钢桥腐蚀性能评估及防护研究.pdf

17现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 3 卷第 7 期2024 年 4 月Vol.3 No.7Apr.2024钢桥腐蚀性能评估及防护研究马 滨芜湖市建昌工程质量检测中心有限公司，安徽芜湖 241000摘 要：腐蚀是钢桥结构长期暴露在恶劣环境中面临的主要挑战之一。通过深入研究钢桥腐蚀的成因、评估方法以及可行的防护策略，旨在研究钢桥腐蚀性能的评估和防护措施，提供针对腐蚀问题的可持续解决方案。通过分析实验数据、模拟研究以及结构工程原理，为改善钢桥的腐蚀性能提供有力的支持。关键词：钢桥；腐蚀性能；评估；防护；可持续性中图分类号：U448.36 文献标识码：AEvaluation and Protection Research on Corrosion Performance of Steel BridgesMa BinWuhu Jianchang Engineering Quality Testing Center Co.,Ltd.,Wuhu,Anhui 241000Abstract:Corrosion is one of the main challenges that steel bridge structures face when exposed to harsh environments for a long time.This article aims to conduct in-depth research on the causes,evaluation methods,and feasible protection strategies of steel bridge corrosion,with the aim of studying the evaluation and protection measures of steel bridge corrosion performance,and providing sustainable solutions for corrosion problems.This study provides strong support for improving the corrosion performance of steel bridges by analyzing experimental data,simulation research,and structural engineering principles.Keywords:steel bridge;corrosion performance;evaluation;protection;sustainability作者简介：马滨（1977），男，芜湖市建昌工程质量检测中心有限公司副总经理、高级工程师，研究方向为混凝土及其原材料性能检测和钢结构检验。钢桥作为基础交通设施的一部分，在整个寿命周期内都承受着各种环境因素的侵蚀影响，腐蚀问题是长期存在的挑战。腐蚀不仅缩短了钢桥的寿命，还可能引发严重的安全问题。因此，评估钢桥腐蚀性能以及制定有效的防护措施至关重要。本探讨评估钢桥腐蚀性能的方法，研究腐蚀的成因，并提出可行的防护策略。通过这些研究，旨在为钢桥结构的可持续性提供有力支持。1 钢桥腐蚀成因研究1.1 环境因素影响腐蚀是钢桥结构长期暴露在不同环境中的自然现象；气候对钢桥的腐蚀起到至关重要的作用。潮湿的气候会导致钢材表面水分积聚，进而加速腐蚀过程；气体浓度也是一个关键因素，例如高浓度的二氧化硫和氮氧化物会与大气中的水蒸气反应，生成酸雨，加速钢桥表面的腐蚀1；大气中的污染物，如氯化物和硫化物，也会加剧钢材的腐蚀。钢桥所处的具体环境条件需要被全面考虑，以制定相应的预防措施。1.2 材料特性研究钢材的特性在腐蚀问题中起到决定性作用。钢材的合金成分、晶粒结构和表面处理方式是影响腐蚀的关键因素。不同合金成分的钢材具有不同的耐蚀性，一些特定元素的添加能够提高钢材的耐蚀性能。晶粒结构的细致度直接影响了钢材的耐蚀性，细小的晶粒结构通常意味着更高的抗腐蚀性。表面处理，例如镀锌、喷涂防腐漆等，能够为钢材提供额外的保护层，减缓腐蚀过程。1.3 微生物侵蚀与防范微生物，包括细菌、真菌和藻类等微生物，在引发钢桥腐蚀中扮演着重要的角色。它们通常在潮湿的环境中繁殖，其代谢产物中的酸性物质会加速钢材的腐蚀过程。细菌产生的酸性环境可以直接侵蚀钢结构，而藻类和真菌则通过附着在钢桥表面形成湿润层，进一步加速钢材的腐蚀。以下将探讨微生物侵蚀机制及其相应的防范措施。（1）微生物引发的腐蚀机制。微生物通过其代谢活动引发腐蚀，这一机制对于钢桥的腐蚀具有潜在的威182024 年 4 月第 3 卷第 7 期现 代 工 程 科 技18胁。以下是与微生物腐蚀相关的关键机制：酸性物质生成。微生物代谢会释放酸性物质，如硫酸、硝酸等，这些物质会导致环境酸化，进而加速钢材的腐蚀。特别是在潮湿环境中，微生物繁殖会导致更高程度的酸性物质生成；细菌的直接侵蚀。某些微生物直接侵蚀钢结构，通过将金属表面作为电子供体，触发电化学反应，引发钢材的腐蚀2；藻类和真菌附着。藻类和真菌会附着在钢桥表面形成的湿润层，这种湿润层不仅可以提供养分，还会促进氧气和水的聚集，形成小电池，引发 腐蚀。（2）针对微生物侵蚀的防范措施。为了预防微生物引发的钢桥腐蚀，可采取多种物理和化学手段。以下是相关的防范措施：定期清洁。定期清洁可以去除钢桥表面的湿润层，减少藻类和真菌的附着，从而减缓腐蚀的进展；抗生素涂层。应用抗生素涂层是一种常见的防范方法，抗生素可以有效地控制微生物的繁殖，减少其代谢产物的生成；良好的排水系统。维护良好的排水系统可避免在钢桥表面形成湿润层，从而减少微生物的附着机会。上面这些措施可减轻微生物引发的钢桥腐蚀，延长钢桥的使用寿命。这也有助于维护钢桥的结构安全性和可维护性，确保其能够承受设计荷载和环境条件，不会因腐蚀而出现严重损坏。微生物侵蚀的防范是腐蚀性能评估的关键组成部分，有助于确保钢桥的长期可靠性。2 钢桥腐蚀性能评估方法2.1 非破坏性检测钢桥腐蚀性能的评估是确保其安全运行的重要一环，而非破坏性检测技术提供了一种无须破坏构件完整性的方式来评估钢桥的腐蚀程度。常见的非破坏性检测技术包括超声波、X射线、磁粉探伤等。这些技术允许工程师和技术人员深入了解钢桥内部的腐蚀情况，包括裂纹和腐蚀的深度、形状和位置。通过超声波检测，可以确定腐蚀的程度，X射线技术则用于检测表面以下的隐蔽腐蚀。磁粉探伤则适用于发现表面裂缝和腐蚀。2.2 数值模拟数值模拟可以模拟钢桥结构在实际使用中受到的环境腐蚀条件，包括气候、湿度、气体浓度等，以及钢材的特性，如合金成分、晶粒结构等。数值模拟还包括腐蚀速率模型和腐蚀损伤模拟。腐蚀速率模型允许工程师预测在不同环境条件下腐蚀的速率，有助于及早采取防护措施。腐蚀损伤模拟允许工程师模拟腐蚀引起的构件强度损失，以便制定修复或加固策略。2.3 实验研究实验研究在腐蚀性能评估中占据着关键地位。通过实验，工程师和科研人员能够获得真实的数据，以明确了解钢桥的腐蚀情况。这个阶段包括实验室测试和野外测试，各有其特点和重要性。（1）实验室测试是对钢桥腐蚀性能进行深入研究的必要步骤。以下是实验室测试的关键要点：试样制备。在实验室环境中，需要制备代表性的试样以模拟钢桥的材料特性。这些试样通常是小型的，但其腐蚀特性与实际钢桥材料相似；模拟环境条件。实验室测试可以模拟各种环境条件，包括不同的气候、湿度、气体浓度和污染物水平。这有助于确定在不同条件下钢桥的腐蚀情况；监测和数据分析。实验室测试中，腐蚀的发展需要被仔细监测和记录。数据分析有助于了解腐蚀速率、腐蚀类型和进展情况。这些数据对于评估钢桥的腐蚀性能至关重要。（2）野外测试是将实验研究应用到实际工程项目中的关键环节。以下是野外测试的关键要点：样本采集。工程师需要在实际工程项目中采集钢桥的样本，以了解其腐蚀情况。这些样本通常代表钢桥不同部位的材料；实地监测。野外测试需要实地监测钢桥的腐蚀情况，包括腐蚀的程度、腐蚀类型和影响范围；数据分析。野外测试数据的分析有助于确定腐蚀情况是否与实验室测试相符，以及钢桥的腐蚀情况是否满足设计要求。3 钢桥腐蚀防护策略研究3.1 表面涂层在钢桥腐蚀的防护策略中，表面涂层被广泛应用以减缓腐蚀的速度。这包括各种类型的防护性涂层，如涂漆和热浸镀锌。涂漆是一种常见的防腐方法，可以有效隔离钢材表面与外部环境的接触，降低腐蚀的风险。不同类型的油漆和涂层适用于不同的环境条件。例如，在潮湿的气候下，聚氨酯涂层可能更有效，而在高温环境下，耐高温的热喷涂涂层可能更适用。热浸镀锌是另一种常见的方法，通过将钢材浸入熔化的锌中，形成一层锌涂层来提供保护。这层锌涂层不仅能隔离钢材表面，还可以在受损时作为牺牲阳极，延缓腐蚀的发展3。19马 滨：钢桥腐蚀性能评估及防护研究前沿3.2 阴极保护阴极保护是一种有效的腐蚀防护技术，可用于保护钢桥免受腐蚀的侵害。这种技术基于电化学原理，通过引入外部电流，将钢材表面维持在阳极状态，使其不易被氧化。牺牲阳极和印流阳极是两种常见的阴极保护方法。牺牲阳极通常由锌或铝等材料制成，这些材料更容易被氧化，从而保护了钢材。这种方法特别适用于地下和水下结构。印流阳极是通过在结构表面安装电极，并施加外部电流来实现保护的方法。3.3 材料改进在钢桥的腐蚀性能评估和防护策略中，所选用的钢材和合金种类直接影响了钢桥的抗腐蚀能力。因此，新型抗腐蚀钢材和合金的研发是一个至关重要的领域。这一领域的研究旨在开发具备更高耐腐蚀性能、卓越机械性能和更长使用寿命的新材料。研发新型材料时也要考虑其生产过程对环境的影响，以确保可持续性发展的要求。（1）新型抗腐蚀钢材。新型抗腐蚀钢材的研究和开发是材料改进领域的重要组成部分。这些新材料通常经过精心设计，以在恶劣环境中表现出色。以下是一些关键方面：耐腐蚀性能。新型抗腐蚀钢材通常具备更高的耐腐蚀性能，能够抵抗湿度、气体浓度、污染物等环境因素引起的腐蚀4；机械性能。这些材料不仅在腐蚀抵抗方面表现出色，还具备卓越的机械性能，能够承受设计荷载和环境条件的影响；延长使用寿命。采用新型抗腐蚀钢材有望显著延长钢桥的使用寿命，减少维护和修复需求。（2）可持续性因素。材料改进的研究还需要关注可持续性因素，确保新型材料的生产和应用对环境的影响降到最低。以下是一些考虑因素：生产过程。确保新型材料的生产过程采用环保的方法，以减少资源消耗和废弃物的排放；循环利用。确保新材料可以回收和再利用，以减少资源浪费；可持续性认证。对新型材料进行可持续性认证，以确保其在生命周期内对环境的影响符合可持续性标准。4 钢桥腐蚀性能评估和防护的可持续性考量在研究钢桥的腐蚀性能评估和防护策略时，可持续性考量是至关重要的。这一领域关注的不仅仅是如何有效地保护钢桥免受腐蚀，还关注如何在此过程中降低对环境的不利影响，同时考虑经济和社会方面的可持续性。4.1 环境友好的解决方案环境友好的解决方案意味着需要综合考虑防护材料的生产、施工、使用和废弃的环境影响。例如，一种环保的表面涂层可能使用低挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs），减少了挥发性有机物的排放，有利于保障大气质量。选择长寿命和低维护需求的防护策略也有助于减少资源消耗。环保方面的考量还包括回收和再利用材料，以减少废弃物的产生5。在腐蚀性能评估和防护策略中，应优先选择对环境友好的解决方案。4.2 寿命周期成本分析在评估钢桥的腐蚀性能和制定防护策略时，进行寿命周期成本分析是至关重要的一步。寿命周期成本分析涵盖了投资、维护、修复和替代等各种费用，旨在确定在钢桥的整个使用寿命内的总成本。这一分析方法有助于决策者明智地选择最经济和可持续的防护策略，从而维护钢桥的性能和安全性。以下是寿命周期成本分析的关键方面：投资成本。寿命周期成本分析考虑了不同防护策略的初期投资成本。不同的策略可能涉及不同的材料、设备和劳动力投入，这些方面的成本需要全面考虑。通常，一些高成本的防护方法在短期内可能非常有效，但这可能会导致较高的初期投资；维护和修复成本。除了初期投资成本，寿命周期成本分析还考虑了维护和修复的成本。维护是确保防护策略持续有效的关键。定期维护可以减轻钢桥的腐蚀速率，延长其使用寿命。然而，不同的防护策略可能需要不同类型和频率的维护，这将在整个使用寿命内产生不同的费用。如果腐蚀损伤已经发生，修复工作也需要成本，包括劳动力和材料成本；替代成本。寿命周期成本分析还考虑了钢桥替代的费用。每座钢桥都有其设计使用寿命，超过这一寿命后，可能需要进行替代。不同的防护策略可能会对钢桥的寿命产生不同的影响。一些策略可能能够延长使用寿命，降低替代成本，而其他策略可能会导致较早的替代需求。4.3 结构安全和可维护性对于腐蚀性能评估和防护策略，不仅延长钢桥的寿命是关键，还要确保钢桥在整个使用寿命内保持结构安202024 年 4 月第 3 卷第 7 期现 代 工 程 科 技20全性和可维护性。这一方面涉及结构的力学性能和稳定性，另一方面则关注维修和修复工作的可行性和效率。4.3.1 结构安全性结构安全性是保障钢桥的首要任务，尤其是在腐蚀等外部因素可能对其结构造成潜在威胁的情况下。以下是几个关键的考虑因素：承受设计荷载。钢桥的腐蚀引起的损坏可能会减弱其结构强度，因此必须确保钢桥能够继续承受设计荷载，包括静载和动载。这需要进行结构评估，以了解潜在腐蚀对结构稳定性的影响；使用寿命预测。通过腐蚀性能评估，可以帮助确定钢桥的预计使用寿命。如果腐蚀影响了结构的安全性，可能需要采取相应的维护和修复措施，以确保结构在整个使用寿命内的安全性6；及早识别问题。定期检查和监测是识别潜在问题的关键。一些非破坏性检测技术（如超声波检测）可以用于发现裂缝、腐蚀或其他损坏，从而可以及早采取行动，确保结构的安全性。4.3.2 可维护性可维护性是指在需要维修或替换部分结构时，可以进行有效的维护和修复工作。这涉及多个方面：降低维修难度。选择合适的材料和防护策略有助于降低维护工作的难度。例如，采用高耐腐蚀性的钢材或环保的表面涂层可以延长维修周期；降低维护成本。可维护性与维护成本密切相关。采用可维护性较高的设计和防护策略有助于降低维护成本，因为维护工作更加高效；定期检查和监测。建立定期检查和监测制度是确保结构可维护性的关键。这些活动有助于相关人员及早发现潜在问题，采取相应措施，降低维护难度和成本。5 结语本文深入探讨了钢桥腐蚀的成因、不同的腐蚀性能评估方法以及各种防护策略，旨在研究有效的钢桥腐蚀性能评估和防护方法。综合这些研究，可以更好地了解如何提高钢桥的腐蚀性能，以实现更可持续、安全和耐久的钢桥结构。相关研究鼓励工程师和决策者考虑这些研究结果，并在实际项目中采取适当的措施以维护和改善钢桥结构的性能。在未来的研究中，相关人员还将继续探索新的防护技术和方法，以不断提高钢桥的腐蚀性能。参考文献1 翟晓亮,袁远.我国耐候钢桥发展及展望J.钢结构(中英文),2019,34(11):69-74,80.2 朱劲松,郭晓宇,亢景付,等.耐候桥梁钢腐蚀力学行为研究及其应用进展J.中国公路学报,2019,32(5):1-16.3 王富强.耐候钢桥典型表面腐蚀层厚度的试验研究J.西部交通科技,2020(9):91-93.4 孙超,韩林.中外钢桥防腐蚀技术的发展应用J.城市道桥与防洪,2011(7):13,127-128,143.5 程海根,刘祥基.钢桥节点的腐蚀磨损交互作用研究J.钢结构,2017,32(7):59,111-114.6 李玉刚.热喷涂技术在钢桥防腐蚀中的应用J.全面腐蚀控制,2007(4):5-7.