钢管桩的阴极保护和防腐涂层性能分析

王兴泉

北京讯腾智慧科技股份有限公司 北京市 （ 100029）

摘要：钢管桩是码头施工应用的重要结构，随着经济与科技不断进步。码头桥梁工程项目不断增加，由于桥体处于的环境相对潮湿，具有高盐分等缺点，会对钢管桩造成影响。长时间导致钢管桩基础出现腐蚀现象，缩短桥体寿命。对此，本文针对钢管桩保护与防腐等问题入手，针对其性能保护提出有效措施，提升桥体寿命。

关键词：钢管桩；阴极保护；防腐涂层性能

引言：钢管桩用于桥体工程中，而桥体多半是跨越海峡、江湾等。水分造成的环境低电阻、高温等影响因素，造成钢管桩腐蚀。为保证桥体质量，提升结构防腐性能显得至关重要。结合以往的防腐措施，根据技术可行性采取联合防腐措施，保障防腐效果的合理性。

一、钢管桩基础腐蚀影响因素

钢管桩作为码头结构之一，长期处于暴露的环境下。尽管国内对于钢结构防腐有一定研究，但是对于钢管桩处于的环境，腐蚀性无法相比。这是因为钢管桩处于跨海域等环境下，周围的环境因素对钢结构造成严重影响，造成大部分结构材料在海水影响下，逐渐受到腐蚀。

（一）环境腐蚀

由于桥体在海面上建立，处于潮湿环境下，使得钢管桩表面接触到更多的盐雾。除了大气环境外，水中浪花飞溅、风力等条件，都会时不时的冲击钢结构表面，长时间影响表面的涂层；此外，在潮差区钢结构与海水接触会产生电流回路。电流回路基于水线供氧量上下差异，形成腐蚀电池，形成上阴下阳的结构对钢管桩形成保护。但是潮差区钢结构会在漂浮物的影响下，造成防腐涂层损坏，造成腐蚀程度不断加深。当海中漂浮物附着于钢管桩表面，会对其表面涂层造成影响，长时间对结构进一步腐蚀；而海泥区是更为复杂的腐蚀环境，由于包含土壤与海水，存在影响钢结构的双重腐蚀影响因素。由于海域与海水深度环境不同，造成海泥区腐蚀程度也存在差异，海泥区的低电阻都会对钢管桩表面造成严重腐蚀。

（二）影响因素

海面风荷载的影响下，风力产生的影响削弱了钢结构的稳定性。并且风力引起的应力，对结构表面造成腐蚀；海上钢管桩受到的环境荷载与路面不同，海面荷载与海水波动有关系。当前国内对于该方面的计算，处于刚起步的状态，还需要进一步研究；海洋荷载对于钢结构影响最为严重，由于钢管桩是作为承载功能结构存在。当海流荷载与其表面接触，造成滑移等位移现象，会导致桩身发生同样的位移现状，促使桩周围发生变形，进而对钢管桩造成影响^[1]。

二、国内外钢管桩防腐方法与技术探究

（一）防腐方法

对于钢管桩防腐，可以通过混凝土材料，对桩体进行包裹。该方法适用于受腐蚀相对严重的区域，并且包括厚度有一定要求。该方法缺点是稳定性不足，会出现混凝土开裂的现象；增加壁厚能够根据腐蚀需求量，预留部分受腐蚀的结构，提升钢管桩使用寿命。该方法适用于腐蚀量较小的情况，缺点是耗费的成本较高，并且需要保证施工质量。由于国内生产技术有限制，无法大批量生产这种结构的钢管桩；在钢材中添加耐腐蚀性质的合金，减缓钢结构受腐蚀的速度；还可以通过钢管桩结构向上方施加电流，使钢管桩保持阴级的状态，减缓结构腐蚀。该方法也称阴极保护，源于英国。阴极保护分为两种模式，分别为牺牲阳极与外加电流阴级保护，前者缺点是无法调节电流，同时需要较大的工作量；后者则是要采取大量的维护工作，成本应用率较高；通过涂层也能为钢管桩提供一定保护，避免表面遭到腐蚀。由于涂层方法相对简单，有着较强的适用性；使用涂膜保护层与阴级保护对于钢管桩防腐保护而言，能够保护桥体中钢结构免受腐蚀，但是结构处于潮湿环境，环境因素的侵蚀，使得钢管桩使用寿命减短，提高了维护费用。

（二）防腐技术

阴极保护需要根据钢管桩位置，计算其表面与水面接触面积，科学选择涂层材料，最大限度保障结构的稳定性。而牺牲阳极方法，还需要对钢管桩的结构等进行综合考虑；防腐涂层是上世纪开始应用的技术，使用环氧材料喷涂在钢管桩上。喷涂过程中，温度升高能够使涂抹过程更加便利。

三、解决海上风机腐蚀的措施

（一）涂层与阴极保护

当前国内针对码头钢管桩腐蚀问题常用措施为涂层与阴极保护，两种方法各有不同的保护机理。其中涂层防腐措施是相对常用的技术，其保护机理是通过改变钢结构表面材料，减少腐蚀因素对其影响。根据涂料的选择，能够达到阻止腐蚀介质对结构的影响，形成良好的屏障效果。在涂层的阻隔下，能够阻止腐蚀电池、微生物等活动；使用涂层技术进行防腐，能够抑制腐蚀电池形成，溶解阴级放电现象，保证水中的钢管桩结构减缓腐蚀现象；阴极保护作用能够存在于防腐涂料中，在发挥作用的过程中，优先与阳极进行反应，为结构提供保护^[2]。

阴级保护措施属于电化学措施，能够防止海水、土壤等介质影响钢管桩，避免钢结构表面被腐蚀。暴露在腐蚀介质中的钢结构给予一定电流，使钢管桩带有阴级极化优势，能够在腐蚀存在是，与阳极进行溶解，避免结构受到阳极腐蚀，保障钢管桩结构电化学均匀。该方法分为两种模式，一种是牺牲阳极，利用电位较低的金属材料，将其作为阳极与结构连接，在阳极自身腐蚀的过程中，能够为结构提供保护电流，实现保护钢管桩的目的；外加电流阴级则是直接为结构顶部添加阴级电流，与阳极进行溶解反应，起到保护的作用。

（二）保护措施具体选择

由于涂层与阴极保护都能为钢管桩提供腐蚀保护，对于涂层需要针对其抗阴极、抗渗透等能力进行研究。要求其处于湿态环境下，依旧能为钢管桩提供保护。针对常规的防腐涂层功效进行分析，能够发现熔结环氧与无溶剂涂层都有着较强的抗阴级能力，并且便于处理。将其用于钢管桩防腐保护中，能满足保护结构的需求。

防腐措施选择前，应设定桥体寿命为，按照80年为最大年限。同时，为了最大程度保证防腐质量。选择高性能环氧涂层与阴级保护结合的方式，为钢管桩提供更完善的防腐保护。阴级保护选择牺牲阳极，对于涂层的具体选择，需要根据不同区域结构进行区分。根据影响因素能够知晓，潮差区浪溅区对钢管桩影响最大，需要采用三层加强级别的涂层，保证不同层的厚度；对于冲刷区，由于水生物较多，采用双层加强级涂层；泥下区由于地质环境影响，存在高盐分，选择双层普通级涂层。

具体实施防腐保护工作过程中，需要在打桩前对钢管桩事先处理，为其喷涂涂层，并根据环境腐蚀情况，科学选择阴级保护时间。根据桥体设计的寿命，需要在桥体服役一半年限时，更换阳极材料，才能最大限度对桥体和钢管桩起到保护作用。

结论：综上所述，通过结合国内外钢管桩相关研究。分析钢管桩受到腐蚀实际因素，针对性的选择防腐措施。采取阴极保护与其他保护方式相结合的方式，切实保障钢管桩的质量，有效应对水下区的影响，满足桥体的设计需求。防腐工作能够为工程带来社会与经济效益，为国内码头事业建设做出贡献。

参考文献：

[1]王飞朋,常纪磊,姜云姝,等.海岸港老码头钢管桩牺牲阳极阴极保护系统的更换与维护[J].水运工程,2021(01):66-72.

[2]江海涛,李岩,孙二平,等.海上风机钢管桩的阴极保护和防腐涂层性能研究[J].船舶工程,2020,42(S1):508-511.