形成原電池。

犧牲陽極20通過導線30與鋼管樁10外周側(cè)壁電連接，當潮差區(qū)處于朔望月大潮滿潮時，海水灌入鋼管樁10內(nèi)作為電解質(zhì)，犧牲陽極20、海水以及鋼管樁10三者形成原電池，犧牲陽極20代替鋼管樁10失去電子，使得鋼管樁10整體穩(wěn)定，從而達到緩蝕的作用。

本海洋環(huán)境鋼管樁潮差區(qū)部位的腐蝕防護裝置結(jié)構(gòu)設計合理，通過在鋼管樁10內(nèi)部布置犧牲陽極20并與鋼管樁10外周側(cè)壁電連接，在朔望月大潮滿潮時向樁內(nèi)引入海水作為電解質(zhì)從而實現(xiàn)樁內(nèi)犧牲陽極的陰極保護法，以達到對潮差區(qū)鋼管樁10的電化學保護。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。