去年6月下旬，美國邁阿密一棟海濱公寓（尚普蘭大廈）的坍塌已經造成12人死亡，仍有149人下落不明。關于這起事故的原因眾說紛云，其中有專家推測有涉及濫用海砂問題。

 

幾年前就有工程師指出結構問題

美媒25日消息稱，事故調查披露的一份報告顯示，有工程師早在3年前向公寓管理方發出警告，該建筑結構已經出現損壞。

美國《華盛頓郵報》報道稱，當地官員于25日晚公布了一份來自2018年的報告。撰寫報告的工程師弗蘭克·莫拉比托指出，該公寓的初始設計存在明顯錯誤，防水層是平鋪的，而不是傾斜以讓積水下流。他表示，如果不趕快更換防水層，公寓的混凝土會加速劣化。

 

莫拉比托還說，公寓地下停車場的墻壁、柱子和橫梁，在當時已經出現了“大量”裂縫和破碎。“雖然其中一些損壞并不顯著，但大部分的混凝土損壞都需要得到及時修復。”他寫道。美媒稱，雖然莫拉比托沒有提到公寓有倒塌的風險，但他表示需要完成這些修復，才能“保持建筑的結構完整性”。

 

沉降和海水侵蝕可能是誘因

佛羅里達國際大學環境研究所教授西蒙·沃多溫斯基向媒體披露，他在2020年的一項研究中確定，這幢大樓在20世紀90年代就出現了下沉跡象。從1993年到1999年，公寓下沉速度約為每年2毫米。

沃多溫斯基稱，單看這種沉降，可能不是塌樓的直接原因，但卻是一個促成因素。“像這樣的坍塌事故非常罕見，除非是落水洞破壞地基這樣的明顯原因，其成因可能會需要數年時間才能確定。海水對建筑造成的侵蝕，以及未經允許進行的內部裝修是否破壞承重結構都需要進行調查。” 沃多溫斯基說。

 

海砂的不合規使用也或許是造成事故的元兇

佛羅里達州瑟夫賽德市市長查爾斯·W·伯克特稱，這棟大樓不應該以這種方式坍塌，除非有人從大樓底部將承重柱完全拉出！

 

加州地震安全委員會主席兼結構工程師Kit Miyamoto則稱，這種坍塌屬于典型的承重柱失效，建筑物直接失去支撐，出現潰縮性坍塌，但他沒有表示為何會出現這種潰縮性坍塌的可能。

 

混凝土維修項目專家 Greg Batista則稱，這里的濱海位置可能會引起鋼筋混凝土內部生銹引起剝落而導致“混凝土癌癥”“concrete spalling ”的發生，這種腐蝕過程會在內部慢慢發生，鋼筋和混凝土之間出現間隙，缺少附著力，結構徹底失效出現坍塌！

 

這棟公寓樓內部的鋼筋是如何被海水銹蝕的？大致有兩種可能：1、早期的混凝土攪拌的沙子可能來自海砂，其中的氯化鈉會導致鋼筋逐漸銹蝕；2、地處海邊，大氣中微鹽顆粒含量比較高，雨水中深入大樓開裂的縫隙，從而慢慢銹蝕。

就腐蝕效率和徹底方面而言，海砂沒有徹底清洗（海砂清洗后也可以按等級使用到各種建筑），相對這種可能性會更高。

 

在官方調查出爐之前，各種猜測不斷涌現，但就當前而言，拯救生命更重要。然而事故的原因無論耗時幾年，都應當被調查清楚并公之于眾。畢竟亡羊補牢猶未為晚。

延伸閱讀

氯離子腐蝕大全

 

1、普及下常規不銹鋼用于哪些氯離子環境

不銹鋼材質耐氯離子腐蝕標準可參照《火電廠循環水處理》一書明確約定：

⑴、T304不銹鋼使用環境：氯離子含量為0-200mg/L

⑵、T316不銹鋼使用環境：氯離子含量為＜1000mg/L

⑶、T317不銹鋼使用環境：氯離子含量為＜5000mg/L

按規范《GB 50235-2010 工業金屬管道工程施工規范》、《GB 50184-2011 工業金屬管道工程施工質量驗收規范》規定，水中氯離子含量不得超過25mg/L（25ppm）。

液壓試驗應符合下列規定：液壓試驗應使用潔凈水。當對不銹鋼、鎳及鎳合金管道，或對連有不銹鋼、鎳及鎳合金管道或設備的管道進行試驗時，水中氯離子含量不得超過25mg/L（25ppm）。

2、不銹鋼、超級不銹鋼和鈦材所用氯離子環境

下圖為不銹鋼、超級不銹鋼和鈦材所用氯離子環境。

紅色為低ppm和低溫環境，選用常規不銹鋼304，綠色高溫和高ppm環境，先用純鈦TA1。

從圖表可以看出，耐氯離子腐蝕有個簡易的排列：

304<316L<904L<254SMO<純鈦

3、雙相鋼耐氯離子腐蝕怎么樣？

有同學會問，雙相鋼耐氯離子腐蝕怎樣？性能如何？

下圖為PRE耐腐蝕當量值，耐點腐蝕指數 PRE (Pitting

Resistance Equivalent) 數值反映的是材料的耐氯離子點腐蝕傾向。

從下圖可以看出，雙相鋼2101、2304、2205、2507四個牌號耐腐蝕傾向均大于普通316L，有些材料和超級不銹鋼相當。

如2507耐點腐蝕就媲美254SMO，2205與904L的耐氯離子點腐蝕腐蝕性能相當。

代入上面第2部分，很清楚可以看到他們排在什么位置。

 

 

 

上面G150腐蝕試驗是奧托昆普發明的電化學臨界點蝕溫度的標準試驗方法，臨界點腐蝕溫度如上：可以看出，G150結果與PRE數值結果類同。

4、超級不銹鋼254SMO與316L耐氯離子腐蝕

 

 

 

上面黑白圖和藍色圖一樣，是來自奧托昆普不同年份和版本的圖示，可以看出：

316L耐氯離子點腐蝕性能遠低于254SMO，耐縫隙腐蝕結果同樣。

如60度溫度時候，316L僅耐200ppm不到，904L耐8500ppm，254SMO耐15000ppm氯離子。

數值大家可以按圖索驥。

 

5、FGD脫硫氯離子+氟離子腐蝕選材（55~70度）

 

 

 

 

以上兩圖年代不同，結果類似，上圖是奧托昆普結果，下圖為德國VDM公司。

圖示收集了從0~20萬ppm氯離子+氟離子腐蝕工況（大部分是氯離子）的選材區間，是不可多得的氯離子選材參考。

下圖更直觀，50~70度溫度下，按照酸堿性和氯離子濃度直接找到對應材料即可。

 

 

 

6、鈦系列金屬耐氯離子腐蝕如何？

 

 

 

 

上一張圖標，第一行是鈦材，可以看出，當C276鎳基合金在204度的溫度、3000ppm高壓釜下開始有點腐蝕時候，鈦材還依然在戰斗，沒有任何腐蝕。

所以文末，小編來談談鈦材在氯離子腐蝕上的應用。

眾所周知，鈦材對高氯離子的海水環境幾乎是免疫的，基本沒有腐蝕。

海水的鹽度通常小于5%，根據長期的實驗和實際使用，認為純鈦可以在120度以下的海水中安全使用，但溫度再升高就有可能發生縫隙腐蝕，繼續升高就有可能發生點蝕。

鈦在不同濃度，PH值(3- 9)，溫度的NaCl溶液中的使用范圍見下圖所述！

 

 

 

 

鈦鈀合金(Ti-0.2Pd，Grade 7)和鈦鎳鉬合金(Ti-Grade-12)，可以用到260度的高溫加壓海水中！

下面是純鈦，鈦鈀合金(Grade 7), 鈦鎳鉬合金(Grade 12)在不同濃度的氯化鈉溶液，氯化鎂溶液中的耐腐蝕結果。

 

 

 

 

 

 

 

可以看出，在該工況中，鈦鈀合金和鈦鎳鉬合金耐氯離子的程度比純鈦高的多！

耐腐蝕度： Grade 7 > Grade 12 > 純鈦（Grade 2） 

注意：圖中白色圓圈代表可以使用；黑色圓圈代表容易發生縫隙腐蝕或點蝕；白色三角形代表發生輕微的縫隙腐蝕，但是不影響使用。

 

從以上幾個部分分章節分析來看，相信大家已經比較清楚了吧？

希望本文對你有用。

福利：

對于重量百分比、體積百分比與ppm之間的換算，請另存下圖

 

 

 

 

對于摩爾濃度與重量百分比之間的換算，簡單如下：

 

 

 

 

 

 

氯離子腐蝕環境下怎么選材？這篇文章非常清晰！

一  不銹鋼的腐蝕失效分析

1、應力腐蝕：

不銹鋼在含有氧的氯離子的腐蝕介質環境產生應力腐蝕。應力腐蝕失效所占的比例高達45%左右。

 

常用的防護措施：

• 合理選材

  選用耐應力腐蝕材料主要有高純奧氏體鉻鎳鋼、高硅奧氏體鉻鎳鋼、高鉻鐵素體鋼和鐵素體—奧氏體雙相鋼。其中，以鐵素體—奧氏體雙相鋼的抗應力腐蝕能力最好。

• 控制應力
  裝配時，盡量減少應力集中并使其與介質接觸部分具有最小的殘余應力，防止磕碰劃傷，嚴格遵守焊接工藝規范。

• 嚴格遵守操作規程

  嚴格控制原料成分、流速、介質溫度、壓力、pH值等工藝指標。

• 在工藝條件允許的范圍內添加緩蝕劑

  鉻鎳不銹鋼在溶解有氧的氯化物中使用時，應把氧的質量分數降低到1.0×10^-6以下。

  實踐證明，在含有氯離子質量分數為500.0×10^-6的水中，只需加入質量分數為150.0 ×10^-6的硝酸鹽和質量分數為0.5×10^-6亞硫酸鈉混合物就可以得到良好的效果。

 

2、孔蝕失效及預防措施

小孔腐蝕一般在靜止的介質中容易發生。蝕孔通常沿著重力方向或橫向方向發展，孔蝕一旦形成：即向深處自動加速。

 

不銹鋼表面的氧化膜在含有氯離子的水溶液中會產生溶解，最終在基底金屬上生成孔徑為20μm～30μm小蝕坑：這些小蝕坑便是孔蝕核。只要介質中含有一定量的氯離子,便可能使蝕核發展成蝕孔。

 

 

 

常見預防措施有：

• 在不銹鋼中加入鉬、氮、硅等元素或加入這些元素的同時提高鉻含量；

• 降低氯離子在介質中的含量；

• 加入緩蝕劑，增加鈍化膜的穩定性或有利于受損鈍化膜得以再鈍化;

• 采用外加陰極電流保護，抑制孔蝕。

 

 

3、點腐蝕

由于任何金屬材料都不同程度的存在非金屬夾雜物，這些非金屬化合物，在Cl^-離子的腐蝕作用下將很快形成坑點腐蝕，在閉塞電池的作用，坑外的Cl^-離子將向坑內遷移，而帶正電荷的坑內金屬離子將向坑外遷移。在不銹鋼材料中，加Mo的材料比不加Mo的材料在耐點腐蝕性能方面要好，Mo含量添加的越多，耐坑點腐蝕的性能越好。

 

 

4、縫隙腐蝕

縫隙腐蝕與坑點腐蝕機理一樣，是由于縫隙中存在閉塞電池的作用，導致Cl^-離子富集而出現的腐蝕現象。這類腐蝕一般發生在法蘭墊片、搭接縫、螺栓螺帽的縫隙，以及換熱管與管板孔的縫隙部位，縫隙腐蝕與縫隙中靜止溶液的濃縮有很大關系，一旦有了縫隙腐蝕環境，其誘導應力腐蝕的幾率是很高的。

 

二 幾種不銹鋼在含氯水溶液中的適用條件

 

 

1、304型不銹鋼

這是一種最廉價、最廣泛使用的奧氏體不銹鋼（如食品、化工、原子能等工業設備），適用于一般的有機和無機介質。例如：濃度＜30％、溫度≤100℃或濃度≥30％、溫度＜50℃的硝酸；溫度≤100℃的各種濃度的碳酸、氨水和醇類。

 

在硫酸和鹽酸中的耐蝕性差；尤其對含氯介質(如冷卻水)引起的縫隙腐蝕最敏感。

 

 

2、304L型不銹鋼

耐蝕性和用途與304型基本相同。由于含碳量更低（≤0.03％），故耐蝕性（尤其耐晶間腐蝕，包括焊縫區）和可焊性更好，可用于半焊式或全焊式PHE。

 

 

3、316型不銹鋼

適用于一般的有機和無機介質。例如,天然冷卻水、冷卻塔水、軟化水；碳酸；濃度＜50％的醋酸和苛性堿液；醇類和丙酮等溶劑；溫度≤100℃的稀硝酸（濃度≤20％、稀磷酸（濃度≤30％等。但是，不宜用于硫酸。由于約含2％的Mo，故在海水和其他含氯介質中的耐蝕性比304型好，完全可以替代304型。

 

 

4、316L型不銹鋼

耐蝕性和用途與316型基本相同。由于含碳量更低（≤0.03％），故可焊性和焊后的耐蝕性也更好，可用于半焊式或全焊式PHE。

 

 

5、 317型不銹鋼

適合要求比316型使用壽命更長的工況。由于Cr、Mo、Ni元素的含量比316型稍高，故耐縫隙腐蝕、點蝕和應力腐蝕的性能更好。

 

 

6、AISI 904L或 SUS 890L 型不銹鋼

這是一種兼顧了價格與耐蝕性的高性價比的奧氏體不銹鋼，其耐蝕性比以上幾種材料好，特別適合一般的硫酸、磷酸等酸類和鹵化物（含Cl^-、F^- ）。由于Cr、Ni、Mo含量較高，故具有良好的耐應力腐蝕、點蝕和縫隙腐蝕性能。

 

 

7、Avesta 254 SMO高級不銹鋼

這是一種通過提高Mo含量對316 型進行了改進的超低碳高級不銹鋼，具有優良的耐氯化物點蝕和縫隙腐蝕性能，適用于不能用316型的含鹽水、無機酸等介質。

 

 

8、Avesta 654 SMO高級不銹鋼

這是一種Cr、Ni、Mo、N含量均高于254 SMO的超低碳高級不銹鋼，耐氯化物腐蝕的性能比254 SMO更好，可用于冷的海水。

 

 

9、RS-2（OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb）不銹鋼

這是一種國產的Cr–Ni–Mo-Cu不銹鋼。耐點蝕和縫隙腐蝕的性能相當于316型，而耐應力腐蝕的性能更好。可用于80 ℃以下的濃硫酸（濃度90~98％），年腐蝕率≤0.04mm/a。

 

 

10、Incoloy 825( S) 

這是一種Ni（40％）–Cr（22％）–Mo（3％）高級不銹鋼。Incoloy是the nternational Nickel Co.公司的注冊商標。適用于低溫下各種濃度的硫酸；在濃度為50％~70％的苛性堿（如NaOH）溶液中，具有良好的耐蝕性，不產生應力腐蝕開裂。但是，對氯化物引起的縫隙腐蝕卻很敏感。此外，沖壓性能也不太好，故不是板片常用的材料。

 

 

11、31合金

這是一種由904L改進后的（提高Mo、N含量）、標準的6％Mo高級不銹鋼(31％Ni-27％Cr-6.5％Mo-32％Fe)。在許多介質中的耐蝕性比904L更好；在濃度20％~80％、溫度60℃~100℃的硫酸中，耐蝕性能甚至超過 C-276。

 

 

12、33合金

這是一種完全奧氏體化的鉻基高級不銹鋼，其耐蝕性可與Inconel 625等一些Ni-Cr-Mo合金媲美。在酸性和堿性介質(包括硝酸、硝酸與氫氟酸的混合物)中，具有良好的耐局部腐蝕和應力腐蝕開裂的性能；在濃硝酸中的耐蝕性比304L好得多。例如：適用于濃度大于96％~99％、溫度≤150℃、氧化硫含量小于200mg/L的硫酸；熱的海水；濃度≤50％、沸騰的強腐蝕性溶液；濃度≤85％、溫度≤150℃的磷酸等。但是，不適用于還原性介質(如稀硫酸等)。價格與C-276相差不多。

 

 

13、C-2000合金

這是一種二十世紀90 年代研發的鎳基合金，價格與C-276相近，是以上材料中耐腐蝕性能最好者之一。在中等濃度以下的硫酸、稀鹽酸和沸騰溫度下，濃度≤50％的磷酸以及熱的氯化物等介質中，其耐蝕性比C-276和C-22更好, 有取代C-22合金的趨勢。但是，對于濃度≥70％的硫酸，耐蝕性不如C-276。

 

 

14、59合金

化學成分與C-2000比較，除了Ni含量稍高(59％)，且低Fe、無Cu或W外，其余基本上相同。這是目前鎳基合金中耐蝕性、熱穩定性、可沖壓性和可焊性最好的一種材料，自1990年商業化以來，已廣泛用于硫酸、鹽酸、氫氟酸以及含氯、含氧、低pH值的許多介質。

 

三 基于溫度及氯離子含量的材料選用表