工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防腐保護(hù)

李　眾

摘要:鋼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)廠房,但由于鋼結(jié)構(gòu)極易受到腐蝕,因此,如何加強(qiáng)防腐處理就顯得非常重要了。筆者首先分析了鋼結(jié)構(gòu)腐蝕機(jī)理,然后,介紹了防腐處理的一些辦法和工藝,僅供參考。

關(guān)鍵詞:工業(yè)廠房;鋼結(jié)構(gòu);防腐處理

鋼結(jié)構(gòu)有質(zhì)量輕而強(qiáng)度高,塑性和韌性好,施工周期短等特點(diǎn),因此在高層建筑、大型工廠、大跨度空間結(jié)構(gòu)、交通能源工程、住宅等建筑中得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。然而,隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的日益增多,鋼結(jié)構(gòu)的保養(yǎng)與維護(hù)工作顯得尤為重要。其中,建筑鋼結(jié)構(gòu)的防腐處理非常的重要。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),國(guó)內(nèi)每年因腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失在400億人民幣以上,每年9000萬(wàn)t鋼產(chǎn)量中,約30%被各種形式的腐蝕消耗掉,可見(jiàn)鋼結(jié)構(gòu)的防腐工作是多么重要。鋼材受大氣中水、氧氣和其他污染物的作用而被腐蝕。大氣中的水分吸附在鋼材表面形成水膜,是造成腐蝕的決定因素。當(dāng)大氣相對(duì)濕度小于60%時(shí),腐蝕相當(dāng)輕微;而大于60%~70%時(shí),鋼材的腐蝕速度會(huì)突然升高。

1 鋼的腐蝕

鋼鐵的腐蝕是自發(fā)的、不可避免的過(guò)程,但卻是可以控制的。處于穩(wěn)定狀態(tài)的鐵礦石,經(jīng)過(guò)消耗能源冶煉成鋼鐵,在腐蝕環(huán)境中。鋼鐵有著自然的向著低能位穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化,最終回到它的穩(wěn)定態(tài)(氧化鐵和鐵銹)。鐵礦石(氧化礦)一鋼鐵一(腐蝕)一鐵銹(氧化鐵),這就是鋼鐵的腐蝕過(guò)程。如果對(duì)鋼鐵采取有效的防護(hù)措施,就可以減緩鋼鐵的生銹腐蝕過(guò)程,延長(zhǎng)鋼構(gòu)件的使用壽命。

1.1 鋼鐵腐蝕的原電池

鋼鐵的腐蝕在絕大多數(shù)情況下是電化學(xué)腐蝕,電化學(xué)腐蝕是鋼鐵和介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕,在腐蝕過(guò)程中有隔離的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū),電流可以通過(guò)金屬在一定的距離內(nèi)流動(dòng)。在金屬表面形成原電池是電化學(xué)腐蝕最主要的條件。當(dāng)兩種不同的金屬放在電解質(zhì)溶液中,并以導(dǎo)線聯(lián)結(jié),可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線上有電流通過(guò)。這種裝置稱之為原電池。原電池流中所產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng),在陽(yáng)極進(jìn)行的是氧化反應(yīng),在陰極進(jìn)行還原反應(yīng)。

1.2 鋼鐵腐蝕的微電池

鋼鐵在大氣環(huán)境中,表面吸附有氧氣、水分等,加上溶有其它腐蝕性介質(zhì),就會(huì)形成電解溶液,由于金屬表面化學(xué)性的不均勻,這樣就連通了能夠發(fā)生電化學(xué)腐蝕的微電池的兩極。

鋼鐵在大氣環(huán)境腐蝕中產(chǎn)生的微電池表面為:

Fe/O2(陽(yáng)極) H2O/C(陰極)

電極反應(yīng)過(guò)程以方程式來(lái)表達(dá)。

陽(yáng)極:鐵原子失去電子,被氧化為Fe+;

陰極:氧原子獲得電子,與水分子結(jié)合形成OH-

O2+2H2O+4e--4OH-

腐蝕電池的總反應(yīng)為:

2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O

這里的Fe2O3·H2O及其脫水化合物Fe2O3就是人們常見(jiàn)的鐵銹的主要成分。

1.3 大氣腐蝕機(jī)理

鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕環(huán)境主要為大氣腐蝕,大氣腐蝕是金屬處于表面水膜下的電化學(xué)腐蝕過(guò)程。這種水膜實(shí)質(zhì)上是電解質(zhì)水膜,它是由于空氣中相對(duì)濕度大于一定數(shù)值時(shí),空氣中水氣在金屬表面吸附凝聚及溶有空氣中的污染物而形成的,電化學(xué)腐蝕的陰極是氧去極化作用過(guò)程,陽(yáng)極是金屬腐蝕過(guò)程。

大氣環(huán)境下的金屬腐蝕,由于表面水膜很薄氧氣很容易達(dá)到陰級(jí)表面,氧的平衡電位較低,因此,金屬在大氣中腐蝕的陽(yáng)極為氧去極化作用。見(jiàn)金屬在大氣中的腐蝕表在大氣中腐蝕的陽(yáng)極過(guò)程隨水膜變薄會(huì)受到較大阻礙,此時(shí)陽(yáng)極易鈍化,金屬離子水化作用會(huì)受阻?？梢钥闯?大氣腐蝕在潮濕環(huán)境中,腐蝕速度主要由陰極過(guò)程控制;當(dāng)金屬表面水膜很薄或氣候干燥時(shí),金屬腐蝕速率變慢,起腐蝕速度主要受陽(yáng)極化過(guò)程控制。

1.4 大氣腐蝕的破壞形式

大氣腐蝕見(jiàn)表1所示,其主要破壞形式可分為兩大類,即全部腐蝕和局部腐蝕。全部腐蝕又稱為均勻腐蝕,局部腐蝕則又可以分為點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等。

2 涂裝前處理

涂層的長(zhǎng)期性能在很大程度上受到與被涂材料之間附著力的影響。這不僅僅是因?yàn)橥繉涌赡軓谋砻嫔厦撀浠蚺c表面分離,還由于差的附著力將因水分或腐蝕產(chǎn)物的進(jìn)入使涂層從損壞區(qū)域脫落。

一些涂料的附著力來(lái)源于底材料表面形成的化學(xué)結(jié)合。例如:在熱浸鍍鋅時(shí),鋅與鋼形成鐵鋅合金。毫無(wú)疑問(wèn),這就是有效的附著。但是,大多數(shù)有機(jī)涂料是依靠極性粘附著在表面,這需要通過(guò)機(jī)械粘附予以協(xié)助或加強(qiáng)。

當(dāng)樹(shù)脂分子在底材料上的作用,像弱磁體南極和北極那樣吸引底材的分子組時(shí),就會(huì)產(chǎn)生極性粘附。但一些有機(jī)涂料根本沒(méi)有極性吸附,例如,一些乙烯涂料就能夠從鋼底材上剝?nèi)?因此,只能用作臨時(shí)性防護(hù)涂層。但在所有情況下,只有與鋼底材具有分子極距離時(shí),吸引力才是有效的,因此,污膜、油膜、和水膜等能夠顯著地使所有的附著失效。

2.1 脫脂

在涂裝前可用四種主要方法去除鋼表面的油脂:液體溶劑清洗,溶劑揮發(fā)清洗,鹼液清洗和洗滌劑清洗。在所有情況下,建議在任何操作之前,采用檫洗清除過(guò)多的油脂沉積物。

2.2 手工不動(dòng)力工具清理

基本上任何手執(zhí)工具均屬此類,包括刮刀、鋼絲刷、鏟錘、針束除銹機(jī)和研磨機(jī)。其中有些既可手工操作,也可作為動(dòng)力工具使用。

2.3 噴砂處理

這種表面處理方法是機(jī)械清除氧化皮和鐵銹的重要手段之一,即用磨料粒子,連續(xù)地沖擊表面。

2.4 火焰清理

火焰清理是一種常規(guī)的用氧乙炔焰或氧丙炔將鋼材加熱,由于氧化皮與金屬膨脹系數(shù)的差異可使軋制氧化皮脫落。

2.5 酸洗

把工件浸入稀硫酸溶液中清除其上的鐵銹與氧化皮。

3 涂料和涂層

涂料是一種在鋼鐵保護(hù)中應(yīng)用最普遍的材料。實(shí)際上“涂料”這一詞匯涵蓋了多種性能各異的材料。由于不受鋼結(jié)構(gòu)尺寸限制,所以涂料使用較為容易。

涂料和涂層的差別非常明顯,前者是指液態(tài)材料,而后者指鋼結(jié)構(gòu)表面保護(hù)膜。

4 不同條件下防護(hù)系統(tǒng)

當(dāng)建筑物中主要鋼結(jié)構(gòu)的鋼材自由暴露在外時(shí),盡管在選擇涂層系統(tǒng)上并不存在根本性的問(wèn)題,但當(dāng)在整個(gè)涂層系統(tǒng)中要將某種形式防火措施一并加以考慮時(shí)則會(huì)引起困難。防火是一個(gè)專業(yè)性問(wèn)題,因此在這里不進(jìn)行討論。但是防火防護(hù)是為了防火而不是防腐蝕時(shí),在建筑物內(nèi)會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。有些防火措施是完全將鋼件密封,這也可以作為防腐之用。但事實(shí)并不一定如此。在干燥、溫暖的氣候條件下腐蝕防護(hù)不必是高質(zhì)量的。

但在潮濕環(huán)境中,水分穿過(guò)途層,滲透到鋼的表面,因此應(yīng)當(dāng)選擇合適的防護(hù)涂層系統(tǒng)。在建筑物里面,由環(huán)境決定防護(hù)系統(tǒng),并且可能必須要提高質(zhì)量。例如:在電鍍車間,在一些含化學(xué)物的氣氛中,涂料不能提供充分的保護(hù),因此需要特種涂料,如玻璃纖維增強(qiáng)塑料。但是在暖和、干燥的條件下,普通的醇酸樹(shù)脂涂層系統(tǒng)將提供足夠的防護(hù)性能。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之,建筑結(jié)構(gòu)遭受腐蝕的因素主要來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程的腐蝕介質(zhì),杜絕或減少腐蝕介質(zhì)的泄漏,對(duì)于建筑物和構(gòu)筑物來(lái)說(shuō),是最積極而有效的防護(hù)方法。同時(shí)要提高設(shè)備的密封和局部通風(fēng),改善操作和管理水平。

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