摘(zhai)要

分析討論(lun)了帶(dai)(dai)肋(lei)(lei)鋼在不同工況(kuang)下的銹蝕(shi)機理(li)及影(ying)響(xiang)因素(su)，分別(bie)從風(feng)沙沖蝕(shi)、雨水沖刷、大氣、淡(dan)水、海洋(yang)及核(he)輻射6個方(fang)(fang)面闡(chan)述了帶(dai)(dai)肋(lei)(lei)鋼服役過程腐(fu)蝕(shi)現(xian)象。結合(he)當前(qian)社(she)會市場需求與已有防(fang)(fang)護技(ji)術(shu)，指出了帶(dai)(dai)肋(lei)(lei)鋼防(fang)(fang)護技(ji)術(shu)的主要發展方(fang)(fang)向。

關鍵詞： 帶肋鋼(gang) ; 工(gong)況 ; 腐蝕(shi)

熱(re)軋帶肋(lei)(lei)鋼(gang)俗稱(cheng)螺紋鋼(gang)，是以低合金鋼(gang)為原料，通過加(jia)(jia)熱(re)軋制而(er)成(cheng)的建(jian)筑(zhu)“骨架(jia)”材料；冷軋帶肋(lei)(lei)鋼(gang)則(ze)是在熱(re)軋帶肋(lei)(lei)鋼(gang)基礎上進行冷加(jia)(jia)工(gong)消除應力，如冷拉、拉拔等(deng)獲得工(gong)程用(yong)帶肋(lei)(lei)鋼(gang)。帶肋(lei)(lei)鋼(gang)產(chan)品目前(qian)廣泛應用(yong)于工(gong)業(ye)及民(min)用(yong)建(jian)筑(zhu)、道路、橋梁等(deng)重(zhong)大建(jian)筑(zhu)工(gong)程[1-3]。

材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)腐(fu)蝕是(shi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)基體與周圍介質 (水(shui)、酸、空氣等) 反應致使材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)產(chan)(chan)(chan)生損耗(hao)與破壞的(de)過程。Hou等[4]研究指(zhi)出，2014年我國由于腐(fu)蝕產(chan)(chan)(chan)生的(de)損失占全(quan)年國民(min)生產(chan)(chan)(chan)總值的(de)3.34%，材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)腐(fu)蝕問(wen)題已經嚴重影響(xiang)(xiang)了社會(hui)發展。帶(dai)肋鋼(gang)(gang)作為(wei)建筑等常用材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)，受地理環境、氣候、服役(yi)工(gong)況等多因(yin)素影響(xiang)(xiang)而(er)產(chan)(chan)(chan)生的(de)腐(fu)蝕問(wen)題，直接影響(xiang)(xiang)國家及(ji)人(ren)民(min)財(cai)產(chan)(chan)(chan)安全(quan)，其腐(fu)蝕現象一(yi)般發生在(zai)(zai)生產(chan)(chan)(chan)、運(yun)輸、儲運(yun)及(ji)服役(yi)等中(zhong)間環節(jie)，具體體現于露(lu)天存放、保管不當及(ji)短期內材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)表(biao)面(mian)產(chan)(chan)(chan)生影響(xiang)(xiang)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)外觀和表(biao)面(mian)性能(neng)的(de)表(biao)面(mian)銹蝕現象，以及(ji)在(zai)(zai)服役(yi)條件或環境中(zhong)產(chan)(chan)(chan)生的(de)腐(fu)蝕行為(wei)。因(yin)而(er)研究帶(dai)肋鋼(gang)(gang)腐(fu)蝕機理及(ji)防(fang)腐(fu)措施等已迫在(zai)(zai)眉睫。

鋼(gang)(gang)筋(jin)混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)(tu)結(jie)(jie)構(gou)(gou)是帶肋(lei)鋼(gang)(gang)主要服役環境。腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)介質在鋼(gang)(gang)筋(jin)混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)(tu)結(jie)(jie)構(gou)(gou)中(zhong)引起鋼(gang)(gang)筋(jin)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)過程可以分為(wei)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)誘導因子擴散進入混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)(tu)結(jie)(jie)構(gou)(gou)中(zhong)引起鋼(gang)(gang)筋(jin)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)(tu)因鋼(gang)(gang)筋(jin)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物(wu)的(de)(de)產生出(chu)現(xian)(xian)(xian)裂(lie)紋(wen)和裂(lie)紋(wen)擴展致(zhi)使鋼(gang)(gang)筋(jin)與混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)(tu)脫離，鋼(gang)(gang)筋(jin)外(wai)保(bao)護層剝落3個階段[5-7]。鋼(gang)(gang)筋(jin)混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)(tu)結(jie)(jie)構(gou)(gou)在腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)初(chu)期(qi)因鋼(gang)(gang)筋(jin)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物(wu)的(de)(de)出(chu)現(xian)(xian)(xian)，整體結(jie)(jie)構(gou)(gou)粘(zhan)結(jie)(jie)度(du)(du)將更加密(mi)實，內部構(gou)(gou)件承載力(li)會出(chu)現(xian)(xian)(xian)短暫升高的(de)(de)現(xian)(xian)(xian)象；后(hou)期(qi)隨(sui)著(zhu)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)程度(du)(du)的(de)(de)加劇，不斷(duan)增多(duo)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物(wu)使得鋼(gang)(gang)筋(jin)與混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)(tu)之間的(de)(de)膨脹(zhang)應力(li)加劇，當膨脹(zhang)應力(li)值(zhi)高于鋼(gang)(gang)筋(jin)混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)(tu)結(jie)(jie)構(gou)(gou)抗拉強度(du)(du)時混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)(tu)出(chu)現(xian)(xian)(xian)裂(lie)紋(wen)及脫落現(xian)(xian)(xian)象[8,9]。

帶肋鋼腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)作用機理主(zhu)要(yao)有化(hua)學(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、電(dian)化(hua)學(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、微生(sheng)(sheng)物腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)及應力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂(lie)等(deng)形式，主(zhu)要(yao)以化(hua)學(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)與電(dian)化(hua)學(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)為主(zhu)。化(hua)學(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)即基體材料直接(jie)與周圍腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)介質發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)反應，加速表面氧化(hua)，產生(sheng)(sheng)疏(shu)松多孔(kong)的氧化(hua)鐵復(fu)合(he)物。電(dian)化(hua)學(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)多發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)于潮濕環境中(zhong)，材料基體內部鐵素體、滲碳體及游離石墨等(deng)因組份差(cha)異形成電(dian)解池，發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)電(dian)化(hua)學(xue)反應[10]。

帶肋鋼腐蝕是一(yi)個相(xiang)對(dui)緩慢的過程，受工況(kuang)環(huan)境 (風(feng)沙沖蝕、雨(yu)水沖刷、大氣、淡水、海洋及核輻射(she)等環(huan)境中(zhong)砂礫刻蝕、酸、堿(jian)、鹽(yan)、雜質(zhi)介質(zhi)構成的電化學腐蝕)、氣候及材料(liao)成分等因素(su)的影(ying)響，在(zai)服役、運輸及儲存過程中(zhong)的腐蝕現象不可避免。

本文主(zhu)要綜述(shu)帶(dai)肋(lei)鋼在(zai)不同工況(kuang)下(xia)的銹蝕機理及影響(xiang)因(yin)素，分別從風(feng)沙沖蝕、雨水(shui)沖刷(shua)、大(da)氣(qi)、淡水(shui)、海洋及核輻射幾方(fang)面闡述(shu)了(le)露天大(da)氣(qi)環(huan)境銹蝕與服役環(huan)境腐蝕的國內外最新研(yan)究進(jin)展。結合當(dang)前已(yi)有的涂層(ceng)技(ji)術(shu)、電化(hua)學處理技(ji)術(shu)、緩蝕劑等防護技(ji)術(shu)，以期探索了(le)解(jie)滿足當(dang)前苛刻工況(kuang)下(xia)帶(dai)肋(lei)鋼新型防腐技(ji)術(shu)研(yan)究方(fang)向，為提高(gao)帶(dai)肋(lei)鋼存放、服役時(shi)限與優化(hua)生(sheng)產工藝提供參考。

1 露天環(huan)境的帶肋鋼表(biao)面銹蝕現象與機理

1.1 風(feng)沙沖蝕環境(jing)中的損(sun)傷現(xian)象與機理

中國北(bei)方地區(qu)是沙(sha)塵(chen)暴(bao)高暴(bao)發(fa)活動區(qu)域(yu)[11,12]，沙(sha)漠及周邊(bian)的橋梁、輸(shu)電塔和通信塔等鋼筋混凝(ning)土結構因風沙(sha)沖蝕(shi)作用(yong)受到嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)。風沙(sha)沖蝕(shi)過程主要是沙(sha)礫對材料的沖蝕(shi)磨損[13-15]。

沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)(shi)磨損是固體(ti)(ti)表面受(shou)流(liu)(liu)體(ti)(ti)或帶有固體(ti)(ti)粒子(zi)的流(liu)(liu)體(ti)(ti)沖(chong)(chong)(chong)擊材(cai)料(liao)(liao)表面發(fa)生損耗的現象[16,17]。沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)(shi)磨損受(shou)沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)(shi)環境、流(liu)(liu)體(ti)(ti)條件和材(cai)料(liao)(liao)性(xing)質等(deng)多種因(yin)素影響，具體(ti)(ti)體(ti)(ti)現于沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)(shi)角度(du)(du)、沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)(shi)速率、粒子(zi)流(liu)(liu)量(liang)與(yu)粒子(zi)形狀等(deng)因(yin)素[18-20]。塑性(xing)材(cai)料(liao)(liao)與(yu)脆性(xing)材(cai)料(liao)(liao)的最(zui)大沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)(shi)角范圍不同，分別是15°~30°與(yu)90°，一般材(cai)料(liao)(liao)的最(zui)大沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)(shi)角介于這兩者之(zhi)間。Finnie[21]根據(ju)沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)(shi)微(wei)切削理論指出了粒子(zi)低角度(du)(du)沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)(shi)損傷(shang)程(cheng)度(du)(du)評價公式：

式中：V為材料流(liu)失的體積；M為固體粒子質量；v為沖蝕(shi)速度；α為沖蝕(shi)角度；P為彈(dan)性流(liu)體壓力；c為粒子分數。

在(zai)低(di)沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)角度時(shi)，具有動能(neng)(neng)的(de)(de)(de)沙(sha)粒沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)到(dao)帶(dai)肋(lei)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)表面(mian)，鋼(gang)(gang)筋(jin)表面(mian)受到(dao)沙(sha)粒撞擊(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)產生水(shui)平(ping)切(qie)削(xue)(xue)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)和(he)(he)豎直(zhi)(zhi)撞擊(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，此時(shi)水(shui)平(ping)切(qie)削(xue)(xue)力大于(yu)豎直(zhi)(zhi)撞擊(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)力，鋼(gang)(gang)筋(jin)表面(mian)的(de)(de)(de)沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)破(po)壞主要以(yi)斜向的(de)(de)(de)切(qie)削(xue)(xue)破(po)壞為主；在(zai)高沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)角度時(shi)，鋼(gang)(gang)筋(jin)同(tong)樣受到(dao)沙(sha)粒撞擊(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)產生的(de)(de)(de)水(shui)平(ping)切(qie)削(xue)(xue)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)和(he)(he)豎直(zhi)(zhi)撞擊(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，此時(shi)豎直(zhi)(zhi)撞擊(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)力大于(yu)水(shui)平(ping)切(qie)削(xue)(xue)力，鋼(gang)(gang)筋(jin)材料(liao)因較(jiao)大的(de)(de)(de)撞擊(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)力撞擊(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)產生沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)擠(ji)壓變形，發生疲勞(lao)而導致變形剝落。一般來講，帶(dai)肋(lei)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)最大沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)率沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)角在(zai)15°~30°內，鋼(gang)(gang)筋(jin)材料(liao)抗沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)效果取決(jue)于(yu)表面(mian)氧化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)皮良好的(de)(de)(de)強韌平(ping)衡(heng)度。若帶(dai)肋(lei)鋼(gang)(gang)氧化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)皮結構組分與強韌度調控不(bu)當就會造成氧化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)皮在(zai)風沙(sha)沖(chong)(chong)(chong)蝕(shi)環境中受損破(po)裂，在(zai)與外(wai)界環境相互作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)發生銹(xiu)蝕(shi)等問題，影響材料(liao)外(wai)觀和(he)(he)及其(qi)服(fu)役性能(neng)(neng)[22]。

1.2 雨水沖刷(shua)下帶肋鋼的(de)表面銹(xiu)蝕損傷現象與機(ji)理

雨(yu)水(shui)(shui)沖刷過程中材(cai)料腐蝕以(yi)(yi)電(dian)化學(xue)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)蝕為(wei)主，基(ji)材(cai)表面(mian)(mian)形(xing)成(cheng)以(yi)(yi)鐵素體(ti)為(wei)陽(yang)極(ji)、滲碳(tan)體(ti)為(wei)陰極(ji)的銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)蝕微電(dian)池(chi)(chi)。陽(yang)極(ji)鐵失(shi)去(qu)電(dian)子形(xing)成(cheng)Fe2+進入電(dian)解(jie)池(chi)(chi)，溶于電(dian)解(jie)池(chi)(chi)的O在陰極(ji)被還原生成(cheng)OH-，兩者相遇(yu)結合(he)生成(cheng)不溶于水(shui)(shui)的Fe(OH)2，產物進一步氧化生成(cheng)Fe(OH)3。材(cai)料基(ji)體(ti)表面(mian)(mian)鐵銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)逐步銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)蝕脫落，致使銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)蝕面(mian)(mian)積逐漸增大，銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)蝕現(xian)象愈加嚴重。圖1是(shi)帶肋鋼雨(yu)水(shui)(shui)沖刷過程中的電(dian)化學(xue)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)蝕機理。

圖1   帶肋(lei)鋼外部(bu)雨水沖(chong)刷(shua)過程中的電化學銹蝕(shi)機理[23]

雨水(shui)(shui)沖刷過(guo)程中，帶肋(lei)(lei)(lei)鋼材(cai)料表(biao)面(mian)(mian)存(cun)在(zai)以下現(xian)象[23]：(1) 同時存(cun)在(zai)化(hua)學(xue)銹(xiu)蝕(shi)和電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)銹(xiu)蝕(shi)兩種類型(xing)。流動(dong)的(de)(de)水(shui)(shui)帶有大(da)量的(de)(de)溶氧化(hua)學(xue)物質促使鋼筋表(biao)面(mian)(mian)發生化(hua)學(xue)銹(xiu)蝕(shi)和電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)銹(xiu)蝕(shi)。(2) 處于(yu)電(dian)(dian)(dian)介質水(shui)(shui)溶液包(bao)圍的(de)(de)裸露鋼筋，因鋼筋內(nei)(nei)(nei)部(bu)物相組成(cheng) (鐵素(su)體、碳化(hua)物等) 差異性與晶粒邊界/內(nei)(nei)(nei)部(bu)的(de)(de)能(neng)量差異性導致(zhi)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)不均勻(yun)性，產(chan)生紅棕色(se)質地疏松易剝落鐵銹(xiu)。(3) 基(ji)體表(biao)面(mian)(mian)形成(cheng)外小內(nei)(nei)(nei)大(da)、較為平滑的(de)(de)點(dian)狀(zhuang)(zhuang)銹(xiu)蝕(shi)坑現(xian)象。點(dian)銹(xiu)蝕(shi)缺(que)陷(xian)相互(hu)交迭(die)形成(cheng)凹(ao)坑缺(que)陷(xian)。(4) 鋼筋橫肋(lei)(lei)(lei)部(bu)位形成(cheng)斷續分(fen)布的(de)(de)裂紋(wen)缺(que)陷(xian)。帶肋(lei)(lei)(lei)鋼在(zai)雨水(shui)(shui)沖刷過(guo)程中使鋼筋表(biao)面(mian)(mian)承受著一定的(de)(de)彎(wan)曲張應力，鋼筋橫肋(lei)(lei)(lei)部(bu)位局部(bu)應力集(ji)中，金屬(shu)能(neng)量高，金屬(shu)離子不穩(wen)定，在(zai)電(dian)(dian)(dian)介質中呈陽(yang)極狀(zhuang)(zhuang)態，易產(chan)生電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)應力銹(xiu)蝕(shi)，形成(cheng)垂直分(fen)布于(yu)鋼筋表(biao)面(mian)(mian)，并沿(yan)(yan)徑(jing)向由金屬(shu)表(biao)面(mian)(mian)沿(yan)(yan)晶或穿晶向基(ji)體擴展的(de)(de)裂紋(wen)，同時，裂紋(wen)缺(que)陷(xian)也向周圍生長(chang)，但(dan)其(qi)銹(xiu)蝕(shi)速率(lv)低于(yu)垂直主(zhu)應力方向的(de)(de)生長(chang)速率(lv)，即形成(cheng)桿(gan)狀(zhuang)(zhuang)裂紋(wen)缺(que)陷(xian)。沿(yan)(yan)橫肋(lei)(lei)(lei)部(bu)位斷續分(fen)布的(de)(de)桿(gan)狀(zhuang)(zhuang)裂紋(wen)相互(hu)貫穿，嚴重(zhong)影響了材(cai)料的(de)(de)服役使用壽(shou)命。

1.3 大氣環境中的損(sun)傷(shang)機理

鋼材(cai)(cai)大氣(qi)銹(xiu)蝕(shi)(shi)是材(cai)(cai)料(liao)表面與(yu)周(zhou)圍(wei)銹(xiu)蝕(shi)(shi)性氣(qi)體介質相互反(fan)(fan)應的過程。大氣(qi)銹(xiu)蝕(shi)(shi)現(xian)象(xiang)由來(lai)已久，1995年我(wo)國因大氣(qi)銹(xiu)蝕(shi)(shi)的鋼材(cai)(cai)達5×106 t[24,25]。大氣(qi)銹(xiu)蝕(shi)(shi)現(xian)象(xiang)較為復雜，在沒(mei)有污染物及相對濕(shi)度高于(yu)70%的大氣(qi)環境(jing)中(zhong)，帶肋鋼與(yu)周(zhou)圍(wei)大氣(qi)接觸并(bing)發生(sheng)以下反(fan)(fan)應[26-30]：

反應形成Fe(OH)2，沉積在金屬表面：

Fe(OH)2再繼(ji)續氧(yang)化生成鐵銹Fe(OH)3。

然而，大(da)氣組成(cheng)成(cheng)分(fen)復雜多樣，其中(zhong)CO2、SO2、NOx、H2S、NH3、HCl污(wu)染性氣體與(yu)(yu)煤煙、灰(hui)塵(chen)等含碳化(hua)合物、砂土(tu)、鹽類(lei)固體顆粒均對帶肋(lei)鋼銹蝕速率產生了嚴重(zhong)影響[31,32]。混凝土(tu)碳化(hua)與(yu)(yu)酸雨銹蝕是大(da)氣銹蝕最為典型的兩(liang)種方式[33-36]。

混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土一般在初期(qi)呈現強堿(jian)性(xing)，pH約為12~13，在鋼筋表(biao)面(mian)生(sheng)(sheng)成(cheng)一層防銹蝕的(de)鈍(dun)化膜層。大氣中(zhong)的(de)酸(suan)性(xing)物質(zhi)通過孔(kong)隙(xi)從混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土表(biao)面(mian)滲入混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土內部，與水泥石中(zhong)的(de)堿(jian)性(xing)物質(zhi)發(fa)生(sheng)(sheng)中(zhong)和(he)反(fan)應(ying)，降低混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土堿(jian)度使鋼筋表(biao)面(mian)的(de)鈍(dun)化膜發(fa)生(sheng)(sheng)破壞，鋼筋發(fa)生(sheng)(sheng)銹蝕現象(xiang)。

酸雨銹蝕中以(yi)SO2、H2S、HCl氣體對鋼筋銹蝕影響最大。SO2吸附(fu)在帶肋鋼基體表面與(yu)(yu)鐵反(fan)應生(sheng)成易溶于水(shui)的(de)(de)FeSO4，FeSO4水(shui)解(jie)生(sheng)成H2SO4，H2SO4繼續與(yu)(yu)Fe反(fan)應，整(zheng)個過程(cheng)具有循(xun)環往(wang)復的(de)(de)特征(zheng)，反(fan)應式[37]：

H2S氣體溶于水(shui)中(zhong)(zhong)增加了H+的含量，使溶液酸化(hua)并提(ti)升(sheng)了水(shui)膜導電(dian)性，加速(su)帶肋鋼(gang)銹(xiu)蝕(shi)。HCl氣體溶于水(shui)中(zhong)(zhong)生成HCl，其(qi)中(zhong)(zhong)Cl-與陽極反應中(zhong)(zhong)產生的Fe2+結合(he)生成可(ke)溶性FeCl，銹(xiu)蝕(shi)現象循環(huan)進行，反應式[38,39]：

圖(tu)2為(wei)帶肋鋼在大氣(qi)銹蝕中形(xing)成(cheng)(cheng)的銹蝕產物(wu)。帶肋鋼銹蝕形(xing)成(cheng)(cheng)的第(di)一相化(hua)(hua)合物(wu)是Fe(OH)2，后續氧化(hua)(hua)形(xing)成(cheng)(cheng)菱(ling)形(xing)結(jie)(jie)構(gou)的晶相γ-FeOOH；γ-FeOOH在外界因素作用下演變(bian)形(xing)成(cheng)(cheng)菱(ling)形(xing)結(jie)(jie)構(gou) (α-FeOOH)，銹蝕速率(lv)較低時(shi)形(xing)成(cheng)(cheng)立方(fang)結(jie)(jie)構(gou)γ-Fe2O3。四方(fang)結(jie)(jie)構(gou)β-FeOOH化(hua)(hua)合物(wu)在氯(lv)化(hua)(hua)物(wu)含量較高的環境中形(xing)成(cheng)(cheng)，在一定的濕度條件(jian)下轉變(bian)為(wei)立方(fang)結(jie)(jie)構(gou)磁鐵礦 (Fe3O4)。反(fan)應式如下[40,41]：

圖2   帶肋(lei)鋼在(zai)大(da)氣中的銹蝕產物[41]

此外，帶(dai)肋鋼在(zai)(zai)污(wu)染(ran)物存在(zai)(zai)的銹(xiu)蝕初(chu)期階段，會在(zai)(zai)金屬表面形成所謂的“綠色鐵(tie)銹(xiu)”。綠銹(xiu)是鐵(tie) (II，III) 氫氧化物鹽(yan)的混合物，化學式(shi)如下[42-46]：

1.4 帶肋鋼在淡水中的銹蝕損傷(shang)機(ji)理

近(jin)些年來淡(dan)水(shui)等水(shui)資源污染現象嚴重(zhong)，給社會發展帶來的(de)危害也日(ri)益凸顯，特別是(shi)對鋼筋(jin)混凝土(tu)結(jie)構的(de)銹(xiu)蝕破壞(huai)。一般(ban)地，帶肋鋼在淡(dan)水(shui)中的(de)銹(xiu)蝕有(you)電化(hua)學銹(xiu)蝕與微生物銹(xiu)蝕[48,49]。

淡水(shui)(shui)中一般包(bao)含有(you)多種正負離(li)(li)子 (如Ca2+、SO42-等(deng)(deng))，離(li)(li)子的存在、運動(dong)及(ji)所帶(dai)(dai)電(dian)(dian)荷的交換，使(shi)水(shui)(shui)庫、河道水(shui)(shui)形(xing)(xing)成微(wei)導電(dian)(dian)電(dian)(dian)解(jie)池，發(fa)生電(dian)(dian)化(hua)(hua)學銹(xiu)蝕(shi)[50]。在電(dian)(dian)解(jie)質溶(rong)(rong)(rong)液(ye)中，雜(za)質電(dian)(dian)位較高為(wei)陰極(ji)(ji)，帶(dai)(dai)肋(lei)鋼(gang)電(dian)(dian)位較低為(wei)陽極(ji)(ji)，帶(dai)(dai)肋(lei)鋼(gang)表(biao)面形(xing)(xing)成許多微(wei)電(dian)(dian)池。微(wei)電(dian)(dian)池的陽極(ji)(ji)區，Fe釋放(fang)電(dian)(dian)子，以水(shui)(shui)化(hua)(hua)離(li)(li)子形(xing)(xing)式溶(rong)(rong)(rong)解(jie)于水(shui)(shui)，自由電(dian)(dian)子沿帶(dai)(dai)肋(lei)鋼(gang)基(ji)體流(liu)向陰極(ji)(ji)區，在陰極(ji)(ji)區發(fa)生物質還(huan)原(yuan)，如溶(rong)(rong)(rong)解(jie)氧(yang)得到(dao)電(dian)(dian)子后成為(wei)O2-，O2-再積水(shui)(shui)作(zuo)用獲得OH-。Fe2+與OH-結(jie)合生成鐵銹(xiu)化(hua)(hua)合物。淡水(shui)(shui)中電(dian)(dian)化(hua)(hua)學銹(xiu)蝕(shi)受(shou)含氧(yang)量、淡水(shui)(shui)流(liu)速、pH及(ji)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)元素成分等(deng)(deng)因素的影響[51-53]。

微生物銹(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)根(gen)據不同條件(jian)分為(wei)好(hao)氧銹(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)和厭氧銹(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)[54,55]。好(hao)氧銹(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)有氧差電(dian)(dian)池引起(qi)的(de)銹(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)與(yu)代(dai)(dai)(dai)謝(xie)產(chan)物引起(qi)的(de)銹(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)兩種形式(shi)。氧差電(dian)(dian)池引起(qi)的(de)銹(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)中(zhong)，微生物附(fu)著處的(de)O相對缺乏而成(cheng)(cheng)為(wei)陽極(ji)，附(fu)近的(de)表面(mian)上氧含量(liang)相對高(gao)而成(cheng)(cheng)為(wei)陰(yin)極(ji)，金屬在陽極(ji)溶解(jie)，電(dian)(dian)子則遷移到陰(yin)極(ji)處與(yu)O結(jie)合形成(cheng)(cheng)金屬的(de)氧化(hua)物及(ji)其水化(hua)物。代(dai)(dai)(dai)謝(xie)產(chan)物引起(qi)的(de)銹(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)中(zhong)，硫(liu)(liu)氧化(hua)菌(jun)氧化(hua)硫(liu)(liu)元素、硫(liu)(liu)代(dai)(dai)(dai)硫(liu)(liu)酸鹽等產(chan)生代(dai)(dai)(dai)謝(xie)物H2SO4。銹(xiu)蝕(shi)(shi)(shi)機理 (以硫(liu)(liu)氧化(hua)菌(jun)為(wei)例) 可表示為(wei)[55]：

好氧銹蝕：

在厭氧(yang)銹蝕中：

SRB去(qu)極化作用：

微(wei)生(sheng)物銹(xiu)蝕的(de)(de)整個反(fan)(fan)應過(guo)程由陰(yin)極去極化(hua)驅動(dong)，而陰(yin)極上H的(de)(de)消(xiao)耗速(su)度是限制(zhi)反(fan)(fan)應的(de)(de)關(guan)鍵(jian)因素。因甲烷菌(jun)(jun)、硫(liu)酸鹽還(huan)原菌(jun)(jun)和(he)乙酸菌(jun)(jun)在生(sheng)命活動(dong)中(zhong)的(de)(de)生(sheng)長代謝，消(xiao)耗了電(dian)化(hua)學產生(sheng)出的(de)(de)氫，將加速(su)對材(cai)料的(de)(de)銹(xiu)蝕過(guo)程。

2 服役環境(jing)腐蝕現象與機理

2.1 帶(dai)肋鋼在海洋環境中的腐蝕損傷機理

鋼(gang)(gang)筋混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)結(jie)構由(you)于優異的(de)(de)(de)性(xing)能，在港口碼(ma)頭等(deng)工程(cheng)被大規模應用(yong)。然(ran)而隨著服役(yi)時間的(de)(de)(de)延長，鋼(gang)(gang)筋混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)結(jie)構受到嚴重(zhong)的(de)(de)(de)海(hai)(hai)洋(yang)(yang)腐蝕(shi)(shi)(shi)[56-60]。研究報道，高溫、高濕、高鹽的(de)(de)(de)南(nan)海(hai)(hai)島礁(jiao)環(huan)(huan)境下鋼(gang)(gang)筋腐蝕(shi)(shi)(shi)率(lv)是一般近(jin)海(hai)(hai)環(huan)(huan)境的(de)(de)(de)31.7~125.8倍，鋼(gang)(gang)筋起銹時間不足(zu)25 a，海(hai)(hai)水侵蝕(shi)(shi)(shi)現象(xiang)尤(you)為(wei)嚴重(zhong)[61-63]。一般暴露于不同(tong)海(hai)(hai)洋(yang)(yang)區域(yu)環(huan)(huan)境條(tiao)件(jian)的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)筋混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)結(jie)構的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)機理也不同(tong)。通常(chang)海(hai)(hai)洋(yang)(yang)腐蝕(shi)(shi)(shi)環(huan)(huan)境分(fen)為(wei)海(hai)(hai)洋(yang)(yang)大氣區、浪(lang)花飛濺區、潮(chao)(chao)差區和(he)(he)海(hai)(hai)水全浸(jin)區，如(ru)圖3所(suo)示[64]。海(hai)(hai)洋(yang)(yang)大氣區中鹽粒因風(feng)等(deng)作用(yong)沉積(ji)于鋼(gang)(gang)筋混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)結(jie)構表面，吸濕形成液膜后對(dui)建筑物(wu)產(chan)生污(wu)染破壞；潮(chao)(chao)差區的(de)(de)(de)飽水部(bu)分(fen)與水下部(bu)位，以擴(kuo)散和(he)(he)滲(shen)透為(wei)主(zhu)，作用(yong)于鋼(gang)(gang)筋混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)建筑物(wu)；浪(lang)濺區和(he)(he)潮(chao)(chao)差區的(de)(de)(de)非飽水部(bu)分(fen)，其主(zhu)要以擴(kuo)散、毛(mao)細管和(he)(he)滲(shen)透共同(tong)作用(yong)，海(hai)(hai)浪(lang)的(de)(de)(de)強烈撞(zhuang)擊，以及充足(zu)的(de)(de)(de)有氧環(huan)(huan)境，使(shi)此區域(yu)的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)筋混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)結(jie)構腐蝕(shi)(shi)(shi)最為(wei)嚴重(zhong)[65]。

圖3   海(hai)洋(yang)環(huan)境中(zhong)混凝土結構不同部位(wei)受不同的(de)侵(qin)蝕(shi)[64]

海洋環境對于鋼筋(jin)混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)結構(gou)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)主要(yao)分結構(gou)中(zhong)的(de)鋼筋(jin)腐(fu)(fu)蝕(shi)，主要(yao)以氯致(zhi)腐(fu)(fu)蝕(shi)為主；以及混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)基(ji)體的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)，主要(yao)為鎂鹽/硫酸鹽侵蝕(shi)。目前(qian)研究人員(yuan)往往將將兩方(fang)面(mian)割裂開來進行研究，或(huo)是(shi)集(ji)(ji)中(zhong)于鋼筋(jin)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)，或(huo)是(shi)集(ji)(ji)中(zhong)于混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)基(ji)體的(de)侵蝕(shi)，缺(que)乏兩者(zhe)綜合的(de)系(xi)統(tong)性研究[62,63,66]。

混(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土基(ji)體(ti)(ti)腐(fu)蝕方面，混(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土基(ji)體(ti)(ti)成分中(zhong)的(de)(de)Ca(OH)2與(yu)(yu)海水(shui)中(zhong)鎂(mei)鹽 (MgCl2與(yu)(yu)MgSO4等(deng)) 發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)化(hua)學反應。MgCl2與(yu)(yu)Ca(OH)2反應生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)成易溶于水(shui)的(de)(de)CaCl2與(yu)(yu)松散而無膠凝(ning)(ning)(ning)(ning)能(neng)(neng)力的(de)(de)Mg(OH)2，且Mg(OH)2難溶于水(shui)。MgSO4與(yu)(yu)Ca(OH)2反應不(bu)僅生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)成松散而無膠凝(ning)(ning)(ning)(ning)能(neng)(neng)力Mg(OH)2，亦生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)成對(dui)水(shui)泥(ni)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)腐(fu)蝕的(de)(de)硫(liu)酸鹽 (CaSO4·2H2O)，即產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)鎂(mei)鹽與(yu)(yu)硫(liu)酸鹽雙重腐(fu)蝕。水(shui)泥(ni)中(zhong)水(shui)化(hua)產(chan)(chan)物(wu)需(xu)在(zai)一定(ding)堿度下才能(neng)(neng)穩(wen)定(ding)存在(zai)，其中(zhong)Ca(OH)2維持著水(shui)泥(ni)漿體(ti)(ti)的(de)(de)堿性(xing)，Ca(OH)2的(de)(de)消(xiao)耗使得水(shui)泥(ni)漿體(ti)(ti)堿度低于其他水(shui)化(hua)產(chan)(chan)物(wu)穩(wen)定(ding)存在(zai)的(de)(de)pH，此時水(shui)化(hua)硅酸鈣 (C—S—H) 等(deng)其它水(shui)化(hua)產(chan)(chan)物(wu)會隨之發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)分解(jie)以維持酸堿度平衡，長時間(jian)下不(bu)斷發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)消(xiao)耗使水(shui)泥(ni)石膠凝(ning)(ning)(ning)(ning)性(xing)降低，孔隙率(lv)增大，強度降低，最終致使混(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土基(ji)體(ti)(ti)損壞[67,68]。

混凝土(tu)結構中(zhong)鋼(gang)筋(jin)(jin)銹蝕(shi)(shi)主(zhu)(zhu)要以氯致(zhi)腐蝕(shi)(shi)為主(zhu)(zhu)。氯致(zhi)腐蝕(shi)(shi)有4種作用機理[69-73]：(1) 破壞鈍化(hua)膜。初期高堿性混凝土(tu)在鋼(gang)筋(jin)(jin)表(biao)面形(xing)(xing)成(cheng)一層致(zhi)密的鈍化(hua)膜層，海(hai)水、水泥(ni)、水、骨(gu)料(liao)等中(zhong)的大量Cl-通過孔(kong)隙網孔(kong)和微(wei)(wei)裂紋(wen)滲透(tou)到混凝土(tu)中(zhong)，在鋼(gang)筋(jin)(jin)表(biao)面產生局(ju)部匯集，致(zhi)使鋼(gang)筋(jin)(jin)表(biao)面鈍化(hua)膜由于局(ju)部酸化(hua)而(er)破壞。(2) 形(xing)(xing)成(cheng)腐蝕(shi)(shi)電(dian)池(chi)。混凝土(tu)結構中(zhong)鋼(gang)筋(jin)(jin)表(biao)面鈍化(hua)膜被Cl-積聚酸化(hua)破壞后(hou)，裸露的鐵(tie)基體與鈍化(hua)膜完好區域(yu)形(xing)(xing)成(cheng)電(dian)位(wei)差(cha)，形(xing)(xing)成(cheng)微(wei)(wei)電(dian)池(chi)。(3) 陽極去極化(hua)作用。Cl-可加速陽極反應過程。

Fe(OH)3失水后成為(wei)紅褐色(se)鐵銹。反應過程中Cl-起催化作用，加速了鋼筋(jin)的縱向腐(fu)蝕(shi)。(4) 提高腐(fu)蝕(shi)電(dian)流效率。Cl-能強(qiang)化腐(fu)蝕(shi)電(dian)池中的離子通路(lu)，即降低陰、陽兩(liang)極之間的電(dian)阻，提高腐(fu)蝕(shi)電(dian)流效率。

鋼(gang)(gang)筋表面鈍化膜(mo)被(bei)破壞后，混(hun)凝土中的鋼(gang)(gang)筋與(yu)氧氣、濕度等因(yin)素下形成的OH-反應(ying)產生更(geng)多的鐵銹 (FeO·(H2O)x)。圖4是(shi)帶(dai)肋鋼(gang)(gang)在(zai)混(hun)凝土中的腐蝕反應(ying)原理[74-77]，反應(ying)式：

圖4   帶肋(lei)鋼在混(hun)凝土中的(de)腐蝕反應原理[75]

2.2 核環境(jing)中(zhong)的(de)帶肋(lei)鋼腐蝕(shi)現(xian)象與機理

核(he)電設(she)備常(chang)用鋼(gang)鐵材(cai)料(liao)為AISI304L不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，長(chang)期(qi)服役于高溫、高壓、強腐(fu)蝕(shi)和輻射性極端環境中，導致核(he)電設(she)備關鍵部(bu)件(jian)及整機表(biao)面發生嚴重材(cai)料(liao)腐(fu)蝕(shi)行為，造成核(he)電設(she)備失效(xiao)。壓水反應(ying)堆核(he)電設(she)備的主要腐(fu)蝕(shi)機制(zhi)為均(jun)勻腐(fu)蝕(shi)與應(ying)力腐(fu)蝕(shi)開裂[75]。

均勻(yun)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)直接危害核(he)電(dian)(dian)設備(bei)組(zu)件(jian)壁(bi)厚，有核(he)泄漏等潛在(zai)危害。均勻(yun)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產物若隨(sui)流(liu)動介(jie)質發生(sheng)遷(qian)移(yi)，將間(jian)接引起(qi)部件(jian)局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。例(li)如支(zhi)撐板間(jian)的(de)環(huan)向縫隙因(yin)二回路腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產物聚集(ji)而導(dao)致傳熱管凹陷等現(xian)(xian)象。均勻(yun)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)現(xian)(xian)象在(zai)核(he)電(dian)(dian)廠中極為(wei)普遍，碳(tan)鋼(gang)與常規(gui)的(de)低(di)合金鋼(gang)在(zai)高(gao)溫高(gao)壓水、酸(suan)堿溶液等環(huan)境中易腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，反應堆壓力容器合金及鋼(gang)部件(jian)發生(sheng)的(de)硼酸(suan)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)等。由(you)于均勻(yun)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)對核(he)電(dian)(dian)廠設備(bei)的(de)安全(quan)性影(ying)響不(bu)是很大，通過(guo)合理的(de)選材及防腐(fu)(fu)(fu)處(chu)理可得(de)到有效的(de)緩解[79]。

應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)開裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie) (SCC) 是(shi)指(zhi)在機(ji)械、電化學(xue)和冶金等(deng)多(duo)種因素協同作用，致使材料(liao)產生(sheng)(sheng)局部萌(meng)生(sheng)(sheng)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)及亞臨界裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)，長(chang)期(qi)積累的(de)SCC就(jiu)會(hui)導致核設備材料(liao)的(de)突發(fa)性(xing)開裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)。核電廠腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)失(shi)效機(ji)理主要以應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)開裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)為主。應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)開裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)類(lei)型(xing)較多(duo)，其包括輻照促進應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)開裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie) (IASCC)、一(yi)次側(ce)應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)開裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie) (PWSCC)、二次側(ce)應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)開裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie) (ODSCC) 三類(lei)，均(jun)是(shi)因其有別于其他工業領域的(de)特殊(shu)運行(xing)工況(kuang)所致。由于應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)開裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)中(zhong)部件受腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)介質與拉應(ying)力的(de)相互作用，既使兩者分(fen)別處(chu)在較低水(shui)平都會(hui)引(yin)發(fa)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)，裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)一(yi)旦達到臨界尺寸 (孕(yun)育期(qi)) 便會(hui)迅速(su)(su)擴(kuo)展(zhan) (擴(kuo)展(zhan)期(qi)) 成穿晶(jing)或(huo)沿晶(jing)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)，最終導致材料(liao)發(fa)生(sheng)(sheng)脆性(xing)斷裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)。其中(zhong)不銹鋼材料(liao)以輻照促進應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)開裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)為代(dai)表的(de)輻照加速(su)(su)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)失(shi)效是(shi)核電站(zhan)安全高效運行(xing)的(de)關鍵問題之一(yi)[80-83]。圖5是(shi)發(fa)生(sheng)(sheng)應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)開裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)的(de)機(ji)理[78]。

圖5   應力腐(fu)蝕(shi)開裂(lie) (SCC) 機理[78]

目前國內外廣泛采(cai)用(yong)(yong)A508III (Gr.3C1.1) 和16MND5等低合金鋼(gang)(gang)作為反(fan)應堆(dui)壓力容器(qi)(qi)材料(liao)(liao)，合金鋼(gang)(gang)容器(qi)(qi)內壁堆(dui)焊不銹鋼(gang)(gang)以(yi)防止與(yu)冷卻劑的(de)接觸產生(sheng)腐蝕。而蒸汽發(fa)生(sheng)器(qi)(qi)則多(duo)采(cai)用(yong)(yong)690、800等鎳基合金材料(liao)(liao)。反(fan)應堆(dui)內構件多(duo)采(cai)用(yong)(yong)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)及部分鎳基合金，關于(yu)核設(she)備(bei)用(yong)(yong)鋼(gang)(gang)鐵材料(liao)(liao)在(zai)高(gao)溫高(gao)壓水腐蝕疲勞(lao)損(sun)傷(shang)(shang)的(de)研(yan)(yan)究(jiu)，由于(yu)缺乏(fa)微觀裂(lie)紋萌生(sheng)和擴展過程的(de)直接實(shi)驗證據，到(dao)底是(shi)(shi)氫致開裂(lie)機制還是(shi)(shi)滑移(yi)溶解機制控制著鋼(gang)(gang)鐵材料(liao)(liao)環境疲勞(lao)損(sun)傷(shang)(shang)，尚存在(zai)較大爭議[84]。對核電設(she)備(bei)用(yong)(yong)鋼(gang)(gang)鐵材料(liao)(liao)服役(yi)弱 (老(lao)) 化機理及發(fa)生(sheng)規律、壽命設(she)計(ji)和預測模型(xing)的(de)認識還十(shi)分缺乏(fa)，相關研(yan)(yan)究(jiu)工作仍(reng)是(shi)(shi)核設(she)施腐蝕的(de)研(yan)(yan)究(jiu)熱點。

3 帶(dai)肋鋼(gang)在(zai)苛刻(ke)工況環境下的(de)防腐蝕技術

目(mu)前，國內外(wai)帶(dai)肋鋼(gang)的(de)生(sheng)產(chan)普遍采用(yong)穿(chuan)水冷卻技術，該工(gong)藝(yi)是一(yi)種(zhong)表面(mian)相變強化技術，在改(gai)善螺(luo)紋(wen)鋼(gang)力學(xue)性能方(fang)面(mian)有(you)(you)很(hen)好的(de)效(xiao)(xiao)果。然而穿(chuan)水冷卻生(sheng)產(chan)的(de)螺(luo)紋(wen)鋼(gang)在服役、儲存和(he)運輸(shu)過程中很(hen)容易腐(fu)蝕(shi)(shi)生(sheng)銹，嚴重影響(xiang)了螺(luo)紋(wen)鋼(gang)的(de)質(zhi)量。腐(fu)蝕(shi)(shi)引起的(de)混凝土結構(gou)失效(xiao)(xiao)給社會發展帶(dai)來(lai)巨大(da)損失。因而，采取有(you)(you)效(xiao)(xiao)的(de)措施(shi)減緩螺(luo)紋(wen)鋼(gang)的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)變得尤為重要(yao)。截至目(mu)前，防止鋼(gang)鐵制(zhi)品(pin)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)措施(shi)主要(yao)有(you)(you)改(gai)變鋼(gang)鐵內部(bu)結構(gou)與表面(mian)防腐(fu)蝕(shi)(shi)工(gong)程技術兩種(zhong)方(fang)法。

3.1 改變(bian)鋼鐵內(nei)部結(jie)構技術

3.1.1 改變材料中部分構成元素(su)含量(liang)

金(jin)屬(shu)材(cai)料中(zhong)(zhong)部分元素 (C、Mo、N、Cr、Ni等) 含(han)量(liang)通(tong)常會對材(cai)料的(de)(de)抗腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)(li)有(you)(you)(you)極(ji)(ji)大改善。文獻[85]研(yan)究指出(chu)，在金(jin)屬(shu)材(cai)料中(zhong)(zhong)添加(jia)(jia)C、Mo和N可(ke)以(yi)(yi)(yi)降低(di)材(cai)料表(biao)面活性(xing)，提(ti)升(sheng)材(cai)料表(biao)面抗腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)效應。Barker等[86]研(yan)究了不同Cr含(han)量(liang)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)抗沖(chong)刷腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)(li)，Cr含(han)量(liang)8%以(yi)(yi)(yi)上(shang)的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)普遍具(ju)有(you)(you)(you)馬氏(shi)體(ti)(ti)、雙相(xiang)和亞穩奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)混合(he)結(jie)構(gou)，具(ju)有(you)(you)(you)高加(jia)(jia)工硬化(hua)(hua)的(de)(de)潛(qian)力(li)(li)，有(you)(you)(you)較(jiao)(jiao)強的(de)(de)抗沖(chong)刷腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)(li)。Ni可(ke)以(yi)(yi)(yi)穩定不銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)進(jin)而(er)增強電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)表(biao)面的(de)(de)鈍化(hua)(hua)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)(li)[84]。鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)γ相(xiang)具(ju)有(you)(you)(you)韌性(xing)好、形(xing)(xing)變(bian)(bian)強化(hua)(hua)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)(li)高等特(te)點，α相(xiang)硬度(du)也較(jiao)(jiao)低(di)，σ相(xiang)卻具(ju)有(you)(you)(you)較(jiao)(jiao)脆、硬度(du)較(jiao)(jiao)高的(de)(de)特(te)點[86]。王國華(hua)等[89]研(yan)究指出(chu)，不銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)提(ti)高Cr和Mo等鐵素體(ti)(ti)形(xing)(xing)成元素的(de)(de)含(han)量(liang)，既能(neng)(neng)(neng)(neng)縮短相(xiang)形(xing)(xing)成的(de)(de)孕育期，同時提(ti)高了σ相(xiang)穩定存在的(de)(de)上(shang)限溫度(du)。Wu等[90]研(yan)究認為，Mo含(han)量(liang)的(de)(de)增加(jia)(jia)能(neng)(neng)(neng)(neng)提(ti)升(sheng)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)表(biao)面鈍化(hua)(hua)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)(li)，增強其(qi)抗電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)及沖(chong)刷腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)。Ilevbare等[87]研(yan)究了不銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)Mo對材(cai)料性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)影響，認為Mo可(ke)能(neng)(neng)(neng)(neng)以(yi)(yi)(yi)鉬(mu)酸鹽的(de)(de)形(xing)(xing)式融入金(jin)屬(shu)的(de)(de)氧化(hua)(hua)膜中(zhong)(zhong)，改變(bian)(bian)了氧化(hua)(hua)膜的(de)(de)離子選擇性(xing)，使得(de)Cl-難以(yi)(yi)(yi)通(tong)過；同時，Mo的(de)(de)存在可(ke)以(yi)(yi)(yi)增加(jia)(jia)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)表(biao)面鈍化(hua)(hua)膜的(de)(de)厚度(du)。

3.1.2 調控生產工藝(yi)參數形成(cheng)致(zhi)密(mi)氧化(hua)鐵(tie)皮(pi)

致密氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鐵皮(pi)是(shi)利用帶(dai)肋(lei)鋼在(zai)連鑄和軋(ya)制(zhi)過(guo)(guo)程(cheng)中，鋼材(cai)(cai)表面在(zai)環境介(jie)質 (空氣、水(shui)蒸汽(qi)、氧(yang)(yang)氣等(deng)) 的(de)(de)作用下生成Fe氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物層的(de)(de)現象(xiang)，通過(guo)(guo)調控(kong)鐵氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物層組分及組成，提(ti)(ti)升材(cai)(cai)料(liao)(liao)防腐(fu)(fu)、耐摩擦磨(mo)損性能(neng)[88]。帶(dai)肋(lei)鋼表面氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鐵皮(pi)由內(nei)向(xiang)外(wai)由三(san)層Fe的(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物組成，依(yi)次是(shi)FeO層、Fe3O4層與Fe2O3層[91]。Fe2O3層呈紅(hong)褐色且(qie)(qie)較(jiao)致密；Fe3O4層呈黑(hei)色且(qie)(qie)致密而(er)無裂紋；FeO層疏松多(duo)(duo)孔、易被破壞。這些氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物的(de)(de)氧(yang)(yang)含量由外(wai)到內(nei)逐漸減小，并且(qie)(qie)外(wai)層致密，內(nei)層疏松多(duo)(duo)孔。文(wen)獻[92-94]對(dui)Fe氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層的(de)(de)演變過(guo)(guo)程(cheng)研究證明(ming)，高(gao)于或(huo)低于570 ℃時，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層中的(de)(de)3種物相結(jie)構之間均存在(zai)不同程(cheng)度的(de)(de)物相結(jie)構轉變。通過(guo)(guo)合理調節FeO、Fe2O3及Fe3O4物相生成厚度的(de)(de)相對(dui)比例及表面缺陷，提(ti)(ti)高(gao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)自身抵御風沙沖蝕和雨(yu)水(shui)沖刷等(deng)苛刻工況環境的(de)(de)抗腐(fu)(fu)蝕性能(neng)。

3.2 表面(mian)防腐蝕工程(cheng)技術(shu)

表(biao)面防(fang)腐(fu)蝕工(gong)程技術主要包括：涂層技術、緩(huan)蝕劑技術、電(dian)化學(xue)防(fang)護(hu)技術等(deng)(deng)，各種防(fang)腐(fu)蝕技術相(xiang)互(hu)聯系、相(xiang)互(hu)滲透。相(xiang)比改變鋼鐵(tie)材料內部(bu)結構，表(biao)面防(fang)腐(fu)蝕工(gong)程技術簡(jian)單高效、成本(ben)低廉，對碳鋼等(deng)(deng)金屬制(zhi)品能起到很好的防(fang)護(hu)作用。

3.2.1 涂層(ceng)技(ji)術

涂(tu)層(ceng)(ceng)技(ji)術即將涂(tu)料(liao)涂(tu)覆在鋼鐵材料(liao)的表面上，形成(cheng)具(ju)(ju)有一定機械(xie)強度、一層(ceng)(ceng)或多層(ceng)(ceng)復(fu)合(he)的固(gu)態(tai)薄膜，稱為涂(tu)層(ceng)(ceng)。涂(tu)層(ceng)(ceng)具(ju)(ju)有防止或延緩構件(jian)的腐蝕(shi)(shi)、提(ti)高構件(jian)的耐磨(mo)性能、裝(zhuang)飾構件(jian)等(deng)作用。特殊涂(tu)層(ceng)(ceng)還具(ju)(ju)有絕(jue)緣、屏蔽(bi)電磁波(bo)、防靜電等(deng)功能。目前(qian)抗(kang)沖蝕(shi)(shi)磨(mo)損(sun)涂(tu)層(ceng)(ceng)按其抗(kang)沖蝕(shi)(shi)作用原理大致可分為硬質與超(chao)硬涂(tu)層(ceng)(ceng)、彈性涂(tu)層(ceng)(ceng)、自潤滑涂(tu)層(ceng)(ceng)以及仿生涂(tu)層(ceng)(ceng)等(deng)。

硬(ying)(ying)質(zhi)涂(tu)層起步較早(zao)且(qie)應用最(zui)廣，一般為過渡族金屬(shu)與(yu)非金屬(shu)構成的(de)化(hua)(hua)合物、金屬(shu)間化(hua)(hua)合物等，涂(tu)層硬(ying)(ying)度均在10 GPa以上。除高硬(ying)(ying)度以外(wai)，高韌性(xing)也同樣重(zhong)要。保證自身的(de)高硬(ying)(ying)度和(he)高韌性(xing)同時具備并(bing)且(qie)達到一個(ge)最(zui)佳比例才能使涂(tu)層具有(you)良好的(de)抗沖(chong)蝕磨損性(xing)能。硬(ying)(ying)質(zhi)與(yu)超(chao)硬(ying)(ying)涂(tu)層制備技術包含物理(li)氣相(xiang)沉積(ji) ( PVD)、化(hua)(hua)學氣相(xiang)沉積(ji) (CVD) 以及熱噴(pen)涂(tu)等。

文獻(xian)[18]采用彈性涂(tu)(tu)層(ceng)實現回避粒子(zi)接觸的抗沖蝕(shi)(shi)設計理論，建立了彈性涂(tu)(tu)層(ceng)沖蝕(shi)(shi)損傷(shang)的定量描述模(mo)型。由于涂(tu)(tu)層(ceng)容易(yi)發生彈性形變，可將(jiang)入射粒子(zi)的沖擊能轉(zhuan)化(hua)為本身的彈性應變，從而保護基材不受沖蝕(shi)(shi)，提升涂(tu)(tu)層(ceng)的耐沖蝕(shi)(shi)能力。

混凝(ning)土(tu)表面涂(tu)(tu)層(ceng)技術。通過混凝(ning)土(tu)表面涂(tu)(tu)層(ceng)處理可以(yi)有效阻止Cl-及碳(tan)化物等(deng)侵(qin)蝕因子的危(wei)害。現有的混凝(ning)土(tu)表面涂(tu)(tu)層(ceng)技術主要是聚合物改性水泥砂漿與滲透型(xing)涂(tu)(tu)層(ceng)。

環氧(yang)涂層(ceng)鋼(gang)(gang)筋(jin)。通過借(jie)助環氧(yang)涂層(ceng)與鋼(gang)(gang)筋(jin)之(zhi)間(jian)的(de)(de)強粘結度，保護鋼(gang)(gang)筋(jin)不受外界腐蝕(shi)介質的(de)(de)侵蝕(shi)。美國材料研究協會數據顯示，環氧(yang)涂層(ceng)鋼(gang)(gang)筋(jin)的(de)(de)使用壽命可延長20 a以上。

層(ceng)(ceng)狀雙金屬氫氧化(hua)物 (LDHs) 是(shi)一類重要(yao)的(de)陰離子型黏土(tu)材料[93]。目前LDHs應用(yong)在腐(fu)蝕(shi)防(fang)護(hu)中主要(yao)有兩種路徑，一是(shi)通過(guo)LDHs材料中陰離子可交換性使其成為(wei)(wei)(wei)(wei)緩蝕(shi)劑的(de)微納米(mi)級存儲器，將其作為(wei)(wei)(wei)(wei)摻雜(za)劑摻入涂層(ceng)(ceng)中，加強涂層(ceng)(ceng)對(dui)基體(ti)的(de)主動防(fang)護(hu)作用(yong)。二是(shi)直(zhi)接將其作為(wei)(wei)(wei)(wei)防(fang)腐(fu)薄膜，對(dui)金屬基底起到短(duan)期(qi)防(fang)護(hu)作用(yong)；或是(shi)以此(ci)薄膜作為(wei)(wei)(wei)(wei)預處理層(ceng)(ceng)，后續(xu)涂覆有機(ji)涂層(ceng)(ceng)，起到長期(qi)防(fang)護(hu)作用(yong)。

3.2.2 緩蝕劑技(ji)術

緩蝕(shi)(shi)劑技術因用(yong)量小、緩蝕(shi)(shi)效率高、制備(bei)過(guo)程簡單、可循環(huan)使(shi)用(yong)，對環(huan)境(jing)污(wu)染和人體危害性小而被廣泛運(yun)用(yong)于工業鍋(guo)爐(lu)、海(hai)洋工程、石油管(guan)道、蒸汽冷凝管(guan)線(xian)以及鋼筋混凝土結(jie)構等領(ling)域的防腐(fu)蝕(shi)(shi)。常用(yong)的緩蝕(shi)(shi)物(wu)質有無機緩蝕(shi)(shi)劑、有機緩蝕(shi)(shi)劑以及蒸汽緩蝕(shi)(shi)劑等。

無機緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)劑(ji)(ji)一般包括硼(peng)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)、磷酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)、硅酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)以及鉬酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)等。無機緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)與鋼(gang)(gang)材界面(mian)反應生(sheng)成(cheng)一層致密(mi)鈍(dun)化膜(mo)，延緩(huan)鋼(gang)(gang)鐵腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)[94]。亞硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)、鉻酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)雖然對鋼(gang)(gang)材具有(you)較好的(de)(de)緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)效果，但是(shi)其(qi)對環(huan)境(jing)污染大，對人體(ti)有(you)毒害(hai)作用(yong)(yong)。鉬酸(suan)(suan)(suan)(suan)鈉緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)劑(ji)(ji)緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)效率高、穩定(ding)性好、低(di)毒無公害(hai)，適用(yong)(yong)于高pH、高硬水和較高的(de)(de)溫度條件。鉬酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)作用(yong)(yong)是(shi)在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)筯表面(mian)形成(cheng)Fe-MoO4-Fe2O3鈍(dun)化膜(mo)，此膜(mo)十分致密(mi)，隔離了鋼(gang)(gang)筋表面(mian)的(de)(de)Cl-的(de)(de)侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。由于鉬酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)價格相對較高，現(xian)基本上與其(qi)他(ta)緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)劑(ji)(ji)混(hun)配使(shi)用(yong)(yong)。聚磷酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)中(zhong)(zhong)廣泛應用(yong)(yong)的(de)(de)為三聚磷酸(suan)(suan)(suan)(suan)鈉和六偏磷酸(suan)(suan)(suan)(suan)鈉。其(qi)緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)機理主要是(shi)在(zai)(zai)水中(zhong)(zhong)有(you)溶(rong)解(jie)氧存(cun)在(zai)(zai)下，它(ta)在(zai)(zai)促進鋼(gang)(gang)表面(mian)上生(sheng)成(cheng)γ-Fe2O3的(de)(de)同時，可(ke)與兩種金屬(shu)形成(cheng)鰲合物沉積在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)表面(mian)形成(cheng)保護膜(mo)，目前該類鹽(yan)常與其(qi)他(ta)緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)劑(ji)(ji)混(hun)配使(shi)用(yong)(yong)。

有(you)(you)機緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)劑大(da)多(duo)數含P、N、S、O等原子，比較(jiao)常用的有(you)(you)吡啶類化(hua)合(he)物(wu)、硫脲及(ji)其(qi)衍生物(wu)以及(ji)有(you)(you)機胺等。此類物(wu)質(zhi)與鋼(gang)(gang)鐵表面的Fe通過(guo)絡合(he)吸(xi)附形成牢固的吸(xi)附膜，阻礙鋼(gang)(gang)材基體與腐蝕(shi)(shi)(shi)介(jie)質(zhi)的直接接觸，從而起到緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)作用[48]。當(dang)AVMHT用量為(wei)(wei)100 mg/L，溫(wen)(wen)度(du)在60~100 ℃時，緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)率可(ke)達(da)94.4%，但(dan)是此吸(xi)附膜與鋼(gang)(gang)筋的結(jie)合(he)力(li)較(jiao)差，弱(ruo)于鈍化(hua)膜與鋼(gang)(gang)筋的結(jie)合(he)力(li)。文(wen)獻報道(dao)了一種(zhong)離(li)(li)(li)(li)子液(ye)(ye)體用作碳鋼(gang)(gang)緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)劑的方法[95]。該離(li)(li)(li)(li)子液(ye)(ye)體由(you)1-辛基-2-吡咯(ge)烷酮陽離(li)(li)(li)(li)子和無(wu)機或有(you)(you)機陰(yin)(yin)離(li)(li)(li)(li)子組成，其(qi)中陰(yin)(yin)離(li)(li)(li)(li)子為(wei)(wei)：HSO4-、NO3-、H2PO4-、CH3COO-、PTSA-以及(ji)Br-等，其(qi)中鹽酸介(jie)質(zhi)溶液(ye)(ye)濃(nong)度(du)為(wei)(wei)0.1~3 mol/L，溶液(ye)(ye)溫(wen)(wen)度(du)為(wei)(wei)15~70 ℃，離(li)(li)(li)(li)子液(ye)(ye)體加入濃(nong)度(du)為(wei)(wei)0.5~5 mol/L時，延緩(huan)碳鋼(gang)(gang)腐蝕(shi)(shi)(shi)率高達(da)90%以上。

蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)。鋼(gang)材(cai)在相(xiang)對(dui)濕(shi)(shi)(shi)度(du)(du)小于40%的(de)環境中(zhong)腐(fu)蝕(shi)的(de)可能性(xing)(xing)較(jiao)小，相(xiang)對(dui)濕(shi)(shi)(shi)度(du)(du)在40%~60%之間可以發生腐(fu)蝕(shi)，但速率較(jiao)低；當相(xiang)對(dui)濕(shi)(shi)(shi)度(du)(du)比(bi)例大于60%時(shi)，材(cai)料腐(fu)蝕(shi)速度(du)(du)急劇增長。因(yin)而控制空氣濕(shi)(shi)(shi)度(du)(du)，特別是相(xiang)對(dui)濕(shi)(shi)(shi)度(du)(du)，消(xiao)除水分是抑(yi)制大氣腐(fu)蝕(shi)速率的(de)關鍵。相(xiang)關實驗研(yan)究證明(ming)[29]，鋼(gang)鐵(tie)材(cai)料表界面使用蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji) (VCI)，可以使得(de)金屬和水之間面形成單分子(zi)膜(mo)的(de)化合物(wu)(wu)。圖6是蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)原理[29]。在鋼(gang)材(cai)表面的(de)抑(yi)制劑(ji)(ji)(ji)薄膜(mo)中(zhong)，分子(zi)的(de)一端(duan)是親水性(xing)(xing)的(de)，另一端(duan)是疏水性(xing)(xing)的(de)。蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)的(de)吸(xi)(xi)附能約為-10~14 kJ/mol，在金屬表面具有很強(qiang)的(de)物(wu)(wu)理吸(xi)(xi)附性(xing)(xing)。蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)緩(huan)蝕(shi)劑(ji)(ji)(ji)中(zhong)疏水端(duan)使得(de)材(cai)料與腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)物(wu)(wu)質的(de)任何表面接觸最小化，從而增強(qiang)材(cai)料的(de)抗腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能。

圖(tu)6   蒸汽緩蝕劑(ji)原理圖(tu)[29]

3.2.3 電(dian)化學防(fang)護技術(shu)

金(jin)屬-電(dian)解質溶(rong)解腐蝕體系受(shou)到陰極(ji)(ji)(ji)極(ji)(ji)(ji)化(hua)時，電(dian)位(wei)(wei)負(fu)移，金(jin)屬陽(yang)極(ji)(ji)(ji)氧化(hua)反(fan)應(ying)過電(dian)位(wei)(wei)減(jian)小(xiao)，反(fan)應(ying)速度(du)減(jian)小(xiao)，因而(er)金(jin)屬腐蝕速度(du)減(jian)小(xiao)，稱為陰極(ji)(ji)(ji)保(bao)護(hu)效應(ying)。電(dian)化(hua)學(xue) (陰極(ji)(ji)(ji)) 保(bao)護(hu)法分兩(liang)種：外加(jia)電(dian)流陰極(ji)(ji)(ji)保(bao)護(hu)和(he)犧牲(sheng)陽(yang)極(ji)(ji)(ji)陰極(ji)(ji)(ji)保(bao)護(hu)。

犧牲陽(yang)極陰(yin)極保護是將電(dian)(dian)位(wei)更負的(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)與被保護金(jin)(jin)屬(shu)連(lian)接，并處于(yu)同一(yi)電(dian)(dian)解質中(zhong)，使(shi)該(gai)(gai)金(jin)(jin)屬(shu)上的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子轉移到被保護金(jin)(jin)屬(shu)上去，使(shi)整個被保護金(jin)(jin)屬(shu)處于(yu)一(yi)個較負的(de)(de)(de)相同的(de)(de)(de)電(dian)(dian)位(wei)下。該(gai)(gai)方式(shi)簡便(bian)易行，不(bu)需要外加電(dian)(dian)源，很(hen)少產生腐(fu)蝕干擾，廣泛應用(yong)于(yu)保護小型 (電(dian)(dian)流一(yi)般(ban)小于(yu)1A) 金(jin)(jin)屬(shu)結構。對(dui)于(yu)犧牲陽(yang)極的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)有很(hen)多失(shi)敗的(de)(de)(de)教訓，失(shi)敗的(de)(de)(de)主要原(yuan)因是陽(yang)極表面生成(cheng)一(yi)層不(bu)導電(dian)(dian)的(de)(de)(de)硬殼，限制了陽(yang)極的(de)(de)(de)電(dian)(dian)流輸(shu)出。

外加電(dian)流陰極保(bao)(bao)護是通過外加直流電(dian)源以(yi)及輔助陽極，迫(po)使電(dian)流從介(jie)質中流向被保(bao)(bao)護金(jin)屬，使被保(bao)(bao)護金(jin)屬結構電(dian)位低于(yu)周圍環境(jing)。該方式主要用于(yu)保(bao)(bao)護大型金(jin)屬結構。

4 帶(dai)肋鋼腐(fu)蝕防護未來發展的幾點思考

美國科學(xue)院研(yan)究(jiu)指出目(mu)前腐(fu)蝕(shi)領域存(cun)在4種(zhong)亟待解決的(de)(de)問題：(1) 研(yan)究(jiu)探索低成(cheng)本環境友好型(xing)耐腐(fu)蝕(shi)材(cai)料及(ji)涂層；(2) 模擬研(yan)究(jiu)現(xian)(xian)(xian)實服(fu)役環境中腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)高保真模型(xing)；(3) 探索開發對現(xian)(xian)(xian)實服(fu)役環境中腐(fu)蝕(shi)行為進行定量關(guan)聯可控的(de)(de)實驗室加速(su)實驗方法；(4) 實現(xian)(xian)(xian)精確預測(ce)現(xian)(xian)(xian)有設備修理(li)、更(geng)換及(ji)停(ting)用的(de)(de)壽命時限。結合帶肋鋼(gang)目(mu)前生產及(ji)苛刻工況下服(fu)役過程(cheng)中存(cun)在的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)現(xian)(xian)(xian)象，探索新(xin)型(xing)防護技術。具體為以下幾個方面。

4.1 帶肋(lei)鋼腐蝕機理研究(jiu)

有必要針(zhen)對(dui)影響帶(dai)肋鋼(gang)在各服(fu)役環(huan)境(jing)中(zhong)的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)因子進行相關的(de)研究，分析不(bu)同工況下帶(dai)肋鋼(gang)的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)機理。根據(ju)不(bu)同工況環(huan)境(jing)下腐(fu)蝕(shi)(shi)發生的(de)機理，分析腐(fu)蝕(shi)(shi)條件下防護(hu)的(de)關鍵要素，為(wei)帶(dai)肋鋼(gang)的(de)工業化生產及(ji)應用(yong)提供技(ji)術支持。

4.2 混凝土損傷機理研(yan)究

混(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土(tu)開裂破損致使鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)與外界腐(fu)蝕因(yin)子接(jie)觸，從而影響鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)混(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土(tu)結構的(de)耐久(jiu)性。明確混(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土(tu)各(ge)項指標(biao)對鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)腐(fu)蝕保(bao)護的(de)關(guan)鍵因(yin)素，例(li)如鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)混(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土(tu)保(bao)護層的(de)厚度、保(bao)護層混(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土(tu)的(de)堿度、保(bao)護層混(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土(tu)的(de)密實度與抗水、氣滲透(tou)能力、抗裂性能的(de)關(guan)聯性等。明確混(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土(tu)損傷(shang)機理，探索混(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土(tu)損傷(shang)防護技(ji)術，為鋼(gang)(gang)筋(jin)(jin)混(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土(tu)結構的(de)實施應用提供新的(de)技(ji)術支持。

4.3 帶肋鋼(gang)腐蝕(shi)的防護技術開發

針對不同苛刻工況環(huan)(huan)境(jing)(jing)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)機理(li)，研(yan)究帶(dai)肋(lei)(lei)(lei)(lei)鋼(gang)(gang)(gang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)修復技(ji)術(shu)。近(jin)年來發(fa)展的(de)緩蝕(shi)(shi)劑抑制帶(dai)肋(lei)(lei)(lei)(lei)鋼(gang)(gang)(gang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)技(ji)術(shu)，通(tong)過(guo)利用緩蝕(shi)(shi)劑在金屬(shu)表面(mian)吸附形成(cheng)連(lian)續的(de)薄膜阻(zu)隔介(jie)(jie)質(zhi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、改變金屬(shu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位阻(zu)止電(dian)化(hua)(hua)學腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)反應中(zhong)的(de)陽(yang)極(ji)金屬(shu)溶解(jie)及(ji)(ji)(ji)陰極(ji)H+放電(dian)析出(chu)氫氣等效能(neng)(neng)，極(ji)大改善了(le)帶(dai)肋(lei)(lei)(lei)(lei)鋼(gang)(gang)(gang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)現象；電(dian)鍍、涂(tu)覆(fu)及(ji)(ji)(ji)沉積(ji)等表面(mian)涂(tu)層(ceng)(ceng)防(fang)護(hu)技(ji)術(shu)，涂(tu)料通(tong)過(guo)涂(tu)層(ceng)(ceng)處理(li)技(ji)術(shu)在鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)基體(ti)(ti)上形成(cheng)一層(ceng)(ceng)緊密(mi)結(jie)合的(de)固化(hua)(hua)膜，阻(zu)礙(ai)了(le)鋼(gang)(gang)(gang)基材(cai)與有害介(jie)(jie)質(zhi)因子的(de)接觸(chu)，有效延(yan)長了(le)材(cai)料服役及(ji)(ji)(ji)儲放期限(xian)；致密(mi)氧(yang)化(hua)(hua)鐵(tie)(tie)皮防(fang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)技(ji)術(shu)中(zhong)利用帶(dai)肋(lei)(lei)(lei)(lei)鋼(gang)(gang)(gang)在生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)產(chan)生(sheng)鐵(tie)(tie)氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)的(de)現象及(ji)(ji)(ji)鐵(tie)(tie)氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)組分(fen)Fe2O3、Fe3O4、FeO的(de)物相性(xing)質(zhi)，通(tong)過(guo)在鋼(gang)(gang)(gang)筋生(sheng)產(chan)線上調控(kong)帶(dai)肋(lei)(lei)(lei)(lei)鋼(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)皮氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)的(de)物相組成(cheng)及(ji)(ji)(ji)厚(hou)度(du)比(bi)例，提升(sheng)材(cai)料自(zi)防(fang)腐(fu)(fu)(fu)、耐摩擦(ca)磨損性(xing)能(neng)(neng)。然(ran)而當前主要應用的(de)帶(dai)肋(lei)(lei)(lei)(lei)鋼(gang)(gang)(gang)防(fang)護(hu)技(ji)術(shu)已經不能(neng)(neng)滿足風沙、雨水、海洋環(huan)(huan)境(jing)(jing)、淡水環(huan)(huan)境(jing)(jing)及(ji)(ji)(ji)核環(huan)(huan)境(jing)(jing)等苛刻工況下服役時限(xian)需(xu)求。因而研(yan)究新(xin)型帶(dai)肋(lei)(lei)(lei)(lei)鋼(gang)(gang)(gang)防(fang)護(hu)技(ji)術(shu)、引導帶(dai)肋(lei)(lei)(lei)(lei)鋼(gang)(gang)(gang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)防(fang)護(hu)產(chan)業的(de)發(fa)展方向(xiang)已迫(po)在眉睫。

5 結語

隨著(zhu)社會的(de)(de)發展(zhan)(zhan)，帶(dai)肋鋼所面(mian)臨的(de)(de)工況環境會愈加苛刻，未(wei)來材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)表面(mian)防(fang)護技(ji)術(shu)將朝著(zhu)適應復(fu)雜多變的(de)(de)多種(zhong)功能一體化(hua)、超長(chang)壽(shou)命的(de)(de)方(fang)向發展(zhan)(zhan)。這(zhe)需要(yao)(yao)基礎理論(lun)研(yan)究(jiu)(jiu)結合實際試驗分析，從材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)設計、生產(chan)制備(bei)以及服(fu)役壽(shou)命與失效(xiao)機制等(deng)方(fang)面(mian)，明確材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)結構與效(xiao)能關系、表界面(mian)相互作用等(deng)，從而達到(dao)延緩(huan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)銹(xiu)(xiu)蝕期限、減緩(huan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)服(fu)役失效(xiao)行為。雖然當前防(fang)腐技(ji)術(shu)取(qu)得一些突破，但(dan)是(shi)在未(wei)來的(de)(de)發展(zhan)(zhan)中還需要(yao)(yao)研(yan)究(jiu)(jiu)防(fang)腐的(de)(de)新技(ji)術(shu)和新方(fang)法(fa)，降(jiang)低銹(xiu)(xiu)蝕產(chan)生的(de)(de)損失。

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