1、1钢结构腐蚀的防护与控制摘要：建筑钢结构的腐蚀问题是一大安全隐患，文章从钢结构腐蚀原理的角度出发, 探析了钢结构的腐蚀和防腐蚀措施及控制。 关键词：钢结构；腐蚀；防腐蚀 Abstract: the corrosion problem of steel building structure is a big security hidden danger, the corrosion of steel structure theory, analysis of the corrosion of steel structure and corrosion prevention and control
2、 measures. Key words: steel structure; corrosion; corrosion 中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号： 前言 随着我国钢材产量的稳步上升，新型钢结构体系的不断出现以及钢结构先进施工技术的大力推广，使得钢结构工程飞速发展。同时钢结构因具有自重轻，强度高，塑性和韧性好，施工周期短等特点，被广泛应用于各类工业与民用建筑，使得钢结构作为当代建筑业的发展趋势, 具有广阔的应用空间，其安全性也渐渐得到了重视。众所周知，钢材耐腐蚀性差、耐火性差是两大缺点，也成为了钢结构工程的两大安全隐患。钢材在空气或潮湿环境中易锈蚀，对钢结构造成的损害是极
3、其严重的。据统计, 每年由于腐蚀原因使全球大约损失 10%20%的金属, 约合 7000多亿美金，其中建筑用钢材的腐蚀造成的经济损失尤为巨大。因此，钢2结构防腐蚀对国民经济的发展显得尤为重要。1994 年韩国发生一起公路桥坍塌事故造成多人遇难。该桥是 1979 年建成的，在多次检查中没有发现焊缝裂纹，但发现桥梁竖杆断裂面有大范围的锈迹。钢结构的腐蚀是最致命的一个因素，因此对钢结构的腐蚀机理和防护措施、质量监控的研究非常必要。 1 钢结构腐蚀的类型 钢结构腐蚀的类型归纳起来主要有大气腐蚀、局部腐蚀和应力腐蚀三种。 1）大气腐蚀 钢结构的大气腐蚀主要是由空气中的水和氧气等的化学和电化学作用引起的,
4、 是一种常见的腐蚀现象。大气中水蒸汽形成金属表层的电解液层, 而空气中的氧溶于其中作为阴极去极剂, 二者与钢构件形成了一个基本的腐蚀原电池。当大气腐蚀在钢构件表面形成锈层后, 腐蚀产物会影响大气腐蚀的电极反应。 2）局部腐蚀 局部腐蚀是钢结构最常见的破坏形态, 主要包括电偶腐蚀、缝隙腐蚀。 电偶腐蚀主要发生在钢结构不同金属组合或者连接处, 其中电位较负的金属腐蚀速度较大, 而电位较正的金属受到保护, 两种金属构成了腐蚀原电池。 当钢结构的不同构件之间、构件与非金属的表面间存在缝隙, 并有介质存在的时候就会发生局部缝隙腐蚀。钢结构中，由于有些连接中的3缝隙在工程中是不可避免的, 所以钢结构的缝隙
5、腐蚀也是不可完全避免的。 3）应力腐蚀 由于钢结构既要承受拉伸、压缩、弯曲和扭转等各种应力的作用, 又要受到腐蚀介质的作用, 所以钢构件极易发生应力腐蚀。在腐蚀环境中, 钢结构受力作用会使腐蚀加速, 即在某一特定的介质中, 钢结构不受到应力作用时腐蚀甚微,但是受到应力作用后, 经过一段时间后构件会发生突然断裂。由于这种应力腐蚀断裂事先没有明显的征兆, 往往造成灾难性后果，带来巨大的经济损失和人员伤亡。 2 建筑钢结构的防腐蚀方法及特点 钢结构在各种大气环境条件下使用，产生腐蚀是一种自然现象。钢结构的防腐蚀是钢结构设计、施工、使用中必须解决的重要问题,它涉及到钢结构的耐久性、造价、维护费用、使用
6、性能等方面。我们必须采取措施防止或减少钢结构的腐蚀,以免增加结构后期维护费用，影响其使用寿命。具体措施如下： 1、提高基材的耐蚀性 提高基材的耐蚀性可采用具有抗腐蚀能力的耐候钢。耐候钢是在低碳钢或低合金钢中添加铜、铬、镍等合金元素制成的一种耐大气腐蚀的钢材。在大气作用下，表面自动形成一种致密的防腐薄膜，起到抗蚀作用。这种钢材不涂装就可以使用，很适应于露天的结构。 2、长效防腐 长效防腐蚀方法,即用热镀锌、热镀铝(锌) 复合涂层进行钢材表面4处理,使钢结构的防腐蚀年限达到 2030 年,甚至更长。 （1）热浸锌防腐 热浸锌防腐是将除锈后的钢材中侵入 600 高温融化的锌液中,使钢材中表面附着锌层
7、。在一般大气环境下可以提供 10 年左右的有效保护,质量稳定,因而被大量用于受大气腐蚀较严重且不易维修的室外钢结构。热浸锌是钢材防腐方法中最普遍、最有效的工艺措施。 热浸锌防腐工艺受渡槽容积所限，不能对较大尺寸结构进行防腐施工；其次,不能到现场进行热浸锌防腐，只能在固定的工厂施工，势必造成大量的往返运输费用；此外，热浸锌镀层碰伤后，自身无法恢复。因此热浸锌方法最适宜于小钢构件、轻型钢构件的防腐。 （2）热喷铝(锌)复合涂层防腐 热喷铝(锌)复合涂层防腐是先对钢构件表面做喷砂除锈，使其表面露出金属光泽并打毛。采用燃烧火焰、电弧等作为热源, 将喷涂材料加热到塑态和熔融状 态, 并用压缩空气将材料呈
8、雾化的颗粒喷射并沉积到基材表面形成涂层的工艺方法。 热喷铝(锌)复合涂层防腐的优点是对构件尺寸适应性强，构件形状尺寸几乎不受限制，且这种工艺的热影响是局部的，受约束的，因而不会产生热变形。 3、涂层防腐 涂层法,即在钢结构表面涂(喷) 油漆或其他防腐蚀涂料,其耐久年限一般为 510 年。涂层防腐作为钢结构最常用的防腐蚀方法, 具有成本5低、工艺简单、场地要求不严格等优点, 但是其防腐蚀性一般不如长效防腐蚀技术, 用于户外时维护成本偏高。该技术的关键是除锈和涂料的选择。优质的涂层依赖于彻底的表面预处理, 在相同的涂层防护条件下有效期涂层的使用寿命相差将近一半。因此一般多用喷砂喷丸除锈, 钢构件表
9、面必须露出金属的光泽, 并且除去所有的锈迹和油污,现场施工的涂层可用手工除锈。 4、阴极保护技术 对于需要在水下或地下使用的钢结构， 一般采用阴极保护的防腐蚀方式，共分外加电流式和牺牲阳极式两种形式。外加电流措施是对于裸露的钢构件实施外加电流, 需要消耗大量的保护电能。牺牲阳极措施主要利用比钢材的电位更负的金属和合金制成牺牲性的阳极, 从而使钢结构本身免遭腐蚀。研究表明, 阴极保护技术是海工钢结构行之有效的防腐蚀措施, 经采取该措施后的钢结构腐蚀速度可大大减少。 3 建筑钢结构防腐蚀应注意的问题 1、重视钢结构防腐与涂装的规定 钢结构防锈及涂装设计应综合考虑结构的重要性、环境侵蚀条件、维护条件
10、及使用寿命，以及施工条件与工程造价等因素，合理的选用或确定钢材表面原始锈蚀等级、除锈方法与等级（参见涂装前钢材表面锈蚀等级和涂装等级GB8923-88） 、涂料与涂装要求以及涂装施工的质量检验要求（参见钢结构工程施工质量验收规范GB50205 -2001）等。2、加强钢结构设计和施工质量的控制 6钢结构设计中的构件尺寸要与防腐蚀工艺相协调。如果采用热浸锌方法作长效防腐蚀处理时，构件长、宽、高均受热浸锌镀槽尺寸的限制。防腐蚀工艺流程对钢构件构造处理有不同要求。例如热浸锌时，构件整体受高温作用，因而管状构件不允许两端封闭，若有封闭空腔则会在镀锌时由于内部空气膨胀而爆裂，造成安全事故。为了解决管状构
11、件内部防腐蚀处理的不便，在采用热喷铝复合涂层或涂层法时，要将管状构件两端作气密性焊接封闭 钢结构构件或钢板焊接连接时，若互相之间有贴合面，则在贴合面内的防腐蚀处理会不彻底，经长期锈蚀会影响结构的耐久性，因此应该避免。现场焊接之前应将焊缝附近的防腐蚀层清除，这也就破坏了防腐蚀涂层。对于油漆等涂料，只要重新涂覆即可。对于长效防腐蚀涂层，如热喷铝或热浸锌，现场很难恢复，因而只能用效果相近的涂料作补救处理。 钢结构涂装前的表面处理，是保证涂装工程质量的基础。表面处理是进行涂层施工的第一工序，也是决定涂层寿命长短的关键工序之一，如表面处理不好，涂层易起皮、脱落，即使使用最好的涂料也不能发挥作用。所以表面
12、处理的好坏对涂层寿命是至关重要的。 3、除锈工艺是钢结构防腐蚀的前提与保证。 手工处理即用手工可以除去工件表面的氧化皮和锈迹，但手工处理清理不彻底,质量差,生产效率低。 化学处理主要是利用碱性或酸性溶液，使工件表面的油污及氧化物溶解在碱性或酸性的溶液中，以达到去除工件表面氧化皮、锈迹及油污7的目的。但若时间控制不当，即使加缓蚀剂，也能使钢材产生过蚀现象。对于较复杂的结构件和有孔的零件，若处理不当，浸入孔穴或缝隙中的余酸难以彻底清除，将成为隐患，因此化学处理适用于对薄板件清理。由于化学物质易挥发，成本高，若化学排放处理不当，会对环境造成严重的污染。随着人们环保意识的提高，这种处理方法正被机械处理
13、法取代。 机械处理法主要包括喷丸法和抛丸法。喷丸又分为喷丸和喷砂。用喷丸进行表面处理，打击力大，清理效果明显。但喷丸容易使薄板工件变形，且无法彻底清除油污。清理效果最佳的还应是喷砂，适用于工件表面要求较高的清理。抛丸法清理是利用离心力将弹丸加速，抛射至工件表面进行除锈清理的方法。H 型钢构件焊接完成后进入抛丸除锈封闭空间，可以对钢构件表面中锈以下程度进行抛丸除锈，抛丸除锈工艺除具有除锈作用以外，还可以消除 H 型钢构件焊接完成以后产生的残余应力，改善钢构件施加荷载后的受力状态。采用抛丸除锈设备，与采用传统的手工除锈、喷砂除锈相比，具有抗腐蚀年限更长、改善构件应力状态的特点。但抛丸受场地限制，在
14、工件内表面易产生清理不到的死角，设备结构复杂，叶片等零件磨损快。因此要合理选择除锈工艺。 3 结束语 因此，钢结构工程如不重视环境及采取必要防护，必将加速锈蚀速度，忽视日常的维护保养同样会发生由于严重锈蚀而引起承重构件丧失承载能力，造成钢结构的安全使用隐患。因此在钢结构设计、施工和使用中,对钢结构构件进行有效的防腐工作，才能确保钢结构的安全和使用8寿命。 参考文献 1 杨德钧, 沈卓身.金属腐蚀学M.北京: 冶金工业出版社，1999. 2 沈祖英, 黄文忠， 沈德洪.钢结构制作安装手册M.北京: 中国建筑工业出版社，2002. 3 中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册M.北京:中国计划出版社,2004. 4 陈绍藩, 顾强, 钢结构M.北京: 中国建筑工业出版社, 2003. 5 张忠礼.钢结构热喷涂防腐蚀技术M.北京: 化学工业出版社, 2004. 6 赵广生, 任亮, 王建军, 王林.论水工钢结构防腐蚀技术J.内蒙古水利，2005 (3): 103- 105. 7 周德勤.阴极保护技术在海工钢结构中的应用J.中国港湾建设,2000 (3): 28- 32.
