凯发官网地址 鋼結構防腐蝕問題探討

【摘要】鋼結構構件在使用中與環境中的介質接觸，鋼材中的鐵與介質產生化學反應，導致鋼材被腐蝕，也稱為銹蝕。鋼材的腐蝕，輕者鋼材力學性能下降，重者將導致構件破壞，造成建筑物倒塌等嚴重后果，因此鋼結構的防腐處理應引起重視。本文結合現場的施工經驗，簡要的分析了施工中鋼結構的腐蝕原因及防腐蝕的應對措施。

【關鍵詞】鋼結構;施工;防腐蝕
20世紀以來，隨著鋼結構的逐步推廣應用，在各個領域中使用 鋼結構日漸增加，關于鋼結構的腐蝕與防護問題也逐漸受到業界 有識之士的關注與重視。

1.腐蝕與防護的重要性

腐蝕是金屬和周圍環境發生化學或電化學反應而導致的g 種破壞性侵蝕。由于腐蝕是一種悄悄在進行的破壞，不易發現 ，不像地震和火山等自然災害那樣引人關注。所以對于腐蝕造成的破壞和損失往往給人的印象不那么深刻。據調查表明，目前全球每年因腐蝕所帶來的損失高達7000億美元，世界工業發達國家組織的腐蝕損失因材料的腐蝕破壞給各工業國家帶來的經濟損失為其每年 GDP的 2％～4％。我國因為腐蝕造成的經濟損失高達人民幣5000億元，比美國小但比日本大。調查也表明如采用現代腐蝕與防護科學知識，采取有效的防護措施，則可以挽回損失 40％以上 。這些觸目驚心的事實讓我們更加注意到鋼結構的防腐蝕與防護的重要性。
2.1鋼結構除銹

除銹工藝是鋼結構防腐蝕的前提與保證，常用的表面處理方法有：

  2.1.1手工處理。用手工可以除去工件表面的氧化皮和銹跡，但手工處理清理不徹底,質量差,生產效率低。

  2.1.2化學處理。
主要是利用堿性或酸性溶液，使工件表面的油污及氧化物溶解在堿性或酸性的溶液中，以達到去除工件表面氧化皮、銹跡及油污的目的。但若時間控制不當，即使加緩蝕劑，也能使鋼材產生過蝕現象。對于較復雜的結構件和有孔的零件，若處理不當，浸入孔穴或縫隙中的余酸難以徹底清除，將成為隱患，因此化學處理適用于對薄板件清理。且化學物質易揮發，成本高，若化學排放處理不當，會對環境造成嚴重的污染。隨著人們環保意識的提高，這處理方法正被機械處理法取代。

2.1.3機械處理法。主要包括噴丸法和拋丸法。噴丸又分為噴丸和噴砂。用噴丸進行表面處理，打擊力大，清理效果明顯。但噴丸容易使薄板工件變形，且無法徹底清除油污。清理效果較佳的還應是噴砂，適用于工件表面要求較高的清理。拋丸法清理是利用 拋丸機 離心力將彈丸加速，拋射至工件進行除銹清理的方法。h型鋼構件焊接完成后進入拋丸除銹封閉空間，可以對鋼構件表面的中銹以下程度的表面進行拋丸除銹，拋丸除銹工藝除具有除銹作用以外，還可以消除h型鋼構件焊接完成以后產生的殘余應力，改善鋼構件施加荷載后的受力狀態。采用拋丸機等拋丸除銹設備，與采用傳統的手工除銹、噴砂除銹相比，具有抗腐蝕年限更長、改善構件應力狀態的特點。但拋丸受場地限制，在工件內表面易產生清理不到的死角，設備結構復雜，葉片等零件磨損快，一次性投入費用高。

3.鋼結構防腐蝕

鋼結構銹蝕速度規律：①先快后慢；②沿海或潮濕環境快；③重工業區是市區的2倍，是山區、田園的10倍；④無防銹層比有防銹層快5倍；⑤室外為室內的4倍。
鋼結構防腐蝕是鋼結構設計、施工、使用中必須解決的重要問題，它牽涉到鋼結構的的耐久性、造價、使用性能、維護費用等諸多問題。
 3.1
鋼結構腐蝕的原因

鋼材受腐蝕的原因很多，可根據環境介質的不同分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類。化學腐蝕也稱干腐蝕，是指鋼材在常溫或高溫下發生的氧化或硫化作用。鋼材的氧化是由于它同氧化性介質接觸產生化學反應而形成的。氧化性介質有空氣、氧氣、水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫和氯等，反應后生成疏松的氧化物。其反應速度隨濕度、溫度的增加而加速，特別是干濕交替環境下腐蝕更為厲害。電化學腐蝕亦稱濕腐蝕，是由于電化學現象在鋼材表面產生局部電池作用的腐蝕。鋼材在潮濕的空氣中，由于吸附作用，在其表面覆蓋一層極薄的水膜，由于表面成分或受力變形的不均勻，使鄰近的局部產生電極電位的高低差，形成了許多微電池。在陽極區，鐵被氧成fe離子進入水膜。水中溶有來自空氣的氧，在陰極區，氧被還原成oh根離子，兩者結合成不溶于水的fe(oh)2，并進一步氧化生成疏松易剝落的鐵銹fe(oh)3。
鋼材在大氣中的腐蝕，是化學腐蝕和電化學腐蝕同時作用所致，但以電化學腐蝕為主。根據裸露鋼板在所處環境的腐蝕程度，iso 12944將大氣的腐蝕等級分為五個級別，對于不同的腐蝕環境以及防腐年限，iso 12944對防腐涂層系統的選擇進行了指導并且規定了涂層系統的較小干膜厚度。例如，對于c4的大氣腐蝕環境及高的防腐年限（大于15年），可選用75微米的環氧富鋅底漆，150微米的環氧云鐵中間漆，以及50微米的聚氨酯面漆，總干膜厚度為275微米。

3.2鋼結構維護防腐蝕的常用方法

鋼材的腐蝕有材質的原因，也有使用環境和接觸介質等原因，因此防腐蝕方法也有所側重。
  3.2.1采用抗腐蝕的耐候鋼。
一般含有磷、銅、鎳、鉻、鈦等成分，使金屬表面形成保護層，耐腐蝕性能優于一般結構用鋼的鋼材稱為耐候鋼，其低溫沖擊韌性也比一般的鋼材好。
 3.2.2長效防腐蝕。金屬保護層是用具有陽極或陰極保護作用的金屬或合金，通過電鍍、熱鍍、噴鍍、化學鍍和滲鍍等方法，在金屬表面上形成金屬保護層來隔離金屬與介質的接觸，或利用電化學作用對金屬加以保護，防止腐蝕。主要有熱浸鋅、熱噴鋁（鋅）復合涂層兩種方法。
   3.2.3化學保護層法，是用化學或電化學的方法，使金屬表面生成具有耐腐蝕性能的薄膜，以隔離金屬與腐蝕介質接觸，如鋼鐵的鈍化和磷化處理。
  3.2.4普通涂層法，是用涂料、塑料或搪瓷等材料，通過涂刷、噴涂等方法，在金屬表面形成非金屬保護膜，使金屬與腐蝕介質隔離。鋼結構就是利用表面涂裝防止腐蝕的。室內鋼結構或相對易于維護的室外鋼結構多用涂層法防腐，因其防腐蝕性不如長效防腐蝕方法。涂層法施工的第一步是除銹，一般多用噴砂、噴丸除去所有的油污和銹跡。要根據周圍的環境選擇涂層，而且不同的涂層對不同的腐蝕條件有不同的耐受性。
   高性能的防腐涂料通常為三道漆體系：底漆，中間漆和面漆。
   ①底漆含基料少，粉料多，成膜粗糙，與鋼材粘附力強，與面漆結合性好。在腐蝕性強的環境中，通常選擇富鋅底漆。在腐蝕性較弱的環境中，通常選擇磷酸鋅底漆。環氧富鋅底漆與無機硅酸鋅底漆相比具有以下優點：其一在底漆與中間漆之間，不需要封閉漆其二對空氣濕度不敏感，因為環氧富鋅底漆一般是基于環氧樹脂、聚胺或聚酰胺的固化機制，不需要空氣中的水分參與固化；其三可自身修補，且具有較強的結合力。目前，環氧富鋅底漆已被廣泛地應用于鋼結構的防腐。
  ②高性能涂裝體系的中間漆通常為環氧云鐵漆，相互交錯的層片狀的云鐵會有效地阻滯水分、氧及電解質的滲透，從而使中間漆具有更好的阻隔保護功能。另外，環氧云鐵中間漆中的云鐵能夠延長涂覆面漆的時間窗口，改善涂覆的性能。
  ③面漆的基料多，成膜有光澤，能保護底漆，并能抗風化。由于大多數鋼結構建筑有防止光澤度喪失及褪色等要求，所以采用保色性和保光性好的高性能面漆可以節約大量的后期維修費用。 涂層的施工要有適當的濕度和溫度。涂層的施工環境粉塵要少，構件表面不能有結露。涂裝后4小時之內不得淋雨。涂層一般做4～5遍。

4.典型防腐技術

4.1富鋅涂料
   在富鋅涂料組成中，鋅粉的含量必須大大高于臨界體積濃度，以使得鋅粉顆粒之間及鋅粉顆粒與鋼結構表面之間保持良好電接觸，涂膜具有良好導電性。因此對于富鋅涂料要求在保證滿意的成膜和機械性能前提下，鋅粉含量越高越好。根據美國鋼結構涂裝協會( SSPC)有關標準規定，鋅粉的含量應該占總不揮發物的 80％～95％。中性鹽霧腐蝕試驗是一種評價整個涂裝體系綜合防護性能的傳統手段，對于單獨的富鋅涂層而言，使用其試驗結果卻要慎重，因為有時會導致錯誤結論。盡管如此 ，該加速腐蝕試驗結果仍能反映某些問題，具有一定參考價值。

就水性無機富鋅涂料而言具有快干性，在標準環境條件下20 min表干 ，2 h實干；厚涂性 ，一次噴涂膜厚可達70 m以上；在適宜的范圍內，涂層不受焊接和切割損傷；耐高溫性，連續耐熱可達300℃以上。但是與其他涂料一樣，富鋅涂料也有其使用的局限性。

(1)涂層的脆性以水性無機富鋅為例，該涂層由鋅粉和硅酸鹽組成 ，呈脆性。目前 ，一般要求其耐沖擊性 ≥ 50 cm，柔韌性 ≤2 mm。水性無機富鋅涂層的脆性 ，決定了該涂料不適合在薄的、易變形的底材上使用，否則由于外力的作用 ，會使涂層出現大面積 剝落 。
(2)施工工藝富鋅涂料在施工過程中，由于涂料為高固體含量 ，鋅 粉與溶液不能形成完全均勻一致的液態物質，鋅粉易沉淀 ，因此在施工過程中需不斷攪拌 ，以保持涂料始終處于均一懸浮狀態，否則噴涂的涂層鋅粉含量不均勻 ；其次 ，水性富鋅涂料宜在相對濕 度 65％-85％環境下施 工 ，因為涂料 與空氣中的二氧化碳、水氣反應固化成膜 ，濕度太低涂 料不易固化成膜，另一方面濕度>85％以上時，過 多的水份會使涂料流淌 ，影響涂膜成形；再次 ，涂 膜養護溫度宜在 20—35℃，施工溫度過高會使涂膜干燥太快從而出現龜裂 ；施工溫度太低涂膜不 固化從而不能獲得合格的涂層。

 (3)附著力水性富鋅涂料與岡特點結合力是靠無機溶液 樹脂固化 ，與鋼鐵形成機械結合 ，涂層結合力劃格法 2～3- ，約 1 MPa左右 。

4.2 熱噴涂鋅鋁偽合金
 鋅鋁偽合金噴涂主要使用電弧
噴涂方法獲得，電弧噴涂時，使用兩根不同成份的線材(鋅絲、 鋁絲)噴涂時，就得到這兩種材料的偽合金涂層。 鋅鋁偽合金的組織結構是兩種材料的機械混 合物。有時還含有少量的二者合金，涂層的力學性能和化學性能將兼有二者的特點。電化學性能：介于鋅涂層和鋁涂層之間近于鋅涂層，對鋼鐵起到很好的陰極保護作用。 力學性能 ：介于鋅涂層和鋁涂層之間近于鋁 涂層，有較高的硬度和抗沖擊性能。
 有金屬理論工作者指出 ，當鋅鋁偽合金中鋁含量為 30％時，會得到較佳的防腐蝕性能。
鋅鋁偽合金涂層有著長效防腐的性能，而且有較高的硬度和較強抗沖擊性能。表面處理噴涂鋅鋁偽合金噴涂 ，由于其對鋼基材有很好的侵潤性 ，不像噴涂純鋁對基材純凈度要求那么苛刻 ，一般 Sa2．5級即可 ，其表面 的粗糙度 35— 75 m，這樣對于現場施工比較容易達到。附著力方面，鋅鋁偽合金對于基材有很強的附著力。某公司曾在楊浦大橋做過現場試驗，拉開法附著力在12 MPa 以上；在天津赤峰橋試樣中更是達到 16 MPa以上。 這樣 也大大提高了涂層對于基材的保護效果

4.鋼結構防腐蝕工藝的相關問題
  防腐蝕工藝流程對鋼構件構造處理有不同要求。例如熱浸鋅時，構件整體受高溫作用，因而管狀構件不允許兩端封閉，若有封閉空腔則會在鍍鋅時由于內部空氣膨脹而爆裂，造成安全事故。為了解決管狀構件內部防腐蝕處理的不便，在采用熱噴鋁復合涂層或涂層法時，要將管狀構件兩端作氣密性焊接封閉。鋼結構構件或鋼板焊接連接時，若互相之間有貼合面，則在貼合面內的防腐蝕處理會不徹底，經長期銹蝕會影響結構的耐久性，因此應該避免。現場焊接之前應將焊縫附近的防腐蝕層清除，這也就破壞了防腐蝕涂層。對于油漆等涂料，只要重新涂覆即可。對于長效防腐蝕涂層，如熱噴鋁或熱浸鋅，現場很難恢復，因而只能用效果相近的涂料作補救處理。

5.結束語

隨著我國現代化進展的加快,應用于建筑工程中的鋼材品種、規格和數量迅速增加,質量和性能穩步提高,鋼結構的應用日益廣泛。但鋼材易腐蝕,是阻礙鋼結構發展的一個瓶頸。鋼結構腐蝕的防治應該引起人們的關注。 [科]
【參考文獻】

［１］周俊杰,常心坦.高層建筑中煙流機制的探討[j].四川建筑科學研究,2001,(02).