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鋼結構防腐及耐候鋼在建筑工程中的應用

2016-01-21 14:03:31 作者：本網整理來源：

本文就鋼結構的腐蝕機理、影響因素和防腐措施作了簡要介紹，并對耐候鋼在國內外的發展及應用進行了總結。

耐候鋼

鋼結構的腐蝕機理腐蝕指鋼鐵與周圍環境（介質）之間發生化學或電化學作用而引起的破壞或變質。建筑中通常所指的大氣腐蝕，是鋼鐵在大氣中由于受氧及水分的作用，產生電化學過程所形成的腐蝕。

影響鋼結構腐蝕的因素影響鋼結構在大氣中腐蝕的主要因素有濕度、溫度及大氣中所含介質。鋼鐵的臨界濕度一般在60% ~70%之間，低于臨界濕度時，鋼鐵表面受到的是化學腐蝕，其腐蝕速度不大；當高于臨界濕度時，其腐蝕類型由化學腐蝕轉變為電化學腐蝕，腐蝕速度突然加，此時腐蝕影響是很大的。大氣中所含的灰塵，特別是含有腐蝕性的粉塵，大大加速了鋼鐵在大氣中的腐蝕。這是由于灰塵具有毛細管的凝聚作用，鋼鐵表面有灰塵的地方，特別容易結露具有腐蝕性的粉塵或氣體溶解于鋼鐵表面的液膜時，便形成腐蝕性極強的酸、堿、鹽溶液。

當大氣中含有氯離子時，氯離子能有效破壞鋼鐵表面的鈍化膜形成較危險的點狀腐蝕。按照不同地區的腐蝕特征，可將大氣環境分為工業大氣，海洋大氣，城市大氣和農村大氣，它們的相對腐蝕程度比較見表1.表1鋼鐵在不同環境下的大氣腐蝕程度％大氣環境分類相對腐蝕程度干燥的農村環境城市大氣海洋大氣工業大氣污染嚴重的工業大氣2鋼鐵腐蝕的危害鋼鐵腐蝕一種不均勻的破壞，其表面一旦出現腐蝕坑，由坑底向縱深發展很快，從而引起應力集中，而應力集中又會加速腐蝕過程，這種循環的連鎖反應是應力腐蝕的一種形式。鋼材在這種應力腐蝕的作用下抗冷脆性能不斷下降，導致承重構件在無明顯的變形征兆下突然發生脆性斷裂，造成建筑物倒塌并危及人身安全。結構在沖擊荷載作用下，腐蝕介質會促成鋼材發生脆性斷裂并影響疲勞強度，危害尤為嚴重。

在美國，因腐蝕造成的不安全事故約占整個不安全事故的31.8%我國為25%~30%.腐蝕不僅是安全生產的大敵，同時也給經濟發展帶來巨大的損失。由日本腐蝕工程學會（JapanSocietyofCorrosionEngineering）和日本腐種方法估算的1997年全日本腐蝕損失分別為39380億日元和52 580億日元，占當年國民生產總值（GNP）的077%和1.02%.若同時考慮間接高2~4倍。2001年我國因腐蝕問題損失達4 000億人民幣，損失鋼材1000多萬t. 3鋼結構防腐處理鋼結構在各種大氣環境下使用，產生腐蝕是一種自然現象。為防止或減少結構物的腐蝕，延長其使用壽命，需采取一定的措施。鋼結構的防腐蝕方法大致可分為四類：①涂層法，即在鋼結構表面涂（噴）油漆或其他防腐涂料，其耐久年限一般為5 ~10a；②長效法，即采用熱鍍鋅、熱鍍鋁（鋅）復合涂層進行鋼結構表面處理，防腐年限為20 ~30a甚至更長；③對水下或地下鋼結構采用陰極保護即電化學保護的方法；④采用本身具有抗腐蝕能力的耐候鋼。耐候鋼的發展及應用耐候鋼及耐大氣腐蝕鋼，是在普通鋼中添加一定量的合金元素，如Cu、P、Cr、Ni、Mn、Nb等，使其在金屬基體表面上形成保護層，以提高鋼材的耐候性。耐候鋼的發展耐候鋼的研制起始于歐美，20世紀初歐美的科學家就發現Cu可以改善鋼鐵在大氣中的耐腐蝕性能，1933年美國的U.S.Steel公司首先研制成功了耐腐蝕高抗拉強度的低合金鋼*Corten鋼，并于60年代不涂漆直接應用于建筑和橋梁。其中應用最普遍的是高P、Cu加Ni的CortenA系列和以Cr、Mn、Cu合金為主的CortenB系列，此后這兩種耐候鋼在歐洲、日本也得到廣泛應用。我國60年代起開始研制耐候鋼，并發展了自己的一些鋼種，如上海鋼鐵一廠的10PCuRE系列、鞍鋼的08CuPVRE系列及武鋼的09CuPTi系列。

合金元素對鋼耐腐蝕性能的影響耐候鋼較普通碳素鋼有較好的耐大氣腐蝕能力，其中合金元素起到了以下決定性作用：損失99整個腐蝕損失要比用碰方法算得的值is銹層的0*推遲銹的晶；④加速鋼均。net①降低銹層的導電性能，自身沉淀并覆蓋鋼表面；②影響銹層中物相結構和種類，阻礙勻溶解；⑤加速Fe2+向Fe3+的轉化并阻礙服飾產物的快速生長；⑥合金元素及其化合物阻塞裂縫和缺陷。

進一步研究表明耐候鋼中加入的合金元素對其耐大氣腐蝕性能的影響不盡相同4. ~0.4%的Cu時，無論在鄉村大氣、工業大氣或海洋大氣中都具有優越的耐腐蝕性能，Cu還有抵消鋼中S的有害作用的明顯效果。其作用特點是：鋼中S含量越高，Cu減低腐蝕速率的相對效果愈顯著。一般認為這是Cu和S生成難溶的硫化物所致。P在鋼中能加速鋼的均勻溶解有助于在鋼的表面形成致密的保護膜使鋼內部不受大氣腐蝕，通常P的最佳含量為0. 08%~0.15%.Cr能在鋼表面形成致密的氧化膜提高鋼的鈍化能力。耐候鋼中Cr含量一般在0.4%~1.3%之間。20世紀70年代后裸耐候鋼開始大規模應用在鋼橋的建造中。紐約GorgeWashingtonBridge、西弗吉尼亞NewRiverGorgeBridge（跨度518m的拱橋）和新奧爾良Mississippi RiverBridge中耐候鋼的使用為鋼橋的發展帶來了新的生機。在美國，截止1997年己有45%的橋梁使用耐候鋼。

日本也是將耐候鋼較早較多用于建筑結構的國家之一。1965年香川縣“五臺山之家”的屋頂使用了耐候鋼材，并于1967年首次在川橋、志染川橋、十勝中央大橋都相繼使用了耐候鋼。日本近年來針對高抗鹽腐蝕的沿海地區用耐候鋼進行了大量的研究，并推出了新的耐候鋼品種。與傳統的耐候鋼的化學成分相比，這些新型鋼是低合金鋼，不含鉻，但有鈮、鉬、磷、鈦等元素。根據在含鹽環境中進行的暴露試驗的結果，這些鋼的腐蝕損失比普通耐候鋼少。它們可以用在不能使用常用耐候鋼的地方（大氣中含鹽量大于或等于0.05mdd時）。將來，類似的新型耐候鋼的出現將會使耐候鋼的應用范圍擴展到鹽腐蝕更加嚴重的地區。

責任編輯：班英飛

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