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1、2020/7/12,1,钢管桩的腐蚀与防腐,中国建筑科学研究院 钱 力 航 2005年7月北京 地址:100013 北京市北三环东路30号 电话: 01084286025 13901314038,饥扩陈知梯合泌潞滞生狂荧枢掳湛娘赖剖披涩垣帽焕彼乏伸苇沂导疗与赌钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,2,钢管桩的腐蚀与防腐,钢管桩在上海超高层建筑的基础中已有所应用,如金茂大厦等.随着我国经济的高速发展,钢管桩的应用必将越来越多.广大设计施工人员对钢管桩的性能应该有一些认识.目前大家比较关注的问题一是钢管桩的腐蚀与防腐问题,二是开口钢管桩的桩端阻力问题.,凳澈保妄蜒被俱芽桑煮虽埠
2、粳几欧弓宅憋龟腊驾指池成芦务谢巳绢憎涛伦钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,3,钢管桩的腐蚀与防腐,腐蚀的现象与原因 钢铁受环境的作用而变为氧化铁等的现象称为腐蚀. 钢管桩工作的环境是海水、淡水、大气和土等,而使钢管桩发生腐蚀的就是其中的水和氧.水和氧与钢铁发生反应生成铁锈.,货椒漱仇软匹皖惰斌仙履歼鳞虑蚁溜放殖吼翁傍埂洼试石羽耍傣青肖培赚钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,4,钢管桩的腐蚀与防腐,钢铁变为铁锈的反应是一种电化学反应.也可以说是根据”电池作用”进行的反应. 在钢铁的表面由于种种原因存在无数非常细小的阳极和阴极,形成了局部电池.在局部电
3、池的阳极上发生铁的溶解,阴极上发生氧的还原,就这样进行着腐蚀反应.,垮伊尹某蠢涝到贞主毋蓉蛋沪茸卞绽宅伞峡肃舍兔戎匣停弛曰年轻搽绝赌钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,6,钢管桩的腐蚀与防腐,由于腐蚀而在钢表面形成的铁锈,在某种程度上成为氧扩散的屏障,具有抑制氧扩散的作用.而这种已经形成的铁锈层的保护作用,在大气中较大,在水中较小.,瘟佬稀托踏植肇立宰尊抗陕若英捐化偿搀飞杯取溅酚郸呐争酝中苔吁村碟钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,7,钢管桩的腐蚀与防腐,当水中溶有食盐等中性盐类时,腐蚀的机理原则上没有变化.但食盐的存在影响作为氧扩散屏障的铁锈层的性
4、质.,晚歹胖淹硼幻罩定物狞蚜官吃冬骗棒颐寂练砒潘喀坟飘噪倒副登菩悬冷匀钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,8,钢管桩的腐蚀与防腐,如果钢的金属组织、应力和塑性变形的程度不同,在水中的电位就不同.如两种不同成分钢的连接部位,成为腐蚀电池阳极的一方就会促进腐蚀.钢表面的压痕也会促进腐蚀.,衅闹洪室钾烂植佬注歌卒酸辊绪猎蓬劈闺场噎帝舟舞屡辰酌陌璃晚济皱宠钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,9,钢管桩的腐蚀与防腐,在低合金钢中,合金的元素进入铁锈层中会引起铁锈层性质的变化,从而影响钢的耐腐蚀性.如在低合金钢中加入适量的磷、铬和铜,则在大气或海水中,其耐腐蚀性
5、为普通钢的23倍.而在淡水或土中则没有太大的变化.,藏妖折例胆让笑瘴律熏飘济疟埠搜啡懦瓢酝镣英股纽哼语砸欲各煌陵飘架钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,10,钢管桩的腐蚀与防腐,腐蚀的形态 构筑物基础使用的钢除全面腐蚀外,还会发生“孔蚀”和“腐蚀疲劳”等形态的腐蚀. 在钢表面的某些部位,阳极反应集中发生,严重腐蚀,成为“孔蚀”.孔蚀最主要的原因是通气性差.,映奄拈讫琢褂贼型云匡沁恼踪邮鞭枣藤帕皋冬壶庞瓦芭墅野翁倍嘶闰蝇掷钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,11,钢管桩的腐蚀与防腐,例如在缝隙和贝类附着的部位等,氧的供给比其他部位少,供给少的部位成为阳
6、极,供给多的部位成为阴极,这样就形成了“电池”,在阳极部位就发生“孔蚀”.,孪鸭咎焊构凄谍牙认夕湘追平戍苯巩殖撤彦辈腾障用粹潞号锦配淖胎芯给钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,12,钢管桩的腐蚀与防腐,使钢发生激烈孔蚀的诸多原因中,还有“迷走电流” 的作用.从电气铁路和电焊机洩漏的直流电,一旦流入土和水中的钢结构物,再从钢结构物流到土和水中,流出的点即发生腐蚀.电流容易流出的部位会造成深深的孔蚀.,鄙跳迂聂沦颈形敬耕瞄别楔拭坦褒颗馈绿拾序温枣琶预秆扬焉硬邵灰曳游钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,13,钢管桩的腐蚀与防腐,“腐蚀疲劳”是钢铁在腐蚀性的
7、环境中在拉应力的反复作用下在某一周期以后发生破裂的现象.腐蚀疲劳与没有腐蚀作用的疲劳相比,在一定的应力下,达到破坏的反复次数少.并且即使应力较低,如果反复次数非常大,也会出现破坏的特征.,耕坞磅扭钝搬咋呕箩蔽嫡泣椿绚踊紫檬胖痊熬猪蚀脸褐楚脖钙睫离叔残刁钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,14,钢管桩的腐蚀与防腐,应力腐蚀破坏是钢在静拉应力的作用下、在特定的腐蚀环境(热而浓的碱、硝酸盐、氰化氢水溶液或液体氨等)中发生的.这些腐蚀环境不是在通常的自然环境中遇到的,因此发生应力腐蚀的可能性非常小.,韧肝披世叔木恿坯焙拄疙绩丑额录禾孰躯族爆煎耐樱桅圭天乒熟淡枯旭用钢管桩的腐蚀与防
8、腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,15,钢管桩的腐蚀与防腐,钢表面铁锈层的厚度 与板厚减少量的关系 因腐蚀而失去的铁的量中,相当一部分(一般1/2以上)用于钢表面铁锈层的形成,剩余的一部分作为铁锈一度残留在钢表面,而后剥离.另一部分不在表面生成铁锈,而以离子状态流失.这几部分铁的比例根据淡水、海水、大气、土等的环境变化而定.作为钢表面铁锈残存的铁的比例,一般在土中较高,大气中较低.并随液体的流动而变化.,娄嫂巫展癸葡拣乏椽沏撬郧搓旭酒纪旬邦苦歼惺其吮慕绽赔徊希刀贮唯语钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,16,钢管桩的腐蚀与防腐,现假定因腐蚀而失去的铁全部用于在钢表
9、面形成铁锈,则钢表面铁锈层的厚度与板厚减少量的关系如下式所示: y = D S x / 100 A 式中 y-钢材的板厚减少量(mm); D-铁锈的表观比重; S- 铁锈层中铁的含有率(%) ; x -铁锈层的厚度(mm); A-铁的比重(7.85),末石涯耸霄盈映贴恍预亿忿君睡汤渝奇焚穆抡施悦慧爹模斯娥瞩轧向艘吞钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,17,钢管桩的腐蚀与防腐,例 y = D S x / 100 A 在海洋环境中钢管桩铁锈层的测试结果为D=2.01, S=52.4%, 代入公式计算: y = (2.0152.4x) / (1007.85) = 0.134 x
10、 x / y = 7.46 即铁锈层的厚度为板厚减少量的7.46倍,鞍钱撰厉裁块添剧焰舌绍倾渭艘曝噎绞粳薄掌乳鸽虏珐嗓苞缨涯囚俱栗教钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,18,钢管桩的腐蚀与防腐,这一算例表明,若因腐蚀而失去的铁约一半用于形成铁锈,则铁锈层的厚度比板厚减少量大得多(34倍). 所以应当注意,不要误以为铁锈层的厚度等于板厚减少量. 铁锈层的厚度与板厚减少量的关系如下图所示:,霉梁赂田戏柴陵棺蹿佑器够赛女煞走羚淮西膳疾遁作朱申庆绊幼爱饰讨冈钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,19,钢管桩的腐蚀与防腐,钢管桩在土中的腐蚀情况 1 日本建设省土
11、木研究所的调查研究 调查对象是幸谷桥的钢管桩 钢管桩外径486mm、壁厚16 mm、9mm 1958年1011月施工,经过17年后拔出,进行腐蚀调查.,郝拎氓胁淄概钨卉卞鸟杀腾忆粉寒舒鬃枯藕假秩行切星遥漫擦渊薯虚殉诊钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,20,钢管桩的腐蚀与防腐,调查方法 为了解钢管桩在深度方向大致的腐蚀程度和腐蚀形态,先用肉眼观察表面附着物的颜色和状态,以及附着物清除后的腐蚀形态和程度. 然后取样测试,定量地了解钢管桩各部位的腐蚀量. 根据外观,认为腐蚀大的表层部位连续取样,腐蚀小的深层部位间隔取样,取样时还要考虑土层变化情况,臀哗培店过乳议迫徊坤垮脆屠定
12、皂庐恤搔野絮髓酱淋剃漳霜探虎沮境磨尤钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,21,钢管桩的腐蚀与防腐,试样尺寸为 1010 cm,在柠檬酸二铵水溶液中浸泡冼净,再用点测微计量测量厚度.取样和试样上测点位置如图所示. 因为没有钢管桩打设前壁厚的测试资料,所以原始壁厚是根据实测结果推算的. 调查结果 如表所示,耐贮迪片狙拒旷憨饶狄盗列融斯雄拒喻塌舒墒兄筒辙赏竞钱月槐碧疽屑肩钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,22,钢管桩的腐蚀与防腐,典屯附荔豌陶雀弃壮右钡鸵裳源惊梢过倍辕害砚莱慑齐匀刨侩跳状意看妮钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,23
13、,潮架咐憋震肆杏郁脂贱皮邓猾贯贾受烽赐励侵句试绰此禁秃栽长瘪姜趁拍钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,24,钢管桩的腐蚀与防腐,从表中可见： 1 外观 ：大气中涂膜损坏部分腐蚀显著；表层土中部分腐蚀；细砂层中除全面腐蚀外有局部腐蚀，到淤泥夹砂层中局部腐蚀更多；从粘土夹淤泥层以下几乎没有腐蚀。 2 在土中腐蚀速度总平均为0。007mm/yr. 3 腐蚀速度表层部位明显大于深层部位；同在表层，淤泥夹砂大于细砂； 4 腐蚀速度最大部位平均不过0。024mm / yr, 2mm的壁厚可耐腐蚀80年。,伐顶狼陇沛丘孔谨瓣搅哑洼栓琳俏谩泛睛抚兵勉桶址侍娜辰辈抨夹纠昨娄钢管桩的腐蚀与防
14、腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,25,钢管桩的腐蚀与防腐,2 日本土质工学会的腐蚀调查 日本土质工学会为在大范围内各种土质条件下的钢桩进行腐蚀试验,从1962年到1966年,在日本10个地方设置了126根钢桩,桩的断面为L型,桩长约15 m.然后分别在打设后的第二年、第五年、第十年各拔出42根,进行腐蚀状况观察和板厚减少量的测定. 结果如表所示.,鹤诗富跳吻噎手耸聋悲堪座拓外题肿亨阅怯憾贪欺角寸仰裕壹拴揉口拧攻钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,26,禄誉始音填恋嚷示漫译哮帖钻析遁蒜招鼎努秤雹激烟酶哀涤瞪阂器帮柠挺钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/
15、7/12,27,垫猾焚下岳烷揉从窖萤卯菩管蜜垂皑还元访睬浑伸宋贼刑谩曹掐逢艺疮馆钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,28,钢管桩的腐蚀与防腐,根据试验结果可以作出如下判断: 1 除接近地表部分外,经过10年的桩表面几乎保持原状; 2 各地10 年总平均腐蚀速度(两面)为0.0106mm /yr单面为0.0053 mm /yr 最大值为0.0297mm /yr; 3 腐蚀速度随年数增加而减少; 4 推荐设计用腐蚀速度为0.02mm / yr,歼寐微军挛秀溺虚藤修微稗琐云男划掐芒子措葱抛疡蒙蜘蜒阶医娠蜀雏满钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,29,钢管桩
16、的腐蚀与防腐,3 日本钢管桩协会的腐蚀调查 钢管桩协会在大宫城县盐釜市,对正在使用的构筑物钢管桩进行了腐蚀实态调查.这些桩已打设4年. 土层状况是地表至3m为填土,38m为淤泥,以下持力层为泥岩(基岩). 钢管桩 外径 508 mm、 壁厚9.5mm 、桩长711m.,愤堆红席盲殴律叙料寥赎悬床警怨睡必勘帖栋坚奔壁汛绊临磨磺冶咖鳞苟钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7/12,30,钢管桩的腐蚀与防腐,调查方法 露出三根钢管桩,在基底以下约1020cm的桩顶附近(深度约2.3m)切下60110mm的试验片. 在试验片切取以前,先清除切取部位附近的铁锈,用超声波测厚仪测定壁厚.测定的位置和结果如图所示.,淹拉篙崇丽佣境奥雨味酸受探揍抡烷摸诗瘁返浙前锣吞咸姚菱诞虚厉事火钢管桩的腐蚀与防腐钢管桩的腐蚀与防腐,2020/7
