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基本信息

項(xiàng)目名稱：
象山港公路大橋鋼管樁耐久性研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本項(xiàng)目根據(jù)象山港公路大橋中鋼管樁的防腐蝕設(shè)計(jì)，并結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外對(duì)犧牲陽極和涂層保護(hù)的研究現(xiàn)狀，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。本項(xiàng)目對(duì)犧牲陽極材料的性能，截面大小尺寸對(duì)鋼筋的有效保護(hù)面積的影響，同時(shí)還對(duì)具有涂層缺陷（點(diǎn)蝕）下的重防腐熔解環(huán)氧粉末和環(huán)氧瀝青漆進(jìn)行加速模擬實(shí)驗(yàn)，分析點(diǎn)蝕對(duì)鋼筋的危害現(xiàn)象。該作品成果為鋼管樁防腐措施的質(zhì)量評(píng)定及預(yù)處理提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，具有一定的特色和推廣應(yīng)用價(jià)值。
詳細(xì)介紹：
象山港公路大橋建成后，寧波到象山的車程由原來的130公里縮短到50公里，凸顯象山港沿灣區(qū)位優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展。象山港公路大橋工程規(guī)模大，施工難度高，鋼管樁大量使用，費(fèi)用高。因此設(shè)計(jì)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理、技術(shù)先進(jìn)的防腐蝕體系，有效地全面控制鋼管樁的腐蝕，對(duì)延長(zhǎng)工程壽命和節(jié)能減材具有重要和現(xiàn)實(shí)意義。為了對(duì)防腐蝕體系進(jìn)行系統(tǒng)的論證，本文特設(shè)計(jì)了3組試驗(yàn)進(jìn)行了研究： 實(shí)驗(yàn)一：目前關(guān)于鎂基陽極，鋁基陽極，鋅基陽極的電化學(xué)性能研究工作雖然較多，但進(jìn)行性能效果的比較較少。通過對(duì)在陰陽極表面積、溶液成分相同下，三種不同的犧牲陽極材料對(duì)鋼筋的保護(hù)性能的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，計(jì)算其腐蝕速率和陽極損失質(zhì)量，來比較這三種不同陽極材料對(duì)鋼筋的保護(hù)效能。得出以下結(jié)論： 1）鎂基保護(hù)電流最大，呈下降趨勢(shì)，鋅基次之，鋁基最小，但后兩者電流穩(wěn)定，變化幅度?。? 2）鎂基質(zhì)量損失最快，約是鋁基的61倍，鋅基的15倍。 3）鎂基對(duì)鋼筋的保護(hù)效果最好，幾乎不腐蝕，鋅基次之，鋁基最小，腐蝕較嚴(yán)重。 實(shí)驗(yàn)二：鋼管樁涂層的施工，運(yùn)輸，及安裝過程中，經(jīng)常會(huì)由于各種原因，造成點(diǎn)蝕，縫隙腐蝕、空泡腐蝕、磨蝕等缺陷，這些腐蝕的存在會(huì)降低涂層的使用壽命，更有甚者會(huì)加速鋼管樁的局部腐蝕，嚴(yán)重縮短鋼管樁的壽命。該實(shí)驗(yàn)對(duì)重防腐熔結(jié)環(huán)氧粉末和美國阿科瓏公司所生產(chǎn)的環(huán)氧瀝青漆的點(diǎn)蝕現(xiàn)象進(jìn)行加速實(shí)驗(yàn)，得出環(huán)氧瀝青漆優(yōu)于重防腐熔結(jié)環(huán)氧粉末，具有較小的點(diǎn)蝕孔深和孔徑。隨著時(shí)間，腐蝕會(huì)向內(nèi)延伸，直到鋼片擊穿。 實(shí)驗(yàn)三：目前國內(nèi)鋼管樁犧牲陽極塊材料、規(guī)格型號(hào)主要依據(jù)單根鋼管樁的保護(hù)面積和保護(hù)電流來確定，而由犧牲陽極壽命公式確定陽極數(shù)量與陽極塊更換時(shí)間。而對(duì)于按鋼管樁保護(hù)電位來設(shè)計(jì)陽極塊安裝位置和陽極塊尺寸的研究較少。本實(shí)驗(yàn)采用不同大小的鎂基陽極塊對(duì)鋼筋的腐蝕速率，陽極的有效保護(hù)面積進(jìn)行研究，得出結(jié)論： 1）鎂基陽極大小，形狀相同，鋼管樁越長(zhǎng)，保護(hù)電位越低。 2）鎂基陽極在海水中電位的變化，是其固有屬性，與面積，鋼管樁長(zhǎng)度等無關(guān)。 3）鎂基陽極電位越負(fù)，陽極面積越大，可以保護(hù)的有效面積就越大，保護(hù)效果也越好。 本文對(duì)今后海工環(huán)境下的橋梁，碼頭等鋼管樁的防腐蝕方案選擇，防腐設(shè)計(jì)，具有一定的借鑒和指導(dǎo)作用。

作品圖片

  • 象山港公路大橋鋼管樁耐久性研究
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作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目前，我國正處于城市化加速的進(jìn)程中，每年用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的費(fèi)用高達(dá)2萬億元以上。照此來看，約30-50年后，這些工程也將進(jìn)入維修期，所需的維修費(fèi)用和重建費(fèi)用將更為巨大。但我國能源短缺，資源并不豐富，因此有效利用資金，節(jié)約能源，是迫切需要的。 基本思路：收集象山港大橋的地理和水文資料，選取海水，土壤，鋼管樁碎片等樣品，對(duì)鋼管樁的防腐涂料，陰極保護(hù)進(jìn)行研究，比較不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

本項(xiàng)目通過分析象山海洋環(huán)境，對(duì)海水和土壤中氯離子濃度進(jìn)行分析，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行加速腐蝕試驗(yàn)，比較不同防腐涂料和犧牲陽極材料等對(duì)鋼材的保護(hù)效能，總結(jié)不同防腐措施的優(yōu)缺點(diǎn)。 獨(dú)特之處：對(duì)幾種不同犧牲陽極材料研究，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，比較幾種陽極對(duì)鋼材的保護(hù)效能；采用新涂料對(duì)比實(shí)驗(yàn)，比較不同涂料的優(yōu)缺點(diǎn)。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

在應(yīng)用方面：該項(xiàng)目的成果將可用于各種海洋環(huán)境的鋼管樁結(jié)構(gòu)工程中，可延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命和減少鋼管樁后期的維護(hù)，檢修費(fèi)用。在經(jīng)濟(jì)方面：現(xiàn)今我國每年用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費(fèi)用高達(dá)2萬億元以上，而腐蝕造成的結(jié)構(gòu)耐久性不足是經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1800~3600億元，該項(xiàng)目的成功研制會(huì)更大限度的降低腐蝕對(duì)鋼管樁耐久性的影響，減小工程后期對(duì)鋼管樁的維護(hù)，檢修資金。

學(xué)術(shù)論文摘要

象山港公路大橋建成后，寧波到象山的車程由原來的130公里縮短到50公里，不僅凸顯象山港沿灣區(qū)位優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且有利于實(shí)現(xiàn)寧波社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)、協(xié)調(diào)發(fā)展。象山港公路大橋工程規(guī)模大，施工難度高，鋼管樁大量使用，費(fèi)用高。為了對(duì)防腐蝕體系進(jìn)行系統(tǒng)的論證，本文特設(shè)計(jì)了3組試驗(yàn)進(jìn)行了研究： 實(shí)驗(yàn)一：通過對(duì)在陰陽極表面積、溶液成分相同下，三種不同的犧牲陽極材料對(duì)鋼筋的保護(hù)性能的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，計(jì)算其腐蝕速率和陽極損失質(zhì)量，來比較這三種不同陽極材料對(duì)鋼筋的保護(hù)效能。 實(shí)驗(yàn)二：該實(shí)驗(yàn)對(duì)重防腐熔結(jié)環(huán)氧粉末和美國阿科瓏公司所生產(chǎn)的環(huán)氧瀝青漆的點(diǎn)蝕現(xiàn)象進(jìn)行加速實(shí)驗(yàn)，得出環(huán)氧瀝青漆優(yōu)于重防腐熔結(jié)環(huán)氧粉末，具有較小的點(diǎn)蝕孔深和孔徑。隨著時(shí)間，腐蝕會(huì)向內(nèi)延伸，直到鋼片擊穿。 實(shí)驗(yàn)三：按鋼管樁保護(hù)電位來設(shè)計(jì)陽極塊安裝位置和陽極塊尺寸的研究較少。本實(shí)驗(yàn)采用不同大小的鎂基陽極塊對(duì)鋼筋的腐蝕速率，陽極的有效保護(hù)面積進(jìn)行研究。本文對(duì)今后海工環(huán)境下的橋梁，碼頭等鋼管樁的防腐蝕方案選擇，防腐設(shè)計(jì)，具有一定的借鑒和指導(dǎo)作用。

獲獎(jiǎng)情況

《鋼管樁耐久性研究的發(fā)展與應(yīng)用》于2010年9月在寧波工程學(xué)院學(xué)報(bào)上發(fā)表

鑒定結(jié)果

情況屬實(shí)

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋼管樁耐久性進(jìn)行了大量研究，主要是對(duì)防腐材料和防腐措施的分析和研究。 在鋼管樁防腐涂料方面的研究從未間斷過。從開始的石油瀝青防腐涂層，環(huán)氧煤瀝青涂層，應(yīng)用包覆聚乙烯涂層，和環(huán)氧粉沫防腐涂層，到90年代開始應(yīng)用的三層結(jié)構(gòu)纏繞聚乙烯涂層，鋼管樁的防腐研究不斷發(fā)展，而21世紀(jì)環(huán)氧樹脂粉末涂料，聚乙烯三層結(jié)構(gòu)，耐海水特種鋼等也被廣泛應(yīng)用到工程中。 1）聚乙烯三層結(jié)構(gòu)：防護(hù)層又稱三層PE/PP，其結(jié)構(gòu)由以下三層組成：底層為熔結(jié)環(huán)氧，中間層為膠粘劑，面層為擠塑聚乙烯。三層PE防腐層， 2）熔結(jié)環(huán)氧粉末：采用熱固性粉末涂料噴涂一次成膜的生產(chǎn)工藝，其防腐性能極其優(yōu)越，耐化學(xué)腐蝕性好，與基材粘結(jié)強(qiáng)度高，表面光滑，耐磨、耐高溫，壽命可超過40年；涂裝時(shí)充分熔化流動(dòng)，流平覆蓋于鋼管表面，與基材間沒有空隙，完全緊密結(jié)合，且在此過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，環(huán)氧粉末樹脂受熱固化交聯(lián)形成連續(xù)的熱固性聚合物，和鋼管形成某種程度的化學(xué)鍵。 3）交聯(lián)聚乙烯熱縮帶包覆：聚乙烯是性能穩(wěn)定、優(yōu)良耐腐蝕性能的材料。將它經(jīng)過一定的處理手段后包覆于鋼結(jié)構(gòu)之上，經(jīng)加熱收縮后，將其箍緊，形成一有機(jī)體封閉系統(tǒng)，阻止Cl-、O2、H20等有害物質(zhì)的侵入。據(jù)日本推算，這種材料單獨(dú)用于海洋浪濺區(qū)環(huán)境中，當(dāng)厚度達(dá)到2.5mm時(shí)，壽命可達(dá)40年以上。 除了在鋼管樁表面噴涂防腐材料外，各種利用電化學(xué)原理而采用的防腐措施也發(fā)展的十分迅速。 1）金屬噴涂保護(hù)措施 （1）熱噴涂：金屬熱噴涂是利用某種形式的熱源將金屬噴涂材料加熱，使之形成熔融狀態(tài)的微粒，這些微粒在動(dòng)力的作用下，以一定的速度沖擊并沉附在基體表面上，形成具有一定特性的金屬涂層。水工鋼結(jié)構(gòu)件等基體材料的表面，經(jīng)過熱噴涂技術(shù)處理，得到了耐腐蝕、耐磨蝕的金屬保護(hù)涂層，從而增強(qiáng)水工鋼結(jié)構(gòu)件耐腐、耐磨的性能。 （2）冷噴涂：冷噴涂技術(shù)是在鎂合金表面上生成厚的鋁鍍膜的一種有效方法，該方法對(duì)表面制備要求不高，而且對(duì)鍍件的力學(xué)或熱學(xué)特性無需顧及。鋁鍍膜表現(xiàn)出對(duì)鎂元件具有防止各種以及電腐蝕的能力。 2）陰極保護(hù)措施：主要是提高環(huán)境中原有陽極的電位，使之處于陰極地位，鋼材變成電位較低的一極，電子就從外部朝鋼材一陰極流動(dòng)，從而阻止鋼材的腐蝕速度。陰極保護(hù)能有效抑制晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、疲勞腐蝕等由電解質(zhì)引起的其他腐蝕行為。陰極保護(hù)措施技術(shù)可靠，控制效果好，使用年限長(zhǎng)。
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