崇啟大橋鋼管樁使用現狀及防腐蝕效果評價

瞿 彧 黃明智 劉永柱 程明山

（青島雙瑞海洋環境工程股份有限公司，山東 青島 266100）

0 引言

崇啟大橋鋼管樁采用燒結型環氧粉末涂料聯合高效鋁陽極進行保護，根據JTS153-3-2007《海港工程鋼結構防腐蝕技術規范》規定[1]：海水中工作的鋼結構，每1年進行一次防腐涂層外觀檢查、陰極保護運行檢測、陽極使用環境檢查；每5年進行一次水中鋼結構外觀檢查、涂層防腐性能檢查、腐蝕量檢測；每5～10年進行一次陽極外觀檢查、陽極消耗量檢測、電連接檢測。崇啟大橋鋼管樁目前已在海水環境中工作8年，自2011年鋼管樁投入使用以來，從未對鋼管樁防腐蝕進行過系統的檢測，當前非常有必要對大橋鋼管樁的防腐蝕現狀進行一次有針對性系統檢測，來評價大橋鋼管樁的使用現狀及防腐蝕效果，預測犧牲陽極使用壽命，為大橋的安全平穩運行提供技術支撐。

1 鋼管樁掛片腐蝕保護度

從鋼樁取回的腐蝕掛片表面狀態如圖1所示，可以看出，自腐蝕掛片（大孔）表面均存在明顯的銹蝕跡象，覆蓋紅色和黑色腐蝕產物，且有部分沉積物附著；陰極保護試片（小孔）表面均覆蓋白色沉積層，且有大量貝殼類生物附著。

腐蝕掛片清洗除腐蝕產物后可以發現，自腐蝕試片表面有明顯的腐蝕痕跡，尤其是固定孔周圍存在明顯的腐蝕臺階，試樣表面整體呈均勻腐蝕形貌，沒有明顯的點蝕坑存在。陰極保護試樣表面的腐蝕非常輕微，基本保持了光潔平整的表面形貌，說明陰極保護有效抑制了試片的腐蝕。

通過稱重計算掛片的腐蝕速率和保護度，結果如表1所示，可以發現，在掛片海域，自腐蝕試樣的平均腐蝕速率約在0.026～0.030mm/a范圍，整體腐蝕速率較低，而施加陰極保護后，試片的腐蝕速率大幅降低，平均腐蝕速率均低于0.004mm/a，保護度大于87%，其中，鋼樁下端的掛片腐蝕速率低于0.001mm/a，保護度達97%以上，可以認為此時試片得到了非常有效的腐蝕防護。

綜上測試結果表明：鋼樁材料在服役海域的自腐蝕速率較低，浸泡8.5年后，平均腐蝕速率低于0.03mm/a，主要發生均勻腐蝕，沒有明顯的點蝕發生，掛片表面覆蓋腐蝕產物層，以Fe的氧化物為主。施加陰極保護后，試片的腐蝕速率大幅度降低，平均腐蝕速率低于0.004mm/a，保護度達87%以上。

2 犧牲陽極表觀狀態

圖2為從崇啟大橋的崇明側、啟東側、主橋段鋼管樁上分別取回的鋁合金犧牲陽極的表觀情況。經過8年多的服役，犧牲陽極的整體消耗量不大，且表面溶解并不均勻，主要集中在陽極的棱邊上有較大的蝕坑，蝕坑內有腐蝕產物填充（圖2（b）所示），陽極表面也有部分腐蝕產物和海泥覆蓋（圖2（c）所示）；此外，個別陽極表面局部區域存在海生物污損現象，一些大型貝殼類海生物的殼體附著在陽極表面（圖2（d）所示）。

表1 掛片腐蝕速率與保護度

圖3為犧牲陽極經過濃硝酸酸洗處理后的表觀形貌。經過酸洗處理后，鋁陽極表面的污損物以及絕大部分腐蝕產物均被清洗干掉，鋁陽極的金屬表面暴露。可以發現，1-1上和50-6上陽極表面存在較多大且深的蝕坑，最大蝕坑直徑大于6cm，深度大于3cm；34-1下陽極表面也存在較深的蝕坑，但尺寸相對小一些；34-1上和50-6下陽極表面主要分布一些小且較淺的蝕坑；1-1下陽極的表面溶解形貌相對均勻，沒有較深的蝕坑和未溶解區域，基本實現全面溶解，但溶解形貌依然凹凸不平，并且存在比較明顯的晶粒脫落現象。

圖4為犧牲陽極的橫截面照片，橫切位置位于陽極中間。可以看出，犧牲陽極存在一些明顯的鑄造缺陷，如氣孔等，1-1上、34-1上和50-6下陽極的氣孔直徑達3cm以上，部分陽極體與鋼芯的結合處還存在間隙。經過8年多使用，各犧牲陽極表面的溶解程度不一，1-1上和1-1下陽極的溶解量相對較多，除底面外（底面由于涂有油漆所以溶解較少），其他各面均有一定程度的溶解；而34-1上、34-1下、50-6上和50-6下陽極的溶解量較少，橫截面的各條邊基本保持了原有的構造面型線特征，僅在邊角處存在較深的蝕坑，最深可達3cm。顯然，這些陽極沒有得到完全的活化溶解。

表2 鋁合金陽極消耗量

綜上結果：犧牲陽極在服役8年多后，陽極表面覆蓋有腐蝕產物和海泥等污染物，清洗掉腐蝕產物后，各犧牲陽極表面溶解形貌存在較大差異，主1#墩上的陽極（1-1上和1-1下）溶解量較多，其中1-1下陽極溶解相對均勻，但存在晶粒脫落問題；而34#墩和50#墩上的陽極溶解量較小，溶解部位主要集中在陽極的棱邊上，且存在較多大且深的蝕坑，陽極沒有實現全面活化溶解。

3 犧牲陽極消耗量及剩余壽命

表2所示為犧牲陽極的重量變化及剩余壽命。表中顯示：犧牲陽極經過8年多服役后，消耗程度呈現較大差異，其中，1-1下陽極消耗量最大，達到32kg以上，1-1上陽極次之，共溶解17.73kg，其他陽極的消耗量均不足10kg，最小消耗量僅為4kg左右（34-1下和50-6上）。按照犧牲陽極的平均消耗速率，以利用系數0.85計算，陽極的剩余壽命基本可達30年以上，其中，1-1下陽極的剩余壽命最短，約為30年，1-1上陽極尚可使用50余年，其余陽極的剩余壽命基本達100年甚至200年以上。

4 結語

崇啟大橋鋼管樁投入使用以來，從未對鋼管樁防腐蝕進行過系統的檢測。通過鋼管樁上掛片檢測、陽極外觀檢查、陽極消耗量檢測等來評價大橋鋼管樁的使用現狀及防腐蝕效果。結果表明：掛片材料在服役水域的自腐蝕速率較低，浸泡8.5年后，平均腐蝕速率低于0.03mm/a，主要發生均勻腐蝕，沒有明顯的點蝕發生，掛片表面覆蓋腐蝕產物層，以Fe的氧化物為主。施加陰極保護后，試片的腐蝕速率大幅度降低，平均腐蝕速率低于0.004mm/a，保護度達87%以上。另外犧牲陽極服役8.5年以來，崇啟大橋的鋼管樁被保護極好，犧牲陽極尚可使用50余年，其余陽極的剩余壽命基本達100年甚至200年以上。