1、橋梁結構防腐蝕探究專業：橋梁與隧道工程姓 名：喻江指導老師：吉伯海 劉榮河海大學土木與交通學院2013年5月2日目錄一、有關腐蝕的基本概念11.1 腐蝕的定義11.2 腐蝕的分類11.3 腐蝕介質的類別1二、橋梁結構腐蝕22.1 橋梁結構的腐蝕環境分析22.2 橋梁結構中鋼鐵材料的腐蝕。32.3 橋梁結構中混凝土材料的腐蝕。4三、橋梁結構防腐蝕53.1 橋梁結構腐蝕防護設計53.2 橋梁結構防腐蝕選材53.3橋梁結構鋼鐵構件的保護63.4橋梁結構鋼筋混凝土的保護7四、結語9參考文獻：9橋梁結構防腐蝕探究(喻江)(河海大學橋梁與隧道專業研究生)一、 有關腐蝕的基本概念1.1腐蝕的定義腐蝕：指材料

2、由于環境作用而引起的破化或變質。金屬和合金的腐蝕主要是由于化學或電化學作用引起的破壞，有時還同時伴有機械、物理或生物作用。例如應力腐蝕破裂就是應力和化學物質共同作用的結果。而非金屬材料和介質相互作用產生的變質和破壞稱為非金屬的腐蝕，其腐蝕行為較金屬材料更具有多樣性，且沒有規律性。1.2 腐蝕的分類按照腐蝕形態可分為：輕度腐蝕、中度腐蝕和破壞性腐蝕。1）輕度腐蝕：鼓泡、溶脹、微裂紋（含裂紋）、變色、變薄等；2）中度腐蝕：脫黏、分成、龜裂、脆化、硬化、變形等；3）破壞性腐蝕：開裂、粉化、失強、分解、氧化、剝落等。按照腐蝕機理可分為：物理腐蝕、化學腐蝕、大氣老化和環境壓力開裂。1.3 腐蝕介質的類別

3、腐蝕介質種類繁多，腐蝕能力差別也很大，常見的腐蝕介質類別有大氣、土壤、水環境與海水、酸、堿、鹽溶液和有機化合物等幾大類。1大氣金屬的大氣腐蝕與金屬表面附著的一層薄水膜有關，腐蝕的陰極反映是水膜中的溶解和氧的還原。通常金屬表面的潮濕程度越大，大氣腐蝕速率越高。大氣腐蝕的速率也與大氣的組成有關，當大氣中硫化物、氯化物等懸浮在大氣中時，都會促進腐蝕作用。因此，工業地區大氣腐蝕最嚴重，其次是城市和沿海地區，腐蝕最輕的是內陸農村地區。根據標準JT/T695-2007，大氣區的腐蝕分級見表1。2海水海水是含鹽量很高的電解質溶液，金屬在海水中發生氧去極化腐蝕，氧含量和海水流速等因素對腐蝕速率有影響。由于海水

4、中的氯離子會破壞鈍化膜，必須采用涂層或電化學保護等措施。表1 大氣腐蝕環境種類和環境特征3土壤土壤是一種多孔的無機、有機膠質顆粒體系，土壤的孔隙由空氣、水和鹽類所充滿，因此是一種電解質，金屬在土壤中的腐蝕通常是氧去極化腐蝕，土壤的含水量和導電性對腐蝕速率有直接的影響。4酸、堿、鹽及有機化合物金屬在酸、堿、鹽和有機化合物溶液中發生化學反應，導致金屬向溶液中溶解，使得其本身的物質組成、物理性能和相關適用功能被破壞。酸、堿、鹽和有機化合物溶液的濃度、溫度對腐蝕速率影響甚大，濃度越大、溫度越高，其腐蝕速率越快。二、 橋梁結構腐蝕2.1 橋梁結構的腐蝕環境分析根據前面介紹的關于腐蝕的定義（材料由于環境作

5、用而引起的破化或變質。），隨著社會的發展、科學技術的不斷更新，這一概念將腐蝕的范疇擴大到所有的材料及所有的環境。一般情況下，橋梁的橋身、橋面所處的腐蝕環境是大氣環境，橋墩所處的腐蝕環境是水（江、河水和、海水）環境。大氣環境和水環境都屬于自然環境。表面上看，自然環境的腐蝕問題不及工業環境腐蝕那么明顯，但這類腐蝕情況十分復雜，影響因素很多，往往隨時間的延長而加劇，最后導致材料失效。特別是對于橋梁工程，如果不采取防腐蝕措施或措施不當，極易造成嚴重的腐蝕，導致橋梁的失效破壞，造成災難性的事故。大氣的主要成分實際上是不變的，然而某些次要成分的改變往往會影響它的腐蝕性。在大氣中，普遍存在的腐蝕成分是氧氣（

6、O2）、水蒸氣（H2O）和二氧化碳CO2等。O2的含量基本是恒定的，而且是大量的；水分含量從沙漠地區的低濕度到熱帶區的高濕度之間變動；CO2不是大量變化，但隨著氣候的改變而發生變化。基于大氣污染的情況，大氣又可分為工業大氣、海洋大氣和鄉村大氣。對于腐蝕來說，大氣的污染程度是重要的因素之一。2.2 橋梁結構中鋼鐵材料的腐蝕。1均勻腐蝕均勻腐蝕是相對局部腐蝕而言,是指在整個表面上發生均勻減薄的腐蝕。橋梁鋼結構、鋼護欄在大氣、水中的腐蝕基本上屬于此類腐蝕。2點蝕點蝕又稱小孔腐蝕，其特征是在金屬表面的局部地區出現向縱深處發展的腐蝕小孔，而其余地區不腐蝕或腐蝕很輕微。碳鋼在含有Cl-等活性陰離子的水中會

7、發生點蝕.如廣東某斜拉橋拉索斷裂,主要就是由于Cl-點蝕造成的。示意圖如下圖1。圖1不銹鋼在充氣含氯離子介質中點腐蝕示意圖3縫隙腐蝕金屬部件（鉚接、螺栓連接、螺釘接頭等）在介質中，由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙，使縫隙內介質處于滯留狀態，引起縫隙內金屬的加速腐蝕，稱為縫隙腐蝕。如重慶市綦江縣彩虹橋斷裂倒塌的主要原因之一就是吊桿上部鉚接處水泥灌漿不滿，鉚接處縫隙發生腐蝕，造成吊桿斷裂。4應力腐蝕應力腐蝕是指金屬材料在固定拉應力和特定介質的共同作用下所引起的腐蝕破裂。應力腐蝕斷裂之前往往沒有先兆，因此常常容易造成災難性的事故。橋梁工程中常用鋼材的特定應力腐蝕介質如表1所列。表2

8、可發生應力腐蝕的鋼材鋼材腐蝕介質低碳鋼熱硝酸鹽溶液、碳酸鹽溶液、過氧化氫碳鋼和低合金鋼氫氧化鈉、三氯化鐵溶液、氫氰酸、沸騰氯化鎂溶液、海水高強度鋼蒸餾水、濕大氣、氯化物溶液、硫化氫奧氏體不銹鋼氯化物溶液、高溫高壓含氧高純水、海水、二氯乙烷、水溶液5腐蝕疲勞金屬材料在交變應力與腐蝕介質共同作用下產生的腐蝕，稱為腐蝕疲勞。腐蝕過程中，交變應力和腐蝕相互促進，加速了裂紋的擴展。2.3 橋梁結構中混凝土材料的腐蝕。1腐蝕原理一般情況下，混凝土對鋼筋具有保護作用，然而，在一定條件下，外界的侵蝕性物質能經過混凝土的孔隙，抵達鋼筋表面，改變鋼筋附近的環境，使鋼筋表面鈍化膜受到破壞而發生腐蝕。歸納起來，鋼筋混

9、凝土結構腐蝕破壞的原因主要是混凝土碳化和氯離子侵蝕。由于鋼筋腐蝕產生的鐵銹的體積比鐵本身大24倍，產生的膨脹應力高達30MPa，導致混凝土層沿著銹蝕的鋼筋形成裂紋和剝落，最終導致鋼筋混凝土結構喪失其承載能力，其原理如下圖2所示。圖2 混凝土中鋼筋的腐蝕原理圖2腐蝕分類（1）分解類腐蝕水泥水化產生部分Ca(OH)2,使混凝土具有強堿性(pH12.6),使其內部鋼筋處于鈍化狀態。但Ca(OH)2是不穩定的，一方面易與酸性物質發生中和反應，另一方面能不斷溶于軟水中。在大氣中也能不斷從混凝土內部向表面析出。混凝土中Cl-的滲入，能加速Ca(OH)2的溶解，Mg2+、NH4+能置換Ca2+,這都是促進分

10、解的因素.因此,在軟水中或環境中存在Cl-、Mg2+、NH4+等離子的條件下,混凝土往往會發生分解類腐蝕。（2）膨脹性腐蝕這種破壞主要是由硫酸及硫酸鹽以及NaCl等鹽類引起的。鋼筋混凝土結構本身存在很多微小孔隙，在使用過程中隨時可能滲入可溶性鹽類。當鹽份深入到混凝土內部，在干濕交替情況下，水分揮發，鹽類結晶析出，晶體體積膨脹導致混凝土開裂、疏松、粉化。既失去結構強度，又失去對鋼筋的保護，使混凝土遭受結構性破壞。（3）酸化腐蝕大氣中的CO2、SO2、NO2,酸雨與酸性水、酸性土等,均能與混凝土直接起反應,中和混凝土中的堿Ca(OH)2也能與混凝土中的其它成分起作用而發生腐蝕。同時混凝土中堿度的降

11、低也加速了其內部鋼筋的腐蝕。（4）堿-集料反應腐蝕在混凝土的硅質集料中如果含有堿活性的物質，如礦物蛋白石、玉髓等，就有可能發生堿-硅酸反應，形成體積膨脹的硅膠，使混凝土受到破壞。三、 橋梁結構防腐蝕歷史上，橋梁的腐蝕與防護問題并沒有引起人們的足夠重視，在橋梁的設計、建造過程中，往往沒有考慮橋梁腐蝕的問題及其對橋梁安全性和使用壽命的影響，這與當時人們對腐蝕與防護科學認識的不足有關。在橋梁建成后的使用過程中，由于腐蝕所造成的損害才日益顯露出來，人們也為此付出了昂貴的代價巨額的維修費用以及釀成橋梁失效、倒塌的慘劇。隨著腐蝕科學與防護技術的發展，以及大型、特大型橋梁數目的增加，人們對橋梁腐蝕問題的認識

12、與重視程度逐步加強。在許多國家，橋梁的設計施工都要求有腐蝕防護的專業設計與施工方案。相比之下，我國在這方面的工作卻顯得十分不足，大多數橋梁都沒有專業科學的防腐蝕設計與施工方案，造成橋梁的安全性與使用壽命沒有保證。在四川發生的橋梁倒塌事故中，腐蝕破壞就是一個非常重要的因素。3.1 橋梁結構腐蝕防護設計防腐蝕設計是腐蝕與防護研究中一個非常重要的課題。大量實驗與實踐證明，許多腐蝕問題是可以通過周密、科學的防腐蝕設計來減少和避免的。由于腐蝕過程的復雜性及影響因素的多樣性，對于任何一個防腐蝕設計都要進行詳細的調查研究與分析工作，絕對不能照搬其它的設計方案。在防腐蝕設計中要考慮的因素很多，有內部因素，也有

13、外部因素。根據腐蝕的概念和腐蝕發生的過程可以將腐蝕的眾多因素歸納為材料、環境介質及相互作用。這也是在防腐蝕設計中必須考慮的要素，任何影響這些要素的因素，都會影響材料的腐蝕。因此在防腐蝕設計時，要了解橋梁各構件所使用的材料，調查橋梁所處的環境介質情況，包括溫度、濕度、酸（堿）度、污染狀況、腐蝕性物質的種類及含量等因素，綜合考慮各種可能出現的腐蝕情況，再依此做出合理的防腐蝕方案。防腐蝕設計包括選材防腐蝕結構設計、防腐蝕強度設計、防腐蝕工藝設計以及防腐蝕措施的選擇等方面，其中防腐蝕結構設計、防腐蝕強度設計和防腐蝕工藝設計需要結合實際情況來考慮。3.2 橋梁結構防腐蝕選材正確合理選材是防腐蝕設計中重要

14、的環節。選材時應遵循如下基本原則：1）材料的耐蝕性能要滿足橋梁使用環境的要求；2）材料的物理機械性能和加工性能要滿足橋梁的設計與施工要求；3）選材時力求最好的經濟效益和社會效益。1橋梁結構鋼鐵構件的選材橋梁中的鋼鐵構件在選材時要考慮其在橋梁中的作用與部位。對于主要承重受力構件，如橫梁、主纜、吊索和拉索等構件，應首先考慮其物理、機械性能，同時要注意其所處環境介質的特點；對于不承重的鋼鐵構件，如欄桿、燈桿等附屬構件，對其物理、機械性能的要求則可適當放寬。1）耐候鋼：即耐大氣腐蝕鋼，在鋼中加入一定量的鉻、鎳、鈦等合金元素，可制成不銹鋼。通過加入某些合金元素，可以提高鋼材的耐銹蝕能力。2）金屬覆蓋：鍍

15、或噴鍍的方法覆蓋在鋼材表面，提高鋼材的耐腐蝕能力。薄壁鋼材可采用熱浸鍍鋅(白鐵皮)、鍍錫(馬口鐵)、鍍銅、鍍鉻或鍍鋅后加涂塑料涂層等措施。3）非金屬覆蓋：鋼結構防止銹蝕通常采用表面刷漆、噴涂涂料、搪瓷、塑料等方法。常用的底漆有紅丹、環氧富鋅漆、鐵紅環氧底漆等，面漆有調和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。4）納米技術：納米技術在鋼結構重防腐產品中的應用還處于起步階段。但普遍認為，納米技術的采用無疑將會給該領域帶來巨大的收獲。在無機防腐涂層或表面處理層的情況下，使用某些特殊方法，可以使覆蓋層呈現納米結構，從而帶來一系列膜層性質的變化，可以導致性能的大幅度提高。2橋梁結構鋼筋混凝土的選材從防腐蝕的角度出發，

16、要提高混凝土自身的防護能力，包括選擇優質水泥、增加水泥用量、降低水灰比、使用優良密實劑及摻合劑等。混凝土中的鋼筋可以考慮選用環氧涂層鋼筋、耐蝕鋼筋不銹鋼鋼筋，及鍍鋅鋼筋等特種鋼筋。其中，環氧涂層鋼筋由于具有極高的防腐蝕性能而發展迅速，連續完整的環氧涂層能有效地隔離滲入到混凝土內的有害離子與鋼筋的直接接觸，保護鋼筋不受腐蝕。3.3橋梁結構鋼鐵構件的保護1重防腐油漆涂裝防腐油漆防腐具有美麗的外觀,簡單的涂裝工藝,多年來一直被廣泛采用。隨著涂裝工藝的發展,重防腐涂裝成為鋼橋防腐的主流。在重防腐涂料中,無論是國外名牌油漆,還是國內品牌油漆,其防腐涂裝工藝和涂料品種都非常相似,即涂裝工藝由底漆、中間漆和

17、面漆組成的多層涂裝體系。油漆品種均為環氧(無機)富鋅底漆、環氧云母氧化鐵中間漆和環氧聚氨酯或環氧各色面漆或氯化橡膠面漆等組成。其作用機理為:1）屏蔽作用:油漆涂層將鋼鐵與腐蝕環境機械隔離開；2）鈍化緩蝕作用:油漆涂裝體系中,第一道車間底漆對鋼鐵有鈍化緩蝕作用,增加油漆層附著力,防腐作用很微弱；3）陰極保護作用:防腐底漆中如添加鋅粉(如富鋅底漆),對鋼鐵提供陰極保護。重防腐涂料的防腐壽命一般為810年。2熱浸鍍鋅防腐鋼橋的護攔、扶梯及拼裝式小型鋼橋梁采用熱浸鍍鋅防腐,熱浸鋅鍍層一般無法超過80厚度,在一般工業大氣環境下可以提供10年左右的有效保護。熱浸鋅防腐工藝需要將工件浸入熔融的金屬鋅鍍槽中,

18、受鍍槽容積所限,不能對較大尺寸的鋼橋部件進行防腐施工。其次,不能到現場進行熱浸鋅防腐,只能在固定的工廠施工,勢必造成大量的往返運輸費用,再次,熱浸鋅鍍層碰傷后,自身無法進行修復。因此采用熱浸鋅方法對鋼橋全面防腐有很大的局限性。3熱噴涂防腐熱噴涂技術是利用熱源對金屬、非金屬、陶瓷等噴涂材料進行加熱,將熔融的粒子霧化、噴射并沉積到基材表面上,形成特殊表面涂層的方法。噴涂使用的熱源主要有三種:1）電弧熱源；2）等離子熱源；3）燃氣熱源。并由此把熱噴涂分為電弧噴涂、等離子噴涂和火焰噴涂,用于防腐領域的主要有火焰噴涂和電弧噴涂。 （1）火焰噴涂火焰噴涂是采用可燃性氣體的燃燒作為熱源,將金屬絲材或粉末熔融

19、、霧化、吹噴于基體表面的方法。我國于1965年曾在南京長江大橋鋼板縱梁上蓋板采用火焰噴鋅加耐磨漆方式進行防腐,13年后檢查效果良好。但火焰噴涂生產效率低,嚴重制約鋼橋的加工工期,因此僅對鋼橋長期積水、陰暗面和主要受力構件進行噴涂防腐。（2）電弧噴涂電弧噴涂防腐原理是利用電弧噴涂設備,對兩根帶電的金屬絲(如鋅、鋁等)進行加熱、熔融、霧化、噴涂形成防腐涂層,外加有機封閉涂層的長效防腐復合涂層。該涂層的顯著特點是：1)具有較長久的耐腐蝕壽命,其防腐壽命可達到50年以上；2)電弧噴涂層與金屬基體具有優良的涂層結合力；3）電弧噴涂鋅、鋁涂層防腐原理為陰極保護,在腐蝕環境下,即使防腐涂層局部破損,仍具有犧

20、牲自己保護鋼鐵基體之效果。3.4橋梁結構鋼筋混凝土的保護1陰極保護鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕，同其余鋼鐵構件的腐蝕一樣，都是電化學腐蝕。根據陰極保護的原理，采用外加電流或犧牲陽極的方法，使混凝土內的鋼筋受到保護。陰極保護一般適用于導電性良好的腐蝕環境，對于電阻率較大的鋼筋混凝土，通常采用導電涂料層來實現，如導電砂漿覆蓋層。在實施陰極保護時要嚴格地控制保護電位，使鋼筋處于最佳保護狀態。陰極保護（犧牲陽極保護）原理如下圖所示。 圖 鋼筋混凝土犧牲陽極保護原理圖混凝土表面鋪設高活化性能的鋅帶陽極，外部采用特殊設計的高性能耐腐蝕復合材料套包覆，鋅陽極和復合套之間填充導電水泥砂漿。2涂層體系保護設計涂層可以

21、把混凝土結構與外界腐蝕環境隔絕,對于保護混凝土本身、保持堿度和防止腐蝕介質的滲透是十分有效的。由于混凝土是堿性材料，因此，混凝土表面的涂料要采用有良好耐堿性和附著力的環氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂及氯化橡膠等涂料。瀝青也是一種較好的涂層材料，在橋面上鋪設瀝青，實際上也可以起到一定的涂層保護的作用。（1）涂層體系性能要求 混凝土基面具有很好的相容性； 具有優異的屏蔽性能； 較好的適應混凝土的形變性能； 涂層自身對腐蝕環境具有耐受性。（2）涂層配套體系設計分析被保護構件所處的腐蝕環境，根據相關腐蝕標準和防腐涂裝實踐，設計滿足防腐年限的涂層體系。不同腐蝕環境下的典型涂層配套體系見下表3。表3 不同腐蝕環境下的典型涂層配套設計3混凝土中添加緩蝕劑在混凝土中添加緩蝕劑，能夠抑制或減緩混凝土中鋼筋的腐蝕程度，使用方便，效果也較好，被認為是鋼筋混凝土的一種長效防腐蝕措施。鋼筋混