钢结构设计原理结课报告

1、一、前言海洋占地球面积71%，陆地仅占29%随着海洋开发问题的逐一破解，人类建立海上城市，到海洋居住的梦想已经不再遥远。十八大”我国提出了建设海洋强国的战略目标，今年“两会”国家又重新组建了国家海洋局，新成立国家海洋委员会在海洋开发上，钢结构有着不可替代的优势，但是，钢结构作为金属结构在海洋上也存在着非常不利的一面，那就是腐蚀。据统计，我国每年因腐蚀问题造成经济损失已经达到3000亿元。已经建成的跨海大桥二、什么是海洋腐蚀？ 海洋腐蚀是金属构件在海洋环境中发生的腐蚀。 海洋环境是一种复杂的腐蚀环境。海水本身是一种很强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击，加上海洋微生

2、物、附着生物及它们的代谢产物等都会对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。 海洋结构物腐蚀图三、海洋腐蚀的机理、典型海洋环境及腐蚀类型 海洋钢结构电化学腐蚀过程与电解质电池反应相同，构成这种反应的三个要素是阳极、阴极及导电解质。钢铁是铁元素和渗碳体的混合物，铁元素的电位较低，渗碳体的电位较高，电位不等的两种元素在电解质溶液的作用下，构成了以铁元素为阳极，渗碳体为阴极的原电池。（1）电化学腐蚀机理）电化学腐蚀机理（2 2）热力学机理）热力学机理 任何一种元素，在自然界都有一种最稳定状态，即能量最低状态。钢是由铁制成的。而铁是在高炉中用焦炭中的碳对赤铁矿(Fe2O3) 还原而得到的。铁锈是铁氧化物的水

3、合物，其成分类似于赤铁矿，从而可以解释在大多数情况下钢为何容易生锈，可以认为这个生锈的过程就是形成钢铁原始矿石的自然反应。由于自然界的矿石更为稳定，因此钢有转变为其能量最低稳定原始状态的趋势。这便是钢铁腐蚀的热力学机理。典型海洋环境海洋大气区海洋大气区：在海洋结构物中，常年不接触海水的部分。海洋飞溅区海洋飞溅区：在海洋环境中，海水的飞溅能够喷洒到结构物表面，但在海水涨潮时又不能被海水所浸没的部分。海洋潮差区海洋潮差区：海水涨潮时被海水浸没的部分。海洋全浸区海洋全浸区：常年被海水所浸泡的区带。海底泥土区海底泥土区：海水全浸区以下部分。2.局部腐蚀点蚀缝隙腐蚀冲击（湍流）腐蚀空泡腐蚀电偶腐蚀腐蚀疲

4、劳1.全面腐蚀全面腐蚀是指金属与介质相接触的部位，均匀地遭到腐蚀损坏。这种腐蚀随着时间的延长，变化不大。 点蚀点蚀是金属表面局部区域内出现向深处发展的腐蚀小孔。缝隙腐蚀缝隙腐蚀是指部件在介质中，由于金属与金属或非金属之间形成特别小的缝隙，是缝隙内介质处于滞留状态引起缝内金属的加速腐蚀。冲击腐蚀冲击腐蚀是指在设备和部件的某些特定部位，介质流速急剧增大形成湍流而导致的腐蚀。空泡腐蚀空泡腐蚀是指由于气泡在金属表面迅速生产和破灭而发生的腐蚀。电偶腐蚀电偶腐蚀是两种不同金属连接并暴露在海洋环境中时，会构成原电池而发生的腐蚀。疲劳腐蚀疲劳腐蚀是金属结构受到环境腐蚀和循环载荷的同时作用所引起的损伤，往往比它

5、们单独作用引起的损伤相加要严重的多。防止腐蚀的措施防止腐蚀的措施能防止腐蚀的原理能防止腐蚀的原理牺牲阳极的阴极保牺牲阳极的阴极保护法护法外加电流的阴极保外加电流的阴极保护法护法与活动性更强的金属形与活动性更强的金属形成原电池作正极成原电池作正极利用电解池原理，被利用电解池原理，被保护金属作阴极保护金属作阴极隔绝空气和水隔绝空气和水或形成原电池作正极或形成原电池作正极防腐蚀技术种类覆盖层防护技术电化学保护法在金属制品表面覆盖保护在金属制品表面覆盖保护层或镀层或镀不活泼不活泼金属金属1.电化学保护 对于钢结构飞溅区部位防护都有一定的局限性，因在飞溅区部位海水浸泡率较低，阴极保护很难均匀起作用，因此

6、，有进一步研究的必要。此外，即使采用了阴极保护，具体使用效果的检测至今也还是个难题，难以确定应用效果的好坏。 2.覆盖层防护 从现在的腐蚀防护现状看，覆盖层防护保护海洋钢铁构筑物的方法仍是主要的防腐措施。 主要包括： a.金属热喷涂保护 d.包覆橡胶护套c.包覆混凝土/玻璃钢等e.重防腐涂层防护 b.包覆金属或合金护套 f.多层防护系统五、不同区域最新防腐蚀技术应用 海底泥土区海底泥土区海水全浸区海水全浸区海水潮差区海水潮差区浪花飞溅区浪花飞溅区海底海底 腐腐蚀蚀速度速度平均低潮平均低潮线线平均高潮平均高潮线线锌加保护锌加保护 新型包覆防护新型包覆防护重防重防腐涂腐涂层层海洋大气区海洋大气区防

7、腐油漆涂料五、不同区域最新防腐蚀技术应用 海底泥土区海底泥土区海水全浸区海水全浸区海水潮差区海水潮差区浪花飞溅区浪花飞溅区海底海底 腐腐蚀蚀速度速度平均低潮平均低潮线线平均高潮平均高潮线线锌加保护锌加保护 新型包覆防护新型包覆防护重防重防腐涂腐涂层层海洋大气区海洋大气区防蚀带防蚀带衬里衬里防蚀保护罩防蚀保护罩防蚀膏防蚀膏钢铁基体钢铁基体 表面处理表面处理 涂防蚀膏涂防蚀膏 缠绕防蚀带缠绕防蚀带 固定防护罩固定防护罩 包覆防蚀技术应用实例包覆防蚀技术应用实例五、不同区域最新防腐蚀技术应用 海底泥土区海底泥土区海水全浸区海水全浸区海水潮差区海水潮差区浪花飞溅区浪花飞溅区海底海底 腐腐蚀蚀速度速度平

8、均低潮平均低潮线线平均高潮平均高潮线线锌加保护锌加保护 新型包覆防护新型包覆防护重防重防腐涂腐涂层层海洋大气区海洋大气区 锌加保护是一种优质便捷的钢结构防腐保护方法 ,锌加保护对基体材料拥有阴极保护和屏蔽保护双重作用。另外，锌加保护还具备独特的重融性 ,新的锌加涂层与原有的锌加镀层可完全融合 ,便于维修补涂。锌加保护与传统有机涂料相比 ,具有很强的阴极保护作用并且可以作为良好的底层 ,其耐腐蚀能力高于常规的富锌底漆 56倍 ,防腐保护年限可达到 2530年。 在海洋全浸区的腐蚀程度比大气区严重 ,但比飞溅区要轻。全浸区一般采用阴极保护或涂料与阴极保护的联合保护 ,而很少单独采用涂料保护 ,原因

9、是目前防锈、污涂料使用期限很难达到海洋钢结构设计要求期限。而锌加保护技术在涂层保护和阴极长效保护的双重作用下 ,具有较长的防腐保护年限从而可以弥补一般涂料使用年限的不足。作用。海水中有大量微生物，钢铁生锈的前期主要是非生物的腐蚀，后期微生物的作用就显现出来。有些微生物容易在钢铁表面附着，形成生物膜。通常认为，硫酸盐还原细菌（SRB）能够代谢海水中的硫酸盐形成硫化氢，硫化氢对钢铁腐蚀产生严重影响，导致钢铁的局部腐蚀破坏，严重的甚至导致腐蚀 穿孔。不过，研究人员发现，还有一些微生物能在钢铁表面形成电活性生物膜，它能将电子传递给钢铁表面，这等同于钢铁被阴极保护起来。所以，也许将来有可能利用微生物膜来保护金属。微生物技术 目前，中国科学院金属研究所 材料环境腐蚀研究中心 纳米复合涂料课题组针对海洋工程设施防腐蚀难题研制出了纳米氧化锌浓缩浆，并以此为基础进一步研制出了纳米复合聚氨酯面漆、纳米复合环氧玻璃鳞片中间漆、纳米复合环氧富锌底漆等新型防腐涂料。 当然由于成本问题，这些新型纳米涂料只是在某些海洋设施防腐工程的示范项目中有所应用，并未能得到广泛推广使用。但是，我们相信随着纳米材料技术领域研究的不断深入，一定会有更好更经济更实用的防腐材料