海水腐蝕環(huán)境分析和破壞形式

隨著社會的發(fā)展與需求，跨海大橋成為了必然的產(chǎn)物，我國目前已建和在建的跨海大橋數(shù)量很多，這些跨海大橋不僅緩解了交通壓力，還促進了所在區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展。由于鋼材的強度高、韌性好、易加工，因此一般跨海大橋為鋼結(jié)構(gòu)橋梁，但是由于跨海大橋建在環(huán)境惡劣的海洋環(huán)境中，腐蝕嚴重影響了橋梁的使用壽命。因此海洋環(huán)境下的鹽霧腐蝕是跨海橋梁設(shè)計和建造過程中必須重視的問題，也是橋梁受海水腐蝕是目前工程界面臨的一個難題。

海洋腐蝕環(huán)境分析

海洋腐蝕環(huán)境包括海洋大氣腐蝕環(huán)境和海水腐蝕環(huán)境，鋼材在海洋環(huán)境中的具體位置不同其腐蝕機理和腐蝕類型也各不相同。包括海洋大氣腐蝕、海水腐蝕、潮差區(qū)腐蝕、飛濺區(qū)腐蝕、全浸區(qū)腐蝕等，為了研究不同區(qū)域的腐蝕必須從腐蝕介質(zhì)入手。

海洋大氣腐蝕環(huán)境：海洋大氣腐蝕環(huán)境對金屬腐蝕的研究同其它環(huán)境中的大氣腐蝕是一樣的，是由于潮濕的氣體在金屬物體表面形成一個薄水膜而引起的。一般這種腐蝕大多發(fā)生在海上的船只、海上平臺以及沿岸碼頭設(shè)施上，許多海濱城市受影響腐蝕現(xiàn)象是非常嚴重。海洋環(huán)境對金屬影響范圍一般界定為20km左右，海洋大氣中相對濕度較大，同時由于海水飛沫中含有氯化鈉粒子，所以對于海洋鋼結(jié)構(gòu)來說，空氣的相對濕度都高于它的臨界值。因此，海洋環(huán)境中的鋼鐵表面很容易形成有腐蝕性的水膜。薄水膜對鋼鐵的作用而發(fā)生大氣腐蝕的過程，符合電解質(zhì)中電化學(xué)腐蝕的規(guī)律。這個過程的特點是氧特別容易到達鋼鐵表面，鋼鐵腐蝕速度受到氧極化過程控制?？諝庵兴s質(zhì)對大氣腐蝕影響很大，海洋大氣中富含大量的海鹽粒子，這些鹽粒子雜質(zhì)溶于鋼鐵表面的水膜中，使這層水膜變?yōu)楦g性很強的電解質(zhì)，加速了腐蝕的進行，與干凈大氣的冷凝水膜比，被海霧周期飽和的空氣能使鋼的腐蝕速度增加幾倍。

海水腐蝕環(huán)境：海水是一種含鹽量相當大的腐蝕性介質(zhì)，表層海水含鹽量一般在3.20%-3.75%之間，隨水深的增加，海水含鹽量略有增加。鹽分中主要為氯化物，占總鹽量的88.7%。海水中的氧含量是海水腐蝕的主要影響因素之一;海水腐蝕的特點與氯離子密切相關(guān)，氯離子可增加腐蝕活性，破壞金屬表面的鈍化膜。

海洋環(huán)境對金屬的影響因素包括：鹽度、含氧量、CO2、碳酸鹽、溫度、海水流速、海洋生物、光照條件。

海洋腐蝕破壞的主要形式

（1）全面腐蝕：全面腐蝕可視為均勻腐蝕，它是一種常見的腐蝕形態(tài)，其特征是與腐蝕環(huán)境接觸的整個金屬表面上幾乎以相同的速度進行的腐蝕。所謂均勻腐蝕活比較均勻腐蝕，都是相對于局部腐蝕而言的，而且這種腐蝕形態(tài)只有少數(shù)的碳鋼、低合金鋼在全浸腐蝕條件下出現(xiàn)。

（2）局部腐蝕：鋼鐵材料在海洋環(huán)境中的局部腐蝕，特別是小孔腐蝕，是影響鋼鐵材料強度及使用壽命的一個重要因素。介質(zhì)中的金屬材料絕大部分表面不發(fā)生腐蝕或腐蝕很輕微，但表面上個別的點或微小區(qū)域出現(xiàn)蝕孔或麻點，并不斷縱深發(fā)展，形成小孔狀腐蝕坑的現(xiàn)象。在氯離子的溶液中，只要腐蝕電位達到或超過點蝕電位，就能產(chǎn)生點蝕。微生物腐蝕的一個重要特征是導(dǎo)致小孔腐蝕的發(fā)生。

（3）電偶腐蝕：由于電位電位不同，造成同一介質(zhì)中一種金屬接觸處的局部腐蝕，就是電偶腐蝕，亦稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。兩種金屬構(gòu)成宏電池，使電位較負的金屬溶解速度增加，電位較正的金屬溶解速度減小。海洋環(huán)境中，海水電阻率很小，是強電解質(zhì)溶液，當兩種不同金屬如碳鋼和不銹鋼，不銹鋼和鈦金屬等共同使用時，要特別注意避免電偶腐蝕。

(4)應(yīng)力腐蝕：鋼鐵在應(yīng)力和特定環(huán)境的聯(lián)合作用下，將出現(xiàn)低于材料強度極限的脆性開裂現(xiàn)象，致使其失去功能，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕開裂。在應(yīng)力腐蝕開裂中存在因氫的滲入而脆化的現(xiàn)象，也存在裂紋尖端處溶液高度酸化的問題。

(5)腐蝕疲勞：波浪載荷下的腐蝕疲勞破環(huán)是鋼樁式結(jié)構(gòu)的主要破壞形式之一。另外，由于海水腐蝕與疲勞載荷共同作用的結(jié)果，疲勞載荷加速度腐蝕破壞的過程，而海水腐蝕進一步加速鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞，從而使其壽命縮短。

橋梁防護方法

常見的鋼樁防護方法有腐蝕裕量法、耐海水低合金鋼、涂層保護、陰極保護、涂料加陰極保護，其中陰極保護與涂料同時使用可相互補充，提高防腐效果。

(1)腐蝕裕量法：設(shè)計時預(yù)加腐蝕富裕量對泥面以上區(qū)段或整個鋼樁加大其壁厚。以提高使用年限。此方法國內(nèi)鋼樁碼頭基本上采用。以增加其安全系數(shù)。但這是一種消極方法，解決不了因局部腐蝕所帶來的危害。

(2)耐海水低合金鋼：耐海水鋼在大氣區(qū)、浪濺區(qū)具有比普碳鋼明顯的耐蝕性，優(yōu)良的耐海水鋼較普碳鋼于上述區(qū)域的耐蝕性可提高2～3倍;在海水全浸區(qū)雖亦有作用，但無上述區(qū)域那么明顯。當然耐海水鋼也有其局限性，某些耐海水鋼的焊接性能差，焊縫處易遭腐蝕破壞，且價格高昂。

(3)涂層保護：涂層主要指油漆涂料、環(huán)氧玻璃鋼護套和其它有機或無機覆蓋層。這對防止鋼樁大氣區(qū)和浪濺區(qū)的腐蝕是一較為有效的方法(視不同的環(huán)境條件采用適宜的涂層)，但對鋼樁水下區(qū)段防腐效果不佳。因其壽命有限，且目前國內(nèi)尚無成功應(yīng)用于海水中的先例，再者涂層僅能一次性施工，不利于長期維修和監(jiān)測。即使在易監(jiān)控涂層施工質(zhì)量的時機——鋼樁在吊運打樁前就實施擦層保護。亦會目吊運、打樁等施工過程造成其局部破港口建設(shè)損或剝落，使得打樁后于海水介質(zhì)中板易誘發(fā)大陰極、小陽極形式的局部腐蝕。且其腐蝕速度很快。易于引起局部腐蝕穿孔而再誘發(fā)該處的全面羰蝕。使得原有的涂層失去保護作用。

(4)陰極保護：從50年代初至60年代末。世界各國相繼將陰極保護技術(shù)廣泛而又成功地應(yīng)用于鋼樁水下區(qū)段的保護上。陰極保護是一有效的防腐方案，能防止因各種鋼表面狀態(tài)不均所引起的局部腐蝕和通常的全面腐蝕。尚可提高鋼樁于海水中的疲勞強度極限。無論鋼樁表面狀況的迥異，對新建或已建工程的鋼樁都很適用。還可用直接檢測鋼表面陰極極化電位的方法控制其保護效果。若設(shè)計、管理得當，則其保護效果可達90以上。鋼樁陰極保護前后其腐蝕速度對比見下圖：

(5)涂料加陰極保護：涂料同陰極保護匹配，可互相補充。使保護效果更佳。固有涂料的鋼表面，所需保護電流密度小，保護電位易趨于均勻，可減少陰極保護措施于始建時一時跟不上所帶來的腐蝕。

鋼結(jié)構(gòu)橋梁的防腐蝕措施應(yīng)從設(shè)計、施工、維護、管理等方面入手，忽略了任何一方面都將造成對鋼結(jié)構(gòu)橋梁腐蝕的隱患。

鋼橋的加固補強及表面處理可以有效減少腐蝕的發(fā)生;復(fù)涂施工工藝為采用局部除銹加涂面漆的一種適用于舊鋼結(jié)構(gòu)的涂裝施工工藝，采用局部除銹加涂面漆，可延長底漆的使用年限，減少除銹，節(jié)省資金;橋面系防水改造和涂裝配套的選擇也是提高鋼結(jié)構(gòu)橋梁發(fā)生腐蝕的有效方法。

重防腐涂裝系統(tǒng)在國外已有成功使用的例子，在我國已開始在大型橋梁上使用重防腐涂裝系統(tǒng)來進行防腐保護。為增強面漆抗周圍腐蝕介質(zhì)的性能和耐堿性，采用以富鋅涂料為防銹底漆的、氟碳面漆等合成樹脂涂料的涂裝系統(tǒng)，具有長達20- 30年的耐候有效期。