《船舶与海洋工程材料》课件-4.海洋生物环境（微生物、附着生物、钻孔生物）

海洋生物环境MARINEENGINEERINGENVIRONMENTALLOADS船舶与海洋工程材料主讲人海洋存在大量微生物和宏观生物轻微的保护作用加速腐蚀和物理破坏在海洋工程结构物表面附着、生长、繁殖、死亡，形成独特的生物环境对材料性能和耐久性产生复杂影响课程导入海洋生物环境微生物附着生物钻孔生物微生物及其作用MICROORGANISMSANDTHEIRFUNCTIONSPART01微生物及其作用海洋细菌原生动物硅藻在浸海结构表面快速形成生物黏膜，这个过程非常迅速材料浸入海水数秒内，表面就会黏附有机物质，形成分子级的附着膜细菌成为主要的附着微生物，通过新陈代谢产生胞外高聚物，最终形成厚度数微米到数百微米的生物膜。生物膜对腐蚀具有双重作用。生物膜作为凝胶层阻滞溶解氧和离子的扩散迁移对材料表面起到轻微的保护作用生物膜具有不均匀性，容易形成局部浓差腐蚀电池微生物的代谢产物往往会直接加速腐蚀，引发严重的局部腐蚀微生物及其作用典型的腐蚀性微生物硫氧化菌、铁细菌属于好氧菌硫酸盐还原菌属于厌氧菌硫酸盐还原菌对金属腐蚀的影响最为显著可以通过增强阴极去极化反应，大幅加速金属腐蚀微生物及其作用好氧菌在富氧与缺氧交替的微环境中好氧菌与厌氧菌共同作用，腐蚀程度会比单一环境更为严重。厌氧菌微生物及其作用根据碳钢在海水中的长周期腐蚀试验表明，微生物腐蚀是控制局部腐蚀的关键因素。富营养化港口被认为是微生物作用的直接结果钢桩在最低潮位附近常发生低水位加速腐蚀现象局部腐蚀速率可增加10至20倍微生物及其作用宏观附着生物MACROSCOPICATTACHEDORGANISMSPART02宏观附着生物船底海水管道海洋平台浮标码头其幼体依附于表面的微生物膜逐渐成长，形成稳定的附着生物群落。宏观附着生物我国不同海域的附着生物优势种群存在明显差异。大连港以藤壶、紫贻贝、加州草苔虫为主，附着高峰期在5~9月青岛港以柄瘤海鞘、藤壶、菊海鞘为主，高峰期在6~10月湛江港以网纹藤壶为主，高峰期在9~11月宏观附着生物海生物附着的危害非常直接且广泛。船舶增加航行阻力降低推进效率增加燃油消耗造成经济损失管道阻力增加流量减小海水冷却系统严重时导致管道堵塞及停机事故，同时降低换热效率可能导致仪表及转动机件失灵，影响声学仪器性能，增加结构物的载荷负担宏观附着生物在腐蚀方面，连续密实的生物层可以轻微保护钢材表面，但绝大多数情况下，生物层是不完整的，会形成氧浓差电池。覆盖生物体的表面因氧浓度低成为阳极区，产生加速腐蚀无生物覆盖的表面因氧浓度高成为阴极区，得到保护宏观附着生物对于不锈钢这类钝化金属，不均匀的生物附着更容易引发严重点蚀，而且生物生长还会造成防腐涂层局部损伤，导致涂层下金属基体快速腐蚀。海洋钻孔生物MARINEDRILLINGORGANISMSPART03海洋钻孔生物海藻海绵动物苔藓动物多毛类环节动物双壳类软体动物甲壳类其中双壳类和甲壳类的危害最大。海洋钻孔生物船蛆科生物主要钻入木材和竹材中生活，会快速破坏木质结构海笋科生物可钻入石灰岩、木材，部分种类甚至能钻入海底电缆、塑料等物体甲壳类生物蛀木虱、团水虱常附着于港湾和码头的木质设施上，使木材迅速坏损海洋钻孔生物钻孔藻可穿凿珊瑚礁穿贝海绵可穿凿混凝土中的某些集料混凝土结构开裂破坏海洋钻孔生物对海洋工程结构的破坏作用不容忽视，在设计阶段就需要采取针对性防护措施。总结微生物腐蚀宏观生物附着污损钻孔生物物理破坏海洋生物环境共同影响材料的服役寿