研究表明腐蚀率最高的区域一般距离海岸线400至600 米(1300 至2000英尺),到了距离海岸线最后50至200米(165至650 英尺)3的地方,腐蚀率呈指数级增加。在海岸线或者超过海岸线的地方一般腐蚀性更强,因为那里有海潮汹涌飞溅。
对于经常浸泡在盐水(或者咸水)或受到盐水飞溅的用途,材料的选择需要听从腐蚀专家的建议,应当采用为浸没在盐水中的用途而开发设计的金属,例如“海水级”不锈钢(超级铁素体不锈钢,超级双相不锈钢,或者超级奥氏体不锈钢)。注意:316 不锈钢不是海水级不锈钢,不适合于完全浸泡在海水中或者经常受到海水飞溅的用途。另外,可采用一些腐蚀控制方法来延长耐腐蚀能力较差的材料的寿命,但是,使用寿命仍然是有限的,还需要定期检查。
金属的选择
对于建筑方面的应用,材料即使没有发生穿孔或者结构上的破坏,其外观随着时间的推移而衰退也被认为是一种失效。如果铝、锌和碳钢(阳极金属)没有和惰性较大的金属如不锈钢和铜仔细分开的话,电偶腐蚀会大大加快阳极金属的腐蚀率。右图中有一个镀锌钢螺栓,用来将316 不锈钢梯子固定在栈桥码头上,镀锌钢螺栓正以较高的腐蚀率发生腐蚀,螺栓的失效会导致原本未受损的梯子发生倒塌。在含盐环境中,除了耐腐蚀性能最强的不锈钢,本文提到的所有金属都容易发生缝隙腐蚀(即在紧密的接头处的腐蚀),连接处一定要被密封以避免它过早失效。
不锈钢
因为不锈钢是耐腐蚀性最好、最不活泼的建筑金属,常常被用于腐蚀性沿海地区,所以电偶腐蚀对不锈钢来说不是一个问题。不锈钢有很多不同的种类,它们有着各自不同的耐腐蚀性能和强度。应用范围最广泛的304 不锈钢,因易产生表面锈蚀,通常不用于海边用途,即便如此,这种不锈钢的腐蚀率也是常用的建筑铝合金材料的1/10 到1/1006,7。即使它的表面发生锈蚀,它发生结构失效和穿孔也要花几百年的时间。
表面光滑、耐腐蚀能力更强的316 不锈钢是沿海地区最常用的不锈钢牌号。如果建筑结构偶尔或有规律地受到盐水的飞溅,或者如果悬浮盐颗粒的含量特别高,可以考虑耐腐蚀性更强的不锈钢如2205,904L 和317LMIN。常常利用双相不锈钢如2205 的高强度来减小部件的截面尺寸,降低成本。
墨西哥普罗格雷索两个相邻的栈桥码头,显示了不锈钢和碳钢长期表现的差异。右后至今仍在使用的码头建于1941年,采用不锈钢钢筋建造,土芯试样显示不锈钢或结构没有发生损坏。旁边已完全损坏的码头是在1960 年用碳钢钢筋建造的
铝合金
对于建筑常用的铝合金材料而言,含盐环境是破坏性最严重的环境。尽管距离会有不同,但一般而言,在距离大海0.8 公里(0.5 英里)内铝合金的腐蚀最严重。如果环境中还存在二氧化硫或酸雨,腐蚀率会显著增大。如果在距离海岸线至少3 到8 公里(2到5 英里)的内陆使用铝,海盐对铝的腐蚀作用通常会大幅降低。即使在更靠近内陆的地方使用,也常常必须采用阳极氧化铝或表面应用保护性涂层,并且需要经常性的维护清洗,以便保持原本光洁的表面。
在含盐环境中,除了锌以外,铝是最容易被氧化的建筑金属。所以必须注意使金属分开以避免快速的腐蚀失效。某些炼度的2xxx和7xxx 铝合金非常容易发生晶间腐蚀,层状脱落或者应力腐蚀断裂,它们不应该用于沿海环境。结构用铝材在沿海环境可由于表面腐蚀而产生疲劳失效,应采用耐蚀性更好、高强度的铝合金。当一个地区盐含量较高时,选材应咨询专家的意见。
铜
铜合金有很多种,有些经常被用于盐水环境中。高纯度的铜合金常被用作屋顶和其他建筑用途。铜的腐蚀率低至与铝相似,高至比铝高10倍。一般认为铜的腐蚀从美学上讲比较漂亮(不像不锈钢和铝那样)。铜在沿海环境下的腐蚀率差别很大,在腐蚀性最强的环境中,可能不到50 年屋顶就发生穿孔。电偶腐蚀对铜来说一般不是问题。如果要在生态脆弱的沿海地区使用铜,必须谨慎,因为铜是潜在的生物杀伤剂。
碳钢
裸露碳钢和耐候钢在高盐含量的环境中会很快发生腐蚀。耐候钢在高盐或高二氧化硫环境中将不会形成保护性氧化物层,其腐蚀率类似于无保护层的碳钢。裸露碳钢的腐蚀率比铝高100 多倍,比316 不锈钢高8000多倍。此外,因为碳钢比不锈钢或铜更活泼,所以必须把碳钢与316不锈钢或铜仔细分开。
可采用含锌和铝(镀锌)的保护性涂层和/或多涂层系统来延长碳钢在沿海地区的使用寿命。涂层的定期维护是必不可少的。一旦涂层剥落,腐蚀将会加速。金属涂层的使用寿命随环境的恶劣程度的不同而明显不同。在一些地方,不到三年的时间就看见了红色铁锈,而有的地方20 多年才发生腐蚀。在最苛刻的沿海环境下,一般采用金属涂层加多层涂料来延长使用寿命。即使采取了这些预防措施,盐水飞溅区的碳钢围栏也只能使用8 年而不发生结构损害。锌是潜在的生物杀伤剂,而有时需要收集和净化来自锌合金和镀锌层屋面的径流水。
在苛刻的海洋气候下,南非开普敦海岸上的镀锌钢门和屋顶很快发生腐蚀
坐落在南非开普敦郊区的一个海边餐馆,侧面入口的门选用了镀锌钢,因为它初始成本很低。这座建筑在暴风雨中会受到海水喷溅,从而加剧腐蚀。可以看见旁边建筑物的镀锌钢屋顶发生了腐蚀。因为碳钢上的镀锌保护层已经剥落,如果不加保护性涂层,腐蚀就会加速。这个岩石嶙峋的海滨尽管污染程度很低,但是盐浓度很高。对该地区的腐蚀研究表明,不到三年,镀锌钢就会出现明显的红色腐蚀锈迹,门的继续腐蚀会对安全构成威胁。在这个环境条件苛刻的海岸地区,屋顶的穿孔可能很快就会发生。
华盛顿州西雅图一个由碳钢制成的栈桥锚固系统发生严重腐蚀
在华盛顿州西雅图市,镀锌钢用于制作金属罩和锚固系统,将木制的栈桥支柱与混凝土桥面连接起来。从图上可以看到,有一部分区域已经腐蚀掉了,结构已经变得不安全了。用于固定支柱和混凝土桥面的镀锌钢螺栓也发生了腐蚀。碳钢一旦发生腐蚀就会继续扩展,其中一个螺栓已导致混凝土桥面开裂。所幸其它一些支柱的锚固系统没有出现这么多的腐蚀,但是如果不采取加以修复,栈桥就将发生整体结构的失效。
大连海边304 不锈钢雕塑表面的锈蚀(右图特
写),通过采用耐腐蚀能力更好的不锈钢可避
免腐蚀问题。
加那利群岛的2205双相不锈钢栏杆使用25 年后未见任何腐蚀的完美状态
加那利群岛(西班牙)海滨步行道栏杆的维护和更换成本很高。20世纪80 年代 初,政府开始寻找更具成本效益的长期解决方案。由于栏杆受到盐水飞溅,所以用镜面抛光的2205 双相不锈钢栏杆取代了镀锌钢栏杆。照片显示了这些栏杆在使用了20 多年后仍然漂亮的外观。具有类似或更高耐蚀性的其它不锈钢栏杆也有同样好的表现。之所以选用2205 双相不锈钢是因为它的强度高,有可能减小断面尺寸,降低成本。即使发生表面锈蚀,这些栏杆的设计寿命也将能长达数百年。
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