鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

魏家圣

【摘要】要有效防止鋼結(jié)構(gòu)腐蝕狀況的產(chǎn)生，不僅可以采取一些常規(guī)的鋼結(jié)構(gòu)防腐措施，也可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行改善。一方面，可以通過合理的設(shè)計(jì)盡可能的避免構(gòu)件縫隙腐蝕的產(chǎn)生，這能夠降低很大程度的鋼結(jié)構(gòu)腐蝕現(xiàn)象。另一方面，可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完善來防止鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力腐蝕，這些都是工程中很值得采取的鋼結(jié)構(gòu)防腐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式。本文對此進(jìn)行了分析研究。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；防腐蝕；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這種現(xiàn)象不僅會(huì)使得構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度直接降低，腐蝕嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)斷裂等問題，這很容易造成安全事故與安全隱患。防止鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的方式有很多，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行完善是很有效的一種模式，這能夠很好的避免腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生與惡化。

一、鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕原因及危害性分析

1. 防腐因素分析

經(jīng)試驗(yàn)和研究表明，鋼鐵與周圍環(huán)境（介質(zhì)）之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的破壞或變質(zhì)?；蛘哒f，鋼鐵的腐蝕是發(fā)生在鋼鐵與介質(zhì)間的界面上。由于鋼鐵內(nèi)部含有不同比例的其他金屬雜質(zhì)，所以它們內(nèi)部的金屬之間則存在具有不同的電極電位，分別產(chǎn)生得到電子或失去電子的不同變化傾向，因此引起其內(nèi)部發(fā)生局部的微電池現(xiàn)象。當(dāng)有水和氧氣存在時(shí)，就會(huì)發(fā)生電化學(xué)的腐蝕過程，即鋼鐵的表面構(gòu)成原電池的陽極，溶解質(zhì)則變化為鐵離子，鐵離子與陰極生成氫氧根離子反應(yīng)，生成初步的腐蝕產(chǎn)物—?dú)溲趸丸F，再被空氣中的氧進(jìn)一步氧化變?yōu)槿趸F（鐵銹）。鐵銹具有一定的吸濕性，能夠吸收外部大量水分，致使銹蝕層慢慢地進(jìn)行膨脹，形成疏松的結(jié)構(gòu)層，并使腐蝕向內(nèi)部繼續(xù)擴(kuò)展，不停地進(jìn)行腐蝕鋼結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在鋼鐵被腐蝕的最終生成物中，含有與鐵銹分離開的硫酸（H2SO4），有反復(fù)地、循環(huán)地使腐蝕情況加劇，直至鋼結(jié)構(gòu)徹底損壞。鋼鐵的腐蝕速度與環(huán)境、溫度、濕度及有害的介質(zhì)存在有關(guān)，并成正比關(guān)系，其中濕度起決定因素。

2. 腐蝕的危害性分析

鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕危害性十分明顯，會(huì)使得構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度直接降低，腐蝕嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)斷裂現(xiàn)象，這很容易造成安全事故與安全隱患。鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的一個(gè)重要特點(diǎn)就是其不均勻性，腐蝕通常發(fā)生在陽極的表面，腐蝕一旦產(chǎn)生往往會(huì)逐層深入，腐蝕的面積會(huì)不斷增大。這會(huì)使得載荷截面積不斷減小，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)在腐蝕位置集中受力時(shí)很容易導(dǎo)致腐蝕坑底的電位急劇變化，腐蝕隨之進(jìn)一步加劇。這種連鎖反應(yīng)是鋼結(jié)構(gòu)腐蝕危害性的直觀體現(xiàn)。

二、常用的防腐方式

1. 熱浸鋅防腐技術(shù)

這是一種最為常見的防腐手段，很多鋼結(jié)構(gòu)的防腐都會(huì)采取這種方式。熱侵鋅防腐就是將銹漬去除后的鋼結(jié)構(gòu)侵入600℃左右融化了的鋅液中，讓鋼結(jié)構(gòu)表面均勻附上一層鋅涂層。這種技術(shù)相對來說操作十分簡單，并且能夠達(dá)到很長時(shí)間的防腐性能，在正常大氣環(huán)境條件下可以提供大概10年的有效保護(hù)期。

2. 重防腐涂料涂層技術(shù)

重防腐涂料涂層技術(shù)即涂層設(shè)計(jì)由底漆、中間漆和面漆組成的多層涂裝體系；它的防腐涂裝工藝和涂料品種都非常相似，油漆品種均為環(huán)氧云母氧化鐵中間漆、環(huán)氧（無機(jī)）富鋅底漆和環(huán)氧類或聚氨酯類或氯化橡膠面漆等組成。防腐底漆中如添加鋅粉（如富鋅底漆），對鋼鐵提供陰極保護(hù)。涂層對鋼結(jié)構(gòu)提供的腐蝕保護(hù)以機(jī)械屏蔽的隔離防護(hù)為主，涂層的老化、粉化使這種隔離作用減弱或失去作用。

3. 熱噴涂鋅或鋁涂層技術(shù)

熱噴涂鋅或者鋁涂層技術(shù)是隨著火焰噴涂與電弧噴涂技術(shù)的產(chǎn)生而逐漸演變得來的，使用的涂料也在慢慢發(fā)生變化，從最初的鋅涂層變?yōu)殇X涂層又發(fā)展為鋅鋁合金等。這種技術(shù)的生產(chǎn)效率較低，且需要的勞動(dòng)強(qiáng)度明顯更大，會(huì)極大的提升鋼結(jié)構(gòu)的防腐加工工期。然而，這種技術(shù)也具備其顯著的優(yōu)越性，最大的一點(diǎn)便是它的防腐壽命非常長，正常情況下可達(dá)到30-50年的保護(hù)期，并且防腐效率也是普通防腐技術(shù)的數(shù)十倍。鑒于這一技術(shù)的特點(diǎn)，在具體的工程中會(huì)依據(jù)相關(guān)情況來做出適宜的選擇。

三、鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1. 縫隙防腐蝕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

縫隙腐蝕是鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕中最為常見的一種，這也是一種最為典型的局部鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的范例?？p隙腐蝕一般發(fā)生于金屬表面的縫隙中，尤其是對于橋梁結(jié)構(gòu)而言，其結(jié)構(gòu)相對更為復(fù)雜，存在的縫隙也更多，發(fā)生縫隙腐蝕的幾率也會(huì)增大。然而，并不是只有存在縫隙時(shí)才會(huì)發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)的縫隙腐蝕，對于一些鋼結(jié)構(gòu)表面布滿灰塵與泥沙的情況下也會(huì)發(fā)生這種腐蝕狀況。防止這種腐蝕的最直觀的方法就是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)盡可能的避免縫隙的形成，并且盡可能的避免容易產(chǎn)生表面沉積的各種條件。對于容器的設(shè)計(jì)則盡可能的避免尖角或死角，以免結(jié)構(gòu)吸水后形成腐蝕。這些都是很實(shí)用的防止縫隙腐蝕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式。

2. 防止應(yīng)力腐蝕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

應(yīng)力腐蝕是指在一定的環(huán)境條件下，構(gòu)件本身或者外加于其上的應(yīng)力伴隨腐蝕作用而產(chǎn)生的金屬早期破裂的現(xiàn)象。這種腐蝕通常發(fā)生在合金上，其對于應(yīng)力腐蝕的敏感度更高，對于純金屬很少會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的狀況。然而，也并不是在任何環(huán)境下合金都會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕，只有處于一些特定條件下，如不銹鋼處于海水中或者是碳鋼處于硝酸溶液中時(shí)合金才會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。想要避免這種腐蝕最直觀的方法就是盡可能的降低外力或者是施加于其上的應(yīng)力，這能夠很大程度防治應(yīng)力腐蝕的產(chǎn)生。此外，改變構(gòu)件的腐蝕性，例如添加相應(yīng)的緩蝕劑或者選用一些耐應(yīng)力腐蝕的材質(zhì)，這也能夠有效防治應(yīng)力腐蝕的發(fā)生。

結(jié)語：想要有效防止鋼結(jié)構(gòu)腐蝕狀況的產(chǎn)生，這不僅可以采取一些常規(guī)的鋼結(jié)構(gòu)防腐措施，這也可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行改善。一方面，可以通過合理的設(shè)計(jì)盡可能的避免構(gòu)件縫隙腐蝕的產(chǎn)生，這能夠降低很大程度的鋼結(jié)構(gòu)腐蝕現(xiàn)象。另一方面，可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完善來防止鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力腐蝕，這些都是工程中很值得采取的鋼結(jié)構(gòu)防腐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魯開英. 鋼結(jié)構(gòu)腐蝕及其防腐保護(hù)[J]. 河南建材. 2008（06）

[2] 郭宗志. 鋼結(jié)構(gòu)的防腐系統(tǒng)知識(shí)[J]. 科技信息（學(xué)術(shù)研究）. 2008（14）

[3] 岳松平. 試論建筑鋼結(jié)構(gòu)的防腐技術(shù)[J]. 科技資訊. 2007（15）

[4] 李斌，石友強(qiáng). 海上鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕措施的研究[J]. 海岸工程. 2007（02）

[5] 周煜竣. 鋼結(jié)構(gòu)防腐配套方案的設(shè)計(jì)[J]. 電鍍與涂飾. 2007（09）

[6] 王莉. 鋼結(jié)構(gòu)防腐系統(tǒng)知識(shí)[J]. 山西建筑. 2006（12）

[7] 柳維成，鄭鐵英，計(jì)春艷. 鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層配套體系的研究[J]. 全面腐蝕控制. 2005（03）

[8] 石磊，黃波. 鋼結(jié)構(gòu)防腐[J]. 中國科技信息. 2005（04）