重庆交通大学 400074
摘要：分析了钢管桩在海洋环境下的多种腐蚀类型，通过对在海洋环境中的钢管桩进行研究，提出了更有效果的防护方法，对此后类似环境下的钢管桩防腐与防护具有重要参考价值。
关键词：钢管桩；海洋环境；防护；
1 钢管桩腐蚀现状
钢管桩是主要以钢材料为骨架的海洋工程用结构建筑。据统计全球每年的钢材产量超过10亿吨，而每年仅因腐蚀而报废的钢铁设备就相当于年产量的约30%。钢材料的数量随着人们对海洋资源的逐渐开发日益增多[1]。例如码头、引桥等。因此通过研究钢材料的腐蚀防护技术，以降低海洋腐蚀对国民经济造成的损失，对于国家的发展有重大的意义。海水这一复杂的天然腐蚀介质会对于处于其中的金属结构造成很大的破坏，是一种溶有大量以氯化钠为主的盐类电解质。它又不同于简单的食盐溶液，其中还含有悬浮泥沙、溶解气体、生物及腐败的有机物[2]。因此钢结构的海洋腐蚀与防护是一个复杂而严峻的问题。
2 腐蚀类型
2.1 大气的腐蚀
码头钢管桩在潮湿的海洋空气中，表面会形成一层薄水膜，这层薄水膜电解液被氧饱和，使大气腐蚀的电化学过程中氧去极化过程易于进行，导致码头钢管桩表面产生电化学腐蚀。腐蚀所形成的疏松的铁的氧化物的水合物，其不能隔绝钢铁与水和氧继续接触，因此，在潮湿的空气，腐蚀将不断的继续发展。钢管桩表面形成引起腐蚀的水膜与空气的相对湿度有关。在海洋环境中空气的相对湿度很大，或者钢管桩表面温度低于露点时，潮气就会在钢管桩表面结露，形成含有腐蚀介质的薄水膜，从而导致腐蚀的发生。
2.2 海水的腐蚀
由于海水含盐量高，几乎含有地壳中所有自然状态存在的元素，成分极其复杂，是天然的腐蚀性电解质。海水又含有较高的氯离子及其他卤素离子，能阻止和破坏金属的钝化，从而促进金属的腐蚀。
海水中的溶解氧是影响码头钢管桩腐蚀的另一重要因素，它不仅可以与铁化合形成铁锈，而且钢管桩在海水中的腐蚀过程主要是受阴极氧去极化过程所控制。在海水中氧气含量与地理位置、温度、盐度、深度及生物活动有关，在标准大气压下，表层海水的含氧量一般接近饱和值。然而，由于光合作用而产生氧气以及波浪的作用产生的气泡所带来的氧气，使得上层海水中的氧气含量可能会出现过饱和现象。而在深海中，由于生物消耗使得氧气的含量减少，最终可能会造成缺氧状态。由于氧的含量不同，形成氧的浓差电池，氧气充分的成为阴极区，氧的含量少的成为阳极区，从而加剧钢管桩的腐蚀。
2.3 海洋生物的腐蚀
海洋码头钢管桩表面上附着的海洋生物对金属腐蚀也发生一定的影响，这种影响随附生物的种类、附着状态不同而异。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在码头钢管桩表面，海洋生物附着在金属表面上，形成隔膜，当附着生物均匀密布于码头钢管桩表面时，阻碍了码头钢管桩与氧和海水的接触，相对来说，可以减轻腐蚀的程度。但是当这些生物局部附生时，由于金属表面被附着部位难于与氧接触，产生氧浓差电池，而会引起附着物下面的金属强烈腐蚀。
海洋码头钢管桩表面上附着的微生物的种类不同，对腐蚀过程的影响也不同，但参与金属腐蚀的微生物的菌种不多在海洋里常见的腐蚀性细菌可以分为亲氧微生物和厌氧微生物。亲氧微生物附着在钢管桩的表面，由于大量消耗海水中的氧，从而降低海水中的氧的浓度，导致海洋码头钢管桩的腐蚀。厌氧微生物可以在较深的没有氧的海水中生长，如硫酸盐还原菌，硫酸盐还原菌的作用下，海洋码头钢管桩的腐蚀速度将加快。腐蚀性细菌作用下的腐蚀特征是腐蚀产物的外貌呈黑糊覆盖于码头桩的表面，并带有难闻的硫化氢气味。
2.4 飞溅区的腐蚀
在海洋环境中，海洋码头钢管桩的飞溅区系潮汐和波浪作用而干湿交替的区域，该区域的钢管桩表面时干时湿，因此该区域是一个特殊的腐蚀环境。飞溅区的海洋码头钢管桩的表面几乎经常为充气良好的海水所湿润，由于钢管桩表面的腐蚀介质层（海水）的厚度较小，海水在蒸发过程中加强了各种介质的混合，因此钢管桩表面的供氧速度大大加快，从而加速了钢管桩腐蚀的阴极过程。在飞溅区的钢管桩表面，由于腐蚀产物二价铁在氧充足的海水薄膜中进行强烈的氧化，变成三价铁。由于三价铁的还原，在这个部位的腐蚀产物不仅不能抑制腐蚀过程，反而由于三价铁的还原而导致阴极过程去极化，对飞溅区的钢管桩的腐蚀起到促进作用。从而致使钢管桩在飞溅区的腐蚀特别严重。
3 钢管桩的防护
海洋环境中钢管桩的防腐方案的选定，应从结构整体考虑，使各部位的防腐年限基本相同。例如：水下钢管桩采用的防腐方案的保护年限为20年，则其他部位选定的防腐方案的保护年限也应为20年，而不宜采用保护年限较低的一般的涂料保护层；否则水下部分保护很好，而其他部位被腐蚀破坏，这样对整体而言，其腐蚀问题仍然没有完全解决。
对海洋环境中码头钢管桩的防腐蚀措施通常有以下几种：涂层保护、阴极保护、金属热喷涂、包混凝土、包聚乙烯或玻璃钢、包树脂砂浆。这几种方法适用于不同的环境，实际应用时应根据不同的环境情况，来选用不同的防腐蚀措施。对于同一结构采用的多种方法应考虑其防腐效果的一致性。实际上，为避免施工的复杂性，同一结构最多只采用两种防腐蚀措施。
在大气区海洋环境中钢管桩的防腐蚀多数采用涂层保护系统，对于难于涂刷的小构件多采用热浸锌层保护。对于浪溅区的钢管桩主要采用加强型的覆盖层保护，常用方法为：涂刷重防腐涂料、金属热喷涂、包覆非金属材料等。码头钢管桩潮差段的防腐一般都是以平均潮位作为分界线，平均潮位以上的部位，一般采用与浪溅区相同的防腐方法，平均潮位以下的部位，采用与水下相同的防腐方法。上海石化热电总厂万吨级卸煤码头钢管桩潮差段采用的是涂覆树脂砂浆的防腐方法。对于水下的钢管桩多采用复合涂层的保护方法通常采用阴极保护、涂层相接合的防腐方法。
参考文献：
[1] 海洋腐蚀防护的现状与未来[J]. 侯保荣,张盾,王鹏. 中国科学院院刊. 2016(12)
[2] 海洋工程钢结构焊缝腐蚀与防护研究进展[J]. 景迪. 中国建材科技. 2018(01)
论文作者:刘鑫
论文发表刊物:《防护工程》2019年20期
论文发表时间:2020/3/8
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