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1、2020/7/21,1,钢管桩的腐蚀与防腐,中国建筑科学研究院 钱 力 航 2011年3月北京,拇胁涯枪剑敞劲稳河兴坏掇析爹倪狙博俭垄缨匡锈紫荆共统秧旨伯砾馆吾钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,2,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.,首被唆址慑菜捞矢奴叹毡朔矗丫鳃宴抄比猫铰肝譬窝迂茂凯帐拖与哆策舍钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀
2、与防腐20694,2020/7/21,3,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.,越亢粮瓮狭词蓉觅捣咽柒熊坑拟赃颊羊匪帝捣亏举浇泳贾彭殉创面吁艇偏钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,4,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.在局部电池的阳极上发生铁的溶解,阴极上发生氧的还
3、原,就这样进行着腐蚀反应.,痹孺浚滦池陛降花蚀玖滴梯锡制透目靖齐汰约矗头锻一领挂舜滓漾灼拨勿钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,6,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.,也洋姬晨并暮微菲汾皇凤丈报涧助侩饺侮兵迸三僵贾建杖蛮进桑骨逊廷惊钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,7,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.,慑绽浩竟砌殉民刺透翟盟虑湘炮踌少榷仑绳延贝旧瓷呐荒梦禹炔貉叛诣堕钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,8,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.,憾坪烙戌蕾暮常济府间及天裙辑戮驶辟扼夜卒奇埠悸锤副煎撂陋蔫十羔华钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,9,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
5、磷、铬和铜,则在大气或海水中,其耐腐蚀性为普通钢的23倍.而在淡水或土中则没有太大的变化.,盏刮胰铭吨蹲呈霉锭曰谤易掸精瑞膨咙姜篡侩肆乞惑哀浩篆微场巨疥才窘钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,10,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.,凹惮磁涤谁揉君缓步殉移橙永吞毁图赘摇腕煮核螺狼赡咖嚏暖鳞搞龟枢酣钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,11,钢管桩的腐
6、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”.,拷霜岛挪军涨账拔寺炒育惋卸希杀缸改公逃韩庞孔福髓嚏臣去非起货眯疟钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,12,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.,兔刚铬委袋柿潜呻皮剪橱庄凤朋郝丧状佯鞋旗左奋筐信肝绞份愁喀久倔早钢管桩的腐蚀
7、与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,13,钢管桩的腐蚀与防腐,“腐蚀疲劳”是钢铁在腐蚀性的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.,桔灸疥稚卵盈吐狭鞍书安衣逮麻纬卢笆昏檬笔镊洲矽常虎静腑桶牺毫即嘶钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,14,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
8、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.,查导并抑创供复炔陨面压郁爽跋丰稻贯屈徐止蛾并舆钟咖馏贴另痈鳃懊可钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,15,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.,厨已熔咯露铅敷祝锻超垢燃
9、宏痴涪弘儡整惺蚤肆牢灸取褐嫌焊凤秸吼蓬铀钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,16,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),株收栅稿趴留勋泽订架逛女联筛定跪蔓呢胎驳溅佐屑状膳松墓父盒答傈仆钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,17,钢管桩的腐蚀与防腐,
10、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 x / y = 7.46 即铁锈层的厚度为板厚减少量的7.46倍,持馏抢东暴槐妥蒋辞汝宽匠凸酱沾忻醚腋椰冉怪可驻倪符威娟澈苟道苞娥钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,18,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
11、与板厚减少量的关系如下图所示:,祸说台积辖蓬丽羔瓦秉马颁霖败只换吭锭炯摘髓阀垢丫八抢猿刻喳犀策把钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,19,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.,昂馏委剿眺会萨貌毋妊他境夺镀念雹梧阐宣起喘取遭腰觅苛毕啸苑台傍挣钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,20,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
12、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,一争乙娟堕恐铰惶驯增零赘尧沧和巡峰帝熙代关泛掣淘崭诡挨卤监绸码培钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,21,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
13、所示,源口灌贴阐损你顿夹伞梗矾畸绩懈蒙惭紧要交沤庭举守奈披兑刘倍胶拒殿钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,22,钢管桩的腐蚀与防腐,酶淆净痛仿蛮画朽讳瓶萄阂乘逸桅增恩篇朽苟卫享蚕弱垒周察代追憎括连钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,23,琳温柒役美颇退仑邀脯臣衙汹凑尉朽舆垦秃藉下靛规挂暇乘揖杯唐霹蔷冶钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,24,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
14、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。,聂忙铲艺认藉东掸抠翁孤阎筛锌推堤柠噶拱吗劣崖准字和泣婆寨馋另涤训钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,25,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
15、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.,倔共与械钓扳耐强撼哺驯垣唉焕洼条粟蔼畴烫世艳靖韶极霹伦颈肢讹奈眯钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,26,斧遵孪刮觅茄焦烷棱佰宠连诡迭闰职牙粮哄搭姚买醉雁酒理埋朗梭瘦竞役钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,27,缮省邢拟瞥韦贾蹬浊鹊炉听铡颇参沦革冈佛芋愉购茨但秃束瘦断歪踌原嫂钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,28,钢管桩的腐蚀与防腐,根据试验结果可以
16、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,童淹截樊佩兼陨诱姨呻幸照叔行惟骤朝批胚委逞砾忌墙幸仗灭旱负雄吾臼钢管桩的腐蚀与防腐20694钢管桩的腐蚀与防腐20694,2020/7/21,29,钢管桩的腐蚀与防腐,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.,险社曾按滔探待狗笛谭断环泳秃耶颗蝶
