鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕機(jī)理及防護(hù)工藝

張英杰

（大慶油田第四采油廠工藝研究所，黑龍江 大慶 163000）

1 鋼材的腐蝕機(jī)理和產(chǎn)生的危害

1.1 鋼材的腐蝕機(jī)理

鋼材的腐蝕主要有兩種，一種是化學(xué)腐蝕，另一種為電化學(xué)腐蝕；化學(xué)腐蝕是指在一定溫度和濕度下，鋼材與周圍環(huán)境中的介質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)；電化學(xué)腐蝕是鋼材與周圍環(huán)境中的電解質(zhì)溶液形成原電池，溶液中的鋼材Fe被氧化成Fe2+，O被還原成OH-，F(xiàn)e2+和OH-生成Fe（OH）2，F(xiàn)e（OH）2是一種不穩(wěn)定的物質(zhì)，在電解質(zhì)溶液中繼續(xù)氧化，最終在鋼材表面生成穩(wěn)定的Fe（OH）3，使鋼材不斷溶解，電化學(xué)腐蝕是鋼材腐蝕的主要形式。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的危害

鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕主要是因?yàn)殡娀g，是不均勻的，一般是先在陽極附近出現(xiàn)腐蝕坑，然后向鋼材的縱深方向發(fā)展，形成大電流的小陽極大陰極形式的原電池，腐蝕速度加快；腐蝕坑處應(yīng)力逐步集中，使鋼材抗冷脆能力降低，容易發(fā)生脆斷，隨著腐蝕的加快，鋼結(jié)構(gòu)的整體承載力會(huì)不斷下降，在荷載的作用下，會(huì)發(fā)生疲勞破壞，影響結(jié)構(gòu)安全，給工程項(xiàng)目帶來事故隱患[1]。

2 鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕主要影響因素

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，確定其防腐方案是其中的難點(diǎn)之一，這關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命及工程的安全。

2.1 鋼材材質(zhì)

鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)選擇過程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)鋼結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境—空氣或土壤中化學(xué)成分構(gòu)成、含量，濕度、溫度等參數(shù)未委托第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測，導(dǎo)致選擇的鋼材自身抗蝕性能不良。

2.2 鋼材截面尺寸

鋼材的截面尺寸計(jì)算過程中只考慮了荷載、自重，腐蝕余量取值過小等，會(huì)導(dǎo)致截面尺寸較小，未達(dá)深度腐蝕結(jié)構(gòu)就會(huì)在荷載的作用下遭到破壞。

2.3 防腐涂料

不同的涂層具有不同的保護(hù)時(shí)間，保護(hù)方式也不同，有的涂料只具有簡單的屏蔽作用，保護(hù)時(shí)間有限，而有的涂層兼具陰極保護(hù)功能，保護(hù)時(shí)間較長，因此設(shè)計(jì)中要核定鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，來確定防腐涂層種類。

2.4 犧牲陽極保護(hù)

一些重要鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，往往選用犧牲陽極保護(hù)方式，影響該保護(hù)方式的因素較多，鋼結(jié)構(gòu)的重要性、 使用年限，土壤電阻率，犧牲陽極材質(zhì)、接地電阻、埋深、埋設(shè)方式等。

3 鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的防護(hù)工藝

3.1 選用特殊鋼材

耐候鋼是一類特殊鋼材，其化學(xué)性能及抗腐蝕性能優(yōu)于普通結(jié)構(gòu)鋼，是鋼材在冶煉過程中，根據(jù)需要填加一些諸如銅、磷、鉻、鎳、鈦等化學(xué)元素，以在鋼材表面形成一層保護(hù)膜，提高鋼材的耐腐蝕性能。耐候鋼造價(jià)比較高，一般用于特殊的鋼結(jié)構(gòu)或某些處于特殊環(huán)境中的鋼結(jié)構(gòu)。

3.2 鋼材表面涂層

鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂層，分為金屬涂層和非金屬涂層。金屬涂層是采用不同的工藝，如熱鍍、電鍍、化學(xué)鍍等，在金屬表面形成合金或金屬保持護(hù)層，一方面將被保護(hù)的鋼材的腐蝕介質(zhì)隔離開來；另一方面保護(hù)層可以作為原電池的陰極或陽極，來保護(hù)鋼材免受電化學(xué)腐蝕，此類涂層保護(hù)效果好、年限長，一般應(yīng)用于防腐標(biāo)準(zhǔn)較高的鋼結(jié)構(gòu)中；非金屬保護(hù)層一般分底漆和面漆，如各種涂料、搪瓷、烯類產(chǎn)品等，在噴砂或機(jī)械除銹后，采用噴涂、涂刷等方法先底漆后面漆的施工順序而形成的保護(hù)層，此類保護(hù)層只是起到鋼材與腐蝕介質(zhì)的隔離作用，常見用于使用年限較短的普通鋼結(jié)構(gòu)。

3.3 采取犧牲陽極保護(hù)工藝

鋼結(jié)構(gòu)的犧牲陽極陰極保護(hù)法，主要用于較重要的建構(gòu)筑物，且需要的保護(hù)電流較小，土壤電阻率較低的環(huán)境中。該工藝一般將外加金屬作為陽極，因陽極在人為形成的原電池中流出電流而逐漸溶解消耗，使金屬結(jié)構(gòu)獲得保護(hù)，此工藝主要是防止電化學(xué)腐蝕對(duì)金屬結(jié)構(gòu)造成的破壞。目前廣泛應(yīng)用的陽極材料主要有：鋅合金、鎂合金、鋁合金等，但鋁基陽極目前尚未在土壤環(huán)境中應(yīng)用，主要應(yīng)用于鹽度較大或海洋環(huán)境中。

4 結(jié)語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)腐蝕方案的確定，是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，選用何種防腐方式必須綜合分析金屬結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境、施工條件、工程造價(jià)等因素，詳細(xì)分析腐蝕機(jī)理，進(jìn)行方案優(yōu)化分析，以得到最佳設(shè)計(jì)方案，保證鋼結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量。