海洋工程装备腐蚀监测技术应用现状
2022-03-28
根据材料特征，海洋工程装备大致可分为金属结构和混凝土结构两类。钢结构的装备包括船舶、海底管道、钻井平台等；混凝土结构主要包括海洋岸防设施等，金属结构的腐蚀监测主要关注金属材料的腐蚀减薄、局部穿孔等信息，混凝土结构腐蚀监测主要关注混凝土内部钢筋的锈蚀。根据监测目的不同，两类海洋工程结构采取的腐蚀监测技术方法也有所差别[13]。
目前，金属结构在海洋中服役时，以电化学腐蚀和冲刷腐蚀为主，相应的腐蚀监测技术也与这两种腐蚀行为相匹配[14]。以船舶为例，相关资料显示，美国舰船的钢制压载水舱内部广泛应用了腐蚀电位监测装置，通过腐蚀电位的监测来判断压载舱内部涂层破损情况及阴极保护系统的工作情况。应用情况如图3所示，其中，参比电极采用Ag/AgCl电极，通过数据采集将不同部位的腐蚀电位分布情况进行系统分析，当局部涂层破损时，破损部位的腐蚀电位较完好部位的腐蚀电位会有所下降，可以通过腐蚀电位的变化定性判断涂层体系的使用情况。此外，腐蚀电位监测也可以对压载舱内部的牺牲阳极阴极保护系统的工作情况进行判别，当牺牲阳极达到消耗下限或局部布置不合理时，相应的保护电位会教标准电位有所差别，通过该差值判断阴极保护系统的工作情况。
图3 船舶压载水舱内部腐蚀电位监测系统
海洋环境下混凝土中的钢筋腐蚀主要是电化学反应，钢筋表面在渗入的氯离子作用下发生腐蚀，因此，电化学方法是监测混凝土中钢筋腐蚀的有效方法。检测钢筋混凝土腐蚀的电化学方法主要有如下几种：半电池电位法、线性极化法、电化学阻抗谱、电阻率法、电化学噪声法等[15]。以港珠澳大桥主体混凝土结构耐久性监测为例[16]，采用了ECI-2耐久性监测传感器，设计的钢筋电极、辅助电极和参比电极体系，采用线性极化方法实时监测钢筋的腐蚀速率及腐蚀电位，另外，传感器中还集成了氯离子探针和混凝土电阻率探针，可以实时定量监测混凝土中的氯离子浓度和混凝土的电阻率，达到混凝土结构耐久性综合监测的目的。
图4 港珠澳大桥混凝土结构采用的ECI-2耐久性监测传感器
