《工程化学》课程教学资源_拓展性资源_杭州湾跨海大桥——金属腐蚀的防护

工程化学应用实例： 小组成员 PPT制作：赵岩松、陈吴、乔志伟 录像：谷悌、周配 视频后期：马浬澳、初鹏程 杭州湾跨海大桥—金属腐蚀的防护 审核：于鸿硕、廖海盖 演讲人：李亚威

工程化学应用实例： 杭州湾跨海大桥——金属腐蚀的防护 小组成员 PPT制作：赵岩松、陈昊、乔志伟 录像：谷帅悌、周磊 视频后期：马浬澳、初鹏程 审核：于鸿硕、廖海富 演讲人：李亚威

杭州湾跨海大桥 (Hangzhou Bay Bridge)是中 浙江省境内连接嘉兴市和宁波 市的跨海大桥，位于杭州湾海 域之上，是沈海高速公路（国 家高速G15)组成部分之一 也是浙江省东北部的城市快速 路重要构成部分。全长36公里 横跨杭州湾海域，先后经过 148项科研和技术论证，创新 250多项技术，创造了多项世 界第一

杭州湾跨海大桥 （Hangzhou Bay Bridge）是中 浙江省境内连接嘉兴市和宁波 市的跨海大桥，位于杭州湾海 域之上，是沈海高速公路（国 家高速G15）组成部分之一， 也是浙江省东北部的城市快速 路重要构成部分。全长36公里， 横跨杭州湾海域，先后经过 148项科研和技术论证，创新 250多项技术，创造了多项世 界第一

杭州湾是世界三大强潮海湾之一 受水文、气象、地质等环境的影 响大，为提高桥梁钢管耐腐蚀性 能，提出了“以高性能复合涂层 为主，辅以可更换牺阳极的综 合腐蚀防护方案”解决跨海大桥 钢管桩的腐蚀控制难题

杭州湾是世界三大强潮海湾之一， 受水文、气象、地质等环境的影 响大，为提高桥梁钢管耐腐蚀性 能，提出了“以高性能复合涂层 为主，辅以可更换牺牲阳极的综 合腐蚀防护方案”解决跨海大桥 钢管桩的腐蚀控制难题

仇州湾跨海大桥基础钢管桩长效重腐蚀历 桥的总体设计对钢管桩寿命提出了服役期超过100年的 大桥的基础结构钢管桩的防腐蚀和耐久性提出了更高 州湾跨海大桥基础钢管机 条件。为实现这一目标，我们提出“以高性能复 综合腐蚀防护方案”解决跨海大桥钢管桩的腐蚀 长效重腐蚀防护技术 施工和服役条件，开发了新型涂料体系来满足抗 时老化和化学稳定性以及耐阴极剥离性能等各项技 伟李京张立新陆卫中 赵 英贺智端李晓东 史杰智 刘宝基础上， 阴极保护采用“承台连防、水下安装、水 (中国科学院金属研究所) 在施工中具有不破坏高性能涂层，并缩短工期的优 宋宝天（哈尔滨焊接研究所） 4试了每个钢桩承台保护效果，保护电位在-0.94~- 任处电位分布均匀，都达到设计要求。结果表明“以高性能 更换牺牲阳极的桥梁钢管桩综合防护技术方案”是合理的，性 帝规阴极保护方法相比，经济效益在3倍以上。 【关键词】杭州湾大桥改性熔结环氧涂层牺牲阳极保护

·金属材料的腐蚀 ·主要是由于化学腐蚀或电化学腐蚀造成的。 ·金属的腐蚀十分普遍，机械设备在强腐蚀 性介质中极☐易腐蚀破坏，钢铁制件在潮湿 空气中容易生锈，钢铁在加热时会生成 层氧化膜，地下金属易腐蚀，如本案例中 的杭州湾跨海大桥所采用的钢管。金属因 腐蚀而损失的量相当于年生产量的三分之 一，经济损失十分严重。 金属材料的腐蚀 ●

金属材料的腐蚀 • 金属材料的腐蚀 • 主要是由于化学腐蚀或电化学腐蚀造成的。 • 金属的腐蚀十分普遍，机械设备在强腐蚀 性介质中极易腐蚀破坏，钢铁制件在潮湿 空气中容易生锈，钢铁在加热时会生成一 层氧化膜，地下金属易腐蚀，如本案例中 的杭州湾跨海大桥所采用的钢管。金属因 腐蚀而损失的量相当于年生产量的三分之 一，经济损失十分严重

金属腐蚀的分类 ·分类：化学腐蚀、电化学腐蚀 ·化学腐蚀 (1)定义：由金属与介质直接起化学作用而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。 (2)影响因素：温度环境 例如：钢铁中在常温和干燥空气中不易被腐蚀，但在高温下易被氧化成氧化膜（由FO、 Fe2○和Fe3O组成)。钢铁中的渗碳体FeC与气体介质作用而脱碳。 ·FeC(s)+02(g)=3Fe(g)+C0(g) ·FeC(s)+C02(g)=3Fe(s)+2C0(g) ·Fe3C(s)+H20(g)=3Fe(s)+C02(g)+H2(g)

金属腐蚀的分类 • 分类：化学腐蚀、电化学腐蚀 • 化学腐蚀 （1）定义：由金属与介质直接起化学作用而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。 （2）影响因素：温度环境 例如：钢铁中在常温和干燥空气中不易被腐蚀，但在高温下易被氧化成氧化膜（由FeO、 Fe2O3和Fe3O4组成）。钢铁中的渗碳体Fe3C与气体介质作用而脱碳。 • Fe3C(s)+O2(g)==3Fe(g)+CO(g) • Fe3C(s)+CO2(g)==3Fe(s)+2CO(g) • Fe3C(s)+H2O(g)==3Fe(s)+CO2(g)+H2(g)

电化学腐蚀 ·(1)定义：当金属于电解质溶液接触时，形成局 部原电池而引起的腐蚀叫做电学腐蚀。电化学腐蚀 中常将发生氧化反应的部分叫做阳极，将还原反应 的部分叫做阴极。 (2)分类： 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 氧浓差腐蚀

• （1）定义：当金属于电解质溶液接触时，形成局 部原电池而引起的腐蚀叫做电学腐蚀。电化学腐蚀 中常将发生氧化反应的部分叫做阳极，将还原反应 的部分叫做阴极。 • （2）分类： 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 氧浓差腐蚀 电化学腐蚀

析氢腐蚀 当钢铁暴露于潮湿的空气中时，因表面吸附作用，使钢体 表面覆盖一程水膜，它能溶解空气中的SO,和CO,等气体，这些 气体溶于水后电离出氢离子，碳酸根离子等。钢铁中的石墨 渗碳体等杂质的电极电势较大，贴的电极电势较小。这样铁的 杂质就好像放在含氢离子、碳酸根离子等离子的电解质溶液中， 形成原电池，铁为阳极，杂质为阴极，发生下列电极反应 Fe==Fe2++2e Fe 三电解质溶液 o88k1 Fe+20H-==Fe(OH)2 2H++2e==H21 Fe 应2Fe+2H2O==fe(OH)2+H2↑ 应过程有氢气放出，故称析氢腐蚀。 钢铁的析氢腐蚀示意图

析氢腐蚀 当钢铁暴露于潮湿的空气中时，因表面吸附作用，使钢体 表面覆盖一程水膜，它能溶解空气中的SO2和CO2等气体，这些 气体溶于水后电离出氢离子，碳酸根离子等。钢铁中的石墨、 渗碳体等杂质的电极电势较大，贴的电极电势较小。这样铁的 杂质就好像放在含氢离子、碳酸根离子等离子的电解质溶液中， 形成原电池，铁为阳极，杂质为阴极，发生下列电极反应 阳极 Fe==Fe2+ + 2e￾Fe+2OH-==Fe(OH)2 阴极 2H+ + 2e- ==H2↑ 总反应 2Fe+ 2H2O==Fe(OH)2+ H2↑ 由于反应过程有氢气放出，故称析氢腐蚀

吸氧腐蚀 若钢铁处于弱酸性或中性介质中，且氧气供应充分，则 O,/OH-电对的电极电势大于H+/H2电对的电极电势，阴极上是02得 由子尘止下列电极反应： Fe2+ 电解质溶液￠三OH 2Fe==2Fe2++4e 02+2H20+4e==4OH 友应 2Fe+O2 +2H2O==2Fe(OH)2 钢铁的吸氧腐蚀示意图 然后Fe(OH)2进一步被氧化为Fe2O3xH2O。由于这种过程需消耗氧 故称为吸氧腐蚀

吸氧腐蚀 若钢铁处于弱酸性或中性介质中，且氧气供应充分，则 O2 /OH-电对的电极电势大于H+/H2电对的电极电势,阴极上是02得 到电子，发生下列电极反应： 阳极 2Fe==2Fe2++4e- 阴极 O2+2H2O +4e- ==4OH- 总反应 2Fe+O2 +2H2O==2Fe(OH)2 然后Fe(OH)2进一步被氧化为Fe2O3 .xH2O。由于这种过程需消耗氧， 故称为吸氧腐蚀

当金属插人水或泥沙中时，由于金属与含氧量不同的液体接触 各部分的电极电势就不一样。氧电极的电势与氧的分压有关 r(02) E0,/0H片=EO20H)+a92" (C(OH-) 能斯特方程) 4 在溶液中氧浓度小的地方，电极电势低，成为阳极，金属发生 氧化反应而溶解腐蚀：而氧浓度较大的地方，电极电势较高而成为 阴极却不会受到腐蚀。例如，插人水中的金属设备，因水中溶解氧 比空气中少，紧靠水面下的部分电极电势较低而成为阳极易被腐蚀 工程上常称之为水线腐蚀

当金属插人水或泥沙中时,由于金属与含氧量不同的液体接触, 各部分的电极电势就不一样。氧电极的电势与氧的分压有关 E(O2 /OH- )==E𝜃 (O2 /OH- )+0.059 2𝑉 4 lg { 𝑝 𝑂2 𝑝 𝜃 } 𝑐 𝑂𝐻− 𝑐 𝜃 4 （能斯特方程） 在溶液中氧浓度小的地方，电极电势低，成为阳极，金属发生 氧化反应而溶解腐蚀:而氧浓度较大的地方，电极电势较高而成为 阴极却不会受到腐蚀。例如,插人水中的金属设备，因水中溶解氧 比空气中少,紧靠水面下的部分电极电势较低而成为阳极易被腐蚀， 工程上常称之为水线腐蚀