钢管桩的腐蚀与防腐

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钢管桩的腐蚀与防腐
从表中可见： 从表中可见： 1 外观 ：大气中涂膜损坏部分腐蚀显著； 表层土中部分腐蚀；细砂层中除全面腐蚀外 有局部腐蚀，到淤泥夹砂层中局部腐蚀更多； 从粘土夹淤泥层以下几乎没有腐蚀。 从粘土夹淤泥层以下几乎没有腐蚀。 2 在土中腐蚀速度总平均 总平均为0。007mm/yr. 总平均 。 3 腐蚀速度表层部位 表层部位明显大于深层部位 深层部位； 表层部位 深层部位 同在表层，淤泥夹砂 淤泥夹砂大于细砂 细砂； 淤泥夹砂 细砂 4 腐蚀速度最大 最大部位平均不过0。024mm / 最大 yr, 2mm的壁厚可耐腐蚀 年。 耐腐蚀80年 耐腐蚀
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例如在缝隙和 例如在缝隙和贝类附着的部 缝隙 氧的供给比其他部位 位等,氧的供给比其他部位少,供给 氧的供给比其他部位少 供给 少的部位成为阳极,供给 成为阳极 供给多的部位 少的部位成为阳极 供给多的部位 成为阴极 这样就形成了“电池” 阴极,这样就形成了 成为阴极 这样就形成了“电池”, 在阳极部位就发生“孔蚀” 在阳极部位就发生“孔蚀”.
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钢表面铁锈层的厚度 与板厚减少量的关系 因腐蚀而失去的铁的量 相当一部分 铁的量中 因腐蚀而失去的铁的量中,相当一部分 (一般 以上 用于钢表面铁锈层的形成 剩余 一般1/2以上 用于钢表面铁锈层的形成 一般 以上)用于钢表面铁锈层的形成,剩余 的一部分作为铁锈一度残留在钢表面 而后剥 的一部分作为铁锈一度残留在钢表面,而后剥 作为铁锈一度残留在钢表面 另一部分不在表面生成铁锈 而以离子状 离.另一部分不在表面生成铁锈 而以离子状 另一部分不在表面生成铁锈,而以 态流失.这几部分铁的比例根据淡水 海水、 这几部分铁的比例根据淡水、 态流失 这几部分铁的比例根据淡水、海水、 大气、土等的环境变化而定 环境变化而定.作为钢表面铁锈 大气、土等的环境变化而定 作为钢表面铁锈 残存的铁的比例,一般在土中较高,大气中较 一般在土中较高 残存的铁的比例 一般在土中较高 大气中较 低.并随液体的流动而变化. 并随液体的流动而变化
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钢管桩在土中的腐蚀情况
1 日本建设省土木研究所的调查研究 调查对象是幸谷桥 幸谷桥的 调查对象 幸谷桥的钢管桩 钢管桩外径486mm、壁厚16 mm、9mm 钢管桩 1958年10~11月施工,经过17年后拔出,进行 腐蚀调查.
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调查方法 为了解钢管桩在深度方向大致的腐蚀程度 和腐蚀形态,先用肉眼观察表面附着物的颜色 先用肉眼观察表面附着物的颜色 以及附着物清除后的腐蚀形态和程度 和状态,以及附着物清除后的腐蚀形态和程度. 和状态 以及附着物清除后的腐蚀形态和程度 然后取样测试 取样测试,定量地了解钢管桩各部位 取样测试 的腐蚀量. 根据外观,认为腐蚀大的表层部位连续取 样,腐蚀小的深层部位间隔取样,取样时还要 考虑土层变化情况,
当水中溶有食盐等中性盐 溶有食盐等中性盐 类时,腐蚀的机理原则上没有变 化.但食盐的存在影响作为氧扩 影响作为氧扩 散屏障的铁锈层的性质. 散屏障的铁锈层的性质
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如果钢的金属组织、 如果钢的金属组织、应力 金属组织 和塑性变形的程度不同 程度不同,在水中 和塑性变形的程度不同 在水中 电位就不同.如两种不同成分 的电位就不同 如两种不同成分 钢的连接部位 连接部位,成为腐蚀电池阳 钢的连接部位 成为腐蚀电池阳 极的一方就会促进腐蚀 促进腐蚀.钢表面 极的一方就会促进腐蚀 钢表面 压痕也会促进腐蚀. 的压痕也会促进腐蚀
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这一算例表明,若因腐蚀而失去的铁约一半用于 失去的铁约一半用于 形成铁锈,则铁锈层的厚度比板厚减少量大得多 则铁锈层的厚度比板厚减少量大得多(3~4 形成铁锈 则铁锈层的厚度比板厚减少量大得多 倍). 所以应当注意 不要误以为铁锈层的厚度等于 应当注意,不要误以为铁锈层的厚度等于 应当注意 板厚减少量. 板厚减少量 铁锈层的厚度与板厚减少量的关系如下图所示 如下图所示: 铁锈层的厚度与板厚减少量的关系如下图所示
钢管桩的腐蚀与防腐
中国建筑科学研究院 钱力航
2011年 2011年3月·北京
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钢管桩在上海超高层建筑的基础 钢管桩在上海超高层建筑的基础 中已有所应用,如金茂大厦等 随着我国 中已有所应用 如金茂大厦等.随着我国 经济的高速发展,钢管桩的应用必将越 经济的高速发展 钢管桩的应用必将越 来越多.广大设计施工人员对钢管桩的 广大设计施工人员对钢管桩 来越多 广大设计施工人员对钢管桩的 性能应该有一些认识.目前大家比较关 性能应该有一些认识 目前大家比较关 注的问题一是钢管桩的腐蚀与防腐 钢管桩的腐蚀与防腐问 注的问题一是钢管桩的腐蚀与防腐问 二是开口钢管桩的桩端阻力问题. 题,二是开口钢管桩的桩端阻力问题 二是开口钢管桩的桩端阻力问题
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腐蚀的形态
构筑物基础使用的钢除全面腐蚀外, 构筑物基础使用的钢除全面腐蚀外 全面腐蚀 还会发生“孔蚀” 腐蚀疲劳” 还会发生“孔蚀”和“腐蚀疲劳”等 形态的腐蚀. 形态的腐蚀 在钢表面的某些部位,阳极反应集中 在钢表面的某些部位 阳极反应集中 发生,严重腐蚀 成为“孔蚀” 孔蚀最 严重腐蚀,成为 发生 严重腐蚀 成为“孔蚀”.孔蚀最 主要的原因 通气性差. 原因是 主要的原因是通气性差
x ---铁锈层的厚度(mm);
A---铁的比重(7.85)
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例
y = D S x / 100 A
在海洋环境中钢管桩铁锈层的测试结 果为D=2.01, S=52.4%, 代入公式计算: y = (2.01×52.4×x) / (100×7.85) = 0.134 x x / y = 7.46 即铁锈层的厚度为板厚减少量的7.46倍
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钢铁变为铁锈的反应是一种电化学 电化学 钢铁变为铁锈 反应.也可以说是根据”电池作用”进行 反应 ”电池作用” 的反应. 在钢铁的表面 表面由于种种原因存在无 表面 数非常细小的阳极 阴极 阳极和阴极 阳极 阴极,形成了局部电 了 池.在局部电池的阳极上发生铁的溶解 生铁的溶解,阴 极上发生氧的还原 氧的还原,就这样进行着腐蚀反 氧的还原 腐蚀反 应.
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使钢发生激烈孔蚀的诸多原因 使钢发生激烈孔蚀的诸多原因 孔蚀 还有“ 中,还有“迷走电流” 的作用 从电 还有 迷走电流” 的作用.从 气铁路和电焊机洩漏的直流电,一旦 洩漏的直流电 气铁路和电焊机洩漏的直流电 一旦 流入土和水中的钢结构物,再从钢结 土和水中的钢结构物 流入土和水中的钢结构物 再从钢结 构物流到土和水中,流出的点即发生 构物流到土和水中 流出的点即发生 流出的点 腐蚀.电流容易流出的部位会造成深 腐蚀 电流容易流出的部位会造成深 深的孔蚀. 深的孔蚀
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试样尺寸为 10×10 cm,在柠檬酸二铵水 溶液中浸泡冼净,再用点测微计量 点测微计量测量厚度.取 点测微计量 样和试样上测点位置如图所示. 因为没有钢管桩打设前壁厚的测试资料, 所以原始壁厚是根据实测结果推算的 原始壁厚是根据实测结果推算的. 原始壁厚是根据实测结果推算的
调查结果 如表所示
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深度 m -0.3~0.0 0.0~0.2 0.2~0.9 1.7~2.5 5.2~6.1 10.2~11.1 17.2~18.1 24.2~25.1 18.2~29.1 35.2~36.1
土质 大气 土 细砂 淤泥夹细砂 粘土夹淤泥 。 。 。 细砂
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钢管桩腐蚀的速度决定于单 钢管桩腐蚀的速度决定于 腐蚀的速度决定于 位时间内到达并扩散到钢表面的 氧的量.而促使氧增加的主要因素 氧的量 是水中溶存的氧的浓度、流速、 氧的浓度、 氧的浓度 流速、 混合的程度和温度等. 混合的程度和温度等
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腐蚀的现象与原因 钢铁受环境的作用而变为氧化 铁等的现象称为腐蚀. 铁等的现象称为腐蚀 钢管桩工作的环境是海水、 钢管桩工作的环境是海水、淡 大气和土等,而使钢管桩发生腐 水、大气和土等 而使钢管桩发生腐 蚀的就是其中的水和氧.水和氧与钢 蚀的就是其中的水和氧 水和氧与钢 铁发生反应生成铁锈. 铁发生反应生成铁锈
腐蚀速度 mm/yr 最大值 平均值 0。104 0。024 。 0。032 0。003 0。039 0。009
15。41 0。062 0。024 。 15。39 0。008 0。002 8。99 9。15 8。73 8。70 9。52 0。007 0。021 0。008 0。031 0。011 0。002 0。004 0。001 0。002 0。003
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在低合金钢中,合金的元素进入铁 合金的元素进入铁 锈层中会引起铁锈层性质的变化,从而 锈层中会引起铁锈层性质的变化 从而 影响钢的耐腐蚀性.如在低合金钢中加 影响钢的耐腐蚀性 入适量的磷、铬和铜 磷 铬和铜,则在大气或海水 中,其耐腐蚀性为普通钢的 耐腐蚀性为普通钢的2~3倍.而在 倍 耐腐蚀性为普通钢的 淡水或土中则没有 没有太大的变化 变化. 没有 变化
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“腐蚀疲劳”是钢铁在腐蚀性的环 是钢铁在腐蚀性的环
境中在拉应力的反复作用下在某一周 境中在拉应力的反复作用下在某一周 期以后发生破裂的现象 破裂的现象.腐蚀疲劳与没 期以后发生破裂的现象 腐蚀疲劳与没 有腐蚀作用的疲劳相比,在 有腐蚀作用的疲劳相比 在一定的应力 下,达到破坏的反复次数少.并且即使应 达到破坏的反复次数少 并且即使应 达到破坏的反复次数少 并且即使 力较低,如果反复次数非常大,也会出现 如果反复次数非常大 力较低 如果反复次数非常大 也会出现 破坏的特征. 破坏的特征
表 原始 面 壁厚 mm 涂 15。81 涂 15。81 裸 15。81 下 15。81 同 15。42 9。02 9。21 8。74 8。74 9。57
实测壁厚 mm 最小 平均 14。04 15。61 15。26 15。76 15。14 15。65 14。76 15。28 8。90 8。86 Байду номын сангаас。61 8。21 9。38
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由于腐蚀而在钢表面形成的铁 铁 锈,在某种程度上成为氧扩散的屏 氧扩散的屏 抑制氧扩散的作用.而这种 障,具有抑制氧扩散的作用 抑制氧扩散的作用 已经形成的铁锈层的保护作用 铁锈层的保护作用,在 铁锈层的保护作用 大气中较大,在水中较小.
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应力腐蚀破坏是钢在静拉应力 应力腐蚀破坏是钢在静拉应力 的作用下、在特定的腐蚀环境(热而 的作用下、 特定的腐蚀环境 热而 浓的碱、硝酸盐、 浓的碱、硝酸盐、氰化氢水溶液或 中发生的.这些腐蚀环境不 液体氨等)中发生的 液体氨等)中发生的.这些腐蚀环境不 是在通常的自然环境中遇到的,因此 是在通常的自然环境中遇到的 因此 发生应力腐蚀的可能性非常小 应力腐蚀的可能性非常小. 发生应力腐蚀的可能性非常小
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现假定因腐蚀而失去的铁全部用于在钢表面 形成铁锈,则钢表面铁锈层的厚度与板厚减少量的 铁锈层的厚度与板厚减少量的 关系如下式所示: 关系
y = D S x / 100 A
式中 y---钢材的板厚减少量(mm); D---铁锈的表观比重; S--- 铁锈层中铁的含有率(%) ;