桁架式防波堤用超級不銹鋼
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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橋梁、防波堤、消波堤、棧橋和采油平臺等海岸及海洋構(gòu)筑物長期處于海水侵蝕的惡劣環(huán)境，因此，鋼制海洋構(gòu)筑物應(yīng)采取可靠的防腐蝕措施，并定期進行維護管理。
近年來在港口岸壁、棧橋和防波堤的建造中鋼管桁架結(jié)構(gòu)的使用率不斷增加。鋼管桁架結(jié)構(gòu)是由鋼管制成的立體桁架體系，將桁架結(jié)構(gòu)的腿腳與打入海底的鋼樁焊接起來，組成一個整體。鋼管桁架結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的直樁結(jié)構(gòu)和混凝土沉箱結(jié)構(gòu)相比，具有以下優(yōu)點：1）適于大水深、軟地基施工。2）剛性大、抗震性強。3）可在工廠預(yù)制成部件，縮短現(xiàn)場施工時間。但是由于桁架結(jié)構(gòu)采用了鋼管，因此需要關(guān)注海水腐蝕問題。海水腐蝕環(huán)境從海面向下可分為海洋大氣帶、飛濺帶、潮差帶、全浸帶和海土帶等5個帶。其中腐蝕條件較為惡劣的是富含鹽分的飛濺帶和海水水膜表面富含氧分的潮差帶。采用鋅犧牲陽極的電化學(xué)防腐措施，可以對處于全浸帶和海土帶中的鋼材進行有效保護。但電化學(xué)防腐卻不能防止鋼材在飛濺帶和潮差帶中產(chǎn)生腐蝕。如采用涂裝方法，則存在涂裝材料逐年劣化以及被漂流物沖擊發(fā)生剝離的隱患。
對位于飛濺帶和潮差帶的鋼材進行防腐保護和抗沖擊的一種有效措施是覆蓋耐海水腐蝕金屬襯板。過去，海上采油平臺樁腿襯板采用的是90/10銅鎳合金或蒙乃爾400合金等銅鎳合金。近來日本對耐海水腐蝕奧氏體不銹鋼即超級不銹鋼進行了開發(fā)，并對耐海水腐蝕鈦覆蓋技術(shù)進行了研究。通過提高Cr、Mo、N的元素含量，超級不銹鋼在海水環(huán)境下的防銹性、耐點腐蝕性和抗縫隙腐蝕性得到了明顯增強。超級不銹鋼的耐點腐蝕指標(biāo)（PRE）超過40，而普通不銹鋼SUS304和SUS316的PRE分別約為18和24（PRE=%Cr+3.3×%Mo+16×%N）。
為評價超級不銹鋼的耐海水腐蝕性，日本在各地進行了長期海水暴露試驗，結(jié)果證明，SUS312L（20Cr-18Ni-6Mo-0.8Cu-0.2N：PRE=43），SUS836L（23Cr-25Ni-5.5Mo-0.2N：PRE=44）等超級不銹鋼具有優(yōu)秀的耐常溫海水腐蝕性。
試驗通過采用將超級不銹鋼SUS312L和SUS836L以及對比鋼SUS316L的薄鋼板作為襯板，用焊接方法覆蓋在鋼管樁表面，并將其長期浸入海水，包括飛濺帶和潮差帶中。試驗結(jié)果表明，當(dāng)在表面附著藤壺等海洋生物，SUS316L僅在試驗1年后，海洋生物下面鋼板就發(fā)生了縫隙腐蝕，而SUS312L和SUS836L卻沒有銹蝕和點蝕，并且海洋生物下面鋼板也未發(fā)生縫隙腐蝕現(xiàn)象。通過這種長期海水暴露試驗，證明了超級不銹鋼在常溫海水環(huán)境下，不發(fā)生銹蝕、點蝕和縫隙腐蝕，具有良好的耐蝕性。
從1997年開始，將耐海水腐蝕性能良好的SUS312L等超級不銹鋼作為鋼管飛濺帶和潮差帶的襯板材料，用于鋼管桁架式消波堤和棧橋。飛濺帶和潮差帶覆蓋超級不銹鋼襯板的鋼管桁架如圖1所示。
采用單面縫焊電阻焊在超級不銹鋼應(yīng)用于鋼管桁架結(jié)構(gòu)中發(fā)揮了巨大作用。超級不銹鋼作為鋼管桁架襯板時，在其使用期間幾乎不需要修補處理，與其他的覆蓋方法相比，可降低維修費用，但工程初期費用大，材料費高。由于超級不銹鋼可耐受海水環(huán)境腐蝕，因此不必留出腐蝕余量，如果減薄襯板厚度，可以降低材料費。但板厚小于1.5mm時，TIG焊接的熱量容易使鋼板損壞，所以限制了板厚的減薄。單面縫焊電阻焊是將兩片圓盤狀電極與襯板接觸后通電進行焊接的方法，可以焊接0.4mm左右的薄鋼板，從而充分降低了襯板厚度，因此采用單面縫焊電阻焊降低了超級不銹鋼作為鋼管桁架襯板時的初期費用。這種桁架式防波堤和棧橋已經(jīng)應(yīng)用于日本各地的港灣，例如在2010年投入使用的東京國際機場的海上跑道（D跑道）上得到應(yīng)用。D跑道一部分跨過河流，跑道總長1/3采用鋼管桁架式棧橋結(jié)構(gòu)，設(shè)計壽命為100年。在飛濺帶和潮差帶鋼管桁架一部分采用0.4mm厚的SUS312L薄板覆蓋，其余使用超級不銹鋼中耐蝕性最好的USNN08354（23Cr-35Ni-7.5Mo-0.2N：PRE=51）薄板覆蓋。
超級無錫不銹鋼用做防蝕襯板的鋼管桁架式防波堤和棧橋，由于不需要類似于涂裝那樣的定期維護，因此可降低港灣的維修費用。預(yù)計超級不銹鋼在橋梁、防波堤等海洋構(gòu)筑物領(lǐng)域的應(yīng)用會加速增長。