论文部分内容阅读
摘要：随着建筑钢结构的发展，建筑钢结构的耐久性问题越来越受到国内外工程界的关注和重视。本文通过分析钢结构腐蚀的类型与机理，针钢结构腐蚀对建筑行业的危害及应采取的防腐技术进行探讨，以期通过本文的阐述为改善钢结构耐久性问题提供技术思路。
关键字：钢结构；腐蚀；建筑；施工
随着钢结构在建筑工程中的广泛应用，钢材在潮湿环境中的易锈蚀现象，特别是当空气中含有酸碱软类的介质时情况更为严重，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，易导致钢结构的提前破坏，严重影响结构安全。因此，必须要采取有效的防腐措施，确保建筑结构安全。
一、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，钢结构的缝隙腐蚀最敏感的缝宽为0.025mm～0.1mm。钢结构最常见的缝隙腐蚀形式有铆接、衬垫和颗粒沉积等，由于这些连接中的缝隙在工程中是不可避免的，所以钢结构的缝隙腐蚀也是不可完全避免的，它的发生会导致钢结构整体强度降低，减少吻合程度。
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。
二、钢结构腐蚀对建筑的危害
通过钢结构腐蚀机理的分析我们可以看出，钢铁腐蚀是一种不均匀的破坏，其表面一旦出现腐蚀坑，由坑底向纵深发展很快，从而引起应力集中，而应力集中又会加速腐蚀过程，这种循环的连锁反应是应力腐蚀的一种形式。钢材在这种应力腐蚀的作用下抗冷脆性能不断下降，导致承重构件在无明显的变形征兆下突然发生脆性断裂，造成建筑物倒塌并危及人身安全。结构在冲击荷载作用下，腐蚀介质会促成钢材发生脆性断裂并影响疲劳强度，危害尤为严重。
在美国，因腐蚀造成的不安全事故约占整个不安全事故的31.8％，我国为25％～30％。腐蚀不仅是安全生产的大敌，同时也给经济发展带来巨大的损失。由日本腐蚀工程学会和日本腐蚀控制协会共同进行的调查表明：用Uhlig和Hoar两种方法估算的1997年全日本腐蚀损失分别为39,380亿日元和52,580亿日元，占当年国民生产总值(GNP)的0.77％和1.02％。若同时考虑间接损失，整个腐蚀损失要比用Uhlig方法算得的值高24倍。2004年我国因腐蚀问题损失达4,000亿人民币，损失钢材1000多万t。
三、建筑工程中钢结构防腐技术的应用
1、基本要求
（1）表面处理。表面处理非常重要，应清除钢铁表面的污物和锈层，尤其是轧制钢材时形成的黑氧化皮，它是电化学腐蚀的阴极，是腐蚀的根源，必须除掉。表面处理质量应达到涂装前钢材表面预处理规范的有关要求。
（2）材料选择。表面涂刷专用钢结构防腐漆，仍是目前对钢结构防腐及网架防腐的主要手段。防腐漆分为底漆、中层漆和面漆，各层油漆均有其特性，形成复合涂层，提高防腐性能，延长使用寿命。
（3）涂层厚度。防腐涂料涂装时的厚度要适度，涂层要均匀，不可漏涂。
2、防腐涂层考虑因素
主要考慮年限、装饰要求和维护等要求，在何种腐蚀性介质环境下应用，涂装施工时的温湿度和操作空间等因素。
3、常用方法
（1）改性金属结构。在钢材冶炼过程中增加铜、铬和镍等合金元素，使金属表面形成保护层。
（2）阴极保护法。在钢结构表面附加较活泼的金属取代钢材的腐蚀。常用于水下或地下结构。
（3）热浸锌。将除锈后的钢构件浸入600℃左右高温融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，从而起到防腐蚀的目的。这种方法的优点是耐久年限长，生产工业化程度高，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。
（4）热喷铝(锌)复合涂层。是一种与热浸锌防腐蚀效果相当的长效防腐蚀方法。具体做法是先对钢构件表面作喷砂除锈，使其表面露出金属光泽并打毛。再用乙炔氧焰将不断送出的铝（锌）丝融化，并用压缩空气吹附到钢构件表面，以形成蜂窝状的铝(锌)喷涂层(厚度约80～100m)。最后用环氧树脂或丁橡胶漆等涂料填充毛细孔，以形成复合涂层。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。大到如葛洲坝的船闸也是用这种方法施工的。
（5）涂层法。涂层法防腐蚀性一般不如长效防腐方法(但目前氟碳涂料防腐蚀年限甚至可达50年)。所以用于室内钢结构或相对易于维护的室外钢结构较多。它一次成本低，但用于户外时维护成本较高。
在这五种防腐方法中，建筑工程最常用的是涂层法。这种方法价格低廉，选择范围广，适用性强。以下主要介绍涂层法。
4、涂层法
钢结构的涂层法防腐需经过基层处理和涂层施工两道工序。
（1）基层处理。基层处理的目的是清除构件表面的毛刺、铁锈、油污及其他附着物，使构件表面露出金属光泽；基层处理越彻底，附着效果越好。基层处理的方式有手工机械处理、化学处理、机械喷射处理等。
（2）涂层施工。涂层结构的形式有三种：① 底漆一中漆一面漆；②底漆一面漆；③底漆面漆为同一种漆。其中底漆主要起附着和防锈作用；面漆主要起防腐蚀和防老化作用：中漆的作用于介于底、面漆之间，并能增加漆膜厚度。它们只有配套使用才能发挥最佳的作用，取得最佳效果。
合理的涂刷方式，对保证涂装质量、施工进度、节约材料和降低成本有很大的作用，常用的涂刷方式有手工刷涂法、手工滚涂法、浸涂法、空气喷涂法和无气喷涂法等。
（3）涂层施工的质量控制。首先，涂层法的施工质量是否优秀，基层处理至关重要。不同的防腐要求，可采取不同的处理方法；其次，涂层用底漆含粉料多，基料少，成膜粗糙，与钢材粘附力强，与面漆结合性好。面漆则同时要注意不同涂料间的相容性。基料多，成膜光泽。抗风化，能保护底漆不受大气腐蚀；第三，涂层的施工要在适当的温度(5～38℃之间)和湿度(相对湿度不大于85％)及粉尘少的环境下进行。构件表面不能有结露，涂装后4h之内不得淋雨；最后，涂层一般做4～5遍。干漆膜总厚度室外工程为150μm，室内工程为125μm，允许偏差为25μm。在海边或海上或在较强的腐蚀性大气中，干漆总厚度可为200～220μm。
四、结束语
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，但是钢结构腐蚀不仅会造成金属资源的巨大浪费，还会影响正常的生产运营。因此，通过建筑行业和腐蚀行业相联合，在深入研究钢结构大气腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀类型和机理的基础上，积极开发新的防腐蚀措施，必将会在未来的钢结构防腐工程中发挥更大的作用。
关键字：钢结构；腐蚀；建筑；施工
随着钢结构在建筑工程中的广泛应用，钢材在潮湿环境中的易锈蚀现象，特别是当空气中含有酸碱软类的介质时情况更为严重，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，易导致钢结构的提前破坏，严重影响结构安全。因此，必须要采取有效的防腐措施，确保建筑结构安全。
一、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，钢结构的缝隙腐蚀最敏感的缝宽为0.025mm～0.1mm。钢结构最常见的缝隙腐蚀形式有铆接、衬垫和颗粒沉积等，由于这些连接中的缝隙在工程中是不可避免的，所以钢结构的缝隙腐蚀也是不可完全避免的，它的发生会导致钢结构整体强度降低，减少吻合程度。
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。
二、钢结构腐蚀对建筑的危害
通过钢结构腐蚀机理的分析我们可以看出，钢铁腐蚀是一种不均匀的破坏，其表面一旦出现腐蚀坑，由坑底向纵深发展很快，从而引起应力集中，而应力集中又会加速腐蚀过程，这种循环的连锁反应是应力腐蚀的一种形式。钢材在这种应力腐蚀的作用下抗冷脆性能不断下降，导致承重构件在无明显的变形征兆下突然发生脆性断裂，造成建筑物倒塌并危及人身安全。结构在冲击荷载作用下，腐蚀介质会促成钢材发生脆性断裂并影响疲劳强度，危害尤为严重。
在美国，因腐蚀造成的不安全事故约占整个不安全事故的31.8％，我国为25％～30％。腐蚀不仅是安全生产的大敌，同时也给经济发展带来巨大的损失。由日本腐蚀工程学会和日本腐蚀控制协会共同进行的调查表明：用Uhlig和Hoar两种方法估算的1997年全日本腐蚀损失分别为39,380亿日元和52,580亿日元，占当年国民生产总值(GNP)的0.77％和1.02％。若同时考虑间接损失，整个腐蚀损失要比用Uhlig方法算得的值高24倍。2004年我国因腐蚀问题损失达4,000亿人民币，损失钢材1000多万t。
三、建筑工程中钢结构防腐技术的应用
1、基本要求
（1）表面处理。表面处理非常重要，应清除钢铁表面的污物和锈层，尤其是轧制钢材时形成的黑氧化皮，它是电化学腐蚀的阴极，是腐蚀的根源，必须除掉。表面处理质量应达到涂装前钢材表面预处理规范的有关要求。
（2）材料选择。表面涂刷专用钢结构防腐漆，仍是目前对钢结构防腐及网架防腐的主要手段。防腐漆分为底漆、中层漆和面漆，各层油漆均有其特性，形成复合涂层，提高防腐性能，延长使用寿命。
（3）涂层厚度。防腐涂料涂装时的厚度要适度，涂层要均匀，不可漏涂。
2、防腐涂层考虑因素
主要考慮年限、装饰要求和维护等要求，在何种腐蚀性介质环境下应用，涂装施工时的温湿度和操作空间等因素。
3、常用方法
（1）改性金属结构。在钢材冶炼过程中增加铜、铬和镍等合金元素，使金属表面形成保护层。
（2）阴极保护法。在钢结构表面附加较活泼的金属取代钢材的腐蚀。常用于水下或地下结构。
（3）热浸锌。将除锈后的钢构件浸入600℃左右高温融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，从而起到防腐蚀的目的。这种方法的优点是耐久年限长，生产工业化程度高，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。
（4）热喷铝(锌)复合涂层。是一种与热浸锌防腐蚀效果相当的长效防腐蚀方法。具体做法是先对钢构件表面作喷砂除锈，使其表面露出金属光泽并打毛。再用乙炔氧焰将不断送出的铝（锌）丝融化，并用压缩空气吹附到钢构件表面，以形成蜂窝状的铝(锌)喷涂层(厚度约80～100m)。最后用环氧树脂或丁橡胶漆等涂料填充毛细孔，以形成复合涂层。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。大到如葛洲坝的船闸也是用这种方法施工的。
（5）涂层法。涂层法防腐蚀性一般不如长效防腐方法(但目前氟碳涂料防腐蚀年限甚至可达50年)。所以用于室内钢结构或相对易于维护的室外钢结构较多。它一次成本低，但用于户外时维护成本较高。
在这五种防腐方法中，建筑工程最常用的是涂层法。这种方法价格低廉，选择范围广，适用性强。以下主要介绍涂层法。
4、涂层法
钢结构的涂层法防腐需经过基层处理和涂层施工两道工序。
（1）基层处理。基层处理的目的是清除构件表面的毛刺、铁锈、油污及其他附着物，使构件表面露出金属光泽；基层处理越彻底，附着效果越好。基层处理的方式有手工机械处理、化学处理、机械喷射处理等。
（2）涂层施工。涂层结构的形式有三种：① 底漆一中漆一面漆；②底漆一面漆；③底漆面漆为同一种漆。其中底漆主要起附着和防锈作用；面漆主要起防腐蚀和防老化作用：中漆的作用于介于底、面漆之间，并能增加漆膜厚度。它们只有配套使用才能发挥最佳的作用，取得最佳效果。
合理的涂刷方式，对保证涂装质量、施工进度、节约材料和降低成本有很大的作用，常用的涂刷方式有手工刷涂法、手工滚涂法、浸涂法、空气喷涂法和无气喷涂法等。
（3）涂层施工的质量控制。首先，涂层法的施工质量是否优秀，基层处理至关重要。不同的防腐要求，可采取不同的处理方法；其次，涂层用底漆含粉料多，基料少，成膜粗糙，与钢材粘附力强，与面漆结合性好。面漆则同时要注意不同涂料间的相容性。基料多，成膜光泽。抗风化，能保护底漆不受大气腐蚀；第三，涂层的施工要在适当的温度(5～38℃之间)和湿度(相对湿度不大于85％)及粉尘少的环境下进行。构件表面不能有结露，涂装后4h之内不得淋雨；最后，涂层一般做4～5遍。干漆膜总厚度室外工程为150μm，室内工程为125μm，允许偏差为25μm。在海边或海上或在较强的腐蚀性大气中，干漆总厚度可为200～220μm。
四、结束语
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，但是钢结构腐蚀不仅会造成金属资源的巨大浪费，还会影响正常的生产运营。因此，通过建筑行业和腐蚀行业相联合，在深入研究钢结构大气腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀类型和机理的基础上，积极开发新的防腐蚀措施，必将会在未来的钢结构防腐工程中发挥更大的作用。