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钢结构防腐蚀问题探讨【摘要】钢结构构件在使用中与环境中的介质接触，钢材中的铁与介质产生化学反应，导致钢材被腐蚀，也称为锈蚀。钢材的腐蚀，轻者钢材力学性能下降，重者将导致构件破坏，造成建筑物倒塌等严重后果，因此钢结构的防腐处理应引起重视。本文结合现场的施工经验，简要的分析了施工中钢结构的腐蚀原因及防腐蚀的应对措施。【关键词】钢结构;施工;防腐蚀20世纪以来，随着钢结构的逐步推广应用，在各个领域中使用钢结构日渐增加，关于钢结构的腐蚀与防护问题也逐渐受到业界有识之士的关注与重视。1.腐蚀与防护的重要性腐蚀是金属和周围环境发生化学或电化学反应而导致的一种破坏性侵蚀。由于腐蚀是一种悄悄在进行的破坏，不易发现，不像地震和火山等自然灾害那样引人关注。所以对于腐蚀造成的破坏和损失往往给人的印象不那么深刻。据调查表明，目前全球每年因腐蚀所带来的损失高达7000亿美元，世界工业发达国家组织的腐蚀损失因材料的腐蚀破坏给各工业国家带来的经济损失为其每年GDP的2％～4％。我国因为腐蚀造成的经济损失高达人民币5000亿元，比美国小但比日本大。调查也表明如采用现代腐蚀与防护科学知识，采取有效的防护措施，则可以挽回损失40％以上。这些触目惊心的事实让我们更加注意到钢结构的防腐蚀与防护的重要性。2.1钢结构除锈除锈工艺是钢结构防腐蚀的前提与保证，常用的表面处理方法有：2.1.1手工处理。用手工可以除去工件表面的氧化皮和锈迹，但手工处理清理不彻底,质量差,生产效率低。2.1.2化学处理。主要是利用碱性或酸性溶液，使工件表面的油污及氧化物溶解在碱性或酸性的溶液中，以达到去除工件表面氧化皮、锈迹及油污的目的。但若时间控制不当，即使加缓蚀剂，也能使钢材产生过蚀现象。对于较复杂的结构件和有孔的零件，若处理不当，浸入孔穴或缝隙中的余酸难以彻底清除，将成为隐患，因此化学处理适用于对薄板件清理。且化学物质易挥发，成本高，若化学排放处理不当，会对环境造成严重的污染。随着人们环保意识的提高，这处理方法正被机械处理法取代。2.1.3机械处理法。主要包括喷丸法和抛丸法。喷丸又分为喷丸和喷砂。用喷丸进行表面处理，打击力大，清理效果明显。但喷丸容易使薄板工件变形，且无法彻底清除油污。清理效果最佳的还应是喷砂，适用于工件表面要求较高的清理。抛丸法清理是利用离心力将弹丸加速，抛射至工件进行除锈清理的方法。h型钢构件焊接完成后进入抛丸除锈封闭空间，可以对钢构件表面的中锈以下程度的表面进行抛丸除锈，抛丸除锈工艺除具有除锈作用以外，还可以消除h型钢构件焊接完成以后产生的残余应力，改善钢构件施加荷载后的受力状态。采用抛丸除锈设备，与采用传统的手工除锈、喷砂除锈相比，具有抗腐蚀年限更长、改善构件应力状态的特点。但抛丸受场地限制，在工件内表面易产生清理不到的死角，设备结构复杂，叶片等零件磨损快，一次性投入费用高。3.钢结构防腐蚀钢结构锈蚀速度规律：①先快后慢；②沿海或潮湿环境快；③重工业区是市区的2倍，是山区、田园的10倍；④无防锈层比有防锈层快5倍；⑤室外为室内的4倍。钢结构防腐蚀是钢结构设计、施工、使用中必须解决的重要问题，它牵涉到钢结构的的耐久性、造价、使用性能、维护费用等诸多问题。3.1钢结构腐蚀的原因钢材受腐蚀的原因很多，可根据环境介质的不同分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。化学腐蚀也称干腐蚀，是指钢材在常温或高温下发生的氧化或硫化作用。钢材的氧化是由于它同氧化性介质接触产生化学反应而形成的。氧化性介质有空气、氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化硫和氯等，反应后生成疏松的氧化物。其反应速度随湿度、温度的增加而加速，特别是干湿交替环境下腐蚀更为厉害。电化学腐蚀亦称湿腐蚀，是由于电化学现象在钢材表面产生局部电池作用的腐蚀。钢材在潮湿的空气中，由于吸附作用，在其表面覆盖一层极薄的水膜，由于表面成分或受力变形的不均匀，使邻近的局部产生电极电位的高低差，形成了许多微电池。在阳极区，铁被氧化成fe离子进入水膜。水中溶有来自空气的氧，在阴极区，氧被还原成oh根离子，两者结合成不溶于水的fe(oh)2，并进一步氧化生成疏松易剥落的铁锈fe(oh)3。钢材在大气中的腐蚀，是化学腐蚀和电化学腐蚀同时作用所致，但以电化学腐蚀为主。根据裸露钢板在所处环境的腐蚀程度，iso12944将大气的腐蚀等级分为五个级别，对于不同的腐蚀环境以及防腐年限，iso12944对防腐涂层系统的选择进行了指导并且规定了涂层系统的最小干膜厚度。例如，对于c4的大气腐蚀环境及高的防腐年限（大于15年），可选用75微米的环氧富锌底漆，150微米的环氧云铁中间漆，以及50微米的聚氨酯面漆，总干膜厚度为275微米。3.2钢结构维护防腐蚀的常用方法钢材的腐蚀有材质的原因，也有使用环境和接触介质等原因，因此防腐蚀方法也有所侧重。3.2.1采用抗腐蚀的耐候钢。一般含有磷、铜、镍、铬、钛等成分，使金属表面形成保护层，耐腐蚀性能优于一般结构用钢的钢材称为耐候钢，其低温冲击韧性也比一般的钢材好。3.2.2长效防腐蚀。金属保护层是用具有阳极或阴极保护作用的金属或合金，通过电镀、热镀、喷镀、化学镀和渗镀等方法，在金属表面上形成金属保护层来隔离金属与介质的接触，或利用电化学作用对金属加以保护，防止腐蚀。主要有热浸锌、热喷铝（锌）复合涂层两种方法。3.2.3化学保护层法，是用化学或电化学的方法，使金属表面生成具有耐腐蚀性能的薄膜，以隔离金属与腐蚀介质接触，如钢铁的钝化和磷化处理。3.2.4普通涂层法，是用涂料、塑料或搪瓷等材料，通过涂刷、喷涂等方法，在金属表面形成非金属保护膜，使金属与腐蚀介质隔离。钢结构就是利用表面涂装防止腐蚀的。室内钢结构或相对易于维护的室外钢结构多用涂层法防腐，因其防腐蚀性不如长效防腐蚀方法。涂层法施工的第一步是除锈，一般多用喷砂、喷丸除去所有的油污和锈迹。要根据周围的环境选择涂层，而且不同的涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受性。高性能的防腐涂料通常为三道漆体系：底漆，中间漆和面漆。①底漆含基料少，粉料多，成膜粗糙，与钢材粘附力强，与面漆结合性好。在腐蚀性强的环境中，通常选择富锌底漆。在腐蚀性较弱的环境中，通常选择磷酸锌底漆。环氧富锌底漆与无机硅酸锌底漆相比具有以下优点：其一在底漆与中间漆之间，不需要封闭漆其二对空气湿度不敏感，因为环氧富锌底漆一般是基于环氧树脂、聚胺或聚酰胺的固化机制，不需要空气中的水分参与固化；其三可自身修补，且具有较强的结合力。目前，环氧富锌底漆已被广泛地应用于钢结构的防腐。②高性能涂装体系的中间漆通常为环氧云铁漆，相互交错的层片状的云铁会有效地阻滞水分、氧及电解质的渗透，从而使中间漆具有更好的阻隔保护功能。另外，环氧云铁中间漆中的云铁能够延长涂覆面漆的时间窗口，改善涂覆的性能。③面漆的基料多，成膜有光泽，能保护底漆，并能抗风化。由于大多数钢结构建筑有防止光泽度丧失及褪色等要求，所以采用保色性和保光性好的高性能面漆可以节约大量的后期维修费用。涂层的施工要有适当的湿度和温度。涂层的施工环境粉尘要少，构件表面不能有结露。涂装后4小时之内不得淋雨。涂层一般做4～5遍。4.典型防腐技术4.1富锌涂料在富锌涂料组成中，锌粉的含量必须大大高于临界体积浓度，以使得锌粉颗粒之间及锌粉颗粒与钢结构表面之间保持良好电接触，涂膜具有良好导电性。因此对于富锌涂料要求在保证满意的成膜和机械性能前提下，锌粉含量越高越好。根据美国钢结构涂装协会(SSPC)有关标准规定，锌粉的含量应该占总不挥发物的80％～95％。中性盐雾腐蚀试验是一种评价整个涂装体系综合防护性能的传统手段，对于单独的富锌涂层而言，使用其试验结果却要慎重，因为有时会导致错误结论。尽管如此，该加速腐蚀试验结果仍能反映某些问题，具有一定参考价值。就水性无机富锌涂料而言具有快干性，在标准环境条件下20min表干，2h实干；厚涂性，一次喷涂膜厚可达70m以上；在适宜的范围内，涂层不受焊接和切割损伤；耐高温性，连续耐热可达300℃以上。但是与其他涂料一样，富锌涂料也有其使用的局限性。(1)涂层的脆性以水性无机富锌为例，该涂层由锌粉和硅酸盐组成，呈脆性。目前，一般要求其耐冲击性≥50cm，柔韧性≤2mm。水性无机富锌涂层的脆性，决定了该涂料不适合在薄的、易变形的底材上使用，否则由于外力的作用，会使涂层出现大面积剥落。(2)施工工艺富锌涂料在施工过程中，由于涂料为高固体含量，锌粉与溶液不能形成完全均匀一致的液态物质，锌粉易沉淀，因此在施工过程中需不断搅拌，以保持涂料始终处于均一悬浮状态，否则喷涂的涂层锌粉含量不均匀；其次，水性富锌涂料宜在相对湿度65％一85％环境下施工，因为涂料与空气中的二氧化碳、水气反应固化成膜，湿度太低涂料不易固化成膜，另一方面湿度85％以上时，过多的水份会使涂料流淌，影响涂膜成形；再次，涂膜养护温度宜在20—35℃，施工温度过高会使涂膜干燥太快从而出现龟裂；施工温度太低涂膜不固化从而不能获得合格的涂层。(3)附着力水性富锌涂料与冈特点结合力是靠无机溶液树脂固化，与钢铁形成机械结合，涂层结合力划格法2～3级，约1MPa左右。4.2热喷涂锌铝伪合金锌铝伪合金喷涂主要使用电弧喷涂方法获得，电弧喷涂时，使用两根不同成份的线材(锌丝、铝丝)喷涂时，就得到这两种材料的伪合金涂层。锌铝伪合金的组织结构是两种材料的机械混合物。有时还含有少量的二者合金，涂层的力学性能和化学性能将兼有二者的特点。电化学性能：介于锌涂层和铝涂层之间近于锌涂层，对钢铁起到很好的阴极保护作用。力学性能：介于锌涂层和铝涂层之间近于铝涂层，有较高的硬度和抗冲击性能。有金属理论工作者指出，当锌铝伪合金中铝含量为30％时，会得到较佳的防腐蚀性能。锌铝伪合金涂层有着长效防腐的性能，而且有较高的硬度和较强抗冲击性能。表面处理喷涂锌铝伪合金喷涂，由于其对钢基材有很好的侵润性，不像喷涂纯铝对基材纯净度要求那么苛刻，一般Sa2．5级即可，其表面的粗糙度35—75m，这样对于现场施工比较容易达到。附着力方面，锌铝伪合金对于基材有很强的附着力。某公司曾在杨浦大桥做过现场试验，拉开法附着力在12MPa以上；在天津赤峰桥试样中更是达到16MPa以上。这样也大大提高了涂层对于基材的保护效果4.钢结构防腐蚀工艺的相关问题防腐蚀工艺流程对钢构件构造处理有不同要求。例如热浸锌时，构件整体受高温作用，因而管状构件不允许两端封闭，若有封闭空腔则会在镀锌时由于内部空气膨胀而爆裂，造成安全事故。为了解决管状构件内部防腐蚀处理的不便，在采用热喷铝复合涂层或涂层法时，要将管状构件两端作气密性焊接封闭。钢结构构件或钢板焊接连接时，若互相之间有贴合面，则在贴合面内的防腐蚀处理会不彻底，经长期锈蚀会影响结构的耐久性，因此应该避免。现场焊接之前应将焊缝附近的防腐蚀层清除，这也就破坏了防腐蚀涂层。对于油漆等涂料，只要重新涂覆即可。对于长效防腐蚀涂层，如热喷铝或热浸锌，现场很难恢复，因而只能用效果相近的涂料作补救处理。5.结束语随着我国现代化进展的加快,应用于建筑工程中的钢材品种、规格和数量迅速增加,质量和性能稳步提高,钢结构的应用日益广泛。但钢材易腐蚀,是阻碍钢结构发展的一个瓶颈。钢结构腐蚀的防治应该引起人们的关注。[科]【参考文献】［１］周俊杰,常心坦.高层建筑中烟流机制的探讨[j].四川建筑科学研究,2001,(02).