鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)課報告

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》結(jié)課報告報告人：內(nèi)牛滿面學(xué)號：111111111111海洋鋼結(jié)構(gòu)物腐蝕與防護(hù)研究一、前言海洋占地球面積71%，陸地僅占29%隨著海洋開發(fā)問題的逐一破解，人類建立海上城市，到海洋居住的夢想已經(jīng)不再遙遠(yuǎn)。十八大”我國提出了建設(shè)海洋強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)，今年“兩會”國家又重新組建了國家海洋局，新成立國家海洋委員會在海洋開發(fā)上，鋼結(jié)構(gòu)有著不可替代的優(yōu)勢，但是，鋼結(jié)構(gòu)作為金屬結(jié)構(gòu)在海洋上也存在著非常不利的一面，那就是腐蝕。據(jù)統(tǒng)計，我國每年因腐蝕問題造成經(jīng)濟(jì)損失已經(jīng)達(dá)到3000億元。已經(jīng)建成的跨海大橋二、什么是海洋腐蝕？海洋腐蝕是金屬構(gòu)件在海洋環(huán)境中發(fā)生的腐蝕。海洋環(huán)境是一種復(fù)雜的腐蝕環(huán)境。海水本身是一種很強(qiáng)的腐蝕介質(zhì)，同時波、浪、潮、流又對金屬構(gòu)件產(chǎn)生低頻往復(fù)應(yīng)力和沖擊，加上海洋微生物、附著生物及它們的代謝產(chǎn)物等都會對腐蝕過程產(chǎn)生直接或間接的加速作用。

海洋結(jié)構(gòu)物腐蝕圖三、海洋腐蝕的機(jī)理、典型海洋環(huán)境及腐蝕類型

海洋鋼結(jié)構(gòu)電化學(xué)腐蝕過程與電解質(zhì)電池反應(yīng)相同，構(gòu)成這種反應(yīng)的三個要素是陽極、陰極及導(dǎo)電解質(zhì)。鋼鐵是鐵元素和滲碳體的混合物，鐵元素的電位較低，滲碳體的電位較高，電位不等的兩種元素在電解質(zhì)溶液的作用下，構(gòu)成了以鐵元素為陽極，滲碳體為陰極的原電池。1.海洋腐蝕的機(jī)理（1）電化學(xué)腐蝕機(jī)理（2）熱力學(xué)機(jī)理

任何一種元素，在自然界都有一種最穩(wěn)定狀態(tài)，即能量最低狀態(tài)。鋼是由鐵制成的。而鐵是在高爐中用焦炭中的碳對赤鐵礦(Fe2O3)還原而得到的。鐵銹是鐵氧化物的水合物，其成分類似于赤鐵礦，從而可以解釋在大多數(shù)情況下鋼為何容易生銹，可以認(rèn)為這個生銹的過程就是形成鋼鐵原始礦石的自然反應(yīng)。由于自然界的礦石更為穩(wěn)定，因此鋼有轉(zhuǎn)變?yōu)槠淠芰孔畹头€(wěn)定原始狀態(tài)的趨勢。這便是鋼鐵腐蝕的熱力學(xué)機(jī)理。典型海洋環(huán)境海洋大氣區(qū)：在海洋結(jié)構(gòu)物中，常年不接觸海水的部分。海洋飛濺區(qū)：在海洋環(huán)境中，海水的飛濺能夠噴灑到結(jié)構(gòu)物表面，但在海水漲潮時又不能被海水所浸沒的部分。海洋潮差區(qū)：海水漲潮時被海水浸沒的部分。海洋全浸區(qū)：常年被海水所浸泡的區(qū)帶。海底泥土區(qū)：海水全浸區(qū)以下部分。2.典型海洋環(huán)境3.腐蝕類型2.局部腐蝕點(diǎn)蝕縫隙腐蝕沖擊（湍流）腐蝕空泡腐蝕電偶腐蝕腐蝕疲勞1.全面腐蝕全面腐蝕是指金屬與介質(zhì)相接觸的部位，均勻地遭到腐蝕損壞。這種腐蝕隨著時間的延長，變化不大。點(diǎn)蝕是金屬表面局部區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔?？p隙腐蝕是指部件在介質(zhì)中，由于金屬與金屬或非金屬之間形成特別小的縫隙，是縫隙內(nèi)介質(zhì)處于滯留狀態(tài)引起縫內(nèi)金屬的加速腐蝕。沖擊腐蝕是指在設(shè)備和部件的某些特定部位，介質(zhì)流速急劇增大形成湍流而導(dǎo)致的腐蝕。空泡腐蝕是指由于氣泡在金屬表面迅速生產(chǎn)和破滅而發(fā)生的腐蝕。電偶腐蝕是兩種不同金屬連接并暴露在海洋環(huán)境中時，會構(gòu)成原電池而發(fā)生的腐蝕。疲勞腐蝕是金屬結(jié)構(gòu)受到環(huán)境腐蝕和循環(huán)載荷的同時作用所引起的損傷，往往比它們單獨(dú)作用引起的損傷相加要嚴(yán)重的多。防止腐蝕的措施能防止腐蝕的原理犧牲陽極的陰極保護(hù)法外加電流的陰極保護(hù)法與活動性更強(qiáng)的金屬形成原電池作正極利用電解池原理，被保護(hù)金屬作陰極隔絕空氣和水或形成原電池作正極防腐蝕技術(shù)種類覆蓋層防護(hù)技術(shù)電化學(xué)保護(hù)法在金屬制品表面覆蓋保護(hù)層或鍍不活潑金屬四、海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)現(xiàn)狀1.電化學(xué)保護(hù)對于鋼結(jié)構(gòu)飛濺區(qū)部位防護(hù)都有一定的局限性，因在飛濺區(qū)部位海水浸泡率較低，陰極保護(hù)很難均勻起作用，因此，有進(jìn)一步研究的必要。此外，即使采用了陰極保護(hù)，具體使用效果的檢測至今也還是個難題，難以確定應(yīng)用效果的好壞。2.覆蓋層防護(hù)

從現(xiàn)在的腐蝕防護(hù)現(xiàn)狀看，覆蓋層防護(hù)保護(hù)海洋鋼鐵構(gòu)筑物的方法仍是主要的防腐措施。主要包括：

a.金屬熱噴涂保護(hù)

d.包覆橡膠護(hù)套c.包覆混凝土/玻璃鋼等e.重防腐涂層防護(hù)

b.包覆金屬或合金護(hù)套

f.多層防護(hù)系統(tǒng)五、不同區(qū)域最新防腐蝕技術(shù)應(yīng)用

海底泥土區(qū)海水全浸區(qū)海水潮差區(qū)浪花飛濺區(qū)海底

腐蝕速度平均低潮線平均高潮線鋅加保護(hù)

新型包覆防護(hù)重防腐涂層海洋大氣區(qū)防腐油漆涂料五、不同區(qū)域最新防腐蝕技術(shù)應(yīng)用

海底泥土區(qū)海水全浸區(qū)海水潮差區(qū)浪花飛濺區(qū)海底

腐蝕速度平均低潮線平均高潮線鋅加保護(hù)

新型包覆防護(hù)重防腐涂層海洋大氣區(qū)新型包覆防護(hù)技術(shù)（PTC）系統(tǒng)組成防蝕帶襯里防蝕保護(hù)罩

防蝕膏鋼鐵基體新型包覆防蝕技術(shù)系統(tǒng)組成剖面圖PTC技術(shù)施工過程簡介①表面處理

②涂防蝕膏

③纏繞防蝕帶

④固定防護(hù)罩

包覆防蝕技術(shù)應(yīng)用實(shí)例五、不同區(qū)域最新防腐蝕技術(shù)應(yīng)用

海底泥土區(qū)海水全浸區(qū)海水潮差區(qū)浪花飛濺區(qū)海底

腐蝕速度平均低潮線平均高潮線鋅加保護(hù)

新型包覆防護(hù)重防腐涂層海洋大氣區(qū)

鋅加保護(hù)是一種優(yōu)質(zhì)便捷的鋼結(jié)構(gòu)防腐保護(hù)方法,鋅加保護(hù)對基體材料擁有陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)雙重作用。另外，鋅加保護(hù)還具備獨(dú)特的重融性,新的鋅加涂層與原有的鋅加鍍層可完全融合,便于維修補(bǔ)涂。鋅加保護(hù)與傳統(tǒng)有機(jī)涂料相比,具有很強(qiáng)的陰極保護(hù)作用并且可以作為良好的底層,其耐腐蝕能力高于常規(guī)的富鋅底漆5～6倍,防腐保護(hù)年限可達(dá)到25～30年。海洋鋼結(jié)構(gòu)鋅加保護(hù)技術(shù)

在海洋全浸區(qū)的腐蝕程度比大氣區(qū)嚴(yán)重,但比飛濺區(qū)要輕。全浸區(qū)一般采用陰極保護(hù)或涂料與陰極保護(hù)的聯(lián)合保護(hù),而很少單獨(dú)采用涂料保護(hù),原因是目前防銹、污涂料使用期限很難達(dá)到海洋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要求期限。而鋅加保護(hù)技術(shù)在涂層保護(hù)和陰極長效保護(hù)的雙重作用下,具有較長的防腐保護(hù)年限從而可以彌補(bǔ)一般涂料使用年限的不足。作用。海水中有大量微生物，鋼鐵生銹的前期主要是非生物的腐蝕，后期微生物的作用就顯現(xiàn)出來。有些微生物容易在鋼鐵表面附著，形成生物膜。通常認(rèn)為，硫酸鹽還原細(xì)菌（SRB）能夠代謝海水中的硫酸鹽形成硫化氫，硫化氫對鋼鐵腐蝕產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致鋼鐵的局部腐蝕破壞，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致腐蝕

穿孔。不過，研究人員發(fā)現(xiàn)，還有一些微生物能在鋼鐵表面形成電活性生物膜，它能將電子傳遞給鋼鐵表面，這等同于鋼鐵被陰極保護(hù)起來。所以，也許將來有可能利用微生物膜來保護(hù)金屬。六、新技術(shù)展望微生物技術(shù)

目前，中國科學(xué)院金屬研究所材料環(huán)境腐蝕研究中心納米復(fù)合涂料課題組針對海洋工程設(shè)施防腐蝕難題研制出了納米氧化鋅濃縮漿，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步研制出了納米復(fù)合聚氨酯面漆、納米復(fù)合環(huán)氧玻璃鱗片中間漆、納米復(fù)合環(huán)氧富鋅底漆等新型防腐涂料。當(dāng)然由于成本問題，這些新型納米涂料只是在某些海洋設(shè)施防腐工程的示范項目中有所應(yīng)用，并未能得到廣泛推廣使用。但是，我們相信隨著納米材料技術(shù)領(lǐng)域研究的不斷深入，一定會有更好更經(jīng)濟(jì)更實(shí)用的防腐材料誕生。納米材料技術(shù)七、總結(jié)新的材料結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足以下4個基本要求