大桥的腐蚀与防护

大桥的腐蚀与防护主讲人：XXXXPPT：XXX资料收集：XXXXXContents桥梁建筑的发展钢结构桥梁的腐蚀特性混凝土桥梁的腐蚀特性大气腐蚀实例水腐蚀实例土壤腐蚀实例常见腐蚀防护方法耐腐蚀钢筋防腐蚀涂装阴极保护主要分为三部分内容：Part1——桥梁建筑的发展盛世修桥筑路桥梁建设随着国民经济和基础设施建设步伐的加快飞速发展，地位相当重要现代化的桥梁建设建造形式多样，主要有斜拉桥、悬索桥、拱桥、PC连钢构桥等。Part1——桥梁建筑的发展Part1——桥梁建筑的发展Part1——桥梁建筑的发展Part1——桥梁建筑的发展Part1——桥梁建筑的发展无论是哪种建筑形式的桥梁，它所采用的结构材料主要有钢铁和混凝土；钢铁最大的问题是它的防腐，坚硬的混凝土本身是耐腐蚀的材料，但混凝土有反应性，尤其是在酸性条件下；因此，长期暴露在自然环境中，桥梁的钢结构及混凝土结构都会受到环境的腐蚀，影响桥梁的安全性和使用寿命。Part1——钢结构桥梁的腐蚀特性1、钢铁腐蚀机理钢铁的自然腐蚀趋势钢铁的电化学腐蚀Part1——钢结构桥梁的腐蚀特性2、桥梁钢结构的腐蚀形态均匀腐蚀点蚀电偶腐蚀缝隙腐蚀应力腐蚀疲劳腐蚀-美国俄亥俄州大桥Part1——钢结构桥梁的腐蚀特性3、钢铁桥梁不同部位的腐蚀特性主要发生大气腐蚀

Part1——混凝土桥梁的腐蚀特性填充骨料水和助剂混凝土3CaO.SiO2水泥混凝土的主要成分

Part1——混凝土桥梁的腐蚀特性引起混凝土加强钢筋腐蚀最为主要的原因有两个：混凝土的碳化

氯化物的渗透

Part1——混凝土桥梁的腐蚀特性氯化物的渗透为了防止冰雪对车辆行驶造成的事故危害，1950s-1960s,西方国家开始使用防冰盐，但此后，防冰盐所带来的腐蚀破坏大量表现出来，美国56.7万座高速公路桥已有半数以上遭腐蚀和需要修复，据调查显示，凡使用防冰盐的桥梁，15年左右表现出腐蚀破坏。

大气腐蚀

海水或淡水腐蚀

土壤腐蚀大气腐蚀是一种材料与其周围的大气环境相互作用的结果淡水腐蚀以微电池腐蚀为主，海水腐蚀主要是电化学腐蚀Part2——桥梁的腐蚀环境土壤腐蚀以电化学腐蚀为主，伴有微生物腐蚀

Part2——大气腐蚀例如广东海门大桥，所处位置划定为亚热带湿热区根据污染物质农村大气城市大气工业大气海洋大气海洋工业大气自然气候特征腐蚀环境分类大气的腐蚀环境有两种基本的划分方法在桥梁防腐设计中，多参考的是环境腐蚀特性。

Part2——大气腐蚀大气环境中的腐蚀主要是金属表面电解液膜下的电化学腐蚀。这个过程的特点是氧气特别容易到达金属表面，金属腐蚀受到氧去极化过程的控制。

Part2——大气腐蚀大气的影响因素1、大气成分——海洋大气中的盐粒子、污染大气中的硫化物、氮化物、碳化物及尘埃SO2：吸附在钢铁表面——FeSO4（易溶于 水）——H2SO4 这种自催化式的反应不断进行就会使钢铁 不断收到腐蚀。氯离子：沉积于钢铁表面的水膜中，吸湿作用，加大水膜电解作用，加速电化学腐蚀的进行。

Part2——大气腐蚀大气的影响因素2、相对湿度——某一温度下空气中的水蒸气含量与在该温度下的空气所能容纳的水蒸气的最大含量的比值。经验表明，相对湿度控制在60%以下，钢铁的腐蚀速度相对缓慢；如果能控制在40%以下，腐蚀几乎没有明显迹象

Part2——大气腐蚀大气的影响因素3、表面温度——影响金属表面水汽的凝聚等4、金属的表面状态——粗糙新鲜的钢铁表面状态容 易发生锈蚀

Part2——大气腐蚀桥梁的腐蚀环境主要是大气腐蚀，涉及到所有的大气腐蚀类型，其中腐蚀性最强的是工业大气和海洋大气。

Part2——大气腐蚀根据GB/T15957-1995《大气环境腐蚀性分类》：

Part2——大气腐蚀

Part2——大气腐蚀

Part2——大气腐蚀以长江润扬大桥为例分析大气腐蚀：分析一：根据润扬大桥1999年《环境影响报告书》，镇江、扬州长江沿岸地区年平均气温15℃左右，年降水量约为1000mm，平均年雨日约100d，年平均湿度约为75%；

Part2——大气腐蚀以长江润扬大桥为例分析大气腐蚀：分析二：镇江、扬州地区空气中主要污染指标（1996年数据）

Part2——大气腐蚀以长江润扬大桥为例分析大气腐蚀：分析结果：润扬大桥区域大气类型属于城市工业大气，其污染物主要为硫化物及氮氧化物，来源于工业废气和汽车尾气，属于B腐蚀性气体，但是总悬浮颗粒物含量严重超标；镇江、扬州两市的酸雨现象严重，镇江近年酸雨发生频率约为10%左右，扬州为30%左右，属于中等至较强腐蚀类型；由于空气中悬浮颗粒物较多，所以极易被吸附，当它们被灰尘吸收并溶于金属液膜中是，将在金属表面生成易溶于硫酸盐或硝酸盐等强腐蚀性介质加上湿度较大，腐蚀作用更为明显

Part2——大气腐蚀以长江润扬大桥为例分析大气腐蚀：采用防腐系统：在此基础上，润扬大桥采用了中防腐蚀涂料系统，钢材的地面处理采用了喷锌或无机硅酸锌车间底漆，涂料系统采用了无机硅酸锌底漆+环氧中间漆和聚氨酯面漆

Part2——大气腐蚀Part2——水腐蚀水腐蚀分类淡水腐蚀：淡水的含盐量少，导电性差。一般情况下，淡水腐蚀较弱。淡水腐蚀是吸氧腐蚀，足够的溶解氧的存在是腐蚀的最根本原因。随着工业排放物对淡水的污染，酸根离子对淡水腐蚀的影响不可忽视。海水腐蚀：海水中金属的电化学腐蚀是由于金属表面的电化学不均匀性引起的。这种不均匀性可由金属本身或金属表面不同部位上介质的变化而产生。

Part2——淡水腐蚀淡水腐蚀是典型的电化学过程，与水中溶解氧量、水的硬度、含盐量、含硫量、温度、流速及PH值有关。

Part2——海水腐蚀海洋腐蚀环境的腐蚀区带海洋大气区海面飞溅区以上的大气区和沿岸大气区飞溅区平均高潮线以上海洋飞溅所能湿润的位置，腐蚀在这个部位最为严重潮差区平均高潮位与平均低潮位之间的区段,腐蚀通常是平均高潮位和平均低潮位最为严重

Part2——海水腐蚀海洋腐蚀环境的腐蚀区带全浸区平均低潮线以下的位置,腐蚀受海水深度影响海泥区主要有海底沉积物构成，含盐度高，电阻率低，对金属的腐蚀高于陆地土壤，低于全浸区

Part2——海水腐蚀腐蚀峰值发生在飞溅区，这一区域海水飞溅、干湿交替，氧的供应最充分，同时光照和浪花冲击破坏金属的保护膜，年平均腐蚀率为0.2～0.5毫米通常发生在平均低潮线以下0.5～1.0米处，因其溶解氧充分、流速较大、水温较高、海生物繁殖快等，年平均腐蚀率为0.1～0.3毫米发生在与海水海泥交界处下方，由于此处容易产生海泥/海水腐蚀电池，年腐蚀率为0.03～0.07毫米

Part2——海水腐蚀多数铜合金在海水中的腐蚀形态以均匀腐蚀为主。腐蚀速度与时间关系服从幂函数规律。在海水腐蚀环境中全浸区腐蚀最严重，潮差区次之，飞溅区最轻。氯离子的侵入破坏钢筋的钝化膜，使钢筋活化，氯离子本身又不消耗，并且增加了混凝土的导电性，导致钢筋腐蚀严重。

Part2——海水腐蚀海水腐蚀影响因素1、含盐量——影响到水的电导率和含氧量。另外，氯离子对金属的钝化起着破坏作用，也促进了腐蚀。2、溶解氧——随着盐度的增加和温度升高，溶解氧含量会降低。存在腐蚀速度最大值。3、温度——海水温度升高，腐蚀加速。4、波浪和流速——改变供氧条件，加速氧到达金属表面。5、海生物——海生物的附着会引起氧浓差电池腐蚀，某些海生物的生长会破坏金属表面涂层。在附着生物死后会引起严重的微生物腐蚀。

Part2——水腐蚀海水腐蚀VS淡水腐蚀化学因素、物理因素、生物因素其影响常常是相互关联的。化学因素：pH（弱碱性，化学成分腐蚀高）

溶解氧（溶解氧高，加快腐蚀）

盐度（是电解质溶液，能使金属加快腐蚀速率）

复杂有机物（与金属发生络合或螯合反应）物理因素：温度（布朗运动加快腐蚀速度）

水动力（水动力使溶解氧提高）

水文和泥沙（力的作用）生物因素：附着生物、污损生物、细菌的代谢产物

大型生物的冲撞作用

Part2——海水腐蚀连接珠海情侣路与野狸岛的海燕桥，全长300余米，1993年开工，1997年建成，2003年正式启用。2003年养护中发现该桥墩柱产生大量的顺筋胀裂缝、部分混凝土剥离,随即限载通行。

以海燕大桥为例分析海水腐蚀：Part2——海水腐蚀混凝土竖向裂缝及开裂打掉剥离的混凝土保护层,混凝土的钢筋主筋锈蚀严重,而箍筋亦锈蚀断落,基本上丧失原有作用利用超声波法和钻芯法，得知在标高2.5~3.6m墩柱混凝土内部存在缺陷,墩柱混凝土表层存在分层剥离现象,而且在墩柱中部情况最严重混凝土保护层剥落Part2——海水腐蚀分析结果：该桥处于海洋环境中,海水氯离子含量较高,墩柱开裂主要是由于海水中氯离子侵入混凝土,使钢筋周围氯离子含量超过钢筋致锈的临界值,在一定湿度及足够的氧的作用下,引起钢筋锈蚀。锈蚀产物使钢筋体积增大而使混凝土胀裂,属典型的海水腐蚀破坏。而造成这种情况的主要是由于原设计混凝土保护层不足,施工时钢筋偏位导致混凝土保护层偏小,缩短了氯离子和硫酸根离子的路程,使钢筋过早锈蚀。Part2——淡水腐蚀

Part2——水腐蚀Part2——淡水腐蚀

Part2——土壤腐蚀大桥的支撑梁柱必然要立足于土壤之中，土壤对钢筋或混凝土的腐蚀直接影响着大桥的安全。Part2——土壤腐蚀土壤是由气相、液相和固相所组成的一个复杂系统，其中还生存着很多土壤微生物。Part2——土壤腐蚀影响土壤腐蚀的几个因素：

电阻率含氧量盐分含水量pH值温度微生物杂散电流Part2——土壤腐蚀电阻率——土壤腐蚀的综合性因素。当土壤的含水率未达饱和时，土壤电阻率随含水量增加而减小。当达到饱和时，含水量增加电阻率增加。含氧量——在含氧量不同的土壤中，很容易形成氧浓度差电池而引起腐蚀。Part2——土壤腐蚀盐分——它是电解液的主要成分。含盐量越高，电阻率越低，腐蚀性质就越强。含水量——水分使土壤成为电解质，是造成腐蚀的先决条件。Part2——土壤腐蚀pH值——金属在酸性较强的土壤中腐蚀最强。温度——一方面温度越高，电阻率越小，腐蚀越强；另一方面，温度升高使微生物活跃起来，腐蚀越严重。Part2——土壤腐蚀微生物——土壤中的微生物会促进金属材料的腐蚀过程，还能降低非金属材料的稳定性能。杂散电流——土壤介质中存在的一种大小、方向都不固定的电流。来源于电气化铁路、电车等的漏电。能够促进腐蚀。Part2——土壤腐蚀土壤腐蚀的电化学特征：

金属在土壤中的阳极过程与金属在溶液中或大气中相似，可以是阳离子化过程，也可以是阳极钝化的极化形式。土壤中的阴极过程是氧的去极化作用，在酸性土壤中有氢去极化参与，在微生物丰富的土壤中，还有微生物参与的阴极还原过程。

Part2——土壤腐蚀金属的土壤腐蚀Part2——土壤腐蚀阳极过程：Fe→Fe2++2eFe2++2OH-→Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)32Fe(OH)3→Fe2O3·3H2O→Fe2O3+H2OPart2——土壤腐蚀阴极过程：通常情况：O2+2H2O+4e-→4OH-（氧的还原过程）强酸性情况或硫酸盐还原菌丰富的情况：2H++2e-→H2↑（放氢过程）或SO42-+4H2O+8e-→S2-+8OH-（硫酸根的还原反应）Part2——土壤腐蚀混凝土的土壤腐蚀Part2——土壤腐蚀原理：1、土壤直接对混凝土腐蚀，使混凝土风化、疏松、剥离，随后使混凝土内钢筋锈蚀；2、土壤电解质直接穿透混凝土层腐蚀钢筋，使钢筋发生锈蚀，产生体积膨胀，导致混凝土破坏Part2——土壤腐蚀混凝土土壤腐蚀的影响因素：国内外大量研究资料表明，土壤中CO2、Cl-和硫酸盐等对混凝土腐蚀最严重，危害最大。Part2——土壤腐蚀CO2对混凝土的腐蚀：CO2+H2O↔H2CO3H2CO3↔HCO3-+H+HCO3-↔CO32-+H+Ca(OH)2↔CO32-+2OH-当土壤中CO2浓度较高时，混凝土直接发生碳化：CO2++Ca(OH)2→CaCO3+H2OPart2——土壤腐蚀Cl-对混凝土的腐蚀：2Cl-+Ca(OH)2→CaCl2+2OH-破坏混凝土高碱性钢筋钝化膜，引起钢筋锈蚀后体积膨胀，导致混凝土开裂失效。Part2——土壤腐蚀硫酸盐对混凝土的腐蚀：SO42-+Ca(OH)2→CaSO4·2H2O反应后混凝土的体积增大数倍，使混凝土内部产生很大的应力，导致混凝土轻度降低而破坏。Part2——土壤腐蚀外面水泥脱离，里面钢筋暴露，腐蚀严重Part2——土壤腐蚀Part2——土壤腐蚀Part2——土壤腐蚀Part2——土壤腐蚀Part2——土壤腐蚀Part2——土壤腐蚀Part2——土壤腐蚀Part3——常见腐蚀防护方法涂料防护目前世界各国采用最多的是涂装防腐涂料，如油性涂料、水性涂料、氯化橡胶、环氧沥青、乙烯系涂料，特别是无机富锌底漆上再涂厚膜涂料的方法在国外应用较多，这些传统的防腐方法寿命多为3～l5年。悉尼港口大桥在建设时的涂漆工作量就相当繁重，每度漆约有800000公升，涂装面积相当于60个足球场那么大。

钢铁发生电化学腐蚀必须具备几个基本条件：钢铁作为腐蚀阳极，其电位最低；低电阻的电解质溶液，从外面渗入或残存在底漆与钢铁的界面上；足够的氧气参与腐蚀过程，并维持在一定水平上。采用涂料来保护钢铁，就是要提高其腐蚀电位，由腐蚀阳极成为阴极，隔绝电解质以免形成腐蚀电池。漆膜的耐腐蚀性一个重要原因就是涂料作为一种高聚物薄膜，能够不同程度地阻缓腐蚀因子水、氧所和粒子的透过，从而发挥防锈防腐蚀的作用。此外，涂层漆膜对腐蚀介质的稳定性，与底材的附着力以及相应的机械性能对于涂层的防腐蚀性能都有着重要的影响。

屏蔽作用涂料经过良好的施工，覆盖在钢铁表面，能有效地隔断钢铁与外界腐蚀环境的接触。也就是说，涂料阻止了大气中氧气、水汽和其他腐蚀性离子对钢铁的侵蚀。缓蚀作用防锈底漆的防锈作用在很大程度上依靠防锈颜料的作用。铬酸锌、磷酸锌和红丹等对钢铁有着缓蚀作用。以磷酸锌为例，它具有形成碱式络合物的能力，可以与漆基的极性基团（羟基或羧基）进一步络合，生成稳定的交联络何物，不仅增强了漆膜的耐水性和附着力，同时在唐铁表面形成了牢固的铁-锌-磷酸盐络合物，阻止了锈蚀的形成和发展，降低钢铁的腐蚀速度。阴极保护作用利用锌粉的阴极保护作用，制成的环氧富锌漆具有最好的防锈作用，是重防腐涂料体系中的首选底漆。高含量的锌粉与钢铁紧密接触，由于锌的电位比钢铁低，腐蚀电流就会从锌流向钢铁，锌粉首先被腐蚀从而保护了钢铁。锌粉在大气中的腐蚀产物为难溶碱式盐，它们会填没涂层中的空隙，也具有保护作用。

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