海洋工程结构浪花飞溅区腐蚀及其控制技术

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1、海洋工程结构浪花飞溅区腐蚀及其控制技术19侯保荣一(中国科学院海洋研究所)【摘要】本文指出海洋腐蚀的严重性及发展各种防腐蚀技术的重要性。综述了海洋腐蚀规律，指出海洋环境下浪花飞溅区腐蚀是钢铁设施腐蚀最为严重的区域，强调了海洋浪花飞溅区保护的重要意义。对于浪花飞溅区的防腐措施，主要介绍了复层包覆防蚀技术与涂层防蚀技术。J-^上----1刖昌●海洋工程面临的最大问题之一是腐蚀问题。据统计，腐蚀损失约占国内生产总值(GDP)的2—4％。美国于2002年发布的第7次腐蚀损失调查研究表明：1999年到2001年问，美国每年直接腐蚀损失是2760亿美元，约占其GDP的3．1％⋯。13本腐蚀防蚀协会数据表

2、明：其在1997—1998年直接腐蚀损失约为39，380亿日元。英国30年来的腐蚀损失平均占GDP的3．5％，澳大利亚占GDP的4．2％，而波兰更占GDP的6—10％。在腐蚀损失中，土建基础设施工程的劣化损失占有较大比例，有可能达到40％，其中主要是混凝土结构的腐蚀。’据推算，我国2006年因腐蚀造成的经济损失约为6000亿元人民币，其中钢筋混凝土腐蚀造．成的经济损失超过1000亿元。实际上，由于海洋工程直接受到海水腐蚀离子以及干湿交替等影响，其对海洋工程造成的破坏情况比陆地环境要严重的多，海洋腐蚀损失要远高于国内平均腐蚀损失。如我国20世纪90年代前修建的海港工程，一般使用10～20年就会

3、出现钢筋锈蚀严重破坏，结构使用寿命基本达不到设计要求，在1986年前针对我国沿海港口工程混凝土结构破坏的调查表明，80％以上的港口工程都发生了严重或较严重的钢筋锈蚀破坏，甚至一些服役仅1到2年的跨海大桥也出现了腐蚀问题。国内外多年的研究表明，各种钢铁设施在浪花飞溅区部位的腐蚀破坏最为严重【2】，约为海水全浸区腐蚀的3—5倍。一旦在这个区域发生严重的局部腐蚀破坏，会使整个设施大大降低承载能力，缩短使用寿命，影响安全生产，甚至导致设施提前报废。下面就浪花飞溅区的腐蚀规律、机理及防护措施加以概述。。2海洋钢铁设施在浪花飞溅区的腐蚀2．1浪花飞溅区的腐蚀规律’从钢铁设施腐蚀的角度，海洋环境分为海洋大

4、气区、浪花飞溅区、海水潮差区、海水全浸区和海底泥土区五个不同腐蚀区带‘3。51。如图l为钢桩式设施在海洋环境中的典型腐蚀倾向图，大型桥梁和水工结构防腐蚀技术图2是典型的Kure海滨151天12英尺的钢带(长尺试件)与钢试片暴露在海洋环境中的腐蚀试验结果，图3是上海钢铁研究所和上海第三钢铁厂使用带有氧化皮的热轧带钢在广西北海市海滨173天的腐蚀结果。图4是上述钢材在模拟试验水槽的腐蚀结果。大O浪D86笛运4幄2O、h、、．、、一一一裔D，，一r一，／[低D’--_∞--_-_～7／／。，一海D_hH●图1工程钢桩在海洋不同区域腐蚀曲线图102030腐蚀厚度(mid(A：长尺挂片B：分别挂片)图

5、2Kure海滨151天钢带与钢片腐蚀结果2．O1-5畲返1·o褪05O．00．00．20．40．60，81，000．4，0．6图3广西北海市海滨173天的腐蚀结果图4模拟试验水槽的腐蚀结果由此可以看出钢铁设施腐蚀最严重的是浪花飞溅区。长尺试件在潮差区的腐蚀速度远比浪花飞溅区小，单个钢试片(挂片)在潮差区的腐蚀速度明显大于全浸区。但若改用电连接的钢试片或长尺试件，则其结果恰巧相反。显然采用这种试验方法获得的腐蚀数据，更能真实地反映海洋钢结构物的实际腐蚀情况。腐蚀试验和调查结果表明，经长期在外海暴露的长尺试件，浪花飞溅区的腐蚀速度有时可高达1mill／年，而在低潮位以下一0．3m全浸区的腐蚀速度

6、仅为0．1～0．3ram／年∞1。这是由于在浪花飞溅区，海水的飞沫能够飞溅到设施上。使表面处于干湿交替状态，氧供应充分，加之阳光、风雨和波浪等协同作用，导致钢铁设施发生最严重的腐蚀破坏。2O8642O^adv犍越g罄卜敏循≤一÷海洋工程结构浪花飞溅区腐蚀及其控制技术212．2浪花飞溅区的腐蚀机理为研究浪花飞溅区的腐蚀机理、腐蚀过程，本文作者探明了钢材在浪花飞溅区的腐蚀理论与腐蚀过程⋯。图5为SS41普通碳钢(相当于Qa35A)在海水中生成锈层的钢试样和浪花飞溅区lo．’10。210-4lO‘5lO‘6‘图5带锈层钢极化曲线测定结果带锈层钢试样的极化曲线。图6为钢锈层x线分析结果。图5结果表明

7、这两种钢试样的锈层，其阳极溶解速度凡乎是相等的；而对阴极反应来说，与前者相比，后者具有10倍以上的反应电流。这说明，在海洋钢铁构造物中浪花飞溅区的腐蚀速度大于海水全浸区的，这是由于阴极反应的不同所引起的。根据x线分析结果，可以这样来考虑这一问题：一方面可以认为，在干燥过程中由于大气氧化所生成的锈层FeOOH和在水溶液中所生成的锈层FeOOH电化学活性不同。也可以80M(a)Mlpyt3uapoYIBIfl⋯．