认识钢结构的防腐蚀_一般钢结构防腐蚀

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近年来，随着我国经济建设的迅速发展，钢产量有了突破性的提高。1996年我国钢产量突破亿吨大关，1998年产量达11434万吨，而从2000年到2005年，我国钢铁产量年均增幅达22.5%，2005年我国钢铁产量超过了美国、俄罗斯、日本、韩国4个钢铁强国的产量总和。2007年我国生产粗钢48924.08万吨。钢产量的增长为我国建筑钢结构事业创造了良好的时机。

与钢筋混凝土等传统建材相比，钢结构具有力学性能好、承载性能强、制造简易，易于工业化生产、施工安装周期短等优势，另外，钢材的可重复利用，也充分体现了绿色环保、可持续发展的建设理念。同时随着建筑结构学理论的发展、建筑用钢规格种类的增加、产品质量的提高，钢结构在建筑领域的应用已愈来愈普及、愈来愈成熟。诸如大跨度桥梁、大跨度网架结构、大型工业厂房、海洋石油钻井平台等，不使用钢结构，根本无法建成。特别是近几十年来，随着经济的发展和科学技术的进步，世界各地的超高层建筑，如雨后春笋，纷纷拔地而起。而建筑钢结构的应用和发展，是这些超高建筑赖以建成的技术和物质的保证。

然而，由于钢材在服役期间易和所处环境介质之间发生化学、电化学或物理作用，产生腐蚀。钢材的腐蚀是一种不均匀的破坏，腐蚀的发展很快，一旦在钢结构的表面发生腐蚀的蚀坑会由坑底向纵深迅速的发展，使钢结构产生应力集中，而应力集中现象又会加快钢材的腐蚀。这是一种钢材腐蚀的恶性循环。腐蚀使钢材的抗冷脆性能下降、疲劳强度降低。2001年我国因腐蚀问题造成的损失多达4000亿元，损失钢材1000多万T。据统计，全世界因腐蚀所造成的损失比火山地震等自然灾害造成损失的总和还大。因此，钢材的防腐蚀一直是科学界研究的重点。

2钢结构腐蚀类型和机理

2.1大气腐蚀

钢结构的大气腐蚀主要是由空气中的水和氧气等的化学和电化学作用引起的。大气中水汽形成金属表层的电解液层，而空气中的氧溶于其中作为阴极去极剂，二者与钢构件形成了一个基本的腐蚀原电池。当大气腐蚀在钢构件表面形成锈层后，腐蚀产物会影响大气腐蚀的电极反应。

2.2局部腐蚀

局部腐蚀是钢结构最常见的破坏形态，主要包括电偶腐蚀、缝隙腐蚀。电偶腐蚀主要发生在钢结构不同金属组合或者连接处，其中电位较负的金属腐蚀速度较大，而电位较正的金属受到保护，两种金属构成了腐蚀原电池。缝隙腐蚀主要在钢结构不同结构件之间、钢构件与非金属之间存在的表面缝隙处，当缝隙宽度窄到可以使得液体在缝内停滞时发生，钢结构的缝隙腐蚀最敏感的缝宽为0.025mm—0.1mm。钢结构最常见的缝隙腐蚀形式有铆接、衬垫和颗粒沉积等，由于这些连接中的缝隙在工程中是不可避免的，所以钢结构的缝隙腐蚀也是不可完全避免的，它的发生会导致钢结构整体强度降低，减少吻合程度。

2.3应力腐蚀

即在某一特定的介质中，钢结构不受到应力作用时腐蚀甚微，但是受到拉伸应力后，经过一段时间构件会发生突然断裂。由于这种应力腐蚀断裂事先没有明显的征兆，所以往往造成灾难性后果，如桥梁坍塌、管道泄漏、建筑物倒塌等，带来巨大的经济损失和人员伤亡。

3钢结构目前采取的主要防腐蚀措施

针对钢结构腐蚀的类型和机理，腐蚀保护的措施主要包括三个方面：提高基材的耐蚀性能；使用有机、无机涂层和金属镀层；外加电流。

3.1耐候钢

使用耐候钢可以提高基材的耐蚀性能。耐候钢是指暴露在大气条件下，表面可逐渐形成一层非常致密且附着力很强的稳定锈层阻止外界腐蚀介质的侵入，减缓金属继续腐蚀速度的钢材。耐候钢的研制起源于欧美。20世纪初

欧美的科学家就发现Cu能够改善钢铁在空气中的耐腐蚀性能，1993年美国的U.S.Steel公司首先研制成功了抗腐蚀高抗拉性能的低合金钢——Corten钢，并于60年代不涂漆直接应用于建筑和桥梁，其中应用最普遍的是高PCu加Ni的CortenA系列和以CrMnCu合金为主的CortenB两种系列，这两种钢材在美国、日本和欧洲得到了广泛的应用。我国从上个世纪60年代开始研制耐候钢，并且发展了一些钢种，如上海钢铁一厂研制的10PCuRE系列、鞍山钢铁厂研制的08CuPVRE系列和武钢的09CuPTi系列。

3.2热浸镀锌技术

钢结构热浸镀锌是将表面净化处理后的钢构件浸入460℃～469℃左右融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，其厚度对5 mm以下薄板不得小于65μm，对厚板不小于86μm。钢结构件采用这种保护方式具有耐蚀性好，使用寿命长，且基本不用维护等优点，因而其应用越来越广泛。目前，天线钢结构件表面防护、广播电视塔、输电铁架、城市交通标识杆、高速公路护栏、钢结构桥梁、矿井支架等均大量使用热镀锌钢结构件。热镀锌的机理是在钢结构件表面形成一层致密的锌的镀层，主要包括Γ(Fe5Zn21)、δ

1、ζ和η等相。热浸镀锌时，最先形成Zn在α铁中的固溶体，达到饱和后通过元素的扩散作用形成Γ相。然后Fe以扩散形式通过Γ层，形成含Fe更少的δ

1、ζ和η相，使得金属锌与基体具有良好的附着强度。

20世纪50年代英国剑桥大学的博士提出了‚冷镀锌‛工艺。‘冷镀锌’就是在常温下‘镀’锌。因此也有人称‘冷镀锌’是热镀锌的常温化。冷镀锌产品有较好的防腐蚀性能，施工便捷，有机溶剂的挥发量少，利于环境保护，受到钢结构行业的欢迎。

3.3有机涂层钢板技术

有机涂层钢板(即彩涂板)具有轻质、美观等特点及良好的耐腐蚀性能和物理屏障性能，良好的弯、压等可加工性，同时又具有造型可随意性和可回收

性，因而在钢结构领域越来越被广泛应用，市场前景十分广阔。彩涂板主要有聚酯、硅改性聚酯、环氧树脂、氟碳、丙烯酸树脂、塑料溶胶和家电聚酯及表面贴膜、压花等产品，用于生产瓦楞板、夹心板、门窗等。从市场需求看，2003年我国共消费彩涂板242万吨，其中进口110万吨，占消费的比重为45.5%；2004年消费彩涂板245万吨，其中进口49万吨，占消费的比重减少到20.2%。预计2010年彩涂板总需求量约900万吨。消费彩板中约95%用于建筑上，其中钢结构用占很大一部分。在工业建筑中，有机涂层钢板的应用，形成了轻型钢结构体系。

3.4防腐涂料技术

防腐涂料是钢结构最常用的防腐蚀原料，具有成本低、工艺简单、场地要求不严格等优点，但是其防腐蚀性一般不如长效防腐蚀技术，用于户外时维护成本偏高。重防腐涂料可以达到15年以上的使用寿命，如果采用金属热喷涂与重防腐涂料双重保护，可以达到25年以上的使用寿命。

在钢结构防腐蚀涂料系统设计时，主要由三个步骤来完成。首先是判断钢结构的腐蚀环境；其次是确定防腐涂层要求的使用年限；最后是确定防腐涂层配套方案，包括产品类型和漆膜厚度。该技术的关键是除锈和涂料的选择。优质的涂层依赖于彻底的表面预处理，在相同的涂层防护条件下有效期涂层的使用寿命相差将近一半。因此一般多用喷砂喷丸除锈，钢构件表面必须露出金属的光泽，并且除去所有的锈迹和油污，现场施工的涂层可用手工除锈。选择涂料应考虑钢构件表面的预处理情况、最终外观(光泽或者颜色)、单层还是多层涂装、使用温度、表面现状及其类型等。

3.5热喷涂防腐技术

热喷涂是在对钢构件表面作喷砂除锈，使其表面露出金属光泽并打毛的基础上，采用燃烧火焰、电弧等作为热源，将喷涂材料加热到塑态和熔融状态，并用压缩空气将材料呈雾化的颗粒束吹附到基体表面上，随之激冷并不断层积

而形成涂层的工艺方法。这种工艺的优点是对构件尺寸适应性强，构件形状尺寸几乎不受限制，同时其热影响区是局部的，热变形较小，但是表面喷涂质量受人为因素、环境因素影响大。该防腐技术是保护钢构件的一种非常有效的方式，尤其是镀液为锌的时候。近几年来，在水工钢闸门上得到了广泛的推广与应用。一些水闸、水库、水电站、扬水站及船闸钢门上的锌镀层经受了淡水、海水以及工业污水的考验，都显示了良好的效果。

3.6阴极保护技术

对于需要在水下或地下使用的钢结构，一般采用阴极保护的防腐蚀方式，共分外加电流式和牺牲阳极式两种形式：外加电流措施是对于裸露的钢构件实施外加电流，需要消耗大量的保护电能，这对于整个系统是不经济的；牺牲阳极措施主要利用比钢材的电位更负的金属和合金制成牺牲性的阳极，从而使钢结构本身免遭腐蚀。研究表明，阴极保护技术是海工钢结构行之有效的防腐蚀措施，经采取该措施后的钢结构腐蚀速度可大大减少，仅为未保护钢结构的5%～10%。我国在海工钢结构中大量采用了阴极保护技术，阴极保护技术常与涂料保护联合应用。

4结语

钢结构以其优良的物理、机械及施工性能，在国内的工程中得到了越来越广泛的应用，但是钢结构腐蚀不仅会造成金属资源的巨大浪费，还会影响正常的生产运营。因此，通过建筑行业和腐蚀行业相联合，在深入研究钢结构大气腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀类型和机理的基础上，积极开发新的防腐蚀措施，必将会在未来的钢结构防腐工程中发挥更大的作用。