论文部分内容阅读
【摘要】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，而钢结构腐蚀不仅会造成金属资源的巨大浪费．还会影响建筑物的正常的使用。本文介绍了钢结构腐蚀的类型与机理，探讨了建筑钢结构的各种防腐方法、特点及设计要点。
【关键词】建筑 钢结构 防腐技术
中图分类号： TU391 文献标识码： A
一、前言
钢结构有重量轻而强度高，塑性和韧性好，施工周期短等優点。因此在建筑工程中得到广泛的应用和发展。高层，大跨度，尤其是超高层和超大跨度结构采用钢结构尤为理想。同时钢结构又是对城市环境影响最小的结构之一，是可重复利用的绿色环保的材料。钢材在空气和潮湿的环境中易于锈蚀，钢材表面的铁原子和空气中的氧化合而成质地疏松的铁锈，特别是空气中含有酸碱盐类的介质时情况尤其严重。腐蚀不仅使钢材表面产生不均匀的锈蚀，而且局部的锈蚀引起应力集中，促使钢结构提前破坏。尤其在反复冲击的荷载作用下，更促进疲劳强度的降低，出现脆性断裂。钢材的腐蚀危害建筑物的安全，并造成巨大损失。只有在设计建造时对其进行有效的防腐，才能确保钢结构的长久寿命。
二、钢结构腐蚀的类型与机理
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、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。
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。带来巨大的经济和人员伤亡。
三、建筑钢结构的各种防腐方法及特点
1、采用具有抗腐蚀能力的耐候钢
耐候钢是在低碳钢或低合金钢中添加铜、铬、镍等合金元素制成的一种耐大气腐蚀的钢材。在大气作用下，表面自动形成一种致密的防腐薄膜，起到抗蚀作用。其抗腐蚀力高出一般钢材3倍。这种钢材不涂装就可以使用，很适应于露天的结构，是极好的结构用材。在所有钢桥中其应用率已有的水平。在国内，因价格昂贵，应用不多，今后的任务是不断降低耐候钢的成本，研究有抗腐力的焊缝金属和焊接工艺，使耐候钢能逐步推广到钢结构中去。
2、热浸锌防腐
热浸锌防腐是将除锈后的钢材中侵入高温融化的锌液中，使钢材中表面附着锌层。在一般大气环境下可以提供有效保护，质量稳定，因而被大量用于受大气腐蚀较严重且不易维修的室外钢结构中，如大量输电塔、通讯塔等。热浸锌发明至今已跨入第四个世纪。至今，热浸锌仍是钢材防腐方法中最普遍、最有效的工艺措施。然而，热浸锌防腐工艺受渡槽容积所限，不能对较大尺寸结构进行防腐施工；其次，不能到现场进行热浸锌防腐，只能在固定的工厂施工，势必造成大量的往返运输费用；再次，热浸锌镀层碰伤后，自身无法恢复。因此热浸锌方法最适宜于小钢构件、轻型钢构件的防腐。
3、热喷铝（锌）复合涂层防腐
这是一种与热浸锌防腐蚀效果相当的长效防腐方法。具体做法是先对钢构件表面做喷砂除锈，使其表面露出金属光泽并打毛。再用已炔一氧焰或电弧喷涂设备将不断送出的铝（锌）进行加热，将熔融的粒子雾化、喷射并沉积到基材表面。最后用环氧树脂或氧丁橡胶漆等涂料填充毛细孔，以开形成复合涂层。热喷铝（锌）涂层防腐机理为阴极保护，在腐蚀环境下，即使防腐涂层局部破损，仍具有牺牲自己保护钢铁基体之效果。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。另一个优点是这种工艺的热影响是局部的，受约束的，因而不会产生热变形。但火焰喷涂生产效率较低，喷砂喷铝（锌）的劳动强度大，严重制约钢结构的加工工期，可能会出现防腐施工效率与工期矛盾。喷涂层长久附着有效与涂层结合力的矛盾等，因此国内外使用较少。
4、 涂（喷）油漆防腐
油漆防腐具有外观美丽，涂装工艺简单等特点，多年来一直被广泛采用。涂（喷）油漆防腐首先要彻底除锈（人工除锈或喷砂除锈），然后涂（喷）油漆。涂层的选择考虑周围的环境，不同涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受性。涂层一般有底漆和面漆之分，底漆一般用环氧铁红底漆、环氧煤沥青底漆或氟碳底漆等，面漆用环氧聚氨酯、丙烯酸聚氨酯或氟碳涂料等。其作用机理为：底漆含粉料多，基料少，成膜粗糙，与钢材粘附力强，与面漆结合性好，其中加入无毒防锈颜料三聚磷酸铝，该颜料具有“双重防锈”机理.
但由于油漆涂层的老化、粉化使这种保护作用减弱或失去作用。同时油漆涂层本身无数微针孔，长期处在盐雾、潮湿环境下，氯离子、水分子等会通过针孔腐蚀基本金属，导致油漆层剥落。因此，涂（喷）油漆防腐必须定期维护。用环氧聚氨酯和丙烯酸氨酯等普通油漆，适用于室内钢结构或相对易于维护的室外钢结构。该类涂料质量和性能要求不高，造成在较短时间内不断重复施工，不仅浪费财物，而且使人们对该涂料的使用失去信心。
氟碳涂料含氟树脂聚三氟氯已烯，由于氟树脂分子中有化学结合力特别强的C-F键的存在，在受热、光（包括紫外线）、各种化学介质及溶剂作用下，C-F键难以断裂，使得氟树脂具有超强的耐候性、耐磨性及耐腐蚀性等。经试验验证，氟碳涂料的预期防腐寿命可达50年，适应于室外或潮湿环境的钢结构，是目前较为理想、有发展前景的一种长效防腐方法。
5、重防腐油漆防腐
重防腐油漆的防腐涂装工艺由底漆、中间漆和面漆组成的多层涂装体系，油漆品种为环氧（ 无机）富锌底漆、环氧云母氧化铁中间漆和环氧聚氨酯或环氧各色面漆或氯化橡胶面漆等组成。其作用机理为：第一道车间底漆对钢材有钝化缓蚀作用，增加油漆层附着力，防腐作用很微弱；防腐底漆中添加锌粉，对钢材提供阴极保护作用；中间漆增强底、面漆之间结合力，增加涂层厚度，填补底材表面的微小缺陷，提高底、面漆的耐腐蚀性和耐候性等，同时也提高了面漆的外观装饰性。起阴极保护作用的锌粉是靠油漆中有机物粘合才能与钢材相结合，随着有机物的裂解、老化，锌粉无法与钢材相结合，这样阴极保护作用自然消失。
四．建筑钢结构的防腐蚀设计
钢结构的防腐蚀设计应综合考虑结构的重要性、环境侵蚀条件、维护条件及使用寿命，以及施工条件与工程造价等因素。在我国现有经济条件下，建筑钢结构大多采用油漆防腐。选择油漆时应考虑漆与除锈等级的匹配及底漆、中间漆和面漆的配套。值得注意的是，工业建筑中的某些建筑会产生特殊的腐蚀环境。如轧钢厂房的酸洗车间由于厂房内存在酸雾，所以防腐蚀设计宜采用耐酸性较好的防腐漆，如聚氨酯系列或氯磺化聚乙烯漆等。石化工业建筑钢结构宜根据使用环境采用耐油性较强的耐油涂料。另外，高温环境、海水、潮气、磨损等特殊环境均应考虑选用相应的防腐蚀油漆以确保建筑物的耐久性。
此外，合理的结构形式及节点形式也是钢结构防腐蚀的重要组成部分。如在中等侵蚀环境中，承重结构不宜采用拉杆式悬索结构，格构式或薄壁型钢构件。由角钢组成的钢桁架杆件厚度不应小于6mm，重要构件的节点板厚度不宜小于8mm。地下有侵蚀作用时不应将柱脚埋入地下。
结论
建筑钢结构的防腐蚀设计是钢结构设计的重要组成部分。防腐蚀设计应严格遵守《工业建筑防腐蚀设计规范》与《钢结构管道涂装技术规程》。在钢结构防腐蚀设计前应认真研究结构使用环境，设计过程中应合理选用防腐蚀方案及材料。同时，加强防腐工程存在的问题以及原因的分析研究，保证防腐工程质量，对于钢结构的应用和维护具有重要的意义。
【参考文献】
[1] 杜立春．建筑钢结构工程防腐和防火涂装的质量控[J]．工程质量，2007(7)：27—29．
[2] 陈阶亮．桥梁钢结构防腐蚀技术探析[J]．钢结构，2002，17(5)：60一62．
[3] 钢结构设计手册
【关键词】建筑 钢结构 防腐技术
中图分类号： TU391 文献标识码： A
一、前言
钢结构有重量轻而强度高，塑性和韧性好，施工周期短等優点。因此在建筑工程中得到广泛的应用和发展。高层，大跨度，尤其是超高层和超大跨度结构采用钢结构尤为理想。同时钢结构又是对城市环境影响最小的结构之一，是可重复利用的绿色环保的材料。钢材在空气和潮湿的环境中易于锈蚀，钢材表面的铁原子和空气中的氧化合而成质地疏松的铁锈，特别是空气中含有酸碱盐类的介质时情况尤其严重。腐蚀不仅使钢材表面产生不均匀的锈蚀，而且局部的锈蚀引起应力集中，促使钢结构提前破坏。尤其在反复冲击的荷载作用下，更促进疲劳强度的降低，出现脆性断裂。钢材的腐蚀危害建筑物的安全，并造成巨大损失。只有在设计建造时对其进行有效的防腐，才能确保钢结构的长久寿命。
二、钢结构腐蚀的类型与机理
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、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。
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。带来巨大的经济和人员伤亡。
三、建筑钢结构的各种防腐方法及特点
1、采用具有抗腐蚀能力的耐候钢
耐候钢是在低碳钢或低合金钢中添加铜、铬、镍等合金元素制成的一种耐大气腐蚀的钢材。在大气作用下，表面自动形成一种致密的防腐薄膜，起到抗蚀作用。其抗腐蚀力高出一般钢材3倍。这种钢材不涂装就可以使用，很适应于露天的结构，是极好的结构用材。在所有钢桥中其应用率已有的水平。在国内，因价格昂贵，应用不多，今后的任务是不断降低耐候钢的成本，研究有抗腐力的焊缝金属和焊接工艺，使耐候钢能逐步推广到钢结构中去。
2、热浸锌防腐
热浸锌防腐是将除锈后的钢材中侵入高温融化的锌液中，使钢材中表面附着锌层。在一般大气环境下可以提供有效保护，质量稳定，因而被大量用于受大气腐蚀较严重且不易维修的室外钢结构中，如大量输电塔、通讯塔等。热浸锌发明至今已跨入第四个世纪。至今，热浸锌仍是钢材防腐方法中最普遍、最有效的工艺措施。然而，热浸锌防腐工艺受渡槽容积所限，不能对较大尺寸结构进行防腐施工；其次，不能到现场进行热浸锌防腐，只能在固定的工厂施工，势必造成大量的往返运输费用；再次，热浸锌镀层碰伤后，自身无法恢复。因此热浸锌方法最适宜于小钢构件、轻型钢构件的防腐。
3、热喷铝（锌）复合涂层防腐
这是一种与热浸锌防腐蚀效果相当的长效防腐方法。具体做法是先对钢构件表面做喷砂除锈，使其表面露出金属光泽并打毛。再用已炔一氧焰或电弧喷涂设备将不断送出的铝（锌）进行加热，将熔融的粒子雾化、喷射并沉积到基材表面。最后用环氧树脂或氧丁橡胶漆等涂料填充毛细孔，以开形成复合涂层。热喷铝（锌）涂层防腐机理为阴极保护，在腐蚀环境下，即使防腐涂层局部破损，仍具有牺牲自己保护钢铁基体之效果。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。另一个优点是这种工艺的热影响是局部的，受约束的，因而不会产生热变形。但火焰喷涂生产效率较低，喷砂喷铝（锌）的劳动强度大，严重制约钢结构的加工工期，可能会出现防腐施工效率与工期矛盾。喷涂层长久附着有效与涂层结合力的矛盾等，因此国内外使用较少。
4、 涂（喷）油漆防腐
油漆防腐具有外观美丽，涂装工艺简单等特点，多年来一直被广泛采用。涂（喷）油漆防腐首先要彻底除锈（人工除锈或喷砂除锈），然后涂（喷）油漆。涂层的选择考虑周围的环境，不同涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受性。涂层一般有底漆和面漆之分，底漆一般用环氧铁红底漆、环氧煤沥青底漆或氟碳底漆等，面漆用环氧聚氨酯、丙烯酸聚氨酯或氟碳涂料等。其作用机理为：底漆含粉料多，基料少，成膜粗糙，与钢材粘附力强，与面漆结合性好，其中加入无毒防锈颜料三聚磷酸铝，该颜料具有“双重防锈”机理.
但由于油漆涂层的老化、粉化使这种保护作用减弱或失去作用。同时油漆涂层本身无数微针孔，长期处在盐雾、潮湿环境下，氯离子、水分子等会通过针孔腐蚀基本金属，导致油漆层剥落。因此，涂（喷）油漆防腐必须定期维护。用环氧聚氨酯和丙烯酸氨酯等普通油漆，适用于室内钢结构或相对易于维护的室外钢结构。该类涂料质量和性能要求不高，造成在较短时间内不断重复施工，不仅浪费财物，而且使人们对该涂料的使用失去信心。
氟碳涂料含氟树脂聚三氟氯已烯，由于氟树脂分子中有化学结合力特别强的C-F键的存在，在受热、光（包括紫外线）、各种化学介质及溶剂作用下，C-F键难以断裂，使得氟树脂具有超强的耐候性、耐磨性及耐腐蚀性等。经试验验证，氟碳涂料的预期防腐寿命可达50年，适应于室外或潮湿环境的钢结构，是目前较为理想、有发展前景的一种长效防腐方法。
5、重防腐油漆防腐
重防腐油漆的防腐涂装工艺由底漆、中间漆和面漆组成的多层涂装体系，油漆品种为环氧（ 无机）富锌底漆、环氧云母氧化铁中间漆和环氧聚氨酯或环氧各色面漆或氯化橡胶面漆等组成。其作用机理为：第一道车间底漆对钢材有钝化缓蚀作用，增加油漆层附着力，防腐作用很微弱；防腐底漆中添加锌粉，对钢材提供阴极保护作用；中间漆增强底、面漆之间结合力，增加涂层厚度，填补底材表面的微小缺陷，提高底、面漆的耐腐蚀性和耐候性等，同时也提高了面漆的外观装饰性。起阴极保护作用的锌粉是靠油漆中有机物粘合才能与钢材相结合，随着有机物的裂解、老化，锌粉无法与钢材相结合，这样阴极保护作用自然消失。
四．建筑钢结构的防腐蚀设计
钢结构的防腐蚀设计应综合考虑结构的重要性、环境侵蚀条件、维护条件及使用寿命，以及施工条件与工程造价等因素。在我国现有经济条件下，建筑钢结构大多采用油漆防腐。选择油漆时应考虑漆与除锈等级的匹配及底漆、中间漆和面漆的配套。值得注意的是，工业建筑中的某些建筑会产生特殊的腐蚀环境。如轧钢厂房的酸洗车间由于厂房内存在酸雾，所以防腐蚀设计宜采用耐酸性较好的防腐漆，如聚氨酯系列或氯磺化聚乙烯漆等。石化工业建筑钢结构宜根据使用环境采用耐油性较强的耐油涂料。另外，高温环境、海水、潮气、磨损等特殊环境均应考虑选用相应的防腐蚀油漆以确保建筑物的耐久性。
此外，合理的结构形式及节点形式也是钢结构防腐蚀的重要组成部分。如在中等侵蚀环境中，承重结构不宜采用拉杆式悬索结构，格构式或薄壁型钢构件。由角钢组成的钢桁架杆件厚度不应小于6mm，重要构件的节点板厚度不宜小于8mm。地下有侵蚀作用时不应将柱脚埋入地下。
结论
建筑钢结构的防腐蚀设计是钢结构设计的重要组成部分。防腐蚀设计应严格遵守《工业建筑防腐蚀设计规范》与《钢结构管道涂装技术规程》。在钢结构防腐蚀设计前应认真研究结构使用环境，设计过程中应合理选用防腐蚀方案及材料。同时，加强防腐工程存在的问题以及原因的分析研究，保证防腐工程质量，对于钢结构的应用和维护具有重要的意义。
【参考文献】
[1] 杜立春．建筑钢结构工程防腐和防火涂装的质量控[J]．工程质量，2007(7)：27—29．
[2] 陈阶亮．桥梁钢结构防腐蚀技术探析[J]．钢结构，2002，17(5)：60一62．
[3] 钢结构设计手册