钢结构的腐蚀及其防腐处理
1钢结构腐蚀的原因
1·1钢材的腐蚀
钢材的腐蚀速度与环境、湿度、温度以及有害介质的存在有关,其中湿度是一个决定性因素。大气的相对湿度在60%以下时,钢材的腐蚀是很轻微的;但当相对湿度增加到某一数值时,钢材的腐蚀速度会突然升高,这一数值称为临界湿度。
钢材在常温中腐蚀属于电化学过程,钢铁内部不同金属 杂质之间具有不同的电极电位,得到或失去电子的能力不同, 从而引起了局部的微电池。钢结构通常在常温大气环境中使用,大气中含有水分、氧和其他污染物的作用就会发生电化学 腐蚀过程,既钢材构成原电池的阳极,通过溶解和氧气逐步变 为铁锈。铁锈能够吸收大量水分,致使锈层体积膨胀使腐蚀继续扩展到内部。
钢材在高温下腐蚀属于化学腐蚀。高温状态下金属和干燥空气相接触,表面会生成化合物(如氯化物、硫化物、氧化物等),形成对钢材的化学腐蚀。
1·2连接材料的腐蚀
钢结构一般通过焊接、铆接和螺栓连接,连接材料的腐蚀引起结构失效也不容忽视。
焊缝腐蚀机理是由于母材和焊缝金属间本身成分有差异,或母材和焊缝金属材料的不搭配,以及焊接过程中热冷循环使焊缝的热影响区材质的差别,进而造成电化学性能间的差异,如果环境中干湿交替,会加剧这种电化学反应。2003年某工地的一台已使用近8年的塔式起重机由于基础长期排水不畅,底架与基础节连接的法兰盘背面角焊缝长期受到泥水腐蚀,焊缝有效高度越来越小,在正常起吊额定载荷时,底架法兰盘背面角焊缝撕裂,塔式起重机从根部整体倒下,造成严重事故。
螺栓往往具有较高的铬和镍,铬和镍在空气中会形成一次呢过非常致密的氧化薄膜,这种薄膜具有很好的稳定性,从而防止材料被腐蚀,但如果含铬和镍量不足,往往会降低螺栓的抗腐蚀能力。
2、钢结构的防腐设计
在钢结构的设计中腐蚀控制极为重要,也最容易被忽略, 合理的防腐设计不仅可以使钢材的耐蚀性能充分发挥出来而且可以弥补结构性能本身的不足。钢结构的防腐设计与以下几个方面有关。
2·1钢结构的表面处理
钢材在轧制过程中,经热处理后表面产生一层均匀的氧化层;同时钢材在加工过程中,钢材表面往往产生焊渣、毛刺、油污等污染物。这些氧化物如不认真清除,会影响防腐涂料的附着力和涂层的使用寿命。钢材表面处理质量,有时甚至比涂料本身品种性能差异的影响更大,应予以重视。
钢结构表面处理方法有:手工工具除锈、滚动钢丝轮除锈、酸洗除锈、喷砂(丸)除锈、化学转化膜、热浸镀、电镀、表面合金化以及射流控制真空除锈、激光除锈等。使钢材表面的毛刺、电焊药皮、灰尘、油污等污染物均应清除干净。
2·2合理选材
目前市场上的钢材品种繁多,依据不同的使用条件需要选择不同种类的钢材。钢结构腐蚀程度以腐蚀深度表示,通常以mm /a为单位,计算公式为:
K通常与钢材的面积与时间有关,进行钢结构抗腐蚀设计时,要考虑钢材的均匀腐蚀深度,结构构件的厚度取用需要考虑腐蚀量(材料的年腐蚀深度乘以设计使用年限)。
特殊钢中添加了碳以外,又添加了镍、锰、铬等微量元素制成的耐候钢,其失重速度比普通钢要小2~3倍,其表面在稳定的环境中往往可以形成致密的保护膜,但在干湿交替环境下,这种保护膜依然会破坏,所以即使是耐腐蚀性好的耐候钢同样需要做防腐蚀处理。
2·3防腐涂料的选择
根据钢材腐蚀的电化学原理,只要防止或破坏腐蚀电池的形成或强烈阻滞阴、阳极过程的进行,就可防止钢材的腐蚀。采用防护层方法防止钢结构腐蚀是目前通用的方法,常用涂料、塑料、搪瓷等材料,通过涂刷和喷涂等方法,在金属表面形成保护膜,使金属与腐蚀介质隔离,从而防止金属的腐蚀。
选择涂料时,除考虑结构使用功能、经济性和耐久性外, 还应考虑施工过程中的稳定性、干燥、速度、毒性以及需要的温度条件等。涂料的种类繁多,对品种的选择直接影响到防腐质量的好坏,一般的涂料选择应考虑以下几点:
1.钢结构所处的使用条件及选用涂料的范围需一致。对于有酸性介质,可采用耐酸性能较好的酚醛树脂漆,而对于碱性介质,则应采用耐碱性较好的环氧树脂漆。
2.涂料的正确配套需注意。由于大部分涂料是有机胶状 物质为基料,涂料每涂一层结成薄膜后,难免有许多异常细小的微孔,腐蚀介质仍有可能渗入侵蚀钢铁。因此,涂料需要涂多层,使微孔减少到最低限度。如过氯乙烯漆可以与磷化底漆或铁红醇酸底漆配套使用。
3.根据构件的重要性要考虑结构的主次关系,分别选用 不同的涂料,或用相同的涂料而对涂层厚度加以区别。
4.要达到良好的防腐效果,在选择恰当涂层厚度。如果涂层厚度薄或不均匀,钢材表面毛刺的高峰会露出涂层,涂层就会有针孔,这些薄弱的地方,往往易生锈腐蚀或涂层起泡脱落。如果涂层过厚,虽然可增强防护能力,但附着力和机械性 能都要降低,而且要增加费用。
5.尽量选用涂料法进行防腐处理。在船舶结构上为了达到防锈的目的,可以在铁的基层上镀锌,因为需要在高温环境下进行,考虑造价原因,建筑钢结构中用镀锌防腐很少,只有一小部分构件(如栏杆,灯柱等)会用到。通常用的是涂层法, 涂层法是一种价格适中、施工方便及适用性强的防腐蚀方法, 在建筑钢结构中应用广泛。
3、钢结构防腐施工需注意的问题
防治钢结构过早腐蚀,施工人员也需要引起足够的重视, 在构件加工制造和安装过程中需要注意一下几点。
1.对于一般情况,宜用干燥、便于喷刷的冷固型涂料。
2.在构件加工制造和现场拼接过程中要保证焊缝的质量,因为焊缝中的材质复杂,极易形成电极,在热影响区较易生锈,涂装前需要对焊缝熔渣、飞溅物彻底清楚干净。
3.未经过特殊处理的钢结构构件严格禁止与土壤直接接触,因为土壤对钢有较强的腐蚀性。与土壤接触处需要用底强度的混凝土包裹,并保证具有足够的保护层厚度。
4.钢结构构件的连接部位(焊缝或螺栓连接处),不得在工厂预先喷涂涂料,只能在工地安装就位后,对这些部 位进行认真清理,尽量避免构件涂装后焊接,以防治涂层 的完整性。
5.工厂制作、加工好的构件要妥善堆放,避免钢材表面生锈而导致二次涂装,造成不必要的浪费。对构件运输或安装 过程中损坏的涂层,应在安装就位后及时清理干净,并按有关 规范对涂层进行修复。 |
于领先地位，并率先通过了国际质量体系认证。