淺析鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕原因與防護(hù)措施

田 野 高振敦 王海琴

（山西晉煤集團(tuán)長(zhǎng)平公司工程管理部，山西 晉城 048000）

淺析鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕原因與防護(hù)措施

田 野 高振敦 王海琴

（山西晉煤集團(tuán)長(zhǎng)平公司工程管理部，山西 晉城 048000）

針對(duì)某工程的鋼結(jié)構(gòu)腐蝕進(jìn)行分析，從腐蝕原理及腐蝕過(guò)程介紹了不同因素造成的腐蝕，結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，闡述了幾種不同的防腐措施，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防腐具有指導(dǎo)意義。

鋼結(jié)構(gòu) 腐蝕 防護(hù)措施

1. 概述

隨著時(shí)代的發(fā)展，鋼材成為最重要的的結(jié)構(gòu)材料之一，廣泛的應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的各個(gè)領(lǐng)域，但是鋼材的化學(xué)性質(zhì)決定了鋼材腐蝕的普遍存在性，腐蝕使鋼材的冷脆性能下降、疲勞強(qiáng)度降低、同時(shí)帶來(lái)的人民群眾財(cái)產(chǎn)損失十分巨大。因此，對(duì)鋼材的腐蝕予以足夠的關(guān)注。并且腐蝕是鋼結(jié)構(gòu)最為常見(jiàn)的材料損壞現(xiàn)象。每年我國(guó)因腐蝕而造成的金屬結(jié)構(gòu)、設(shè)備及材料損失量大約是當(dāng)年鋼產(chǎn)量的10～20%。由于腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的4%。因此,隨著建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展,建筑鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕及其防護(hù)的研究具有及其顯著的工程實(shí)際意義。某工程為煤礦機(jī)電設(shè)備庫(kù)，總建筑面積1988.49平米，建筑占地面積1253.41平米，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)跨度大，力學(xué)性能好，承載力強(qiáng)，易于工業(yè)化生產(chǎn)，綠色環(huán)保，施工安裝周期短等優(yōu)勢(shì)，此外，鋼材可以重復(fù)使用，充分體現(xiàn)了綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的理念。

2. 鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕原理

2.1 腐蝕的基本原理

鋼材的腐蝕源于熱力學(xué)性能的不穩(wěn)定。鋼的主要成分是鐵，而鐵是在高爐中用炭對(duì)赤鐵礦（三氧化二鐵）還原得到的。此反應(yīng)是在極高溫下發(fā)生的，需要大量的能量，生成的最終產(chǎn)物和最后的鋼是不穩(wěn)定的。但是當(dāng)暴露于潮濕或者有氧環(huán)境時(shí)，鋼將趨于恢復(fù)原有形態(tài)（三氧化二鐵），鋼的表面只能形成極弱的保護(hù)層，在存在濕氣和氧的情況下，會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的腐蝕，過(guò)程基本上和電解質(zhì)電池類似。鐵離子和羥基離子反應(yīng)生成不穩(wěn)定的氫氧化鐵，最終氧化成鐵銹。

2.2 腐蝕環(huán)境

在潮濕的地方放置一塊鋼板，表面會(huì)生成銹，但同樣的鋼板放置到土中，生銹的程度會(huì)更迅速，也更嚴(yán)重?？梢?jiàn)腐蝕的程度和速度依賴與所處的環(huán)境。

2.2.1 大氣腐蝕

空氣的主要成分是氮?dú)夂脱鯕?，相?duì)的濕度和大氣污染物使鋼材在空氣中腐蝕嚴(yán)重，二氧化硫?qū)︿摬牟划a(chǎn)生直接的腐蝕作用，生成硫酸亞鐵之類的腐蝕鹽類，通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕，同時(shí)在鋼材表面進(jìn)一步吸收濕氣，加劇腐蝕。

2.2.2 水的腐蝕

無(wú)氧環(huán)境下一般不會(huì)發(fā)生水腐蝕。水的PH值通常是中性的，有時(shí)也會(huì)呈酸性，此時(shí)對(duì)鋼材腐蝕較大，水中的溶解物會(huì)影響水的導(dǎo)電率、PH值。水中溶解的氣體尤其是氧氣和二氧化碳與有機(jī)物，同樣對(duì)腐蝕的類型和程度產(chǎn)生重要的影響。

2.2.3 土壤環(huán)境

土壤中的電化學(xué)工程也依賴水的存在，過(guò)程更為復(fù)雜。一般電阻高的土壤腐蝕最輕微，比如干燥，沙質(zhì)，巖石類的土壤。電阻低的土壤如黏土，淤泥土，鹽堿土更具有腐蝕性。

2.2.4 混凝土環(huán)境

鋼結(jié)構(gòu)中鋼柱基礎(chǔ)部分都是澆筑在混凝土中，因此混凝土中的鋼筋一旦具備了腐蝕條件，銹蝕便會(huì)發(fā)生和發(fā)展。鋼銹蝕是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程，由鐵變成氧化鐵，其體積發(fā)生膨脹，根據(jù)最終產(chǎn)物的不同，可膨脹2～7倍。大量試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐表明，鋼材混凝土表面銹層厚度很薄時(shí)(如20～40μm)，便可導(dǎo)致混凝土順開(kāi)裂，混凝土一旦發(fā)生順?shù)摬拈_(kāi)裂，腐蝕介質(zhì)更容易到達(dá)鋼材表面，鋼材銹蝕的速度將會(huì)大大加快。因此鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)首先是受混凝土保護(hù)的，因此，混凝土質(zhì)量對(duì)防止鋼結(jié)構(gòu)腐蝕是至關(guān)重要的。包括原材料水泥水化的高堿度，使鋼材表面形成鈍化膜，這是混凝土之所以能保護(hù)鋼材的主要依據(jù)與基本條件，由于砂含有不等量的氯離子，能夠刺激鋼材銹蝕，我國(guó)相關(guān)規(guī)范不推薦或嚴(yán)格限制使用海砂，還有各種摻合料(粉煤灰、礦渣等，用于改善水泥性能，降低成本)，正在大力發(fā)展中。凡是能提 高混凝土密實(shí)性、增強(qiáng)對(duì)鋼材保護(hù)能力者，均有利于結(jié)構(gòu)物的耐久性；然而，一些摻合料能 降低混凝土的堿度和堿儲(chǔ)量，這是不利于對(duì)鋼材的保護(hù)的，甚至可引起鋼材腐蝕 (與摻合料的性質(zhì)、摻加量等有關(guān))，特別是含氯鹽的早強(qiáng)、防凍劑，已經(jīng)給我國(guó)一批建筑物帶來(lái)嚴(yán)重的鋼材腐蝕危害。

3. 防腐措施

鋼結(jié)構(gòu)的防腐根據(jù)GB50046工業(yè)建筑防腐設(shè)計(jì)規(guī)范確定腐蝕環(huán)境的等級(jí)，再確定各種防腐措施的預(yù)期壽命，從而確定基材表面的處理辦法和等級(jí)。

3.1 涂層防腐

此方法為目前鋼結(jié)構(gòu)中采用最普遍、最常用的方法。涂料基本由固體顆粒即顏料彌散分布于液體中，當(dāng)涂料被涂抹在鋼材上時(shí)，液態(tài)涂料逐漸干燥并把顏料顆粒粘結(jié)起來(lái)成為緊密結(jié)合的固化膜，使鋼材不受有害介質(zhì)的侵蝕。普通涂料起到將鋼材和環(huán)境隔離的作用，防銹底漆可抑制鋼材基層被腐蝕，而富鋅涂料還可通過(guò)電化學(xué)作用保護(hù)。由于不受鋼結(jié)構(gòu)形狀尺寸限制，使用方便，還有裝飾美化的作用。缺點(diǎn)是耐久性較差，一段時(shí)間后需要進(jìn)行維修。對(duì)于每一道防腐施工工序，必須提出明確的質(zhì)量技術(shù)規(guī)范。例如鋼結(jié)構(gòu)預(yù)處理時(shí)的噴砂等級(jí)或手工預(yù)處理等級(jí)，防腐施工的環(huán)境要求，油漆的施工工藝規(guī)程，正確選擇的油漆涂層或熱噴涂涂層的結(jié)合性能與厚度現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢測(cè)，抽樣進(jìn)行模擬環(huán)境下的腐蝕實(shí)驗(yàn)，涂層外觀檢查等等，均需要專人負(fù)責(zé)。

3.2 鍍層防腐

大多數(shù)情況下，有色金屬比鋼材耐腐蝕性好，但是價(jià)格昂貴。常用于提高鋼結(jié)構(gòu)抗腐蝕性能的是鋅和鋁。鍍層防腐可使用熱浸鍍、噴鍍、電鍍和擴(kuò)散度等施工方法，在鋼材表面用金屬鍍膜保護(hù)。在受大氣腐蝕嚴(yán)重且不易維修的輸電塔、通訊塔等房屋結(jié)構(gòu)中的壓型鋼板腐蝕中常采用此方法，這種方法耐久年限長(zhǎng)，生產(chǎn)工業(yè)化程度高，質(zhì)量比較穩(wěn)定。

3.3 自身防腐

鋼材本身防腐性，即選用耐候鋼。耐候鋼是一種低合金結(jié)構(gòu)鋼，在普通鋼中加入磷、銅、鉻、鎳等耐腐蝕元素而形成，是鋼材表面形成致密和附著性很強(qiáng)的保護(hù)膜，阻礙銹蝕往里擴(kuò)散和發(fā)展，保護(hù)銹成下面的基層，以減緩其腐蝕速度。

3.4 陰極保護(hù)

對(duì)于水下和地下鋼結(jié)構(gòu)，一般采用陰極保護(hù)的方法，包括外加電流式和犧牲陽(yáng)極式兩種形式。其中外加電流式需要消耗大量的保護(hù)電能，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)不經(jīng)濟(jì)。

3.5 混凝土保護(hù)

鋼結(jié)構(gòu)中處于混凝土保護(hù)也是一種很重要的防護(hù)措施，包括混凝土不能使用海沙，拌合用水氯離子含量，以及保持適當(dāng)?shù)母邏A度，不僅對(duì)于保護(hù)鋼筋有意義，而且對(duì)于保持水泥水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性也是非常重要的

4. 語(yǔ)

鋼材的腐蝕使一種普遍存在的現(xiàn)象，若鋼結(jié)構(gòu)未采取防腐措施或者防腐措施不當(dāng)，由于氧和水分的電化學(xué)作用，將使鋼結(jié)構(gòu)銹蝕，降低鋼結(jié)構(gòu)的承載力，縮短使用壽命，影響結(jié)構(gòu)的耐久性，嚴(yán)重的造成重大的資源浪費(fèi)，并帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，威脅到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，無(wú)論在設(shè)計(jì)、施工、使用上，都要綜合考慮建筑所處的環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、成本等多種因素，采用最有效的防腐措施以避免鋼材銹蝕帶來(lái)的危害。

[1]沈祖炎.屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]劉新，時(shí)虎.筑鋼結(jié)構(gòu)防腐與防火涂料[M].北京：學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3]石磊，黃波.鋼結(jié)構(gòu)防腐[M]. 北京：《中國(guó)科技信息》，2005.

[4]蔣善玉. 涂料在鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕中的應(yīng)用[J].湖北：《材料保護(hù)》，2000.

G322

B

1007-6344（2015）11-0053-01

田野（1985-），男，助理工程師，山西晉煤集團(tuán)長(zhǎng)平公司工程管理部，山西 晉城048000高振敦（1985-），男，工程師，山西晉煤集團(tuán)長(zhǎng)平公司工程管理部，山西 晉城048000王海琴（1974-），男，高級(jí)工程師，山西晉煤集團(tuán)長(zhǎng)平公司工程管理部，山西 晉城048000