钢管桩的腐蚀与防腐

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1、钢管桩的腐蚀与防腐中国建筑科学研究院钱力航2005年7月·北京地址:100013北京市北三环东路30号电话:01084286025139013140389/9/20211钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩在上海超高层建筑的基础中已有所应用,如金茂大厦等.随着我国经济的高速发展,钢管桩的应用必将越来越多.广大设计施工人员对钢管桩的性能应该有一些认识.目前大家比较关注的问题一是钢管桩的腐蚀与防腐问题,二是开口钢管桩的桩端阻力问题.9/9/20212钢管桩的腐蚀与防腐腐蚀的现象与原因钢铁受环境的作用而变为氧化铁等的现象称为腐蚀.钢管桩工作的环境是海水、淡水、大气和土等

2、,而使钢管桩发生腐蚀的就是其中的水和氧.水和氧与钢铁发生反应生成铁锈.9/9/20213钢管桩的腐蚀与防腐钢铁变为铁锈的反应是一种电化学反应.也可以说是根据”电池作用”进行的反应.在钢铁的表面由于种种原因存在无数非常细小的阳极和阴极,形成了局部电池.在局部电池的阳极上发生铁的溶解,阴极上发生氧的还原,就这样进行着腐蚀反应.9/9/20214钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩腐蚀的速度决定于单位时间内到达并扩散到钢表面的氧的量.而促使氧增加的主要因素是水中溶存的氧的浓度、流速、混合的程度和温度等.9/9/20215钢管桩的腐蚀与防腐由于腐蚀而在钢表面形成的铁锈,在

3、某种程度上成为氧扩散的屏障,具有抑制氧扩散的作用.而这种已经形成的铁锈层的保护作用,在大气中较大,在水中较小.9/9/20216钢管桩的腐蚀与防腐当水中溶有食盐等中性盐类时,腐蚀的机理原则上没有变化.但食盐的存在影响作为氧扩散屏障的铁锈层的性质.9/9/20217钢管桩的腐蚀与防腐如果钢的金属组织、应力和塑性变形的程度不同,在水中的电位就不同.如两种不同成分钢的连接部位,成为腐蚀电池阳极的一方就会促进腐蚀.钢表面的压痕也会促进腐蚀.9/9/20218钢管桩的腐蚀与防腐在低合金钢中,合金的元素进入铁锈层中会引起铁锈层性质的变化,从而影响钢的耐腐蚀性.如在

4、低合金钢中加入适量的磷、铬和铜,则在大气或海水中,其耐腐蚀性为普通钢的2~3倍.而在淡水或土中则没有太大的变化.9/9/20219钢管桩的腐蚀与防腐腐蚀的形态构筑物基础使用的钢除全面腐蚀外,还会发生“孔蚀”和“腐蚀疲劳”等形态的腐蚀.在钢表面的某些部位,阳极反应集中发生,严重腐蚀,成为“孔蚀”.孔蚀最主要的原因是通气性差.9/9/202110钢管桩的腐蚀与防腐例如在缝隙和贝类附着的部位等,氧的供给比其他部位少,供给少的部位成为阳极,供给多的部位成为阴极,这样就形成了“电池”,在阳极部位就发生“孔蚀”.9/9/202111钢管桩的腐蚀与防腐使钢发生激烈孔

5、蚀的诸多原因中,还有“迷走电流”的作用.从电气铁路和电焊机洩漏的直流电,一旦流入土和水中的钢结构物,再从钢结构物流到土和水中,流出的点即发生腐蚀.电流容易流出的部位会造成深深的孔蚀.9/9/202112钢管桩的腐蚀与防腐“腐蚀疲劳”是钢铁在腐蚀性的环境中在拉应力的反复作用下在某一周期以后发生破裂的现象.腐蚀疲劳与没有腐蚀作用的疲劳相比,在一定的应力下,达到破坏的反复次数少.并且即使应力较低,如果反复次数非常大,也会出现破坏的特征.9/9/202113钢管桩的腐蚀与防腐应力腐蚀破坏是钢在静拉应力的作用下、在特定的腐蚀环境(热而浓的碱、硝酸盐、氰化氢水溶液

6、或液体氨等)中发生的.这些腐蚀环境不是在通常的自然环境中遇到的,因此发生应力腐蚀的可能性非常小.9/9/202114钢管桩的腐蚀与防腐钢表面铁锈层的厚度与板厚减少量的关系因腐蚀而失去的铁的量中,相当一部分(一般1/2以上)用于钢表面铁锈层的形成,剩余的一部分作为铁锈一度残留在钢表面,而后剥离.另一部分不在表面生成铁锈,而以离子状态流失.这几部分铁的比例根据淡水、海水、大气、土等的环境变化而定.作为钢表面铁锈残存的铁的比例,一般在土中较高,大气中较低.并随液体的流动而变化.9/9/202115钢管桩的腐蚀与防腐现假定因腐蚀而失去的铁全部用于在钢表面形成铁

7、锈,则钢表面铁锈层的厚度与板厚减少量的关系如下式所示:y=DSx/100A式中y---钢材的板厚减少量(mm);D---铁锈的表观比重;S---铁锈层中铁的含有率(%);x---铁锈层的厚度(mm);A---铁的比重(7.85)9/9/202116钢管桩的腐蚀与防腐例y=DSx/100A在海洋环境中钢管桩铁锈层的测试结果为D=2.01,S=52.4%,代入公式计算:y=(2.01×52.4×x)/(100×7.85)=0.134xx/y=7.46即铁锈层的厚度为板厚减少量的7.46倍9/9/202117钢管桩的腐蚀与防腐这一算例表明,若因腐蚀而失去的铁

8、约一半用于形成铁锈,则铁锈层的厚度比板厚减少量大得多(3~4倍).所以应当注意,不要误以为铁锈