第六章 海上风机基础防腐蚀ppt课件.ppt

江朝华,海上风电机组基础防腐蚀,第六章：海上风电机组基础防腐蚀,主要内容,6.1 海上风电机组基础的腐蚀分区及特点,6.2 海上风电机组基础的腐蚀类型及影响因素,6.3 海上风电机组基础的腐蚀类型及影响因素,本章主要内容,6.1海上风电机组基础的腐蚀分区及特点6.1.1海水的性质6.1.2腐蚀特点及机理6.1.3腐蚀分区6.2海上风电机组基础的腐蚀类型及影响因素6.2.1钢结构的腐蚀类型及影响因素6.2.1.1钢结构腐蚀类型6.2.1.2钢结构腐蚀影响因素6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素6.2.2.1混凝土结构腐蚀类型 6.2.2.2混凝土结构腐蚀影响因素6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.3.1钢结构的防腐蚀措施及要求6.3.1.1钢结构防腐蚀措施6.3.2混凝土结构的防腐蚀措施及要求6.3.2.1混凝土结构防腐蚀措施6.3.2.2混凝土结构放腐蚀要求,主要参考资料,1 JTS 153-3-2007海港工程钢结构防腐蚀技术规范 S.北京：人民交通出版社，2007.2 JTS 275-2000海港工程混凝土结构防腐蚀技术规 S.北京：人民交通出版社，2000.3 GB 50010-2002混凝土结构设计规范 S.北京:中国建筑工业出版社出版，2002.4 JTS 202-2-2011水运工程混凝土质量控制标准 S.北京：中华人民共和国交通运输部，2011.5柯伟，杨武.腐蚀科学技术的应用和实效案例M.北京：化学工业出版社，2006.6夏兰廷等.金属材料的海洋腐蚀与防护M.北京：冶金工业出版社,2003.7侯保荣等.海洋腐蚀与防护M.北京：科学出版社 1997.,概 述,中国工程院：1998年，海洋腐蚀损失1000亿,侯保荣院士：2009年，腐蚀损失 1 万亿,概 述,海上风电场与海港码头、海上大桥、海洋采油平台等大型海上构筑物所处的环境条件相似，受到波浪、水流、冰棱等环境因素的作用。此外，由于风电机组运行过程中产生的振动，使得基础容易产生疲劳损伤。因此，采取长期有效的防腐蚀措施，对于确保海上风电机组基础的安全具有十分重要的意义,6.1 海上风机基础腐蚀特点,海水的性质,海水的中性特征（pH在7.2-8.6之间）以及大量氧的存在决定了大多数结构金属和合金在海水中的腐蚀历程的特征,海水的含盐量高：海水中，除了主要的阳离子（Na+，Mg2+，Ca2+，K+）和阴离子（Cl-，SO42-，HCO3-，Br-）外，海水中含量较少的其他组分在腐蚀方面也有着一定的意义。例如臭氧、游离的碘和溴（强烈的阴极去极化剂和腐蚀促进剂）、硅酸的化合物（可能的缓蚀剂）,海水的另一个重要的性质是海水中能很好离解的盐类的总含量很高，这使海水成为一种电导性很高的电解液,6.1海上风电机组基础的腐蚀分区及特点,6.1.2腐蚀特点及机理,由于材料的行为会随暴露条件（海洋环境）的不同而发生很大的变化，海洋腐蚀通常按所涉及的具体环境区域来讨论。这些区域是：海洋大气区、浪溅区、水位变动区、水下区和泥下区，如图6-1所示。从海洋大气到海泥的不同海洋环境区域，各种环境因素变化很大，对钢结构及混凝土结构的腐蚀作用也有所不同。,图 6-1 海洋腐蚀区域示意图,6.1 海上风电机组基础的腐蚀分区及特点,海洋大气区腐蚀,研究表明：海洋大气腐蚀环境远比内陆大气环境恶劣海洋大气比内陆大气对钢铁的腐蚀程度要高 4-5倍,海洋大气是指海面飞溅区以上的大气区和沿岸大气区，具有比普通大气湿度大、盐分高、温度高及干、湿循环效应明显等特点,海洋大气湿度大，易在钢铁表面形成水膜，CO2、SO2和一些盐分溶解在水膜中，形成导电良好的液膜电解质，是电化学腐蚀的有利条件,6.1 海上风电机组基础的腐蚀分区及特点,浪溅区腐蚀,由于波浪和海水飞溅，海水与空气充分接触，海水含氧量达到最大程度，浪溅区海水的冲击也加剧材料的破坏；此外海水中的气泡对钢表面的保护膜及涂层来说具有较大的破坏性，漆膜在浪花飞溅区通常老化得更快,海洋浪溅区是指平均高潮线以上海浪飞溅所能湿润的区段。海洋浪溅区除了海盐含量、湿度、温度等大气环境中的腐蚀影响因素外，还要受到海浪的飞溅，浪溅区的下部还要受到海水短时间的浸泡，干湿交替频繁,浪溅区是所有海洋环境中腐蚀最为严重的部位,6.1 海上风电机组基础的腐蚀分区及特点,水位变动区腐蚀,此外海洋生物能够栖居在水位变动区内的建筑物表面上，附着均匀密布时能在钢表面形成保护膜减轻建筑物的腐蚀；局部附着时，会因附着部位的钢与氧难于接触而产生氧浓差电池，使得生物附着部位下面的钢产生强烈腐蚀,水位变动区是指平均高潮位和平均低潮位之间的区域，该区特点是涨潮时被水浸没，退潮时又暴露在空气中，即干湿交替呈周期性的变化,在这一区域，建筑物处于干湿交替状态，淹没时产生海水腐蚀，物理冲刷及高速水流形成的空泡腐蚀作用导致腐蚀加速，退潮时产生湿膜下的同大气区类似的腐蚀,6.1 海上风电机组基础的腐蚀分区及特点,水下区腐蚀,在深海区pH88.2，压力随水的深度增加，矿物盐溶解量下降，水流、温度充气均低，钢腐蚀以电化学腐蚀和应力腐蚀为主，化学腐蚀为次，钢腐蚀较轻,水下全浸区是指常年低潮线以下直至海底的区域，根据海水深度不同分为浅海区(低潮线以下 20m-30m以内)、大陆架全浸区(在 30m-200m水深区)、深海区（200m水深区）,浅海区海水流速较大，存在近海化学和泥沙污染，O2、CO2处于饱和状态，生物活跃、水温较高，该区腐蚀以电化学和生物腐蚀为主，物理化学作用为次，该区钢的腐蚀比大气区和潮差区的腐蚀要严重,在大陆架全浸区，随着水的深度加深，含气量、水温及水流速度均下降，生物亦减少，钢腐蚀以电化学腐蚀为主，物理与化学作用为辅，钢腐蚀较浅海区轻,6.1 海上风电机组基础的腐蚀分区及特点,泥下区腐蚀,泥下区是指海床以下部分。腐蚀环境十分复杂，既有土壤的腐蚀特点，又有海水的腐蚀行为。这一区域沉积物的物理性质、化学性质和生物性质都会影响腐蚀性。海底的沉积物通常均含有细菌，其中硫酸盐还原菌会生成有腐蚀性的硫化物，加速钢铁腐蚀。但泥下区含氧量少，建筑物腐蚀比海水中缓慢,6.1 海上风电机组基础的腐蚀分区及特点,6.1.2.5泥下区腐蚀,海上风机基础结构通常由钢筋混凝土结构（重力式基础的墙身、胸墙以及群桩承桩基础的承台等）和钢结构（导管架、钢管桩等）组成，容易受海水或带盐雾的海洋大气侵蚀。应根据预定功能和各部位所处的海洋环境条件进行海上风电机组基础区域划分,腐蚀分区,6.1 海上风电机组基础的腐蚀分区及特点,6.1.2.5泥下区腐蚀,海上风电机组基础中钢结构的暴露环境分为大气区、浪溅区、全浸区和内部区。,钢结构腐蚀分区,大气区为浪溅区以上暴露于阳光、风、水雾及雨中的支撑结构部分；浪溅区为受潮汐、风和波浪影响，支撑结构处于干湿交替状态下的部分；浪溅区以下部位为全浸区，包括水中和海泥中两个部分；内部区为封闭的不予外界海水接触的部分,6.1 海上风电机组基础的腐蚀分区及特点,6.1.2.5泥下区腐蚀,浪溅区上限 和下限 均以平均海平面计，两者的计算公式为：,钢结构腐蚀分区,表6-1 海上风机基础的部位划分,注：值为设计高水位时的重现期50年（波列累计率为1%的波高）波峰面高度。,6.1 海上风电机组基础的腐蚀分区及特点,混凝土结构腐蚀分区,根据海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范（JTJ275-2000），海上风电机组基础混凝土结构部位划分为大气区、浪溅区、水位变动区、水下区和泥下区，具体划分见表6-1,6.2海上风电机组基础的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,钢结构的腐蚀是一个电化学过程。即钢材中的铁在腐蚀介质中通过电化学反应被氧化成正的化学价状态。在电化学腐蚀过程中，钢材中的铁元素作为腐蚀电池的阳极释放电子形成铁离子，经过一系列的反应最终形成铁锈。反应方程式如下：阳极反应：Fe-2eFe2+阴极反应：2H+2eH2；O2+2H2O+4e4OH-上述反应生成的Fe(OH)2经过后续的一系列反应生成Fe(OH)3，最终脱水生成铁锈的主要成分Fe2O3。铁锈疏松、多孔，体积约膨胀4倍,钢结构腐蚀类型,6.2海上风电机组基础的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,均匀腐蚀系指金属与介质相接触的部位，均匀地遭到腐蚀损坏。这种腐蚀损坏的结果是使金属尺寸变小和颜色改变。由于海洋钢结构的各部位是长期稳定的处于相对海洋环境各个区域内的，所以各部位的钢材都会出现程度不同的英俊腐蚀。均匀腐蚀的危险性相对较小，可以根据腐蚀速度和结构所要求的使用寿命，在设计钢结构构件时增加一定的厚度裕量加以弥补,钢结构腐蚀类型,局部腐蚀系指金属与介质相接触的部位中，遭到腐蚀破坏的仅是一定的区域（点、线、片）。局部腐蚀大多将会导致结构的脆性破坏，降低结构的耐久性，局部腐蚀危害比均匀腐蚀大得多,均匀腐蚀,局部腐蚀,6.2海上风机基础结构腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,电偶腐蚀系指两种不同金属在同一种介质中接触，由于它们的腐蚀电位不等，形成了很多原电池，使电位较低的金属溶解速度增加，造成接触处的局部腐蚀，电位较高的金属，溶解速度反而减缓。通常两种金属的电位差愈大，则电偶中的阳极金属侵蚀得愈快。某些钢结构构件由两种不同钢种组成，在其连接处有时会发生电偶腐蚀,电偶腐蚀,局部腐蚀按照条件、机理和表现特征划分主要有电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和腐蚀疲劳等,6.2海上风机基础结构腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,由于设计上的不合理或加工工艺等原因，会使许多构件产生缝隙：法兰连接面、螺母压紧面、焊缝气孔等与基体的接触面上会形成缝隙，另外泥沙、积垢、杂屑、锈层和生物等沉积在构件表面上也会形成缝隙,缝隙腐蚀,缝隙腐蚀指金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内的介质处于滞流状态，引起缝内金属的加速腐蚀,6.2海上风机基础结构腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,金属表面局部区域内出现向深处发展的腐蚀小孔称为点蚀。蚀孔一旦形成，具有“探挖”的动力，即向深处自动加速进行的作用，因此点蚀具有极大的隐患性及破坏性,点 蚀,6.2海上风机基础结构腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,在循环应力和腐蚀介质的联合作用下，一些部位的应力会比其他部位高得多，加速裂缝的形成，称之为腐蚀疲劳。腐蚀疲劳时已产生滑移的表面区域的溶解速度比表面非滑移区要快得多。出现的微观缺口会在更大的范围内产生进一步滑移运动，使局部腐蚀加快。这种交替的增强作用最终导致材料开裂,腐蚀疲劳,6.2海上风机基础结构腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,钢对海水的流速是很敏感的。当速度超过某一临界点时，便会发生快速的侵蚀。在湍流情况下，常有空气泡卷入海水中，夹带气泡的高速流动海水冲击金属表面时，破坏保护膜，造成金属的局部腐蚀,冲击腐蚀,6.2海上风机基础结构腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,若周围的压力降低到海水温度下的海水蒸汽压，海水就会沸腾。在高速状态下，蒸汽泡形成，但海水向下流到某处时气泡又会重新破裂。这些蒸汽泡的破裂而造成反复砰击，促成建筑物表面的局部压缩破坏。碎片脱落后，新的活化建筑物便暴露在腐蚀性的海水中。因此，海水中的空泡腐蚀造成的损坏通常使建筑物既受机械损伤，又受腐蚀损坏，该类腐蚀多呈蜂窝状形式,空泡腐蚀,6.2海上风机基础结构腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,材料及其表明因素不同的钢材其耐腐蚀性不同，改变钢材中合金元素的含量是改善钢材耐腐蚀性的一个重要途径。研究表明铜、磷元素可改善钢材的耐腐蚀性。相同的钢材其表面状态不一样，腐蚀也不一样，粗糙、不平整的表面因易积水要比光滑表面容易腐蚀,钢结构腐蚀影响因素,从腐蚀机理来看，海洋中钢结构腐蚀的影响因素主要有钢材及其表面因素、环境因素,材料及其表面因素,6.2海上风机基础结构腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,海洋大气区具有比普通大气区湿度大、盐分高及温度高等特点。当大气中的相对湿度达到临界湿度时，大气中水分在钢材表面凝聚成水膜，大气中的氧通过水膜进入钢材表面发生大气腐蚀,钢结构腐蚀影响因素,海洋环境中，影响钢结构腐蚀的环境因素主要有温度、含氧量、污染、流速、海生物污损等,大气湿度及温度对钢结构腐蚀的影响,6.2海上风机基础结构腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,随着海水中溶解氧的浓度增大，氧的极限扩散电流密度增大，腐蚀速度增大。海水的温度升高使溶解氧的扩散系数增大，加速腐蚀过程。因此，温度升高、含氧量增大会促进钢结构的腐蚀,钢结构腐蚀影响因素,海水温度和含氧量对钢结构腐蚀的影响,6.2海上风机基础结构腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,海水流速对钢结构腐蚀有较大影响。通常情况下，流速增加，可使扩散厚度减小，氧的极限扩散电流增加，因而腐蚀速度增大。许多金属如钢、铸铁对海水的流速很敏感，当速度越过某一临界点时，便会发生快速的侵蚀,钢结构腐蚀影响因素,海水流速对钢结构腐蚀的影响,6.2海上风机基础结构腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,当海生物较多时，海生物污损对钢结构腐蚀大的影响起控制作用。海生物附着均匀密布时能在钢表面形成保护膜减轻建筑物的腐蚀。局部附着时，会因附着部位的钢与氧难以接触而产生氧浓差电池，使得生物附着部位下面的钢产生强烈腐蚀,钢结构腐蚀影响因素,生物污损对钢结构腐蚀的影响,6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,海水中的Cl-氯离子是一种穿透力极强的腐蚀介质，比较容易渗透进入混凝土内部，到达钢筋钝化膜的表面，取代钝化膜中的氧离子，造成钝化膜的破坏，成为活化态。在氧和水充足的条件下，活化的钢筋表面形成一个小阳极，大面积钝化膜区域作为阴极，结果阳极金属铁溶解，产生点蚀,混凝土结构腐蚀类型,海洋环境中混凝土结构腐蚀的主要类型有：氯离子侵蚀、碳化侵蚀、镁盐硫酸盐侵蚀及碱-骨料反应等,氯离子侵蚀,6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,大气中的CO2会通过混凝土微孔进入混凝土内部，与混凝土中的Ca(OH)2反应生成CaCO3，破坏混凝土的碱性环境，影响钝化膜的保持，最后CaCO3又与CO2作用转化为易溶于水的Ca(HCO3)2并不断流失，导致混凝土的强度降低。增加钢筋腐蚀的危险性，反应方程式如下：CO2+H2O=H2CO3H2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2,混凝土结构腐蚀类型,碳化侵蚀,6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,硫酸盐侵蚀是一种常见的化学侵蚀形式。海水中的硫酸盐与水泥石中的Ca(OH)2起置换作用而生成石膏：SO42-+Ca(OH)2+2H2OCaSO42H2O+2OH-生成的石膏在水泥石中的毛细孔内沉积、结晶，引起体积膨胀，使水泥石开裂，最后材层转变成糊状物或无粘结力的物质。同时，所生成的石膏还与水泥石中固态单硫型水化硫铝酸钙和水化铝酸钙作用生成三硫型水化硫铝酸钙：3CaOAl2O3CaSO419H2O+2CaSO42H2O+8H2O3CaOAl2O33CaSO431H2O4CaOAl2O319H2O+3CaSO42H2O3CaOAl2O33CaSO431H2O+Ca(OH)2 生成的三硫型水化硫铝酸钙含有大量结晶水，其体积比原来增加1.5倍以上，产生局部膨胀压力，使水泥石结构胀裂，强度下降而造成破坏,混凝土结构腐蚀类型,硫酸盐侵蚀,6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,海水中的Mg2+离子能与硬化水泥石中的成分产生阳离子交换作用，使水泥中硅酸盐矿物水化生成的水化硅酸钙凝胶处于不稳定状态，分解出Ca(OH)2，从而破坏水化硅酸钙凝胶的胶凝性造成混凝土的溃散。新生成物不再能起到“骨架”作用，使混凝土的密实度降低或软化。反应方程式如下：Mg2+Ca(OH)2Ca2+Mg(OH)2Mg2+C-S-HCa2+M-S-H,混凝土结构腐蚀类型,镁盐侵蚀,6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,碱-骨料反应主要是指混凝土中的OH-与骨料中的活性SiO2发生化学反应，生成一种含有碱金属的硅凝胶。这种硅凝胶具有强烈的吸水膨胀能力，使混凝土发生不均匀膨胀，造成裂缝、强度和弹性模量下降等不良现象，从而影响混凝土的耐久性,混凝土结构腐蚀类型,混凝土碱-骨料反应,6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,混凝土是由水泥、水和骨料经搅拌、浇筑和硬化过程的一种水硬性建筑材料。防止混凝土腐蚀的最好的措施是获得良好的密实混凝土。水泥作为混凝土胶结材料，其物质组成和特性直接影响到混凝土的耐久性,混凝土结构腐蚀影响因素,影响混凝土结构腐蚀的因素主要包括混凝土材料特性、环境因素、保护层厚度以及结构类型等,混凝土材料特性,6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,海洋钢筋混凝土结构腐蚀的严重程度跟其构件所处的位置有关。对于所有构件，由于氧气、盐和水的组合影响，在浪溅区腐蚀最为严重。大气区腐蚀相对较轻，水下区腐蚀最轻,混凝土结构腐蚀影响因素,环境因素,6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,混凝土保护层厚度对于阻止腐蚀介质接触钢筋表面起着重要作用。相关试验研究表明，当混凝土保护层厚度从30mm增大到40mm时，在6次干湿循环作用之后，重量损失率和腐蚀率都将减少91%左右。图6-2给出混凝土保护层厚度与混凝土中氯化钠的含量之间的关系。,混凝土结构腐蚀影响因素,图 6-2 混凝土保护层厚度与混凝土中氯化钠含量之间的关系,混凝土保护层厚度,6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,混凝土结构宜尽量采用整体浇筑，少留施工缝。严格控制混凝土裂缝开展宽度，防止裂缝开展宽度过宽导致钢筋腐蚀。所有结构中，应尽可能避免出现凹凸部位。因为这些部位很容易受到冰冻和腐蚀的作用，并且这些部位的混凝土很难压实,混凝土结构腐蚀影响因素,结构类型,6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性退化的最主要原因，海水中的Cl-比较容易渗透进入混凝土内部，到达钢筋钝化膜的表面，取代钝化膜中的氧离子，造成钝化膜的破坏，使原来被钝化膜保护着的金属基体暴露出来。此外，大气中的CO2会通过混凝土微孔进入混凝土内部，与混凝土中的Ca(OH)2反应生成CaCO3，破坏混凝土的碱性环境，影响钝化膜的保持，增加钢筋腐蚀的危险性。钢筋一旦被腐蚀，产生腐蚀产物，就会造成体积膨胀，体积发生2-7倍膨胀，给结构造成破坏,混凝土结构腐蚀影响因素,钢筋腐蚀,6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,（1）混凝土顺钢筋开裂 混凝土具有较好的抗压性能，但其抗折、抗裂性差，尤其钢筋表面混凝土保护层缺乏足够的厚度时，钢筋锈蚀产物带来的体积膨胀足以使钢筋表面混凝土顺钢筋开裂。混凝土开裂后，腐蚀介质更容易到达钢筋表面，钢筋锈蚀的速度将会大大加快，甚至可能快于裸露于大气中的钢筋,钢筋腐蚀影响因素主要特征,钢筋腐蚀影响因素主要特征,6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,（2）“握裹力”下降与丧失 混凝土刚发生顺钢筋开裂时，结构的物理力学性能、承载能力等变化不明显。随着裂缝的不断加宽，混凝土与钢筋之间的粘结力开始下降，导致滑移增大、构件变形。当“握裹力”丧失到一定限度时，局部或整体失效便会发生,钢筋腐蚀影响因素主要特征,6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,（3）钢筋断面损失 混凝土中钢筋锈蚀，可分为局部腐蚀和全面腐蚀（均匀腐蚀）。局部腐蚀常常造成钢筋断面损失，当损失率达到极限时，构件便会发生破坏。从钢筋锈蚀、混凝土顺钢筋开裂到构件破坏，是一个复杂的演变过程，不仅取决于钢筋锈蚀的发展速度，也取决于构件的承载能力及钢筋的受力状态等,钢筋腐蚀影响因素主要特征,6.2.2混凝土结构的腐蚀类型及影响因素,6.1.2.5泥下区腐蚀,（4）钢筋应力腐蚀断裂 处在应力状态下的钢筋，在遭受腐蚀时有可能发生突然断裂。应力腐蚀断裂可在钢筋未见明显锈蚀的情况下发生，断裂时钢筋属于脆断。这是“腐蚀”与“应力”相互促进的结果：应力使钢筋表面产生微裂纹，腐蚀沿裂纹深入，应力再促裂纹开展。如此周而复始，直到突然断裂,钢筋腐蚀影响因素主要特征,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,钢结构防腐蚀方法主要有涂层保护、阴极保护、金属热喷涂及采用耐蚀材料。大型钢结构中，经常把涂层保护、金属热喷涂及阴极保护方法联合使用，以确保结构的安全,钢结构防腐蚀方法,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,钢结构防腐蚀措施,涂层保护是在钢材表面喷（涂）防腐蚀涂料或油漆涂料，防止环境中的水、氧气和氯离子等各种腐蚀性介质渗透到金属表面，使环境中的氧气和水等腐蚀剂与金属表面隔离，从而防止金属的腐蚀。同时由于在涂层中添加了阴极性金属物质和缓蚀剂，则利用它们的阴极保护作用和缓蚀作用，进一步加强了涂层的保护性能,涂层防护,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,涂层受环境破坏的形式主要是失光、变色、粉化、鼓泡、开裂和溶胀等，究其原因主要是由于涂层本身性能、环境条件及施工因素的影响。要确保涂层防腐效果，必须做到以下几点：,涂层保护要求,钢结构在除锈处理前，应仔细清除焊渣、毛刺、飞溅等附着物，并清除基体金属表面可见的油脂及其它污物。重要工程的主要钢结构，维修困难或受腐蚀较强的部位，必须采用喷射或抛射除锈处理,严格控制涂层前的表面处理质量,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,涂层保护要求,在海洋环境中，根据不同的部位、不同金属构件、不同的施工环境正确选用不同的涂层品种，是保证防腐蚀效果的另一个主要因素。大气区采用的防腐蚀涂料应具有良好的耐候性。浪溅区和水位变动区采用的防腐蚀涂料应能适应干湿交替变化，并具有耐磨损、耐冲击、耐候的性能。水下区和水位变动区平均水位以下部位采用的防腐蚀涂料应能与阴极保护配套，具有较好的耐电位性和耐碱性。设计使用年限要求在20年以上的防腐涂装，应采用重防腐涂层,正确的涂层品种的选择,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,涂层保护要求,性能优良的涂层，必须经过合理的涂装工艺涂覆在产品或构件上形成优质涂层，才能表现出良好的应用性能。涂层质量（也称涂装质量）的优劣直接关系到产品构件本身的质量及其经济价值,规范的涂装施工和严格的涂层质量检测,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,阴极保护,外加电流阴极保护法，是通过外加电流来提供所需要的保护电流。将被保护的金属做阴极，选用特定材料作为辅助阳极，从而使被保护金属受到保护的方法。阴极保护适用于海洋工程平均水位以下钢结构的防腐蚀。阴极保护可采用牺牲阳极保护系统、外加电流保护系统或上述两种系统的联合,阴极保护是向被保护金属施加一定的流电，使被保护的金属成为阴极而得到保护的方法。根据所提供的直流电的方式不同，可分为牺牲阳极保护法和外加电流保护法,牺牲阳极保护法就是选择电位较低的金属材料，在电解液中与保护的金属相连，依靠其自身腐蚀所产生的电流来保护其他金属的方法,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,阴极保护,图6-4 阴极防护示意图,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,阴极保护,表6-2 两种阴极保护方法的比较,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,阴极保护主要参数保护电位,保护电位的值有一定范围，保护电位值常作为判断阴极保护是否完全的依据，通过测量被保护的各部分的电位值，可以了解保护的情况，因而保护电位值是设计和监控阴极保护的一个重要指标,保护电位是指阴极保护时使金属停止腐蚀所需的电位值。为了使腐蚀完全停止，必须使被保护的金属电位极化到阳极平衡”电位。对于钢结构来说这一电位就是铁在给定电解液溶液中的平衡电位,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,阴极保护主要参数保护电位,表6-3 海洋工程钢结构保护电位,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,阴极保护主要参数保护电流密度,阴极保护时使金属的腐蚀速度降到安全标准所需要的电流密度值，称为最小保护电流密度。最小保护电流密度值是最小保护电位相对应的，要使金属达到最小保护电位，其电流密度不能小于该值，否则，金属就达不到满意的保护。如果所采用的电流密度远远超过该值，则有可能发生“过保护”，出现电能消耗过大、保护作用降低等现象,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,阴极保护主要参数保护电流密度,表6-6 无涂层钢常用保护电流密度参考值,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,阴极保护主要参数保护电流密度,有涂层钢保护电流密度的计算公式为:式中 有涂层钢的保护电流密度，mA/m2；无涂层钢的保护电流密度，mA/m2；涂层的破损系数，0 1。,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,牺牲阳极阴极保护法,牺牲阳极阴极保护系统适用于电阻率小于500.cm的海水或淡海水、位于平均水位以下的海洋工程钢结构的防腐蚀。牺牲阳极材料应具有足够负的电极电位。在使用期内应能保持表面的活性，溶解均匀、腐蚀产物易于脱落，理论电容量大，易于加工制造，材料来源充足、价廉等特点。海洋工程中一般使用铝合金或锌合金牺牲阳极,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,牺牲阳极阴极保护法,表6-7 牺牲阳极材料适用的环境介质,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,牺牲阳极阴极保护法 主要要求,牺牲阳极阴极保护所需的阳极数量、重量、表面积必须同时满足初期电流、维护电流、末期电流的需求,牺牲阳极的几何尺寸和重量应能满足阳极初期发生电流、末期发生电流和使用年限的要求,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,牺牲阳极阴极保护法 主要要求,牺牲阳极的几何尺寸和重量应能满足阳极初期发生电流、末期发生电流和使用年限的要求,牺牲阳极应通过铁芯与钢结构短路连接，铁芯结构应能保证在整个使用期与阳极体的电连接，并能承受自重和使用环境所施加的荷载,牺牲阳极阴极保护所需的阳极数量、重量、表面积必须同时满足初期电流、维护电流及末期电流的需求,牺牲阳极的布置应使被保护钢结构的表面电位均匀分布，宜采用均匀布置；牺牲阳极不应安装在钢结构的高应力和高疲劳区域,当牺牲阳极紧贴钢结构表面安装时，阳极背面或钢表面应涂覆涂层或安装绝缘屏蔽层,牺牲阳极的连接方式宜采用焊接，也可采用电缆连接和机械连接,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,外加电流保护是将外设直流电源的负极接被保护钢结构，正极安装在钢结构外部并与其绝缘的辅助阳极。电路接通后，电流从辅助阳极经海水至钢结构形成回路，钢结构阴极极化得到保护。外加电流阴极保护系统一般包括辅助阳极、直流电源、参比电极、检测设备和电缆,外加电流保护,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,辅助阳极的材料及几何形状应根据设计使用年限、使用条件、被保护钢结构的形式、阳极材料的性能和适用性综合确定,外加电流保护 辅助阳极,在外加电流保护系统中与直流电源正极连接的外加电极称之为辅助阳极，其作用是使电流从电极经介质到被保护体表面,辅助阳极材料的电化学性能、力学性能、工艺性能及阳极结构的形状、大小、分布与安装等对其寿命和保护效果都有影响,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,电源设备应具有可靠性高、维护简便，输出电流和电压连续可调，并具有抗过载、防雷、抗干扰和故障保护等功能,外加电流保护 供电电源,强制电流阴极保护系统中所使用的供电电源可选用恒电位仪或整流器。当输出电流变化比较大时宜选用恒电位仪。供电电源应能满足长期不间断供电要求,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,外加电流保护 参比电极,在强制电流阴极保护系统中，参比电极被用来测量被保护体的电位，并向控制系统传递信号，以便调节保护电流的大小，使结构的电位处于给定范围,参比电极应具有极化小、稳定性好、不易损坏、使用寿命长和适用环境介质等特性。采用恒电位控制时，每台电源设备应至少安装一个控制用参比电极,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,外加电流保护 参比电极,表6-6 常用参比电极性能,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,金属热喷涂保护系统包括金属喷涂层和封闭剂或封闭涂料，复合保护系统还包括涂装涂料。热喷金属涂层保护方法具有对钢结构尺寸、形状适应性强等特点，在海洋环境中有着较为突出的防腐蚀性能,金属热喷涂,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,金属热喷涂,热喷涂金属保护系统包括金属喷涂层和封闭剂或封闭涂料，复合保护系统还包括涂装涂料。热喷涂金属保护方法具有对钢结构尺寸、形状适应性强等特点，在海洋环境中有着较为突出的防腐蚀性能,根据热源的不同，热喷金属涂层分为利用氧-乙炔焰的火焰热喷、利用等离子焰流的等离子喷涂、利用电弧的电弧热喷涂及利用爆炸波的爆炸喷涂等4种方法,海上风电机组基础钢结构热喷涂锌及锌合金可采用火焰喷涂或电弧喷涂，热喷涂铝及铝合金宜采用电弧喷涂,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,金属热喷涂 主要要求,实施热喷涂金属保护前应对海上风电机组基础钢结构进行包括预处理、除油、除盐分、除锈和除尘等程序的表面处理,热喷涂金属丝应光洁、无锈、无油、无折痕，宜选用直径为2.0mm或3.0mm的线材,热喷涂涂层表面宜进行封闭处理并涂装涂料。封闭剂和涂装涂料应与热喷涂涂层相容。封闭剂宜使用粘度小、易渗透、成膜物中固体含量高，能够使热喷涂涂层表面发生磷化的活性涂料或其他合适的涂料。涂料涂层的厚度宜为240m-320m,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,金属热喷涂 主要要求,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,腐蚀裕量,腐蚀裕量为设计钢结构时考虑使用期内可能产生的腐蚀损耗而增加的相应厚度,对于海上风机基础钢结构，处于浪溅区的钢结构应增加腐蚀裕量。此外，因结构复杂而无法保证阴极保护电连续性要求的钢结构也应采取增加腐蚀富裕量或其他措施,钢结构不同部位的单面腐蚀裕量可按下式进行计算：,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,耐蚀材料,在海洋开发中，直接使用金属材料而不加其他防腐蚀措施的部件，都是一些具有特殊功能（如轴承）的部位，所使用的金属大都是铜合金、钛合金等,表6-7 常用金属材料的耐海水腐蚀性能,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,浪溅区应增加腐蚀裕量。宜采取热喷涂金属保护或涂料保护，或采取经实践证明防腐效果优异的防腐蚀措施，如包覆耐蚀合金、硫化氯丁橡胶等,钢结构防腐蚀要求,海上风机基础钢结构防腐蚀措施应从结构整体考虑，根据结构的部位、保护年限、施工、维护管理、安全要求及技术经济效益等因素，采取相应的防腐蚀措施,大气区宜采取涂料保护或热喷涂金属保护。大气区应采取用管型构件代替其他形状构件、金属构件组合在一起时采用密封焊缝和环缝，以及尽量避免配合面和搭接面等措施减少需要保护的钢表面积，并易于涂层施工。同时设置涂层维修搭设脚手架用系缆环,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,内部区有海水时，与海水接触的部位宜采取阴极保护或阴极保护与涂料联合保护，水线附近和水线以上部位宜采取涂料保护。内部区没有海水时，宜采取涂料保护措施。内部区浇筑混凝土或填砂时，可不采取防腐蚀措施,钢结构防腐蚀要求,全浸区应采取阴极保护或阴极保护与涂料联合保护。采用阴极保护与涂料联合保护时，海泥以下3米 可不采取涂料保护。没有氧或氧含量低的密封的桩的内壁可不采取防腐蚀措施。因结构复杂而无法保证阴极保护电连续性要求的钢结构应采取增加腐蚀裕量或其他措施,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,混凝土结构防腐蚀方法,选择合理的结构形式和施工，避免结构形式成锈蚀通道；,改善混凝土自身性能，采用抗腐蚀性和抗渗性良好的优质混凝土、高性能混凝土以改善混凝土工作性能；,根据不同的环境，适当增加的混凝土保护层厚度；,采用混凝土表面涂层、混凝土表面硅烷浸渍、环氧涂层钢筋及钢筋阻锈剂等特殊防腐蚀方法,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,腐蚀最容易发生在梁板、混凝土连接点处、结构的凹凸部位、承受高静荷载或冲击荷载处、浪溅区以及结构的冰冻区域，应加强这些部位以保护钢筋免受腐蚀,合理的混凝土结构设计和施工,处理好构件的连接和接缝，对支座和预应力锚固等可能产生应力集中部位，采取相应结构措施避免混凝土受拉,选择合适的结构形式，构件截面几何形状应简单、平顺，尽量减少棱角或突变，避免应力集中，尽可能减少混凝土表面裂缝,为减少与海水接触或被浪花飞溅范围，尽量选择大跨度的布置方案,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,合理的混凝土结构设计和施工,构件的连接和接缝(如施工缝)应作仔细处理，使连接混凝土的强度不低于本体混凝土强度。对于墩台，不宜在浪溅处安排施工缝,为了保证混凝土尤其是钢筋周围的混凝土能浇注均匀和捣实，钢筋间距不宜小于50mm，必要时可考虑并筋。构件中受力钢筋和构造钢筋宜构成闭口钢筋笼，以增加结构的坚固和耐久性,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,为了提高混凝土结构的耐久性，可以通过优化配合比，减小水灰比降低用水量，最大限度的保证混凝土自身密实度完好，提高混凝土本身的抗氯离子渗透性能和密实性，减少裂纹的发生。采用优质混凝土或高性能混凝土，提高混凝土密实度和抗渗性,混凝土自身性能改善,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,混凝土自身性能改善,海洋工程中宜采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥。普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥的熟料中铝酸三钙含量宜控制在6%12%的范围内,混凝土原材料的选择,粗、细集料应选用质地坚固耐久，具有良好级配的天然河砂、碎石或卵石。不得采用可能发生碱-骨料反应的活性骨料,拌和水宜采用城市供水系统的饮用水。不得采用海水拌制和养护。钢筋混凝土和预应力混凝土的拌和用水的氯离子含量不宜大于200mg/L,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,混凝土自身性能改善,在保证混凝土满足强度和泵送施工要求下减小水灰比，使拌合用水最少，并通过掺入膨胀剂、粉煤灰等多种掺合料，来提高混凝土性能，如高密实度、低渗透性以及抵抗腐蚀的能力,混凝土配合比设计,使用减水剂、早强剂、加气剂、阻锈剂、密实剂、抗冻剂等外加剂，提高混凝土密实性或对钢筋的阻锈能力，从而提高混凝土结构的耐久性,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,混凝土自身性能改善,高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性等性能重点予以保证,高性能混凝土,与普通混凝土相比，高性能混凝土不仅要求具有较高的强度，更强调在特定使用环境下必须具有高耐久性、高的体积稳定性以及良好的施工工作性。是提高海洋环境钢筋混凝土结构耐久性的有效选择,6.3海上风电机组基础的防腐蚀措施及要求,6.1.2.5泥下区腐蚀,混凝土保护层是防止钢筋腐蚀的重要屏障，混凝土保护层的中性化深度、有害离子扩散深度，均与结构物使用年限成比例关系。适当加大混凝土保护层的厚度，可以有