桥梁结构防腐蚀探究课件

桥梁结构防腐蚀探究桥梁结构防腐蚀探究 学学 院：土木与交通学院院：土木与交通学院 专专 业：桥梁与隧道工程业：桥梁与隧道工程 讲讲 解解 人：人：喻喻 江江 2024/6/301主要内容主要内容v第第1 1章章 有关腐蚀的基本概念有关腐蚀的基本概念v第第2 2章章 桥梁结构腐蚀桥梁结构腐蚀v第第3 3章桥梁结构防腐蚀章桥梁结构防腐蚀v第第4 4章章 结语结语2024/6/302赵赵州州桥桥2024/6/303洛洛阳阳桥桥2024/6/304卢卢沟沟桥桥2024/6/305湘湘子子桥桥2024/6/306武武汉汉长长江江大大桥桥2024/6/307南南京京长长江江大大桥桥2024/6/308九九江江长长江江大大桥桥2024/6/309朝朝天天门门长长江江大大桥桥2024/6/3010东东海海大大桥桥2024/6/3011杭杭州州湾湾跨跨海海大大桥桥2024/6/3012舟舟山山跨跨海海大大桥桥2024/6/3013胶胶州州湾湾跨跨海海大大桥桥2024/6/3014第第1 1章章 有关腐蚀的基本概念有关腐蚀的基本概念v 1 1、腐蚀的定义、腐蚀的定义指材料由于环境作用而引起的破化或变质。v 2、腐蚀的分类、腐蚀的分类轻度腐蚀：鼓泡、溶胀、微裂纹（含裂纹）、变色、变薄等鼓泡、溶胀、微裂纹（含裂纹）、变色、变薄等；中度腐蚀：脱黏、分成、龟裂、脆化、硬化、变形等；脱黏、分成、龟裂、脆化、硬化、变形等；破坏性腐蚀：开裂、粉化、失强、分解、氧化、剥落等。开裂、粉化、失强、分解、氧化、剥落等。腐腐蚀蚀形形态态机机腐腐蚀蚀理理物理腐蚀、化学腐蚀、大气老化和环境压力开裂。2024/6/3015v 3、腐蚀介质类别、腐蚀介质类别2024/6/3016大气腐蚀环境种类和环境特征大气腐蚀环境种类和环境特征表表大气腐蚀成因主要是大气湿度、温度，以及硫化物、氯化物等。大气腐蚀成因主要是大气湿度、温度，以及硫化物、氯化物等。2024/6/3017 海水是含盐量很高的电解质溶液，金属在海水中发生氧去极化腐蚀。氧含量氧含量和海水流速海水流速等因素对腐蚀速率有影响。海水腐蚀海水腐蚀土壤腐蚀土壤腐蚀 土壤是一种多孔的无机、有机胶质颗粒体系，土壤的孔隙由空气、水和盐类所充满，因此是一种电解质，金属在土壤中的腐蚀通常是氧去极化腐蚀。土壤的含水量含水量和导电性导电性对腐蚀速率有直接的影响。酸、碱、盐及有机化合物腐蚀酸、碱、盐及有机化合物腐蚀 金属在酸、碱、盐和有机化合物溶液中发生化学反应，导致金属向溶液中溶解，使得其本身的物质组成、物理性能和相关适用功能被破坏。浓度、温度对腐蚀速率影响甚大。2024/6/3018第第2 2章章 桥梁结构腐蚀桥梁结构腐蚀v 1 1、桥梁结构的腐蚀环境、桥梁结构的腐蚀环境 随着社会的发展、科学技术的不断更新，这一概念将腐蚀的范畴扩大到所有的材料及所有的环境。一般情况下，桥梁的桥身、桥面桥梁的桥身、桥面所处的腐蚀环境是大气环境；桥桥墩墩所处的腐蚀环境是水（江、河水和、海水）环境。大气环境和水环境都属于自然环境自然环境。自然环境的腐蚀问题虽不那么明显，但这类腐蚀情况十分复杂，往往随时间的延长而加剧，最后导致材料失效。特别是对于桥梁工程，如果不采取防腐蚀措施或措施不当，极易造成严重的腐蚀，导致桥梁的失效破坏，造成灾难性的事故。2024/6/3019v 2 2、钢铁材料的腐蚀、钢铁材料的腐蚀均均匀匀腐腐蚀蚀：相对局部腐蚀而言,是指在整个表面上发生均匀减薄的腐蚀。桥梁钢结构、钢护栏在大气、水中的腐蚀基本上属于此类腐蚀。缝隙腐腐蚀蚀：由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内介质处于滞留状态，引起缝隙内金属的加速腐蚀。2024/6/3020点点腐腐蚀蚀：其特征是在金属表面的局 部地区出现向纵深处发展的腐蚀小孔。而其余地区不腐蚀或腐蚀很轻微。2024/6/3021腐蚀腐蚀疲劳疲劳：由于金属材料在交变应力与腐蚀介质共同作用下产生的腐蚀。腐蚀过程中，交变应力和腐蚀相互促进，加速了裂纹的扩展。应力腐蚀应力腐蚀：指金属材料在固定拉应力和特定介质的共同作用下所引起的腐蚀破裂。应力腐蚀断裂之前往往没有先兆没有先兆，因此常常容易造成灾难性的事故。可发生应力腐蚀钢材如下。钢材钢材腐蚀介质腐蚀介质低碳钢热硝酸盐溶液、碳酸盐溶液、过氧化氢碳钢和低合金钢氢氧化钠、三氯化铁溶液、氢氰酸、沸腾氯化镁溶液、海水高强度钢蒸馏水、湿大气、氯化物溶液、硫化氢奥氏体不锈钢氯化物溶液、高温高压含氧高纯水、海水、二氯乙烷、水溶液2024/6/3022v 3、混凝土材料的腐蚀、混凝土材料的腐蚀原理图如下原理图如下：2024/6/3023桥梁结构防腐蚀探究桥梁结构防腐蚀探究 水泥水化产生部分Ca(OH)2,使混凝土具有强碱性(pH12.6),在软水中或环境中存在Cl-、Mg2+、NH4+等离子的条件下,混凝土往往会发生分解类腐蚀。这种破坏主要是由硫酸及硫酸盐以及NaCl等盐类引起的，当盐份深入到混凝土内部，在干湿交替情况下，水分挥发，盐类结晶析出，晶体体积膨胀导致混凝土开裂、疏松、粉化。分分解解类类腐腐蚀蚀膨膨胀胀性性腐腐蚀蚀2024/6/3024酸酸化化腐腐蚀蚀碱碱-集集料料腐腐蚀蚀 大气中的CO2、SO2、NO2，酸雨与酸性水、酸性土等,均能与混凝土直接起反应,中和混凝土中的碱Ca(OH)2也能与混凝土中的其它成分起作用而发生腐蚀。在混凝土的硅质集料中如果含有碱活性的物质，如矿物蛋白石、玉髓等，就有可能发生碱-硅酸反应，形成体积膨胀的硅胶，使混凝土受到破坏。2024/6/3025第第3 3章章 桥梁结构防腐蚀桥梁结构防腐蚀 历史上，桥梁的腐蚀与防护问题并没有引起人们的足够重视，直到桥梁建成后的使用过程中，由于腐蚀所造成的损害日益显露出来，人们也为此付出了昂昂贵贵的的代代价价巨巨额额的的维维修修费费用用以及酿成桥桥梁梁失失效效、倒倒塌塌的的惨惨剧剧，人们对桥梁腐蚀问题的认识与重视程度才逐步加强。在四川发生的桥梁倒塌事故中，腐腐蚀蚀破破坏坏就是一个非常重要的因素。2024/6/3026v 1 1、桥梁结构腐蚀防护设计桥梁结构腐蚀防护设计 防腐蚀设计是腐蚀与防护研究中一个非常重要的课题。大量实验与实践证明，许多腐蚀问题是可以通过周密、科学的防腐蚀设计来减少和避免的。防防护护设设计计内内容容防腐蚀结构结构设计防腐蚀强度强度设计防腐蚀工艺工艺设计防腐蚀措施的选择措施的选择防腐蚀结构设计、防腐蚀强度设计和防防腐蚀结构设计、防腐蚀强度设计和防腐蚀工艺设计需要结合实际情况来考虑。腐蚀工艺设计需要结合实际情况来考虑。2024/6/3027v 2 2、桥梁结构桥梁结构防防腐蚀腐蚀选材选材桥梁结构防腐蚀探究桥梁结构防腐蚀探究正确合理选材是防腐蚀设计中重要的环节。选选材材原原则则材料的耐蚀性能要满足桥梁使用环境的要求；材料的物理机械性能和加工性能要满足桥梁的设计与施工要求；选材时力求最好的经济效益和社会效益。2024/6/3028即耐大气腐蚀钢，在钢中加入一定量的铬、镍、钛等合金元素，可制成 不锈钢。通过加入某些合金元素，可以提高钢材的耐锈蚀能力。耐候钢：耐候钢：金属覆盖金属覆盖：非金属覆盖非金属覆盖：纳米技术纳米技术：镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面，提高钢材的耐腐蚀能力。薄壁钢材可采用热浸镀锌(白铁皮)、镀锡(马口铁)、镀铜、镀铬或镀锌后加涂塑料涂层等措施。钢结构防止锈蚀通常采用表面刷漆、喷涂涂料、搪瓷、塑料等方法。在无机防腐涂层或表面处理层的情况下，使用某些特殊方法，可以使覆盖层呈现纳米结构，从而带来一系列膜层性质的变化，可以导致性能的大幅度提高。A A 钢铁构件的选材钢铁构件的选材 对于主要承重受力构件，如横梁、主缆、吊索和拉索等构件，应首先考虑其物理、机械性能，同时要注意其所处环境介质的特点；对于不承重的钢铁构件，如栏杆、灯杆等附属构件，对其物理、机械性能的要求则可适当放宽。2024/6/3029B B 钢筋混凝土钢筋混凝土的选材的选材 从防腐蚀的角度出发，要提高混凝土自身的防护能力，包括选择优优质质水水泥泥、增增加加水水泥泥用用量量、降降低低水水灰灰比比、使使用用优优良良密实剂密实剂及掺合剂掺合剂等。混凝土中的钢筋可以考虑选用环氧涂环氧涂层钢筋层钢筋、耐蚀钢筋不锈钢钢筋耐蚀钢筋不锈钢钢筋，及镀锌钢镀锌钢筋筋等特种钢筋。其中，环氧涂层钢筋由于具有极高的防腐蚀性能而发展迅速，连续完整的环氧涂层能有效地隔离渗入到混凝土内的有害离子与钢筋的直接接触，保护钢筋不受腐蚀。2024/6/3030C C 钢铁构件的保护钢铁构件的保护 重防腐重防腐油漆油漆涂装涂装防腐防腐作作用用机机理理屏蔽作用屏蔽作用:油漆涂层将钢铁与腐蚀环境机械隔离开；钝钝化化缓缓蚀蚀作作用用:油漆涂装体系中,第一道车间底漆对钢铁有钝化 缓蚀作用,增加油漆层附着力,防腐作用很微弱；阴极保护作用阴极保护作用:防腐底漆中如添加锌粉,对钢铁提供阴极保护。热浸镀锌热浸镀锌防腐防腐 钢桥的护拦、扶梯及拼装式小型钢桥梁采用热浸镀锌防腐，热浸锌防腐工艺需要将工件浸入熔融的金属锌镀槽中,不能到现场进行热浸锌防腐,只能在固定的工厂施工,再次,热浸锌镀层碰伤后,自身无法进行修复。因此采用热浸锌方法对钢桥全面防腐有很大的局限性。2024/6/3031 热喷涂热喷涂防腐防腐 热喷涂技术是利用热源对金属、非金属、陶瓷等喷涂材料进行加热,将熔融的粒子雾化、喷射并沉积到基材表面上,形成特殊表面涂层的方法。热热喷喷涂涂分分类类2024/6/3032D D 钢筋混凝土钢筋混凝土的保护的保护 阴极保护阴极保护 根据阴极保护的原理，采用外加电流或牺牲阳极的方法，使混凝土内的钢筋受到保护。阴极保护（牺牲阳极保护）原理如下图所示。2024/6/3033 涂层体系保护设计涂层体系保护设计 涂层可以把混凝土结构与外界腐蚀环境隔绝,对于保护混凝土本身、保持碱度和防止腐蚀介质的渗透是十分有效的。涂涂层层体体系系性性能能要要求求混凝土基面具有很好的相容性相容性；具有优异的屏蔽性能屏蔽性能；较好的适应混凝土的形变性能形变性能；涂层自身对腐蚀环境具有耐受性耐受性。2024/6/3034不同腐蚀环境下的典型涂层配套体系如右表。2024/6/3035混凝土中添加缓蚀剂混凝土中添加缓蚀剂 在混凝土中添加缓蚀剂，能够抑制或减缓混凝土中钢筋的腐蚀程度，使用方便，效果也较好，被认为是钢筋混凝土的一种长效防腐蚀措施。2024/6/3036第第4 4章章 结语结语 随着一座座大型、特大型桥梁的问世以及环境状况的恶化,桥梁的腐蚀问题日趋严重。美国1998年因钢筋腐蚀的桥梁修复费用为15501550亿亿美美元元,是这些桥梁初建费的4倍。除了经济上的损失以外,更重要的是腐蚀给桥梁的安安全全性性、耐耐久久性性带来危害,甚至造成倒塌事故。广东某斜拉桥1995年的拉索坠落事故虽未造成大的灾难,但也给桥梁的防腐与安全运行敲响了警钟；而2001年四川某拱桥却因承重的钢缆吊杆腐蚀失效而断成三截。2024/6/3037由由此此可可见见,桥桥梁梁的的防防腐腐蚀蚀问问题题是是桥桥梁梁工工程程建设中建设中必须考虑必须考虑的的十分重要十分重要的问题。的问题。安安全全第第一一必必须须考考虑虑2024/6/3038错误和疏漏之处敬请批评和指正！谢谢大家！谢谢大家！2024/6/3039