05 第5章 海洋中的钢筋混凝土及非金属材料.pptx

第1页：防蚀方法与金属耐蚀性比较

第五章海洋中的钢筋混凝土及非金属材料的防腐蚀

第2页：一、防蚀方法 海洋金属的实际防蚀方法

一、防蚀方法 海洋金属的实际防蚀方法

• 一、防蚀方法
• 海洋金属的实际防蚀方法分为三大类：①提高材料本身的耐蚀性；②用耐蚀材料被覆的方法(包括电镀、涂料、搪瓷和包覆法)使金属与腐蚀介质隔离；③电化防蚀法。
• 对于海上大气区，通常使用防蚀涂料进行保护。
• 对于全浸区，主要采用涂层法和阴极保护的联合保护法，对固定设备以阴极保护为主，对船只通常要涂防污涂料。固定设备有时也有防污的必要。
• 在海底淤泥区存在着细菌腐蚀(如硫酸盐还原菌，通常使用的阴极保护法，对于防止此类腐蚀的作用不大)，一般用增加钢桩直径来抵消这种腐蚀损失。第一节防蚀方法及各种金属的耐蚀性比较

第3页：镍铬钼合金

镍铬钼合金

二、各种金属的耐蚀性比较•根据流速对腐蚀速度的影响，金属可分为三类：第一类是不论流速的高低抗蚀性能皆优良，如钛、镍铬钼合金等。第二类是流速高时抗蚀性好，流速低了抗蚀性变坏的合金，这种合金表面通常有氧化层保护膜，如镍基合金、不锈钢等，在速度不太高时铝也有这种现象。第三类是流速低时耐蚀性好，流速高时耐蚀性变坏，如铁和铜合金。

第4页：腐蚀产物的性质常常支配着金属腐蚀的速度

腐蚀产物的性质常常支配着金属腐蚀的速度

• 腐蚀产物的性质常常支配着金属腐蚀的速度。若腐蚀产物能形成连续的，不可渗透的，附着力牢固的致密薄膜，此种薄膜如被划伤又会自动形成新的保护膜(即具有自修补作用)，则这种薄膜就对金属有保护作用(称为保护膜或钝化性膜)，不锈钢、铬、铝、镍基合金的腐蚀产品都能形成这样的保护膜。
• 维持这种保护膜在很大程度上取决于溶存氧气，若水中溶存氧气不足，就会发生局部电化腐蚀，称为点蚀，而99%金属表面都事实上没有腐蚀。
• 钝化能力较小的金属，如钢、黄铜、铅、钢铁和锌等，腐蚀就比较均匀，氧气的存在就会促进腐蚀，在流动条件也会加速腐蚀。
• 在碱性条件下(例如，在阴极保护条件下)，铝会被加速腐蚀，锌和铅也会受腐蚀，因为它们是两性金属，而对于钢铁，则受到保护，只有在pH值极大(>14)时才会腐蚀。

第5页：各种金属浸渍在静水中的全面腐蚀如下表所示

各种金属浸渍在静水中的全面腐蚀如下表所示

•各种金属浸渍在静水中的全面腐蚀如下表所示：表5-1在静水中金属的全面腐蚀速度(单位：微米/年)其中数字右上角1表示点蚀，右上角2表示易于发生合金选择腐蚀，如脱锌腐蚀，脱铝腐蚀等。

第6页：钢筋混凝土

钢筋混凝土

在海洋建筑中，钢筋混凝土是一种常用的建筑材料，这种建材成本低，强度好，并有一定的耐蚀性，故迄今仍是海洋中的主要建材。混凝土中含有碱性的氢氧化钙，对钢筋有钝化作用或碱性保护作用，而且，混凝土层厚度大，对海水和氧气等腐蚀剂有良好的屏蔽作用，故混凝土被认为是钢筋的良好的天然保护材料。

第7页：第二节海水对于混凝土的腐蚀作用

第二节海水对于混凝土的腐蚀作用

第8页：海洋环境

海洋环境

• 在海洋环境中，混凝土结构的耐久性，比内陆差得多。通常，在海水中混凝土结构受到下列各种物理因素和化学因素的影响而被腐蚀：
• ①海水的化学作用；
• ②钢筋所经受的腐蚀作用；
• ③反复地干燥和湿润的作用；
• ④波浪和沙粒的冲蚀磨损作用；
• ⑤在寒冷的海域中，海水反复地冻结(反复膨胀)和熔融的作用；
• ⑥海生物的生化腐蚀作用。这些因素对于混凝土结构的侵蚀程度，取决于气候条件，海洋建筑在海洋中的位置(全浸区、飞溅区、潮差区或海上大气区)以及混凝土本身的成分和性质等，其腐蚀机理是十分复杂的。

第9页：1．海水的化学腐蚀海水中所含有的各种

1．海水的化学腐蚀海水中所含有的各种

1．海水的化学腐蚀海水中所含有的各种盐类，可以电离为各种离子，许多种类的离子可能成为混凝土腐蚀剂，其中以硫酸根离子SO42-，镁离子Mg2+和氯离子Cl-等的破坏性为最大。混凝土中的水泥在与水结合时，生成大量的固体氢氧化钙，海水中的镁离子能使这种氢氧化钙溶解，而析出氢氧化镁，也能破坏混凝土的组织。海水中的氯离子对于水泥有两个作用，其一是它和氢氧化钙反应，生成可溶的氯化钙，其二是生成富氏盐(3CaO·Al2O3·CaCl2·10H2O)，富氏盐的形成对混凝土的危害不大，但是氢氧化钙的被溶解能使混凝土的强度降低。硫酸根离子和镁离子只对混凝土的表面有作用，但在表面受到物理作用时(反复干湿、反复冻熔及波浪作用等)，这些作用也会逐渐深入内部；

另一方面，氯离子却能直接侵入到水泥混凝土的内部，使混凝土中的氢氧化钙含量逐步减少。

第10页：2．海水对钢筋的腐蚀作用在混凝土的水

2．海水对钢筋的腐蚀作用在混凝土的水

2．海水对钢筋的腐蚀作用在混凝土的水合反应中，所生成的氢氧化钙有很大的碱性，这种碱性有利于其内部钢筋的防蚀作用。然而，经过一定时间，碱性降低，混凝土逐步成为中性，氯离子、水分、溶解氧气等腐蚀剂逐步渗透进入混凝土内部，使原来处于钝化状态的钢筋变为活性状态，最后开始生锈，钢筋的生锈引起体积膨胀，使表层的混凝土开裂或剥落，失去了它对钢筋的保护作用。

第11页：3．水泥—砂—水的配比对于裸钢筋和镀

3．水泥—砂—水的配比对于裸钢筋和镀

3．水泥—砂—水的配比对于裸钢筋和镀锌钢筋的腐蚀的影响氯化物是钢筋混凝土最危险的腐蚀剂，因混凝土的碱性能使钢材表面形成一层钝化层，而氯化物的渗入能使这层钝化层发生开裂。为此，在许多标准中，都对于增强混凝土和预压混凝土中的氯离子浓度严加限制。然而，即使如此，在海洋环境中，氯离子还是可能渗入混凝土的多孔网络结构中。为了定量地测试氯离子对于钢筋混凝土的相互作用，把裸钢材和镀锌钢材分别作为波特兰水泥混凝土中的增强材料，在海水中测定和对比它们的腐蚀速度，其测试方法如下：

第12页：试样中的钢筋含碳量为0.25%

试样中的钢筋含碳量为0.25%

试样中的钢筋含碳量为0.25%，表面有皱纹，长8厘米，直径为6毫米。把钢筋样品分为两组，其中一组样品预先浸到熔融的锌中，从而在其表面镀上60微米厚的锌层。把适量的水，高强度水泥和最大直径为1.5毫米的硅砂混合，再把由此而制成的混凝土分别覆盖在这些镀锌钢和裸钢材的样品上，制成每边长为7厘米的正立方体钢筋混凝土试样。其中混凝土按9种不同的配比进行调制，其水泥和砂的比依次为1/1，1/3和1/8；

水和水泥之比分别为0.4、0.6和0.8。试验时使用混凝土(含砂)而不直接用纯水泥，因含砂的混凝土的多孔性比纯水泥高，由此可缩短试验时间，也比较接近实际的应用情况。按水泥层厚度分，样品分5组，其中2组水泥覆盖层厚0.5厘米，2组厚为2.0厘米，1组为3.0厘米。若样板上的水泥厚度达不到这些值，则在过于薄的部位用胶带进行保护。

第13页：相对湿度条件

相对湿度条件

在钢筋上涂敷混凝土以后，在90%相对湿度条件下(20℃)干燥24小时，再在20℃，50%相对湿度条件下干燥20天(共21天)。然后，在合成海水中浸没12个月。用极化电阻法推算腐蚀速度，可使用斯特恩—格雷瑞(Stern-Grary)公式进行计算(即线性极化方程式，设B=0.026伏)，所用的仪器都必须进行校正。对同体积而无钢筋的复制样品进行干燥，从而可测定混凝土在浸没一年后的氯化物含量。

试验的结果如下：1)多孔性：当水泥/砂比为1/3，水/水泥比为0.4时，混凝土的多孔性为最小值(16%)；当水泥/砂比为1/1时，且水/水泥比为0.3时，混凝土的多孔性达到最大值(38%)。若水泥/砂比为1/8，水/水泥比为0.4时，则太干；反之，若水泥/砂比为l/1，水/水泥为0.8，则太湿，这两种配比都是实际上行不通的。

第14页：在水泥/砂比为1/1和1/3时

在水泥/砂比为1/1和1/3时

在水泥/砂比为1/1和1/3时，混凝土的多孔性随水／水泥比的增加而递增；只有当水泥／砂之比为l/8时，因太干，则随水和水泥比增加而递降。2)混凝土中的氯离子渗入量：在混凝土表面，氯离子渗入量主要取决于水泥/砂之比，它并不受多孔性和水/水泥比的影响；但在水泥样品深部，水/水泥比起着决定性作用。

3)钢筋镀锌的作用：对于裸钢筋，在浸渍开始的两个月内，由于水泥的高碱性对钢材的钝化作用还处于主导地位，因此，腐蚀量极小，但在两个月以后，由于氯离子的渗入，水泥的碱性钝化作用逐步减弱，腐蚀速度逐步升级。对于镀锌的钢筋，在开始两个月，其腐蚀速度并不比裸钢筋慢，但是，在海水中浸没两个月以后，由于锌的阴极保护作用和锌及其腐蚀产物有抵抗氯离子的作用，使腐蚀速度逐步减小。因此，在海洋建筑中，用热浸镀锌的钢筋来取代普通的裸钢筋，有助于延长钢筋混凝土建筑的寿命。

第15页：第三节钢筋混凝土的阴极保护

第三节钢筋混凝土的阴极保护

第16页：混凝土中的钢材

混凝土中的钢材

混凝土中的钢材，能被从毛细孔中渗入的高pH值(碱性)的水分所钝化，这种钝化状态能抵消碳酸(二氧化碳)或氯离子的腐蚀性影响。氧气的扩散作用有一定的腐蚀性，但是从水泥的毛细孔渗入的溶存氧气和气相氧气都极少，不致对钢材形成多大的损害。因此，水泥的渗透性危害不大，故水下阴极保护也就没有必要了。而且，在水线以上腐蚀最严重的飞溅区，阴极保护电流不易进入。

因此，只要水泥紧密而无裂缝，钢筋能受到较好的保护。

第17页：阴极保护

阴极保护

在海水中，由于阴极保护，会发生少量的多孔性石灰质积垢(海水中钙，镁离子的沉积)，使负电势明显下降，随着时间的延长，水泥的渗透性也因石灰质积垢的增厚而降低。因此，因氯离子富集而引起的腐蚀也会因这种阴极保护所产生的石灰质积垢的增加而逐步减小，使点蚀愈来愈小。总之，只要阴极保护电位不低于-0.95伏(标准氢电极)，就不会有发生氢气的作用(事实上，使用有自动控制的外加电流型阴极保护法或牺牲阳极法都可以满足这个条件)。在普通的实用阴极保护条件下，水泥内部的钢材实际上没有严重腐蚀的危险。

只要电位不低于UH=-0.95伏，因生成HFeO2-而发生的阴极腐蚀的危险是不存在的。

第18页：混凝土内部用钢筋及管道合金元素成分的改良

第四节混凝土内部用钢筋及管道合金元素成分的改良

第19页：应力腐蚀

应力腐蚀

为了改良混凝土增强用钢筋材料的抗应力腐蚀开裂的特性，且能维持介金原有的强度，苏联研究成的专用作钢筋的低合金钢，它含右碳0.15～0.25%、硅1～1.6%、锰0.1～0.6%，硼0.001～0.006％余量为铁。耐盐性混凝土钢筋中含有碳0.001～1%，硅0.055～0.2%，锰0.01～1.2%，磷0.005～0.025%，硫0.005～0.003%，铝0.001～0.08%，镍3～5.5%，钙≤1%，稀土金属0.002—0.1%。如有必要，还可添加铌、钒、钛和钼(总量为0.005～0.2%)和铜0.03～0.5%。此种钢材浸在0.2%氯化钠水溶液中，用氢氧化钙调节到pH12，每3天更换一次溶液，经20天试验没有发生腐蚀。

第20页：硅0.01～0.3%

硅0.01～0.3%

在日本，用于海洋建筑的混凝土增强用钢筋的化学成分是：碳0.1～0.78%，硅0.01～0.3%，锰0.3～1%，磷0.003～0.02%，硫0.01～0.023%，铜≤0.27%，钨≤0.11%，镍≤3.62%和铝≤0.06%。若把此种钢筋置于含有海砂的混凝土中，为了研究其对于盐水腐蚀的抵抗能力，在pHl2的含有氢氧化钙和氯化钠(0.2～3.6%)的水溶液中，测定了此种钢材的阳极极化曲线。研究的结果是，降低钢材内部的硅，磷和硫的含量(其中含硫量特别重要)，有助于提高钢筋对于氯离子腐蚀的抵抗能力；而在钢材中添加铜、钨和镍，则可以提高在含盐混凝土中的钢筋的耐蚀性。

第21页：钢筋混凝土

钢筋混凝土

• 综上所述，为了改善经济的建筑材料钢筋混凝土的耐海水性的改进措施有：
• ①改善钢筋或钢材的质量(采用专用低合金钢)；
• ②对钢筋镀锌或喷镀铝；
• ③改善混凝土的配比(水，水泥和砂)，采用矿渣水泥或特制的耐海水水泥，在水泥中添加缓蚀剂，改善混凝土配方；
• ④在混凝土表面使用适当的涂料；
• ⑤采用阴极保护法，特别是设备上有其他金属零件浸在海水中，需要阴极保护时，对钢筋混凝土使用阴极保护是无害的。

第22页：第五节其他非金属材料

第五节其他非金属材料

第23页：非金属材料包括无机材料和有机材料两大类

非金属材料包括无机材料和有机材料两大类

非金属材料包括无机材料和有机材料两大类。无机非金属材料有陶瓷、玻璃和岩石等。有机材料主要有塑料、橡胶及复合材料等。塑料可分通用塑料和工程塑料两大类。

复合材料有玻璃钢等。玻璃纤维增强塑料通常简称玻璃钢，其中以不饱和聚酯树脂玻璃钢最为常用。此外尚有环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢和呋喃玻璃钢等。近年来，用碳纤维代替玻璃纤维所制成的增强塑料的应用也愈来愈广泛。

上述各种非金属材料大部分都具有良好的耐蚀性和耐海水性，但因它们的成本及机械性能方面有很大的差异，故在海洋设备中的用途也不同。

第24页：防止层压品发生蜕变

防止层压品发生蜕变

• 为改进用作船壳结构的玻璃纤维增强的塑料层压品的质量和功能，防止层压品发生蜕变，有三点改进意见：
• ①提高材料的强度水平。
• ②适当选择用作船壳的板材厚度。
• ③在材料明显降阶之前，先覆盖并粘结上用间苯二甲酸聚酯E和玻璃纤维粗布所制成的层压制品。