1. 工程概况
美国佛罗里达州迪斯尼Epcot中心的海生物水族池是由钢筋混凝土建成的。容积21600m3,主池直径61m,水深9m。外侧附设有通气塔。循环水经过滤和臭氧化后返回主池。水是连续循环的,大约每3h全部换水一次。水池壁厚0.91m,内外各有一层钢筋,尽管采用了高质量的水泥,覆盖钢筋的混凝土设计厚度达7.6cm,建成仅两年在主池的海水侧就出现了锈斑。
2. 腐蚀原因
究其原因是有些部位的混凝土覆盖层未达到设计厚度,而氯化物的渗透超过了大约16kg/m3而引发腐蚀,更重要的原因是存在着氧浓差电池。由于通气塔不断通空气,于是其中的氧浓度高于主池,一般要超出0.1-0.4ppm。臭氧化处理又使通气塔的水有较高的氧还原电位。主池中氧还原电位的典型值为-0.34V(相对于Ag/AgCI参比电极,下同),而通气塔中为+0.63V。这两个原因构成了以主池为阳极、通气塔为阴极的氧浓差电池。由此可见,水族池的腐蚀,除了与水泥质量、钢筋的混凝土覆盖层、混凝土开裂和杂散电流等多种因素有关外,还与水循环和水处理的影响直接有关。
3. 牺牲阳极法阴极保护设计
1992年夏,Epcot中心的水族池采用了镁合金牺牲阳极的阴极保护系统,以保护主池的壁和基础以及通气塔。
主池的钢筋未经涂装,整体的电连续性良好,保护总面积1751m2,保护电流密度为23mA/m2 ,需要保护电流39.8A,划分为4个区域实施保护,共使用24支14.5kg的镁阳极,沿池壁四周布置,间隔7.6m,水深5.2m,预计寿命20个月。
通气塔面积349m2,保护电流密度不到10mA/m2,需要保护电流3.3A,使用2支21.7kg的镁阳极,预计寿命25个月。
该系统采用了RISC方法,它用特殊的传感器测量水中混凝土表面的电流大小和方向,从而可以对系统做细调,这样可以减小对海生物行为的影响,降低保护电流的消耗。起初设计的保护电位为-0.9V,实际运行时电位维持在-0.6V,因为此时已足以使原来的阳极区成为阴极区。利用0. 55Ω和1. 0Ω的可变电阻组成的控制盒,调节阳极电流输出,以优化该保护系统的工作状态。每隔15min由自动记录装置记下阳极电流输出、主池和通气塔的电位等,数据存储到硬盘上供检索。
4. 结论
(1)水族池采用阴极保护,可以有效降低钢筋混凝土结构与不锈钢等金属构件的腐蚀;是一种安全、有效、经济、实用的防腐蚀措施;
(2)牺牲阳极材料的选择,最为理想是铝阳极,再是镁阳极;
(3)强制电流法阴极保护系统在阳极上析出氯气,过量的氯气和金属离子可能会对海生物带来影响;
(4)水族池无论是采用牺牲阳极法还是强制电流法阴极保护,都要尽力减小阴极保护电流,以减轻电位梯度对海生物的影响;
(5)水族池阴极保护设计与一般环境的阴极保护设计有所不同,在遵循阴极保护的一般基本原则以外,还要考虑其特殊性。
美国佛罗里达州迪斯尼Epcot中心的海生物水族池是由钢筋混凝土建成的。容积21600m3,主池直径61m,水深9m。外侧附设有通气塔。循环水经过滤和臭氧化后返回主池。水是连续循环的,大约每3h全部换水一次。水池壁厚0.91m,内外各有一层钢筋,尽管采用了高质量的水泥,覆盖钢筋的混凝土设计厚度达7.6cm,建成仅两年在主池的海水侧就出现了锈斑。
2. 腐蚀原因
究其原因是有些部位的混凝土覆盖层未达到设计厚度,而氯化物的渗透超过了大约16kg/m3而引发腐蚀,更重要的原因是存在着氧浓差电池。由于通气塔不断通空气,于是其中的氧浓度高于主池,一般要超出0.1-0.4ppm。臭氧化处理又使通气塔的水有较高的氧还原电位。主池中氧还原电位的典型值为-0.34V(相对于Ag/AgCI参比电极,下同),而通气塔中为+0.63V。这两个原因构成了以主池为阳极、通气塔为阴极的氧浓差电池。由此可见,水族池的腐蚀,除了与水泥质量、钢筋的混凝土覆盖层、混凝土开裂和杂散电流等多种因素有关外,还与水循环和水处理的影响直接有关。
3. 牺牲阳极法阴极保护设计
1992年夏,Epcot中心的水族池采用了镁合金牺牲阳极的阴极保护系统,以保护主池的壁和基础以及通气塔。
主池的钢筋未经涂装,整体的电连续性良好,保护总面积1751m2,保护电流密度为23mA/m2 ,需要保护电流39.8A,划分为4个区域实施保护,共使用24支14.5kg的镁阳极,沿池壁四周布置,间隔7.6m,水深5.2m,预计寿命20个月。
通气塔面积349m2,保护电流密度不到10mA/m2,需要保护电流3.3A,使用2支21.7kg的镁阳极,预计寿命25个月。
该系统采用了RISC方法,它用特殊的传感器测量水中混凝土表面的电流大小和方向,从而可以对系统做细调,这样可以减小对海生物行为的影响,降低保护电流的消耗。起初设计的保护电位为-0.9V,实际运行时电位维持在-0.6V,因为此时已足以使原来的阳极区成为阴极区。利用0. 55Ω和1. 0Ω的可变电阻组成的控制盒,调节阳极电流输出,以优化该保护系统的工作状态。每隔15min由自动记录装置记下阳极电流输出、主池和通气塔的电位等,数据存储到硬盘上供检索。
4. 结论
(1)水族池采用阴极保护,可以有效降低钢筋混凝土结构与不锈钢等金属构件的腐蚀;是一种安全、有效、经济、实用的防腐蚀措施;
(2)牺牲阳极材料的选择,最为理想是铝阳极,再是镁阳极;
(3)强制电流法阴极保护系统在阳极上析出氯气,过量的氯气和金属离子可能会对海生物带来影响;
(4)水族池无论是采用牺牲阳极法还是强制电流法阴极保护,都要尽力减小阴极保护电流,以减轻电位梯度对海生物的影响;
(5)水族池阴极保护设计与一般环境的阴极保护设计有所不同,在遵循阴极保护的一般基本原则以外,还要考虑其特殊性。
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