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如何防止钢结构桥梁在海洋环境中的腐蚀?

随着社会的发展和需求,跨海大桥已成为必然的产物。目前,我国已经建成和建的跨海大桥很多。这些桥梁不仅缓解了交通压力,也促进了该地区的经济发展。由于钢材强度高、韧性好、易加工,一般跨海大桥为钢结构桥梁。然而,由于跨海大桥建恶劣的海洋环境中,腐蚀严重影响了桥梁的使用寿命。因此,海洋环境中的盐雾腐蚀是跨海大桥设计和施工过程中必须注意的问题,也是跨海大桥受海水腐蚀的问题。
海洋腐蚀环境包括海洋大气腐蚀环境和海水腐蚀环境。钢海洋环境中的具体位置不同,其腐蚀机理和腐蚀类型也不同。包括海洋大气腐蚀、海水腐蚀、潮区腐蚀、飞溅区腐蚀、全浸区腐蚀等。
海洋大气腐蚀环境:海洋大气腐蚀环境中的金属腐蚀研究与其他环境中的金属腐蚀研究一样,都是由潮湿气体金属物体表面形成一层薄薄的水膜引起的。一般来说,这种腐蚀主要发生船舶、平台和海上码头设施上。许多沿海城市受到腐蚀的严重影响。海洋环境对金属的影响范围一般为20km左右。海洋大气的相对湿度相对较高。同时,由于海水水滴中含有氯化钠颗粒,空气的相对湿度高于其临界值。因此,海洋环境中,钢表面容易形成腐蚀性水膜。薄水膜对钢的大气腐蚀过程符合电解液电化学腐蚀规律。该工艺的特点是氧容易到达钢表面,钢的腐蚀速率受氧极化过程控制。空气中的杂质对大气腐蚀有很大的影响。海洋大气中有许多海盐颗粒。这些盐颗粒溶解钢表面的水膜中,使水膜成为腐蚀性电解质,加速了腐蚀过程。与洁净大气中的凝析油膜相比,被海雾浸透的空气可使钢的腐蚀速率提高数倍。
海水腐蚀环境:海水是含盐量相当大的腐蚀性介质。表层海水含盐量一般3.20%~3.75%之间。随着水深的增加,海水含盐量略有增加。主要盐为氯化物,占总盐的88.7%。海水中的氧含量是影响海水腐蚀的主要因素之一,海水腐蚀特性与氯离子密切相关,氯离子能增加腐蚀活性,破坏金属表面的钝化膜。
海洋环境对金属的影响因素包括:盐度、含氧量、二氧化碳、碳酸盐、温度、海水流速、海洋生物和光照条件。
海洋腐蚀破坏的主要形式
(1)整体腐蚀:整体腐蚀可视为均匀腐蚀,是一种常见的腐蚀形式,其特点是与腐蚀环境接触的整个金属表面以几乎相同的速度发生腐蚀。所谓均匀腐蚀是相对于局部腐蚀而言的,只有少数碳钢和低合金钢全浸腐蚀条件下出现。
(2)局部腐蚀:钢材海洋环境中的局部腐蚀,特别是小孔腐蚀,是影响钢材强度和使用寿命的重要因素。大多数金属材料表面介质中没有腐蚀或腐蚀很轻微,但腐蚀孔或腐蚀坑出现表面个别点或微区,并不断向纵深发展,形成小孔腐蚀坑的现象。氯化物溶液中,只要腐蚀电位达到或超过点蚀电位,就会发生点蚀。微生物腐蚀的一个重要特征是小孔腐蚀的发生。
(3)电偶腐蚀:由于电位不同,接触金属同一介质中的局部腐蚀称为电偶腐蚀,又称接触腐蚀或双金属腐蚀。结果表明,负电位金属的溶解速率增大,正电位金属的溶解速率减小。海洋环境中,海水的电阻率很小,是一种强电解质溶液。当两种不同的金属如碳钢和不锈钢、不锈钢和钛一起使用时,应特别注意避免电偶腐蚀。
(4)应力腐蚀开裂(SCC):应力和特定环境的共同作用下,钢材会发生低于材料强度极限的脆性开裂,导致其功能丧失,称为应力腐蚀开裂。应力腐蚀开裂中,由于氢的渗透,存脆化现象,同时也存裂纹尖端溶液高度酸化的问题。
(5)腐蚀疲劳:波浪荷载作用下的腐蚀疲劳断环是钢桩结构的主要破坏形式之一。另外,由于海水腐蚀和疲劳载荷的共同作用,疲劳载荷加速了腐蚀损伤的过程,海水腐蚀进一步加速了钢结构的疲劳损伤,从而缩短了钢结构的寿命。
桥梁保护方法
常见的钢桩保护方法有腐蚀裕量法、耐海水低合金钢法、涂层保护法、阴极保护法、涂层加阴极保护法,其中阴极保护法与涂层法相辅相成,提高防腐效果。
1号。腐蚀裕量法:设计中增加腐蚀裕量,以增加泥浆面以上部分或整个钢桩的壁厚。以提高使用寿命。该方法已基本应用于国内钢桩码头。以提高其安全系数。但这是一种消极的方法,不能解决局部腐蚀造成的危害。
2。抗海水低合金钢:抗海水钢大气区和飞溅区的耐蚀性比普通碳钢明显,优良的抗海水钢大气区和飞溅区的耐蚀性是普通碳钢的2-3倍;虽然海水浸泡区也有影响,但不如上述区域明显。当然,抗海水钢也有其局限性。一些抗海水钢焊接性能差,焊缝易腐蚀,价格高。
三。涂料防护:涂料主要是指涂料、环氧玻璃钢护套等有机或无机涂料。防止钢桩大气区和飞溅区的腐蚀是一种有效的方法(应根据不同的环境条件采用适当的涂层),但钢桩水下段的防腐效果不好。由于该涂料使用寿命有限,我国海水中也没有成功的应用,只能施涂一次,不利于长期维护和监测。即使易于监控涂层施工质量的时候,钢桩吊装和打桩前也要进行涂层保护。吊装、打桩施工过程中也会造成局部损伤或剥落,打桩后易海水介质中形成大阴极、小阳极的局部腐蚀。而且腐蚀速度很快。容易造成局部腐蚀穿孔,进而引起整体羰基腐蚀。使原涂层失去保护作用。
四。阴极保护:20世纪50年代初至60年代末,阴极保护技术世界范围内已广泛成功地应用于钢桩水下段的保护。阴极保护是一种有效的防腐方案,它可以防止由于各种钢材表面状态不均匀而引起的局部腐蚀和一般腐蚀。提高了钢桩海水中的疲劳强度极限。无论钢桩的表面状况如何,都非常适合新建或已建工程的钢桩。通过直接测量钢表面的阴极极化电位,也可以控制保护效果。如果设计和管理得当,保护效果可达90%以上。阴极保护前后钢桩的腐蚀速率如下图所示:
5。涂层加阴极保护:涂层与阴极保护相匹配,相辅相成。保护效果更好。对于有内涂层的钢材表面,保护电流密度小,保护电位趋于均匀,可减少施工初期阴极保护措施临时失效造成的腐蚀。
钢结构桥梁的防腐措施应从设计、施工、养护、管理等方面入手,忽视任何一个方面都会造成钢结构桥梁的腐蚀隐患。

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