牺牲阳极阴极保护技术在曹娥江大闸上的应用

表面技术第52卷第12期钢筋混凝土埋入式牺牲阳极阴极保护试验研究李杰1，温小栋1*，骆忠江2，胡立标2，冯蕾1（1.宁波工程学院，浙江 宁波 315211；2.浙江钰烯腐蚀控制股份有限公司，浙江 宁波 315100）摘要：目的提高现有牺牲阳极阴极保护技术的效果，采用活性阳极包覆砂浆，制备一种埋入式牺牲阳极，并研究其应用特性。

方法采用二电极法测试阳极包覆砂浆的电阻率，通过加速试验、SEM-EDS分析锌腐蚀产物的迁移状况，采取自耦合试验测定埋入式牺牲阳极下钢筋的电位等参数；在此基础上，研究埋入式牺牲阳极的特性及其阴极保护范围。

结果活性阳极包覆砂浆的电阻率仅为18.48 Ω·m。

闭路电位、瞬间断电电位测试显示钢筋的稳定保护电位为−400~ −440 mV，断电电位为−218 mV，满足NACE标准对衰减电位的最低要求（200 mV）。

电流密度结果表明，埋入式阳极可提供的保护电流密度为6.1~7.7 mA/m2，符合EN 12696要求。

通过网格法测量的结果显示，在钢筋密度比为0.20，以及高腐蚀环境条件下，埋入式牺牲阳极的最大有效保护距离可达到700 mm。

SEM-EDS分析结果表明，锌阳极发生反应，生成了可溶性锌酸盐（ZnO22−），且会由锌阳极表面向砂浆内部迁移，最终逐渐分散到砂浆孔隙中，可有效解决因锌阳极表面腐蚀产物聚集而影响活性的问题，并消除腐蚀产物体积增大造成的膨胀应力。

工程应用结果表明，各测试点钢筋的保护电位均负于−400 mV，满足保护要求。

结论埋入式牺牲阳极对钢筋有较好的保护效果，能够保持电位、电流输出稳定，不会影响阳极的活性，也不会给混凝土结构带来膨胀应力。

关键词：钢筋混凝土；阴极保护；牺牲阳极；埋入式中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)12-0390-09DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.12.033Experimental Research on Cathodic Protection of EmbeddedSacrificial Zinc Anode for Reinforced ConcreteLI Jie1, WEN Xiao-dong1*, LUO Zhong-jiang2, HU Li-biao2, FENG Lei1(1. Ningbo University of Technology, Zhejiang Ningbo 315211, China;2. Zhejiang Yuxi Corrosion Control Corporation Contact, Zhejiang Ningbo 315100, China)ABSTRACT: Cathodic protection with sacrificial anode is an economical and effective auxiliary measure for enhancing durability of concrete structures. However, the resistivity of currently available anode available on market is too high to ensure a high protection current and thus it can only achieve an insufficient protection effect. At the same time, the surface of anode is easy to crust which will affect anode's activity, and even cause expansion cracking of the concrete structure layer.For this reason, the work aims to develop a novel embedded sacrificial anode with high-purity zinc anode as the core收稿日期：2022-10-25；修订日期：2023-04-13Received：2022-10-25；Revised：2023-04-13基金项目：国家自然科学基金（51569035）；宁波市科技创新2025重大专项（2020Z056）Fund：National Natural Science Foundation of China (51569035); Ningbo Scientific and Technological Innovation Major Project in 2025 (2020Z056)引文格式：李杰, 温小栋, 骆忠江, 等. 钢筋混凝土埋入式牺牲阳极阴极保护试验研究[J]. 表面技术, 2023, 52(12): 390-398.LI Jie, WEN Xiao-dong, LUO Zhong-jiang, et al. Experimental Research on Cathodic Protection of Embedded Sacrificial Zinc Anode for Reinforced Concrete[J]. Surface Technology, 2023, 52(12): 390-398.*通信作者（Corresponding author）第52卷第12期李杰，等：钢筋混凝土埋入式牺牲阳极阴极保护试验研究·391·material, coated with mortar (including cement, special pore agent and active substance) and conductive steel wire. In order to determine the characteristic performance and protection effect of embedded sacrificial anode, the resistivity of such coating mortar was tested by Double Electrode Method. The protective potential, attenuation potential and ampere density of the sacrificial anode embedded rebar were measured by auto-transformer and experiments. The working mechanism of the embedded sacrificial anode was analyzed by accelerated test and SEM-EDS.The resistivity of active mortar was 18.48 Ω·m. The resistivity was low enough to facilitate cathodic protection reaction.During the 30 day curing period, the anode output current rapidly dropped to 0.72 mA, and after 60 days, the current output was stable at 0.40-0.50 mA. An effective basis was provided for the design and application of embedded sacrificial anode in offshore concrete structures. The closed circuit potential and instantaneous off potential tests showed that the protection potential of the rebar was stabled at −400-−440 mV, and the instant off potential was −218 mV, meeting the requirements of NACE standard for the minimum attenuation potential of 200 mV. The protective current density provided by the embedded anode was 6.1-7.7 mA/m2, meeting the current density requirements in EN12696. The maximum effective protection distance of the developedembedded sacrificial anode could reach 700 mm under the highly corrosive environment when the reinforcement density ratio was 0.20. The effective protection ranges under other different reinforcement density ratios and corrosive environment conditions were also measured and analyzed. SEM-EDS analysis showed that the zinc anode reaction generated zincate (ZnO22−), which would migrate from the zinc anode surface to the interior of the mortar as the reaction proceeded, and eventually gradually dispersed into the pores of the mortar, preventing the lowering of anode activity due to the aggregation of corrosion products on the zinc anode surface, and therefore eliminating the expansion stress caused by the volume increasing of corrosion products. Finally, such design was applied and tested in a real project, i.e. the concrete foundation structure of the cable tower of Rushankou Bridge in Shandong China. The measured protective potential at all test points were all lower than −400 mV, meeting the protection requirements.As a result, it is safe to conclude that the developed embedded sacrificial anode has a good protection effect on rebar as the testing results prove that the protection potential and current output are stable, which will not affect the anode activity or cause expansion stress on the concrete structure.KEY WORDS: reinforced concrete; cathodic protection; sacrificial anode; embedded钢筋混凝土具有结构简单、价格低廉、耐久性能优异、施工方便等诸多优点，被广泛应用于各种基础结构中，常见的有跨海大桥支撑及主体结构、风电基础平台、港口码头平台、PCCP输水管道等。

阴极保护技术在埋地管道上的应用案例的总结课程：现代阴极保护技术班级：学号：姓名：目录1.阴极保护技术介绍1.1阴极保护技术原理1.2阴极保护方法1.2.1牺牲阳极阴极保护技术1.2.2强制电流阴极保护技术2. 阴极保护技术在埋地管道上的应用2.1 阴极保护技术的应用现状2.2 埋地管道采取防腐措施的必要性3.应用实例分析3.1 西气东输东输管道工程阴极保护3.1.1 阴极保护设计参数选定3.1.2 阴极保护站位置的确定3.1.3 阴极保护系统的构成3.1.4 管道外防腐涂层与阴极保护的协调问题3.2 天津渤西油气处理厂管道牺牲阳极保护3.2.1 保护电位的确定3.2.2 阳极材料及数量的确定3.2.3 阳极分布及埋设3.3 长庆油田靖咸长输管道、靖惠管道、第三采油厂管道的检测与评定3.4 油气管道阴极保护的现状与展望参考文献1.阴极保护技术介绍1.1阴极保护技术原理阴极保护是通过阴极电流使金属阴极极化实现。

通常采用牺牲阳极或外加电流的方法。

系统的检测主要通过每间隔一定的距离所测得的阴极保护数据来准确分析判定管道的阴极保护状态。

1.2阴极保护方法1.2.1牺牲阳极阴极保护技术牺牲阳极法是将需要保护的金属结构作为阴极，通过电气连接与电子电位更低的金属或合金连接，使其满足腐蚀电池形成的条件，让电子电位低的阳极材料向电子电位高的阴极材料不间断地提供电子。

牺牲阳极因较活泼而优先溶解，向被保护金属通入一定量的负极直流电，使其相对于阳极接地装置变成一个大阴极而免遭腐蚀, 而阳极则遭到强烈腐蚀；此时阴极材料的结构首先极化，在结构表面富集电子，不再产生离子，进而减缓并停止结构腐蚀进程，从而达到保护阴极材料的目的。

1.2.2强制电流阴极保护技术强制（外加）电流是通过外加的直流电源（整流器等），直接向被保护的金属材料施加阴极电流，使其发生阴极极化，同样达到保护阴极金属材料的目的。

而给辅助阳极(一般为高硅铸铁或废钢)施加阳极电流，构成一个腐蚀电池，也可使金属结构得到保护。

阴极保护技术在埋地钢质管道中的应用摘要：通过介绍阴极保护技术在3个工程中的实际应用，分析了这一工艺在埋地钢质管道防腐中的重要作用，并且对阴极保护的经济性进行了评价。

关键词：埋地钢质管道外加电流阴极保护牺牲阳极保护阴极保护在金属防腐工艺中，是电化学保护方法的一种。

它通过对被保护金属体施加电流，从而使其电极电位负移，使金属减弱由原子态自发变为离子态的趋势，因而从根本上抑制了腐蚀的发生。

由于这个过程必须在电解质中进行，因此埋地钢管非常适宜采取阴极保护。

若阴极保护与管道本身的防腐层互相补充，从而在安全性和经济性方面达到完美组合，则是目前公认的最佳防腐方案。

1 宁波城市供水工程宁波城市供水工程是从奉化市的肖镇至宁波市江东区梅墟敷设一条1600mm的输水钢管，管线全长38 km，外防腐采用环氧煤沥青二布三油形式。

1.1外加电流阴极保护从肖镇至北渡的17km以及北渡至江东梅墟的前4.2km管道，基本无地下金属构筑物，采用了外加电流阴极保护。

肖镇阴极保护站：设恒电位仪2台(1用1备)，将30支YJBSiCr50mm×1200mm双端接头的含铬高硅铸铁阳极在距管道100m、沿管道垂直方向上一字形水平埋设。

北渡阴极保护站：设恒电位仪3台(2用1备)，向两侧供电。

埋设两组阳极(规格、数量同上)，每台仪器对应一组阳极。

汇流点设在进、出绝缘法兰的外侧。

全程设有电位测试桩18个(1个/km)，电流测试桩2个和绝缘法兰测试桩4个。

管道进、出站设绝缘法兰以进行有效的电绝缘(绝缘电阻≥5 MΩ)。

由于绝缘法兰两侧存在一定的电位差，会对另一侧未通电保护的泵站内管道产生阴极干扰、加速腐蚀，因此对站内管道实施了牺牲阳极保护，即两个泵站内各埋设了两组22 kg/支的镁阳极。

此外，为了防止保护电流的流失，同时须做好绝缘处理，如架空管桥处的钢管与支墩接触处用橡胶垫片进行绝缘、所有与管道连接的金属件不允许接地等。

1.2外加电流阴极保护的实施效果实际测定的保护参数见表1。

（1）提供的电流分布比浅阳极地床均匀；（2）对其他地下金属结构形成的阳极直流干扰比浅阳极地床低；（3）比浅阳极地床受季节含水变化的影响小，接地电阻随季节变化小。

根据靖边站周围管网密集及土质状况的具体特点，为避免对周围管道>管道产生直流干扰及降低阳极地床接地电阻，设计确定采用深阳极地床方案。

深阳极地床分闭孔法和开孔法两种，在对贵金属氧化物管状阳极串(绳式阳极)、分段预制封装贵金属氧化物阳极和分段预制封装高硅铁阳极等国内外使用方式综合比较后，考虑到靖边站表层高土壤电阻率、细砂土质的具体特点，为保证填料合理密实度及现场安装质量，延长使用寿命，降低阳极地床接地电阻，采用了闭孔法方式，阳极采用分段预制式贵金属氧化物阳极。

2．2深阳极地床2．2．1深阳极的安装深阳极地床井深40m，采用闭孔阳极地床，共安装4组在工厂封装好的分段预制式阳极体，阳极体位于地表16m以下，处于活性区内的阳极地床长度为24m，深阳极井非活性区用粒径为16--32m的卵石回填；井口安装7m长的护井套，上部设水泥套管做维护灌水及深井阳极和阳极主电缆走向标识用；阳极体内定位安装好的排气管与顶部排气管牢固固定连通，并引至地表冻土层以下；每组阳极体内的铠装阳极引出电缆穿?63的排气管后，均引至地表冻土层以下与阳极主电缆分别相连接，并采用两个电缆专用热收缩套将绝缘层与铠装分层密封绝缘。

执行标准SY／T0096—2000(强制电流深阳极地床技术规范》及美国腐蚀工程师协会NACER0572—2o01《外加电流深地床的设计、安装、操作与维护》。

2．2．2分段预制式阳极体材料要求(1)阳极组合体：外径?219、长6m的钢套管(20#钢)；每组阳极体内串接有3支采用以钛为基体材料，表面覆盖贵金属氧化物组成的钛镀贵金属氧化物阳极。

(2)贵金属氧化物阳极；阳极直径：25mm；单支阳极长度：1000mm；执行标准：AM13338一级钛(或GB／T3620TA2)；氧化膜：IrO／TaO(氧化铱／氧化钽)。