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論鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕與防護(hù)

2018-10-31 12:35:44 作者：宋海鳴來(lái)源：材料加工系閱覽室分享至：

隨著鋼材的廣泛應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕也不斷引起相關(guān)人員的重視，鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕給我們?cè)斐傻牟粌H僅是經(jīng)濟(jì)上的損失，還有給人民安全帶來(lái)隱患，所以接下來(lái)讓我們一起探討一下鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕與防護(hù)問(wèn)題。

一、鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的類型和機(jī)理

l、大氣腐蝕

空氣中有足夠的氧，因此空氣中是否存在濕氣決定了是否會(huì)發(fā)生腐蝕。在雨后以及有霧或有露水的情況下鋼材表面是潮濕的，即使在無(wú)肉眼可見(jiàn)的濕氣情況下，空中的水蒸氣依舊會(huì)引起鋼的腐蝕。故此，鋼結(jié)構(gòu)的大氣腐蝕主要是由空氣中的水和氧氣等的化學(xué)和電化學(xué)作用引起的，是一種常見(jiàn)的腐蝕現(xiàn)象。大氣中水汽形成金屬表層的電解液層，而空氣中的氧溶于其中作為陰極去極劑，二者與鋼構(gòu)件形成了一個(gè)基本的腐蝕原電池。當(dāng)大氣腐蝕在鋼構(gòu)件表面形成銹層后，腐蝕產(chǎn)物會(huì)影響大氣腐蝕的電極反應(yīng)。

2、局部腐蝕

局部腐蝕主要包括縫隙腐蝕和電偶腐蝕，同時(shí)它也是鋼結(jié)構(gòu)中十分常見(jiàn)的一種破壞形態(tài)。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的不同結(jié)構(gòu)件之間以及鋼構(gòu)件與非金屬的表面間存在縫隙，而且有介質(zhì)存在的時(shí)候就會(huì)發(fā)生局部腐蝕。所以局部腐蝕發(fā)生的條件為：首先必須存在具備腐蝕條件的縫隙，而且縫隙中要有液體；其次構(gòu)件的縫隙寬度必須窄到可以使得液體在縫內(nèi)停滯。鋼結(jié)構(gòu)最常見(jiàn)的縫隙腐蝕形式有鉚接、襯墊和顆粒沉積等。由于這些縫隙在工程中是不可避免的，所以同樣也無(wú)法完全避免鋼結(jié)構(gòu)的縫隙腐蝕。

3、應(yīng)力腐蝕

因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)既會(huì)受到腐蝕介質(zhì)的作用，同時(shí)它也要承彎曲、拉伸、壓縮乃至扭轉(zhuǎn)等各種應(yīng)力的作用。因此，鋼結(jié)構(gòu)中所采用的高強(qiáng)鋼、低碳鋼和低合金鋼等材料極易在水介質(zhì)中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。在具有腐蝕效果的環(huán)境中，假若鋼結(jié)構(gòu)受力則會(huì)使腐蝕速度加快。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在特定的介質(zhì)中，如果鋼結(jié)構(gòu)不受到應(yīng)力的作用則腐蝕效果微乎其微，一旦受到拉伸應(yīng)力，在一段時(shí)間后構(gòu)件則會(huì)突然產(chǎn)生斷裂。因?yàn)檫@種由應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生的斷裂在事前并不會(huì)有明顯的征兆。所以往往會(huì)造成無(wú)法估計(jì)的災(zāi)難性后果。例如，房屋建筑和橋梁的倒塌以及管道的泄露，帶來(lái)巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

二、對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的控制

1、噴砂處理

這種表面處理方法是機(jī)械清除氧化皮和鐵銹的重要手段之一，即用磨料粒子連續(xù)沖擊表面。實(shí)現(xiàn)該過(guò)程有兩種方法：（1）利用設(shè)備將一股在壓縮空氣流中的磨料通過(guò)適當(dāng)?shù)能浌車娮靷魉椭帘砻妫唬?）用葉輪通過(guò)離心力把磨料噴在表面上。后者需要相對(duì)大的固定設(shè)備，因而主要在工廠使用。壓縮氣體法也在工廠使用，但它主要是便攜式的，因此也能夠在現(xiàn)場(chǎng)使用。該方法的有效性取決于磨料在到達(dá)鋼表面時(shí)的能量，這和磨料粒子的質(zhì)量和速率有關(guān)。

2、火焰處理

火焰清理是一種常規(guī)的且能夠與激光清理達(dá)到同樣目的一種方法。其流程為：用氧乙炔焰或氧-丙烷炎將鋼加熱。由于氧化皮與金屬的膨脹系數(shù)有所差異，故可使軋制氧化皮和其他氧化皮脫落。此外，還可以把存在鐵銹中的水分處理掉。在經(jīng)過(guò)火焰的一段烘烤后，即刻用線刷就能清除松散的殘留氧化皮和鐵銹。此方法也會(huì)殘留一層粉末，因此也必須刷掉。該方法的清潔度等級(jí)一般被認(rèn)為介于噴砂處理與手工處理之間，該方法用于維修而不是清理新的鋼結(jié)構(gòu)。

3、酸洗

在噴砂處理作為鋼結(jié)構(gòu)充分處理的有效方法之前，有時(shí)把工件浸入稀酸溶液中清除其上的鐵銹與氧化皮，這種清洗方法被稱為酸洗。時(shí)至今日，盡管該方法仍用于要進(jìn)行熱浸鍍的鋼材，但對(duì)于己經(jīng)進(jìn)行過(guò)涂料的結(jié)構(gòu)鋼來(lái)說(shuō)，己經(jīng)很少使用了。但它仍然是鋼板與鋼帶清理的最常用方法，并且常作為連續(xù)處理工藝的一部分。

4、鋼鹽與鋅鹽磷化處理

許多用于建筑結(jié)構(gòu)鋼中較小的零部件、鋁合金窗戶以及某些用于商店門(mén)面的鍍鋅鋼也是通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化磷化處理，而后涂上一層有機(jī)粉末進(jìn)行防護(hù)。使用的材料在大約60℃除去底材上的油脂。一般使用浸入法，而不是用于清理冰箱外殼那樣的傳動(dòng)式噴洗法。接下來(lái)在軟水中進(jìn)行熱清洗，然后轉(zhuǎn)移到含有磷酸鐵或磷酸鋅的溶液槽中，操作溫度也在50至60℃之間。

5、其他創(chuàng)新方法

許多年來(lái)，人們一直在尋求一種噴砂處理的替代品，即使不能完全替代，但至少為在敏感區(qū)域獲得高標(biāo)準(zhǔn)的清潔度提供一種選擇和有效的方法。當(dāng)然，在理想情況下，該方法不應(yīng)增加廢物處理的問(wèn)題。例如制冷噴砂處理，激光清理以及海綿介質(zhì)噴砂處理等。

三、對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)

1、涂料和涂層

涂料和涂層的差別非常的明顯，前者是液態(tài)材料，而后者是指鋼結(jié)構(gòu)表面的保護(hù)膜。如果采用的涂裝技術(shù)較差，液體涂料在鋼結(jié)構(gòu)上干燥成膜后，就會(huì)失去很多本來(lái)應(yīng)有的功能。

涂層必須具備合適的硬度性能以及被重新涂蓋的能力。但是，最重要的是涂料應(yīng)具有在特殊條件下能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行保護(hù)的功能。而且涂料自身必須滿足一定的技術(shù)要求，其中包括涂裝方法的簡(jiǎn)易度、一定的可儲(chǔ)存壽命、較快的干燥性以及能使人接受的合適價(jià)格。而涂料則基本上是由固體的顆粒分布在液體中而形成的。當(dāng)涂料被混合后再涂于鋼件上時(shí)，液體涂料則會(huì)逐漸干燥并且把顏料粘結(jié)起來(lái)成為致密的固化膜，故這樣的液體被稱為粘結(jié)劑。但是實(shí)際上來(lái)說(shuō)，涂料一般都保護(hù)有助于提高涂料施工以及其他性能的輔助材料。時(shí)至今日，人們研究了現(xiàn)代涂料并獲得了更好的性能。然而，只有在充分考慮了能夠滿足表面處理、涂裝涂料以及選擇適合于特定條件的涂料因素后，才能使涂料的性能得到提升。

2、金屬鍍層

在大多數(shù)情況下，有色金屬要比碳鋼的耐腐蝕性好得多，但是有色金屬的價(jià)格較為昂貴。而且在一些場(chǎng)合下，有色金屬的力學(xué)性能并不能滿足要求。所以，在鋼表面鍍上有色金屬，則可以將兩者的優(yōu)點(diǎn)兼顧。用鋅保護(hù)鋼制品距今已有上百年的歷史了，而且其他金屬鍍層也很常見(jiàn)，例如用鍍錫鐵皮制作成罐頭盒等。金屬鍍層也被運(yùn)用與裝飾和工程應(yīng)用，例如堅(jiān)固的墻面。但這些工藝不屬于鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)，故暫且不提。

鋁和鋅是最常用來(lái)使建筑鋼制品具有防腐蝕性的金屬。而鋅的使用則更為廣泛。并且在某些特定的場(chǎng)合也使用一些其他金屬作為鋼的鍍層，但是這些金屬在鋼制品的防護(hù)鍍層中并不常用。在鋼上涂鍍其他金屬可以使用很多方法，其中包括等離子濺射和真空鍍膜等。而對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)和建筑部件，無(wú)外乎有以下四種方法：熱浸鍍、噴鍍、電鍍以及擴(kuò)散鍍。其中熱浸鍍和噴鍍是作用于結(jié)構(gòu)件，而電鍍和擴(kuò)散鍍則用于較小的零件盒部件。還有一些方法是用于保護(hù)鋼制品的特殊部位，特別是焊接重疊處和包裹處。雖然這種方法沒(méi)有上面的四種方法常用，但可用于某些侵蝕的狀態(tài)。

3、其他防護(hù)方法

雖然大多數(shù)鋼制品是用涂層或鍍層來(lái)防止腐蝕的，但還有其他方法，特別是陰極保護(hù)法。作為一種鋼制品的防腐蝕方法。陰極保護(hù)的應(yīng)用雖然是有限的，但它被用于許多重要構(gòu)件，尤其是靠近海洋的鋼結(jié)構(gòu)，故它也是一種重要的防護(hù)方法。

四、結(jié)語(yǔ)

鋼鐵作21世紀(jì)最重要的結(jié)構(gòu)材料，憑借其優(yōu)異的性能應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。但由于金屬腐蝕這一普遍現(xiàn)象的存在，而導(dǎo)致鋼制品的腐蝕。從而所帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)損失。故此，通過(guò)深入研究鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕類型，從而積極研究并開(kāi)發(fā)出。

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責(zé)任編輯：韓鑫

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