对钢结构腐蚀及防护问题的初探

摘要:根据国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-2008）及行业标准《水工金属结构防腐蚀规范》（SL105－95）等规范和多年从事设计实际工作的经验,对钢结构腐蚀及防护问题—从钢结构腐蚀因素、危害性与防护方法三方面进行了探讨,同时也给设计、施工与维护管理等提供了可靠的技术措施和宝贵的经验,尽量减少和避免钢结构腐蚀方面的事故的发生。

关键词:钢结构 腐蚀 危害性 安全事故 防护措施

1、前言

随着社会的不断进步,科学技术的不断发展,采用钢结构逐步取代混凝土结构是当代建筑业的发展趋势。当前遇到的一项技术难题是如何确保钢结构建筑能在长期使用过程中不会因为腐蚀损坏而引起安全事故。解决钢结构建筑的防护问题,是保证建筑业百年大计的关键措施之一,绝对不能掉以轻心。众所周知,钢结构材料是应用非常广泛的工程材料,但在使用过程中,它们将受到不同形式的直接的或间接的破坏,其中最重要、最常见的破坏形式是断裂、磨损和腐蚀。本文仅对钢结构腐蚀、危害性及防护问题的进行浅析。

2、钢结构的腐蚀因素

经试验和研究表明,钢铁与周围环境（介质）之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。或者说,钢铁的腐蚀是发生在钢铁与介质间的界面上。由于钢铁内部含有不同比例的其他金属杂质,所以它们内部的金属之间则存在具有不同的电极电位,分别产生得到电子或失去电子的不同变化倾向,因此引起其内部发生局部的微电池现象。当有水和氧气存在时,就会发生电化学的腐蚀过程,即钢铁的表面构成原电池的阳极,溶解质则变化为铁离子,铁离子与阴极生成氢氧根离子反应,生成初步的腐蚀产物—氢氧化低铁,再被空气中的氧进一步氧化变为三氧化二铁——铁锈。铁锈具有一定的吸湿性,能够吸收外部大量水分,致使锈蚀层慢慢地进行膨胀,形成疏松的结构层,并使腐蚀向内部继续扩展,不停地进行腐蚀钢结构。同时,在钢铁被腐蚀的最终生成物中,含有与铁锈分离开的硫酸（H2SO4）,有反复地、循环地使腐蚀情况加剧,直至钢结构彻底损坏。

钢铁的腐蚀速度与环境、温度、湿度及有害的介质存在有关,并成正比关系,其中湿度起决定因素。据有关的试验资料表明:当空气的相对湿度在60%以下时,裸露钢铁的表面没有足够的水份形成水膜,则在此种条件下钢铁的腐蚀是比较轻微的。但当相对湿度增加到某一数值时,腐蚀的速度会突然升高,即使在空气中只含有少量的有害侵蚀性介质,对钢铁的加速腐蚀影响也是很大的。

3、腐蚀的危害性

钢铁的锈蚀——腐蚀,通过分析可以看出,它的危害性在于是一种不均匀的破坏。钢铁的锈蚀损伤基本发生在阳极的表面,一旦出现腐蚀坑,往往会继续向纵深发展。据有关试验资料表明,在钢铁表面覆盖有锈蚀产物的腐蚀坑的底部形成小阳极,而暴露在大气中的金属表面是一个大阴极,由于阳极面积小,形成的电流密度大,因此腐蚀的发展比较快。在腐蚀坑的底部由于缺乏氧而出现酸化现象,造成该部位出现自身催化作用,从而大大地加快腐蚀坑的底部向纵深发展的速度,这就是所谓的闭塞电池现象。由于腐蚀坑的面积不断加大,承受荷载的截面不断减少,这样将引起钢结构构件在该处的应力集中,而应力集中又使腐蚀坑底部电位变负,出现对钢铁加速腐蚀的反应过程,这种相互反馈的连锁反应是应力腐蚀的一种典型形式。此时,在低温条件下,将引起钢材的抗冷脆性能下降,在无明显的变形情况下,钢结构构件会突然发生脆性断裂,尤其是在冲击荷载的作用下危险性更大,容易造成结构构件的安全事故。因此,钢结构如不注意环境条件的影响,采取必要的防护措施,必然会加快腐蚀的速度;如果忽视日常巡视维护工作,钢结构构件同样会发生由于锈蚀而容易影响结构正常使用,遗留下结构的安全隐患。

4、钢结构腐蚀的防护

钢结构的防腐蚀是钢结构设计、施工、使用（维护）中必须急待解决的重要问题。防腐蚀的质量标准,它涉及到钢结构的耐久性、工程造价、维护费用、正常使用性能和安全生产等诸方面。钢结构基本上是经常处于各种大气环境的条件下使用,发生腐蚀是一种自然现象。为了防止或减缓钢结构的腐蚀,并延长其使用寿命,从设计、施工与维护管理等方面采取的各种有效措施——钢结构腐蚀的防护方法。(1)合理选材;(2)金属表面覆盖层;(3)长效防腐蚀方法:一般采用热浸镀锌、热浸镀铝（锌）复合涂层或喷塑料涂层进行钢材表面处理,使钢结构的防腐蚀年限达到15～30年,甚至更长,但工程造价比较高;

普通的油漆只具备屏蔽的功能,其钢结构的防腐蚀年限只有1～2年,当水或氧通过涂漆层的孔隙进入金属表面,锈蚀常常先从漆层底部发生,并引起漆层起鼓脱落,再加上油漆层都属于有机物,在大气的环境中容易老化而失去防护功能。因此,对于在大气环境中长期使用的大型金属构件,世界上普遍采用锌或铝这类漆层进行防护,它们除了有一定的屏蔽作用外,更主要的是有阴极保护作用。在防腐蚀的科技界公认,采用同时兼备阴极保护、屏蔽、缓蚀三大功能（所谓缓蚀功能,是指延缓电化学的阴极或阳极的过程,从而减缓涂层的牺牲损耗,延缓腐蚀,延长保护寿命）,又不会老化的无机涂层是钢铁构件在大气环境中最佳的畅销防护方法。目前市场上提供的防火涂料自身并不具备防腐蚀功能,必须先在金属表面涂防腐底漆涂料,然后再涂防火涂料。如果防腐底漆涂料因下部金属腐蚀起鼓脱落,这样就会将防火涂料一同剥离,丧失防火功能,因此,只有防腐底漆涂料层可靠的防护,才能保证防火层的可靠性。

5、结语

综上所述,可以看出,对于钢结构的防腐蚀问题,无论是钢结构设计、施工、使用中,都必须高度重视的重要问题。本文在对钢结构腐蚀的防护问题方面采取的各种有效措施,提供了可靠的技术措施和宝贵的经验,达到尽量减少和避免钢结构腐蚀方面的事故的发生目的。最重要的一点是能够有效消除因腐蚀引起的钢结构构件安全隐患,才能实现确保平安的百年大计。

参考文献

[1]工业建筑防腐蚀设计规范（GB50046-2008）.北京:中国计划出版社,2008.

[2]水工金属结构防腐蚀规范（SL105-95）.北京:中国水利水电出版社,1995.

[3]建筑防腐蚀工程施工及验收规范（GB50212-2002）.北京:中国计划出版社,2003.

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