大橋的腐蝕與防護(hù)

大橋的腐蝕與防護(hù)主講人：XXXXPPT：XXX資料收集：XXXXXContents橋梁建筑的發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)橋梁的腐蝕特性混凝土橋梁的腐蝕特性大氣腐蝕實例水腐蝕實例土壤腐蝕實例常見腐蝕防護(hù)方法耐腐蝕鋼筋防腐蝕涂裝陰極保護(hù)主要分為三部分內(nèi)容：Part1——橋梁建筑的發(fā)展盛世修橋筑路橋梁建設(shè)隨著國民經(jīng)濟(jì)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的加快飛速發(fā)展，地位相當(dāng)重要現(xiàn)代化的橋梁建設(shè)建造形式多樣，主要有斜拉橋、懸索橋、拱橋、PC連鋼構(gòu)橋等。Part1——橋梁建筑的發(fā)展Part1——橋梁建筑的發(fā)展Part1——橋梁建筑的發(fā)展Part1——橋梁建筑的發(fā)展Part1——橋梁建筑的發(fā)展無論是哪種建筑形式的橋梁，它所采用的結(jié)構(gòu)材料主要有鋼鐵和混凝土；鋼鐵最大的問題是它的防腐，堅硬的混凝土本身是耐腐蝕的材料，但混凝土有反應(yīng)性，尤其是在酸性條件下；因此，長期暴露在自然環(huán)境中，橋梁的鋼結(jié)構(gòu)及混凝土結(jié)構(gòu)都會受到環(huán)境的腐蝕，影響橋梁的安全性和使用壽命。Part1——鋼結(jié)構(gòu)橋梁的腐蝕特性1、鋼鐵腐蝕機(jī)理鋼鐵的自然腐蝕趨勢鋼鐵的電化學(xué)腐蝕Part1——鋼結(jié)構(gòu)橋梁的腐蝕特性2、橋梁鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕形態(tài)均勻腐蝕點(diǎn)蝕電偶腐蝕縫隙腐蝕應(yīng)力腐蝕疲勞腐蝕-美國俄亥俄州大橋Part1——鋼結(jié)構(gòu)橋梁的腐蝕特性3、鋼鐵橋梁不同部位的腐蝕特性主要發(fā)生大氣腐蝕

Part1——混凝土橋梁的腐蝕特性填充骨料水和助劑混凝土3CaO.SiO2水泥混凝土的主要成分

Part1——混凝土橋梁的腐蝕特性引起混凝土加強(qiáng)鋼筋腐蝕最為主要的原因有兩個：混凝土的碳化

氯化物的滲透

Part1——混凝土橋梁的腐蝕特性氯化物的滲透為了防止冰雪對車輛行駛造成的事故危害，1950s-1960s,西方國家開始使用防冰鹽，但此后，防冰鹽所帶來的腐蝕破壞大量表現(xiàn)出來，美國56.7萬座高速公路橋已有半數(shù)以上遭腐蝕和需要修復(fù)，據(jù)調(diào)查顯示，凡使用防冰鹽的橋梁，15年左右表現(xiàn)出腐蝕破壞。

大氣腐蝕

海水或淡水腐蝕

土壤腐蝕大氣腐蝕是一種材料與其周圍的大氣環(huán)境相互作用的結(jié)果淡水腐蝕以微電池腐蝕為主，海水腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕Part2——橋梁的腐蝕環(huán)境土壤腐蝕以電化學(xué)腐蝕為主，伴有微生物腐蝕

Part2——大氣腐蝕例如廣東海門大橋，所處位置劃定為亞熱帶濕熱區(qū)根據(jù)污染物質(zhì)農(nóng)村大氣城市大氣工業(yè)大氣海洋大氣海洋工業(yè)大氣自然氣候特征腐蝕環(huán)境分類大氣的腐蝕環(huán)境有兩種基本的劃分方法在橋梁防腐設(shè)計中，多參考的是環(huán)境腐蝕特性。

Part2——大氣腐蝕大氣環(huán)境中的腐蝕主要是金屬表面電解液膜下的電化學(xué)腐蝕。這個過程的特點(diǎn)是氧氣特別容易到達(dá)金屬表面，金屬腐蝕受到氧去極化過程的控制。

Part2——大氣腐蝕大氣的影響因素1、大氣成分——海洋大氣中的鹽粒子、污染大氣中的硫化物、氮化物、碳化物及塵埃SO2：吸附在鋼鐵表面——FeSO4（易溶于 水）——H2SO4 這種自催化式的反應(yīng)不斷進(jìn)行就會使鋼鐵 不斷收到腐蝕。氯離子：沉積于鋼鐵表面的水膜中，吸濕作用，加大水膜電解作用，加速電化學(xué)腐蝕的進(jìn)行。

Part2——大氣腐蝕大氣的影響因素2、相對濕度——某一溫度下空氣中的水蒸氣含量與在該溫度下的空氣所能容納的水蒸氣的最大含量的比值。經(jīng)驗表明，相對濕度控制在60%以下，鋼鐵的腐蝕速度相對緩慢；如果能控制在40%以下，腐蝕幾乎沒有明顯跡象

Part2——大氣腐蝕大氣的影響因素3、表面溫度——影響金屬表面水汽的凝聚等4、金屬的表面狀態(tài)——粗糙新鮮的鋼鐵表面狀態(tài)容 易發(fā)生銹蝕

Part2——大氣腐蝕橋梁的腐蝕環(huán)境主要是大氣腐蝕，涉及到所有的大氣腐蝕類型，其中腐蝕性最強(qiáng)的是工業(yè)大氣和海洋大氣。

Part2——大氣腐蝕根據(jù)GB/T15957-1995《大氣環(huán)境腐蝕性分類》：

Part2——大氣腐蝕

Part2——大氣腐蝕

Part2——大氣腐蝕以長江潤揚(yáng)大橋為例分析大氣腐蝕：分析一：根據(jù)潤揚(yáng)大橋1999年《環(huán)境影響報告書》，鎮(zhèn)江、揚(yáng)州長江沿岸地區(qū)年平均氣溫15℃左右，年降水量約為1000mm，平均年雨日約100d，年平均濕度約為75%；

Part2——大氣腐蝕以長江潤揚(yáng)大橋為例分析大氣腐蝕：分析二：鎮(zhèn)江、揚(yáng)州地區(qū)空氣中主要污染指標(biāo)（1996年數(shù)據(jù)）

Part2——大氣腐蝕以長江潤揚(yáng)大橋為例分析大氣腐蝕：分析結(jié)果：潤揚(yáng)大橋區(qū)域大氣類型屬于城市工業(yè)大氣，其污染物主要為硫化物及氮氧化物，來源于工業(yè)廢氣和汽車尾氣，屬于B腐蝕性氣體，但是總懸浮顆粒物含量嚴(yán)重超標(biāo)；鎮(zhèn)江、揚(yáng)州兩市的酸雨現(xiàn)象嚴(yán)重，鎮(zhèn)江近年酸雨發(fā)生頻率約為10%左右，揚(yáng)州為30%左右，屬于中等至較強(qiáng)腐蝕類型；由于空氣中懸浮顆粒物較多，所以極易被吸附，當(dāng)它們被灰塵吸收并溶于金屬液膜中是，將在金屬表面生成易溶于硫酸鹽或硝酸鹽等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)加上濕度較大，腐蝕作用更為明顯

Part2——大氣腐蝕以長江潤揚(yáng)大橋為例分析大氣腐蝕：采用防腐系統(tǒng)：在此基礎(chǔ)上，潤揚(yáng)大橋采用了中防腐蝕涂料系統(tǒng)，鋼材的地面處理采用了噴鋅或無機(jī)硅酸鋅車間底漆，涂料系統(tǒng)采用了無機(jī)硅酸鋅底漆+環(huán)氧中間漆和聚氨酯面漆

Part2——大氣腐蝕Part2——水腐蝕水腐蝕分類淡水腐蝕：淡水的含鹽量少，導(dǎo)電性差。一般情況下，淡水腐蝕較弱。淡水腐蝕是吸氧腐蝕，足夠的溶解氧的存在是腐蝕的最根本原因。隨著工業(yè)排放物對淡水的污染，酸根離子對淡水腐蝕的影響不可忽視。海水腐蝕：海水中金屬的電化學(xué)腐蝕是由于金屬表面的電化學(xué)不均勻性引起的。這種不均勻性可由金屬本身或金屬表面不同部位上介質(zhì)的變化而產(chǎn)生。

Part2——淡水腐蝕淡水腐蝕是典型的電化學(xué)過程，與水中溶解氧量、水的硬度、含鹽量、含硫量、溫度、流速及PH值有關(guān)。

Part2——海水腐蝕海洋腐蝕環(huán)境的腐蝕區(qū)帶海洋大氣區(qū)海面飛濺區(qū)以上的大氣區(qū)和沿岸大氣區(qū)飛濺區(qū)平均高潮線以上海洋飛濺所能濕潤的位置，腐蝕在這個部位最為嚴(yán)重潮差區(qū)平均高潮位與平均低潮位之間的區(qū)段,腐蝕通常是平均高潮位和平均低潮位最為嚴(yán)重

Part2——海水腐蝕海洋腐蝕環(huán)境的腐蝕區(qū)帶全浸區(qū)平均低潮線以下的位置,腐蝕受海水深度影響海泥區(qū)主要有海底沉積物構(gòu)成，含鹽度高，電阻率低，對金屬的腐蝕高于陸地土壤，低于全浸區(qū)

Part2——海水腐蝕腐蝕峰值發(fā)生在飛濺區(qū)，這一區(qū)域海水飛濺、干濕交替，氧的供應(yīng)最充分，同時光照和浪花沖擊破壞金屬的保護(hù)膜，年平均腐蝕率為0.2～0.5毫米通常發(fā)生在平均低潮線以下0.5～1.0米處，因其溶解氧充分、流速較大、水溫較高、海生物繁殖快等，年平均腐蝕率為0.1～0.3毫米發(fā)生在與海水海泥交界處下方，由于此處容易產(chǎn)生海泥/海水腐蝕電池，年腐蝕率為0.03～0.07毫米

Part2——海水腐蝕多數(shù)銅合金在海水中的腐蝕形態(tài)以均勻腐蝕為主。腐蝕速度與時間關(guān)系服從冪函數(shù)規(guī)律。在海水腐蝕環(huán)境中全浸區(qū)腐蝕最嚴(yán)重，潮差區(qū)次之，飛濺區(qū)最輕。氯離子的侵入破壞鋼筋的鈍化膜，使鋼筋活化，氯離子本身又不消耗，并且增加了混凝土的導(dǎo)電性，導(dǎo)致鋼筋腐蝕嚴(yán)重。

Part2——海水腐蝕海水腐蝕影響因素1、含鹽量——影響到水的電導(dǎo)率和含氧量。另外，氯離子對金屬的鈍化起著破壞作用，也促進(jìn)了腐蝕。2、溶解氧——隨著鹽度的增加和溫度升高，溶解氧含量會降低。存在腐蝕速度最大值。3、溫度——海水溫度升高，腐蝕加速。4、波浪和流速——改變供氧條件，加速氧到達(dá)金屬表面。5、海生物——海生物的附著會引起氧濃差電池腐蝕，某些海生物的生長會破壞金屬表面涂層。在附著生物死后會引起嚴(yán)重的微生物腐蝕。

Part2——水腐蝕海水腐蝕VS淡水腐蝕化學(xué)因素、物理因素、生物因素其影響常常是相互關(guān)聯(lián)的?；瘜W(xué)因素：pH（弱堿性，化學(xué)成分腐蝕高）

溶解氧（溶解氧高，加快腐蝕）

鹽度（是電解質(zhì)溶液，能使金屬加快腐蝕速率）

復(fù)雜有機(jī)物（與金屬發(fā)生絡(luò)合或螯合反應(yīng)）物理因素：溫度（布朗運(yùn)動加快腐蝕速度）

水動力（水動力使溶解氧提高）

水文和泥沙（力的作用）生物因素：附著生物、污損生物、細(xì)菌的代謝產(chǎn)物

大型生物的沖撞作用

Part2——海水腐蝕連接珠海情侶路與野貍島的海燕橋，全長300余米，1993年開工，1997年建成，2003年正式啟用。2003年養(yǎng)護(hù)中發(fā)現(xiàn)該橋墩柱產(chǎn)生大量的順筋脹裂縫、部分混凝土剝離,隨即限載通行。

以海燕大橋為例分析海水腐蝕：Part2——海水腐蝕混凝土豎向裂縫及開裂打掉剝離的混凝土保護(hù)層,混凝土的鋼筋主筋銹蝕嚴(yán)重,而箍筋亦銹蝕斷落,基本上喪失原有作用利用超聲波法和鉆芯法，得知在標(biāo)高2.5~3.6m墩柱混凝土內(nèi)部存在缺陷,墩柱混凝土表層存在分層剝離現(xiàn)象,而且在墩柱中部情況最嚴(yán)重混凝土保護(hù)層剝落Part2——海水腐蝕分析結(jié)果：該橋處于海洋環(huán)境中,海水氯離子含量較高,墩柱開裂主要是由于海水中氯離子侵入混凝土,使鋼筋周圍氯離子含量超過鋼筋致銹的臨界值,在一定濕度及足夠的氧的作用下,引起鋼筋銹蝕。銹蝕產(chǎn)物使鋼筋體積增大而使混凝土脹裂,屬典型的海水腐蝕破壞。而造成這種情況的主要是由于原設(shè)計混凝土保護(hù)層不足,施工時鋼筋偏位導(dǎo)致混凝土保護(hù)層偏小,縮短了氯離子和硫酸根離子的路程,使鋼筋過早銹蝕。Part2——淡水腐蝕

Part2——水腐蝕Part2——淡水腐蝕

Part2——土壤腐蝕大橋的支撐梁柱必然要立足于土壤之中，土壤對鋼筋或混凝土的腐蝕直接影響著大橋的安全。Part2——土壤腐蝕土壤是由氣相、液相和固相所組成的一個復(fù)雜系統(tǒng)，其中還生存著很多土壤微生物。Part2——土壤腐蝕影響土壤腐蝕的幾個因素：

電阻率含氧量鹽分含水量pH值溫度微生物雜散電流Part2——土壤腐蝕電阻率——土壤腐蝕的綜合性因素。當(dāng)土壤的含水率未達(dá)飽和時，土壤電阻率隨含水量增加而減小。當(dāng)達(dá)到飽和時，含水量增加電阻率增加。含氧量——在含氧量不同的土壤中，很容易形成氧濃度差電池而引起腐蝕。Part2——土壤腐蝕鹽分——它是電解液的主要成分。含鹽量越高，電阻率越低，腐蝕性質(zhì)就越強(qiáng)。含水量——水分使土壤成為電解質(zhì)，是造成腐蝕的先決條件。Part2——土壤腐蝕pH值——金屬在酸性較強(qiáng)的土壤中腐蝕最強(qiáng)。溫度——一方面溫度越高，電阻率越小，腐蝕越強(qiáng)；另一方面，溫度升高使微生物活躍起來，腐蝕越嚴(yán)重。Part2——土壤腐蝕微生物——土壤中的微生物會促進(jìn)金屬材料的腐蝕過程，還能降低非金屬材料的穩(wěn)定性能。雜散電流——土壤介質(zhì)中存在的一種大小、方向都不固定的電流。來源于電氣化鐵路、電車等的漏電。能夠促進(jìn)腐蝕。Part2——土壤腐蝕土壤腐蝕的電化學(xué)特征：

金屬在土壤中的陽極過程與金屬在溶液中或大氣中相似，可以是陽離子化過程，也可以是陽極鈍化的極化形式。土壤中的陰極過程是氧的去極化作用，在酸性土壤中有氫去極化參與，在微生物豐富的土壤中，還有微生物參與的陰極還原過程。

Part2——土壤腐蝕金屬的土壤腐蝕Part2——土壤腐蝕陽極過程：Fe→Fe2++2eFe2++2OH-→Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)32Fe(OH)3→Fe2O3·3H2O→Fe2O3+H2OPart2——土壤腐蝕陰極過程：通常情況：O2+2H2O+4e-→4OH-（氧的還原過程）強(qiáng)酸性情況或硫酸鹽還原菌豐富的情況：2H++2e-→H2↑（放氫過程）或SO42-+4H2O+8e-→S2-+8OH-（硫酸根的還原反應(yīng)）Part2——土壤腐蝕混凝土的土壤腐蝕Part2——土壤腐蝕原理：1、土壤直接對混凝土腐蝕，使混凝土風(fēng)化、疏松、剝離，隨后使混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕；2、土壤電解質(zhì)直接穿透混凝土層腐蝕鋼筋，使鋼筋發(fā)生銹蝕，產(chǎn)生體積膨脹，導(dǎo)致混凝土破壞Part2——土壤腐蝕混凝土土壤腐蝕的影響因素：國內(nèi)外大量研究資料表明，土壤中CO2、Cl-和硫酸鹽等對混凝土腐蝕最嚴(yán)重，危害最大。Part2——土壤腐蝕CO2對混凝土的腐蝕：CO2+H2O?H2CO3H2CO3?HCO3-+H+HCO3-?CO32-+H+Ca(OH)2?CO32-+2OH-當(dāng)土壤中CO2濃度較高時，混凝土直接發(fā)生碳化：CO2++Ca(OH)2→CaCO3+H2OPart2——土壤腐蝕Cl-對混凝土的腐蝕：2Cl-+Ca(OH)2→CaCl2+2OH-破壞混凝土高堿性鋼筋鈍化膜，引起鋼筋銹蝕后體積膨脹，導(dǎo)致混凝土開裂失效。Part2——土壤腐蝕硫酸鹽對混凝土的腐蝕：SO42-+Ca(OH)2→CaSO4·2H2O反應(yīng)后混凝土的體積增大數(shù)倍，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生很大的應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土輕度降低而破壞。Part2——土壤腐蝕外面水泥脫離，里面鋼筋暴露，腐蝕嚴(yán)重Part2——土壤腐蝕Part2——土壤腐蝕Part2——土壤腐蝕Part2——土壤腐蝕Part2——土壤腐蝕Part2——土壤腐蝕Part2——土壤腐蝕Part3——常見腐蝕防護(hù)方法涂料防護(hù)目前世界各國采用最多的是涂裝防腐涂料，如油性涂料、水性涂料、氯化橡膠、環(huán)氧瀝青、乙烯系涂料，特別是無機(jī)富鋅底漆上再涂厚膜涂料的方法在國外應(yīng)用較多，這些傳統(tǒng)的防腐方法壽命多為3～l5年。悉尼港口大橋在建設(shè)時的涂漆工作量就相當(dāng)繁重，每度漆約有800000公升，涂裝面積相當(dāng)于60個足球場那么大。

鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕必須具備幾個基本條件：鋼鐵作為腐蝕陽極，其電位最低；低電阻的電解質(zhì)溶液，從外面滲入或殘存在底漆與鋼鐵的界面上；足夠的氧氣參與腐蝕過程，并維持在一定水平上。采用涂料來保護(hù)鋼鐵，就是要提高其腐蝕電位，由腐蝕陽極成為陰極，隔絕電解質(zhì)以免形成腐蝕電池。漆膜的耐腐蝕性一個重要原因就是涂料作為一種高聚物薄膜，能夠不同程度地阻緩腐蝕因子水、氧所和粒子的透過，從而發(fā)揮防銹防腐蝕的作用。此外，涂層漆膜對腐蝕介質(zhì)的穩(wěn)定性，與底材的附著力以及相應(yīng)的機(jī)械性能對于涂層的防腐蝕性能都有著重要的影響。

屏蔽作用涂料經(jīng)過良好的施工，覆蓋在鋼鐵表面，能有效地隔斷鋼鐵與外界腐蝕環(huán)境的接觸。也就是說，涂料阻止了大氣中氧氣、水汽和其他腐蝕性離子對鋼鐵的侵蝕。緩蝕作用防銹底漆的防銹作用在很大程度上依靠防銹顏料的作用。鉻酸鋅、磷酸鋅和紅丹等對鋼鐵有著緩蝕作用。以磷酸鋅為例，它具有形成堿式絡(luò)合物的能力，可以與漆基的極性基團(tuán)（羥基或羧基）進(jìn)一步絡(luò)合，生成穩(wěn)定的交聯(lián)絡(luò)何物，不僅增強(qiáng)了漆膜的耐水性和附著力，同時在唐鐵表面形成了牢固的鐵-鋅-磷酸鹽絡(luò)合物，阻止了銹蝕的形成和發(fā)展，降低鋼鐵的腐蝕速度。陰極保護(hù)作用利用鋅粉的陰極保護(hù)作用，制成的環(huán)氧富鋅漆具有最好的防銹作用，是重防腐涂料體系中的首選底漆。高含量的鋅粉與鋼鐵緊密接觸，由于鋅的電位比鋼鐵低，腐蝕電流就會從鋅流向鋼鐵，鋅粉首先被腐蝕從而保護(hù)了鋼鐵。鋅粉在大氣中的腐蝕產(chǎn)物為難溶堿式鹽，它們會填沒涂層中的空隙，也具有保護(hù)作用。

Part2——水腐蝕ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.

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