第5章海洋中的钢筋混凝土及非金属材料祥解.ppt

第五章 海洋中的钢筋混凝土及非金属材料的防腐蚀 一、防蚀方法 海洋金属的实际防蚀方法分为三大类： ①提高材料本身的耐蚀性； ②用耐蚀材料被覆的方法(包括电镀、涂料、搪瓷和包覆法)使金属与腐蚀介质隔离； ③电化防蚀法。 对于海上大气区，通常使用防蚀涂料进行保护。 对于全浸区，主要采用涂层法和阴极保护的联合保护法，对固定设备以阴极保护为主，对船只通常要涂防污涂料。固定设备有时也有防污的必要。 在海底淤泥区存在着细菌腐蚀(如硫酸盐还原菌，通常使用的阴极保护法，对于防止此类腐蚀的作用不大)，一般用增加钢桩直径来抵消这种腐蚀损失。 二、各种金属的耐蚀性比较 根据流速对腐蚀速度的影响，金属可分为三类： 第一类是不论流速的高低抗蚀性能皆优良，如钛、镍铬钼合金等。 第二类是流速高时抗蚀性好，流速低了抗蚀性变坏的合金，这种合金表面通常有氧化层保护膜，如镍基合金、不锈钢等，在速度不太高时铝也有这种现象。 第三类是流速低时耐蚀性好，流速高时耐蚀性变坏，如铁和铜合金。 腐蚀产物的性质常常支配着金属腐蚀的速度。若腐蚀产物能形成连续的，不可渗透的，附着力牢固的致密薄膜，此种薄膜如被划伤又会自动形成新的保护膜(即具有自修补作用)，则这种薄膜就对金属有保护作用(称为保护膜或钝化性膜)，不锈钢、铬、铝、镍基合金的腐蚀产品都能形成这样的保护膜。 维持这种保护膜在很大程度上取决于溶存氧气，若水中溶存氧气不足，就会发生局部电化腐蚀，称为点蚀，而99%金属表面都事实上没有腐蚀。 钝化能力较小的金属，如钢、黄铜、铅、钢铁和锌等，腐蚀就比较均匀，氧气的存在就会促进腐蚀，在流动条件也会加速腐蚀。 在碱性条件下(例如，在阴极保护条件下)，铝会被加速腐蚀，锌和铅也会受腐蚀，因为它们是两性金属，而对于钢铁，则受到保护，只有在pH值极大(14)时才会腐蚀。 各种金属浸渍在静水中的全面腐蚀如下表所示： 在海洋建筑中，钢筋混凝土是一种常用的建筑材料，这种建材成本低，强度好，并有一定的耐蚀性，故迄今仍是海洋中的主要建材。 混凝土中含有碱性的氢氧化钙，对钢筋有钝化作用或碱性保护作用，而且，混凝土层厚度大，对海水和氧气等腐蚀剂有良好的屏蔽作用，故混凝土被认为是钢筋的良好的天然保护材料。 在海洋环境中，混凝土结构的耐久性，比内陆差得多。通常，在海水中混凝土结构受到下列各种物理因素和化学因素的影响而被腐蚀： ①海水的化学作用； ②钢筋所经受的腐蚀作用； ③反复地干燥和湿润的作用； ④波浪和沙粒的冲蚀磨损作用； ⑤在寒冷的海域中，海水反复地冻结(反复膨胀)和熔融的作用； ⑥海生物的生化腐蚀作用。 这些因素对于混凝土结构的侵蚀程度，取决于气候条件，海洋建筑在海洋中的位置(全浸区、飞溅区、潮差区或海上大气区)以及混凝土本身的成分和性质等，其腐蚀机理是十分复杂的。 1．海水的化学腐蚀 海水中所含有的各种盐类，可以电离为各种离子，许多种类的离子可能成为混凝土腐蚀剂，其中以硫酸根离子SO42-，镁离子Mg2+和氯离子Cl-等的破坏性为最大。 混凝土中的水泥在与水结合时，生成大量的固体氢氧化钙，海水中的镁离子能使这种氢氧化钙溶解，而析出氢氧化镁，也能破坏混凝土的组织。 海水中的氯离子对于水泥有两个作用，其一是它和氢氧化钙反应，生成可溶的氯化钙，其二是生成富氏盐(3CaO·Al2O3·CaCl2·10H2O)，富氏盐的形成对混凝土的危害不大，但是氢氧化钙的被溶解能使混凝土的强度降低。 硫酸根离子和镁离子只对混凝土的表面有作用，但在表面受到物理作用时(反复干湿、反复冻熔及波浪作用等)，这些作用也会逐渐深入内部；另一方面，氯离子却能直接侵入到水泥混凝土的内部，使混凝土中的氢氧化钙含量逐步减少。 2．海水对钢筋的腐蚀作用 在混凝土的水合反应中，所生成的氢氧化钙有很大的碱性，这种碱性有利于其内部钢筋的防蚀作用。 然而，经过一定时间，碱性降低，混凝土逐步成为中性，氯离子、水分、溶解氧气等腐蚀剂逐步渗透进入混凝土内部，使原来处于钝化状态的钢筋变为活性状态，最后开始生锈，钢筋的生锈引起体积膨胀，使表层的混凝土开裂或剥落，失去了它对钢筋的保护作用。 3．水泥—砂—水的配比对于裸钢筋和镀锌钢筋的腐蚀的影响 氯化物是钢筋混凝土最危险的腐蚀剂，因混凝土的碱性能使钢材表面形成一层钝化层，而氯化物的渗入能使这层钝化层发生开裂。 为此，在许多标准中，都对于增强混凝土和预压混凝土中的氯离子浓度严加限制。然而，即使如此，在海洋环境中，氯离子还是可能渗入混凝土的多孔网络结构中。 为了定量地测试氯离子对于钢筋混凝土的相互