1. 概述

海洋是生命的搖籃﹑風(fēng)雨的故鄉(xiāng)﹑氣候的調(diào)節(jié)器﹑交通的要道﹑資源的屏障。海洋不僅僅是巨大的資源寶庫(kù)，而且是人類生存與發(fā)展不可缺少的空間環(huán)境，是解決人口劇增﹑資源短缺﹑環(huán)境惡化三大難題的希望所在。近年來，為緩解交通壓力，海洋變成了交通要道，一座座跨海大橋矗然而立，中國(guó)有著世界最長(zhǎng)的跨海大橋--杭州灣大橋，這不僅方便了交通，而且給經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來巨大效應(yīng)，從資料顯示，我國(guó)已建和在建的跨海大橋數(shù)量不少，它所帶來的經(jīng)濟(jì)收益將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過建橋本身。例如，作為國(guó)內(nèi)第一座跨海大橋，上海東海大橋使上海人的活動(dòng)半徑向大海延伸了30多公里，這是歷史性的突破。同時(shí)，上海南匯、奉賢等區(qū)也將會(huì)成為上海制造業(yè)的新高地。再如全世界最長(zhǎng)、工程量最大的杭州灣跨海大橋建設(shè)，完善了長(zhǎng)江三角洲區(qū)域公路布局及國(guó)道主干線，緩解了滬、杭、甬高速公路流量的壓力，有利于杭州灣地區(qū)城市主動(dòng)接軌上海，擴(kuò)大開放，推動(dòng)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)的合作與交流，提高浙江省對(duì)內(nèi)對(duì)外開放水平，增強(qiáng)綜合實(shí)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。由于鋼材的強(qiáng)度高，韌性好，容易加工，質(zhì)量也容易保證。這些優(yōu)點(diǎn)推動(dòng)了鋼鐵在海洋港灣設(shè)施上的大量應(yīng)用。作為跨海大橋的支架，海洋環(huán)境下，腐蝕是其致命的弱點(diǎn)。鋼鐵材料在海洋中的耐蝕性能較差，其疲勞性能顯著下降，大大降低了鋼構(gòu)造物的使用壽命，直接影響大橋的使用安全。由于跨海大橋是建在環(huán)境相當(dāng)惡劣的海洋環(huán)境中，因此，海洋大氣嚴(yán)重的鹽霧腐蝕是跨海橋梁設(shè)計(jì)和建造過程中必須重視的課題。

2. 海洋腐蝕環(huán)境

海洋腐蝕環(huán)境包括海洋大氣腐蝕環(huán)境和海水腐蝕環(huán)境，鋼材在海洋環(huán)境中的具體位置不同其腐蝕機(jī)理和腐蝕類型也各不相同。包括海洋大氣腐蝕、海水腐蝕、潮差區(qū)腐蝕、飛濺區(qū)腐蝕、全浸區(qū)腐蝕等，為了研究不同區(qū)域的腐蝕必須從腐蝕介質(zhì)入手。

2.1 海水腐蝕環(huán)境

海水是一種復(fù)雜的多組分水溶液，海水中各種元素都以一定的物理化學(xué)形態(tài)存在。海水是一種含鹽量相當(dāng)大的腐蝕性介質(zhì)，表層海水含鹽量一般在3.20％-3.75％之間，隨水深的增加，海水含鹽量略有增加。鹽分中主要為氯化物，占總鹽量的88.7％。由于海水總鹽度高，所以具有很高的電導(dǎo)率，海水中pH值通常為8.1-8.2，且隨海水深度變化而變化。若植物非常茂盛，CO2減少，溶解氧濃度上升，pH值可接近10；在有厭氧性細(xì)菌繁殖的情況下，溶解氧量低，而且含有H2S，此時(shí)pH值常低于7。海水中的氧含量是海水腐蝕的主要影響因素之一，正常情況下，表面海水氧濃度隨水溫大體在5~10mg/L范圍內(nèi)變化。海水溫度一般在-2℃-35℃之間，熱帶淺水區(qū)可能更高。海水中氯離子含量約占總離子數(shù)的55％，海水腐蝕的特點(diǎn)與氯離子密切相關(guān)。氯離子可增加腐蝕活性，破壞金屬表面的鈍化膜。

2.2 海洋大氣腐蝕環(huán)境

大氣腐蝕一般被分成鄉(xiāng)村大氣腐蝕，工業(yè)大氣腐蝕和海洋大氣腐蝕。 鄉(xiāng)村地區(qū)的大氣比較純凈；工業(yè)地區(qū)的大氣中則含有SO2，H2S, NH2和NO2等。大氣中鹽霧含量較高，對(duì)金屬有很強(qiáng)的腐蝕作用。與浸于海水中的鋼鐵腐蝕不同 ,海洋環(huán)境對(duì)金屬腐蝕的研究同其它環(huán)境中的大氣腐蝕一樣是由于潮濕的氣體在物體表面形成一個(gè)薄水膜而引起的。這種腐蝕大多發(fā)生在海上的船只、海上平臺(tái)以及沿岸碼頭設(shè)施上。我國(guó)許多海濱城市受海洋大氣的影響，腐蝕現(xiàn)象是非常嚴(yán)重的。除了在強(qiáng)風(fēng)暴的天氣中，在距離海岸近的大氣中的金屬材料，特別是在距海岸200m以內(nèi)的大氣區(qū)域中，強(qiáng)烈的受到海洋大氣的影響，。離海岸24m處鋼的腐蝕比240m處大12倍，海洋環(huán)境中金屬材料腐蝕速率明顯變化發(fā)生在距海岸線 15 km到 25 km之間。因此，海洋環(huán)境對(duì)金屬影響范圍一般界定為20km左右。海洋大氣中相對(duì)濕度較大，同時(shí)由于海水飛沫中含有氯化鈉粒子，所以對(duì)于海洋鋼結(jié)構(gòu)來說，空氣的相對(duì)濕度都高于它的臨界值。因此，海洋環(huán)境中的鋼鐵表面很容易形成有腐蝕性的水膜。薄水膜對(duì)鋼鐵的作用而發(fā)生大氣腐蝕的過程，符合電解質(zhì)中電化學(xué)腐蝕的規(guī)律。這個(gè)過程的特點(diǎn)是氧特別容易到達(dá)鋼鐵表面，鋼鐵腐蝕速度受到氧極化過程控制?？諝庵兴s質(zhì)對(duì)大氣腐蝕影響很大，海洋大氣中富含大量的海鹽粒子，這些鹽粒子雜質(zhì)溶于鋼鐵表面的水膜中，使這層水膜變?yōu)楦g性很強(qiáng)的電解質(zhì)，加速了腐蝕的進(jìn)行，與干凈大氣的冷凝水膜比，被海霧周期飽和的空氣能使鋼的腐蝕速度增加幾倍。

3. 海洋環(huán)境對(duì)金屬的影響因素

3.1 鹽度

鹽度是指100克海水中溶解的固體鹽類物質(zhì)的總克數(shù)。一般在相通的海洋中總鹽度和各種鹽的相對(duì)比例并無明顯改變，在公海的表層海水中，其鹽度范圍為3.20％～3.75％，這對(duì)一般金屬的腐蝕無明顯的差異。但海水的鹽度波動(dòng)卻直接影響到海水的比電導(dǎo)率，比電導(dǎo)率又是影響金屬腐蝕速度的一個(gè)重要因素，同時(shí)因海水中含有大量的氯離子，破壞金屬的鈍化，所以很多金屬在海洋環(huán)境中遭到嚴(yán)重腐蝕。

3.2 含氧量

海洋環(huán)境對(duì)金屬腐蝕是以陰極氧去極化控制為主的腐蝕過程。海水中的含氧量是影響海洋環(huán)境對(duì)金屬腐蝕性的重要因素。氧在海水中的溶解度主要取決于海水的鹽度和溫度，隨海水鹽度增加或溫度升高，氧的溶解度降低。如果完全除去海水中的氧，金屬是不會(huì)腐蝕的。對(duì)碳鋼、低合金鋼和鑄鐵等，含氧量增加，則陰極過程加速，使金屬腐蝕速度增加。但對(duì)依靠表面鈍化膜提高耐蝕性的金屬，如鋁和不銹鋼等，含氧量增加有利于鈍化膜的形成和修補(bǔ)，使鈍化膜的穩(wěn)定性提高，點(diǎn)蝕和縫隙腐濁的傾向減小。

3.3 CO2、碳酸鹽的影響

海水中的CO2主要以碳酸鹽和碳酸氫鹽的形式存在，并以碳酸氫鹽為主。CO2氣體在海水中的溶解度隨溫度、鹽度的升高而降低，隨大氣中CO2氣體分壓的升高而升高。海水中的碳酸鹽對(duì)金屬腐蝕過程有重要影響，碳酸鹽通過pH值的增大，在金屬表面沉積形成不溶的保護(hù)層，從而對(duì)腐蝕過程起抑制作用。

3.4 溫度的影響

海洋環(huán)境中溫度隨著時(shí)間、空間上的差異會(huì)在一個(gè)比較大的范圍變化。表層海水溫度還隨季節(jié)而呈周期性變化。溫度對(duì)海水腐蝕的影響是復(fù)雜的。溫度升高，會(huì)加速金屬的腐蝕。另一方面，海水溫度升高，海水中氧的溶解度降低，同時(shí)促進(jìn)保護(hù)性碳酸鹽的生成，這又會(huì)減緩鋼在海水中的腐蝕。但在正常海水含氧量下，溫度是影響腐蝕的主要因素。這是因?yàn)楹趿孔銐蚋邥r(shí)，控制陰極反應(yīng)速度的是氧的擴(kuò)散速度，而不是含氧量。對(duì)于在海洋環(huán)境中對(duì)金屬鈍化的研究，溫度升高，鈍化膜穩(wěn)定性下降，點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕和縫隙腐蝕的敏感性增加。

3.5 海水流速的影響

海水腐蝕是借助氧去極化而進(jìn)行的陰極控制過程，并且主要受氧的擴(kuò)散速度的控制。另一方面，在海環(huán)境中水海對(duì)金屬表面有沖蝕作用，當(dāng)流速超過某一臨界流速時(shí)，金屬表面的腐蝕產(chǎn)物膜被沖刷掉，金屬表面同時(shí)受到磨損，這種腐蝕與磨損聯(lián)合作用，使鋼的腐蝕速度急劇增加。對(duì)于在海水中能鈍化的金屬，如不銹鋼、鋁合金、鈦合金等，海水流速增加會(huì)促進(jìn)其鈍化，可提高耐蝕性。

3.6 海生物對(duì)海洋環(huán)境中金屬腐蝕研究的影響

海生物在大多數(shù)情況下是加大腐蝕的，尤其是局部腐蝕。海水中葉綠素植物可使海水中含氧量增加，海生物放出的CO2使周圍海水酸性加大，海生物死亡、腐爛可產(chǎn)生酸性物質(zhì)和H2S，這些都可使腐蝕加速。此外，有些海生物會(huì)破壞金屬表面的油漆或鍍層，有些微生物本身對(duì)金屬就有腐蝕作用。

3.7  光照條件

例如銅鐵在光照下會(huì)促進(jìn)銅及鐵金屬表面的光敏腐蝕反應(yīng)及真菌類生物的生物活性，這就為濕氣和塵埃在金屬表面貯存并腐蝕提供更大的可能性。在熱帶地區(qū)金屬受到日光的強(qiáng)烈照射，另外，海洋環(huán)境中的材料背陽面比朝陽面腐蝕更快。這是因?yàn)榕c朝向太陽的一面相比，背向太陽面的金屬材料盡管避開太陽光直射、溫度較低，但其表面塵埃和空氣中的海鹽及污染物未被及時(shí)沖洗掉，濕潤(rùn)程度更高使腐蝕更為嚴(yán)重。

4. 海洋腐蝕破壞的主要形式

（1）全面腐蝕

全面腐蝕可視為均勻腐蝕，它是一種常見的腐蝕形態(tài)，其特征是與腐蝕環(huán)境接觸的整個(gè)金屬表面上幾乎以相同的速度進(jìn)行的腐蝕。所謂均勻腐蝕活比較均勻腐蝕，都是相對(duì)于局部腐蝕而言的，而且這種腐蝕形態(tài)只有少數(shù)的碳鋼﹑低合金鋼在全浸腐蝕條件下出現(xiàn)。從腐蝕電化學(xué)觀點(diǎn)來看，如果在腐蝕過程中金屬表面“處處”可以進(jìn)行金屬的陽極溶解反應(yīng)和去極化劑的陰極還原反應(yīng)，且其概率大致相同，其間腐蝕電池的局部陰極和局部陽極的位置瞬間可變，分布不定，金屬表面各部分的陽極溶解速度大致一樣，其結(jié)果則呈現(xiàn)為均勻性腐蝕。

（2）局部腐蝕

鋼鐵材料在海洋環(huán)境中的局部腐蝕，特別是小孔腐蝕，是影響鋼鐵材料強(qiáng)度及使用壽命的一個(gè)重要因素。介質(zhì)中的金屬材料絕大部分表面不發(fā)生腐蝕或腐蝕很輕微，但表面上個(gè)別的點(diǎn)或微小區(qū)域出現(xiàn)蝕孔或麻點(diǎn)，并不斷縱深發(fā)展，形成小孔狀腐蝕坑的現(xiàn)象。在氯離子的溶液中，只要腐蝕電位達(dá)到或超過點(diǎn)蝕電位，就能產(chǎn)生點(diǎn)蝕。微生物腐蝕的一個(gè)重要特征是導(dǎo)致小孔腐蝕的發(fā)生。

（3）電偶腐蝕

由于電位電位不同，造成同一介質(zhì)中一種金屬接觸處的局部腐蝕，就是電偶腐蝕，亦稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。兩種金屬構(gòu)成宏電池，使電位較負(fù)的金屬溶解速度增加，電位較正的金屬溶解速度減小。海洋環(huán)境中，海水電阻率很小，是強(qiáng)電解質(zhì)溶液，當(dāng)兩種不同金屬如碳鋼和不銹鋼，不銹鋼和鈦金屬等共同使用時(shí)，要特別注意避免電偶腐蝕。

（4）應(yīng)力腐蝕

鋼鐵在應(yīng)力和特定環(huán)境的聯(lián)合作用下，將出現(xiàn)低于材料強(qiáng)度極限的脆性開裂現(xiàn)象，致使其失去功能，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕開裂。在應(yīng)力腐蝕開裂中存在因氫的滲入而脆化的現(xiàn)象，也存在裂紋尖端處溶液高度酸化的問題。

（5）腐蝕疲勞

波浪載荷下的腐蝕疲勞破環(huán)是鋼樁式結(jié)構(gòu)的主要破壞形式之一。另外，由于海水腐蝕與疲勞載荷共同作用的結(jié)果，疲勞載荷加速度腐蝕破壞的過程，而海水腐蝕進(jìn)一步加速鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞，從而使其壽命縮短。

5. 鋼樁的腐蝕與防護(hù)

5.1 腐蝕裕量法

設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)加腐蝕富裕量對(duì)泥面以上區(qū)段或整個(gè)鋼樁加大其壁厚。以提高使用年限。此方法國(guó)內(nèi)鋼樁碼頭基本上采用。以增加其安全系數(shù)。但這是一種消極方法，解決不了因局部腐蝕所帶來的危害。另外，設(shè)計(jì)時(shí)若按其局部腐蝕速度推算所需預(yù)加的腐蝕裕量。則顯得極不經(jīng)濟(jì)；若按其平均腐蝕速度推算所需預(yù)加的腐蝕裕量，則顯得不安全。

5.2 耐海水低合金鋼

自1967年美國(guó)鋼鐵公司發(fā)明了Mariner鋼（海洋鋼）后，日、德、法等國(guó)先后研制并生產(chǎn)了十幾種耐海水鋼，我國(guó)亦曾研制過10CrCuSiV 和10MnPNb鋼等，但應(yīng)用并不十分廣泛 耐海水鋼在大氣區(qū)、浪濺區(qū)具有比普碳鋼明顯的耐蝕性，優(yōu)良的耐海水鋼較普碳鋼于上述區(qū)域的耐蝕性可提高2～3倍；在海水全浸區(qū)雖亦有作用，但無上述區(qū)域那么明顯。當(dāng)然耐海水鋼也有其局限性，某些耐海水鋼的焊接性能差，焊縫處易遭腐蝕破壞，且價(jià)格高昂。

5.3 涂層保護(hù)

涂層主要指油漆涂料、環(huán)氧玻璃鋼護(hù)套和其它有機(jī)或無機(jī)覆蓋層。這對(duì)防止鋼樁大氣區(qū)和浪濺區(qū)的腐蝕是一較為有效的方法（視不同的環(huán)境條件采用適宜的涂層），但對(duì)鋼樁水下區(qū)段防腐效果不佳。因其壽命有限，且目前國(guó)內(nèi)尚無成功應(yīng)用于海水中的先例，再者涂層僅能一次性施工，不利于長(zhǎng)期維修和監(jiān)測(cè)。即使在易監(jiān)控涂層施工質(zhì)量的時(shí)

機(jī)-- 鋼樁在吊運(yùn)打樁前就實(shí)施擦層保護(hù)。亦會(huì)目吊運(yùn)、打樁等施工過程造成其局部破港口建設(shè)損或剝落，使得打樁后于海水介質(zhì)中板易誘發(fā)大陰極、小陽極形式的局部腐蝕。且其腐蝕速度很快。易于引起局部腐蝕穿孔而再誘發(fā)該處的全面羰蝕。使得原有的涂層失去保護(hù)作用。

5.4 陰極保護(hù)

從50年代初至60年代末。世界各國(guó)相繼將陰極保護(hù)技術(shù)廣泛而又成功地應(yīng)用于鋼樁水下區(qū)段的保護(hù)上。陰極保護(hù)是一有效的防腐方案，能防止因各種鋼表面狀態(tài)不均所引起的局部腐蝕和通常的全面腐蝕。尚可提高鋼樁于海水中的疲勞強(qiáng)度極限。無論鋼樁表面狀況的迥異，對(duì)新建或已建工程的鋼樁都很適用。還可用直接檢測(cè)鋼表面陰極極化電位的方法控制其保護(hù)效果。若設(shè)計(jì)、管理得當(dāng)，則其保護(hù)效果可達(dá)90 以上。鋼樁陰極保護(hù)前后其腐蝕速度對(duì)比見下圖：

5.5 涂料加陰極保護(hù)

涂料同陰報(bào)謀護(hù)匹配，可互相補(bǔ)充。使保護(hù)效果更佳。固有涂料的鋼表面，所需保護(hù)電流密度小，保護(hù)電位易趨于均勻，可減少陰極保護(hù)措施于始建時(shí)一時(shí)跟不上所帶來的腐蝕。但若是外加電流陰極保護(hù)，則存有因儀器一時(shí)失控或其它原因所引起的局部過保護(hù)，導(dǎo)致鋼表面析H：十而使涂層鼓泡的現(xiàn)象。該鼓泡涂層會(huì)在海浪的沖刷下破損而使鋼表面外露，形成一小陽極點(diǎn)（即銹點(diǎn)）

6. 鋼結(jié)構(gòu)橋梁的防腐蝕措施

鋼橋的防腐蝕應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)、管理等方面入手，忽略了任何一方面都將造成對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁腐蝕的隱患。

6.1 鋼橋的加固補(bǔ)強(qiáng)及表面處理

鋼橋的加固補(bǔ)強(qiáng)。 為保證鋼結(jié)構(gòu)的完整及承載能力， 在施工前， 已委托專業(yè)設(shè)計(jì)單位在認(rèn)真全面檢查的基礎(chǔ)上進(jìn)行鋼橋加固補(bǔ)強(qiáng)工程設(shè)計(jì)，提出針對(duì)已腐蝕損害的鋼橋進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)施工方案， 經(jīng)專家審查后進(jìn)行施工。

鋼構(gòu)件表面處理。 為保證涂層的附著力和使用壽命，涂裝前應(yīng)將鋼橋表面的舊涂膜、氧化皮和銹跡除凈。對(duì)鋼橋表面采用機(jī)械噴射除銹，達(dá)到Sa2. 5級(jí)（非常徹底的噴射或拋射除銹等級(jí)） 。表面粗糙度達(dá)到40- 80Lm。如受施工條件限制， 局部可采用手工除銹， 達(dá)到St3 級(jí)（手工除銹等級(jí)）標(biāo)準(zhǔn)。鋼構(gòu)件表面應(yīng)有明顯的金屬光澤，經(jīng)處理后的鋼橋表面應(yīng)無灰塵、油污，并盡快噴涂，以防再生銹。

6.2 復(fù)涂施工工藝

復(fù)涂施工工藝為采用局部除銹加涂面漆的一種適用于舊鋼結(jié)構(gòu)的涂裝施工工藝，采用局部除銹加涂面漆，可延長(zhǎng)底漆的使用年限，減少除銹，節(jié)省資金。

6.3 橋面系防水改造

鋼梁的腐蝕主要原因是因橋面系滲漏水造成，橋面系滲漏水是鋼梁防腐蝕的關(guān)鍵技術(shù)， 應(yīng)采取徹底維修， 進(jìn)行防水改造。

6.4 涂裝配套的選擇

防腐涂裝的選用，是與鋼粱所處的自然環(huán)境、使用年限、結(jié)構(gòu)類型、施工方法等有著密切關(guān)系。應(yīng)選擇科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)、適用的涂裝配套體系，最大限度地發(fā)揮涂膜性能，提高防腐蝕能力。

6.5 重防腐蝕涂裝方案

重防腐涂裝系統(tǒng)在國(guó)外已有成功使用的例子，在我國(guó)已開始在大型橋梁上使用重防腐涂裝系統(tǒng)來進(jìn)行防腐保護(hù)。為增強(qiáng)面漆抗周圍腐蝕介質(zhì)的性能和耐堿性，采用以富鋅涂料為防銹底漆的、氟碳面漆等合成樹脂涂料的涂裝系統(tǒng)，具有長(zhǎng)達(dá)20- 30年的耐候有效期，在施工中，我們采用如下2個(gè)重防腐涂裝方案組合配套。

（ 1）環(huán)氧富鋅底漆十環(huán)氧云鐵中間層+ 氟碳面漆。

（ 2）熱噴鋅（鋁）層+ 環(huán)氧封閉漆+ 環(huán)氧云鐵涂層+氟碳面漆。

環(huán)氧富鋅漆在使用前鋼鐵表面處理要達(dá)到Sa2級(jí)，噴鋅（鋁）層， 則必須在熱噴前對(duì)鋼鐵表面進(jìn)行Sa3級(jí)的除銹，鋼鐵表面須具有均勻一致的金屬光澤，達(dá)到一塵不染的純亮程序，這對(duì)我們實(shí)際操作上雖有一定的難度，但熱噴鋅（鋁）層的防腐蝕效果非常好的。重防腐涂裝（ 1）、（ 2）是復(fù)合涂裝體系， 由高性能的底漆、中涂和面漆構(gòu)成。一般采用250- 500um的涂層厚度，是用厚漿型防腐蝕涂料形成的一種新產(chǎn)品，具有耐腐蝕性能強(qiáng)、涂膜厚、防腐蝕有效期長(zhǎng)的特點(diǎn)。重防腐蝕涂層采用厚漿型的環(huán)氧富鋅涂料或噴金屬打底，給予陰極保護(hù)；涂采用云鐵漆；采用耐水、耐化學(xué)性、耐候性優(yōu)良的高固體分涂料進(jìn)行配套效果顯著。具有良好的防蝕和對(duì)鋼鐵的附著性能；間涂層對(duì)底漆和面漆的涂層問有附著結(jié)合力，較好的屏蔽作用，有效阻止水、氧及腐蝕介質(zhì)的滲入；有長(zhǎng)達(dá)20- 30年的耐腐蝕有效期，長(zhǎng)效、實(shí)用和經(jīng)濟(jì)的防腐涂裝體系。