第五节　海岸环境工程的腐蚀及防护

一、海岸环境对腐蚀工程的影响

根据海洋工程设施与海水接触的程度，通常把海水区域分为五个区带，即海洋大气带、浪花飞溅带、潮差带、海水全浸带及海底泥土区。

1.海洋大气带

在这一区带，由风带来细小的海盐颗粒，特别是氯化钙、氯化镁等海盐粒子容易在金属表面形成液膜，太阳辐射能促进光能反应及真菌类的生物活动，雨量、雾量及其季节分布也会直接影响金属的腐蚀速率和腐蚀机理。

因此，这一区带离海面的高度、离海岸的距离、风速、风向、降露周期、雨量、温度、太阳照射、尘埃、季节和污染都会对材料产生腐蚀。

2.浪花飞溅带

在海洋环境中，海水涨潮时不会被淹没，但是海水的飞沫能喷射到的区带称为浪花飞溅带。

这一区带没有附着生物，但是海盐粒子量、海水干湿交替程度都比海洋大气带大，在风浪作用下海水的冲击作用会加剧结构材料的破坏。

在干湿交替环境中，钢的阴极电流比在海水中的阴极电流大，在海水中钢的阴极反应是溶解氧的还原反应；而在浪花飞溅区中，钢由于锈层自身氧化剂的作用，使阴极电流变大。客观上，锈层原有的亚铁离子会进一步被氧化成三价铁离子。

上述过程的反复进行就加速了钢铁的腐蚀，从而使该区带成为海洋环境中腐蚀最严重的区域。但是，对于不锈钢和钛而言，由于这些材料在氧气充足的条件下会促进表面氧化膜的钝化，所以，从而避免发生腐蚀。

3.潮差带

这一区带是高潮线和低潮线之间的区域。该区的特点是干湿周期性变化，有海生物附着。

海生物附着对于一般钢铁构件来说，可以得到某种程度的局部保护。但是，这种现象对于容易钝化的金属如不锈钢来说，反而由于海生物的寄生、缺氧易造成闭塞电池型的局部腐蚀。

4.海水全浸带

海面以下20米以内是表层海水，是全浸条件下腐蚀最严重的区域。

海水全浸带的特点包括溶解氧近于饱和，水温高，而且生物活性强。海水全浸带20～30米以上海水中溶解氧随深度下降而下降，温度也降低，腐蚀减轻。

5.海底泥土区

海底泥土区也称为海泥带。海泥的情况与陆上泥土的情况相似，比较复杂。一般钢在该区带的腐蚀比在海水中的缓慢，不锈钢在此区域有局部腐蚀的可能。

二、海岸环境的防腐蚀工程设计原则

1.海岸环境工程的选材原则

在海洋环境的5个腐蚀区带中，对海洋工程结构的腐蚀速率有明显差别，而浪花飞溅带腐蚀最为严重，这一区带的局部腐蚀破坏，会使整个工程结构的承载力大大降低，缩短使用寿命，影响安全生产。而我国浪花飞溅带的工程结构，恰恰很少采取特殊、有效的防腐措施，成了海洋腐蚀防护的“短板”。

海水工程埋件选用材料时，首先就是选用适用的冶金产品品种牌号，这种牌号的产品应该具有符合设计要求的耐腐蚀性能、综合力学性能和适宜的热处理状态，确定采用的品种牌号后，更要严格要求铸件的冶金质量，包括化学成分的准确性、均匀性；其次要考虑生产海水工程埋件的冶金工艺，因为先进的冶炼工艺是生产高质量产品的保证，冲天炉就很难保证成分的准确性和均匀性，只有中低频感应电炉等熔炼炉才能冶炼出优质的铁水，才能保证产品达到设计的要求；最后还要看产品的铸造工艺，先进的铸造工艺才能铸造出不仅外观质量高，而且内在质量好的优质的铸件。这几方面都是选材时应该特别注意的。 

2.海岸环境工程的设计寿命

海岸环境工程的设计寿命是选材的重要原则。工程材料的使用寿命必须满足设计寿命的要求，设计寿命包括工程总寿命和维护周期寿命，对于海岸环境工程用金属材料而言，埋件非暴露面受到海水腐蚀的可能性与腐蚀速率是很低的，所用基体金属材料的使用寿命必须满足设计总寿命的要求，暴露面受到的腐蚀要严重得多，包括其它工件，一般都要进行防腐处理，其防腐效果必须至少满足一个维修周期寿命的要求。

当然，也不应该有过高的剩余寿命，即材料使用寿命应与海水工程的设计要求相适应，所选用金属材料的性能过剩也是一种资源的浪费。 

三、海洋环境工程的防腐措施

1.海洋环境五个区带的比较

图2-3是海洋环境钢铁结构设施在不同环境下的腐蚀规律和防腐措施示意图。可以看出，浪花飞溅带部位是腐蚀最严重的。这是因为在这个区域，钢表面由于受到海水的周期性润湿，经常处于干湿交替状态，氧供应充分，阳光、风吹和海水环境协同作用导致该部位发生最严重的腐蚀。

一般情况下，钢在海洋大气中的平均腐蚀速率约为0.03～0.08mm/a；而浪花飞溅带为0.3～0.5mm/a。同一种钢，在浪花飞溅区的腐蚀速率可比海水全浸区中高出3～10倍。有关实验和调查结果表明，长期在外海暴露的长试件，浪花飞溅带的腐蚀速率最高可达1mm/a以上，而在低潮位以下0.3m全浸区的腐蚀速率仅为0.1～0.3mm/a。

2.钢结构在海洋环境下的防腐特点

由此可见，钢结构在浪花飞溅带的腐蚀最为严重。一旦在这个区域发生严重的局部腐蚀破坏，会大大降低整座钢结构设施的承载力，缩短使用寿命，影响安全生产，提前报废。

因此，发展长期有效的浪花飞溅带防腐蚀技术对保护海洋钢结构设施的安全运行具有极其重要的经济价值和社会意义。

3.海洋工程的防腐建议

如图2-3所示，当前国内对于海洋钢铁设施的防腐措施一般采用如下措施。

（1）大气区通常采用涂料保护。

（2）海水全浸带主要采用电化学保护，并且取得了较好的保护效果。

（3）在浪花飞溅带，涂料和电化学保护都不能发挥有效的保护作用。通常使用的油漆，在海水有力地冲击下剥落得很快，局部腐蚀十分严重。普通的阴极保护由于不能形成电流回路在这个部位也不能发挥丝毫作用。所以，该区域的防腐需综合考虑根据实际情况决定。