鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕問題論文課件

1、 鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕問題探討【摘要】鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在使用中與環(huán)境中的介質(zhì)接觸，鋼材中的鐵與介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鋼材被腐蝕，也稱為銹蝕。鋼材的腐蝕，輕者鋼材力學(xué)性能下降，重者將導(dǎo)致構(gòu)件破壞，造成建筑物倒塌等嚴(yán)重后果，因此鋼結(jié)構(gòu)的防腐處理應(yīng)引起重視。本文結(jié)合現(xiàn)場的施工經(jīng)驗，簡要的分析了施工中鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕原因及防腐蝕的應(yīng)對措施。【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu);施工;防腐蝕20世紀(jì)以來，隨著鋼結(jié)構(gòu)的逐步推廣應(yīng)用，在各個領(lǐng)域中使用 鋼結(jié)構(gòu)日漸增加，關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕與防護(hù)問題也逐漸受到業(yè)界 有識之士的關(guān)注與重視。1.腐蝕與防護(hù)的重要性腐蝕是金屬和周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的一種破壞性侵蝕。由于腐蝕是一種悄悄在進(jìn)行的破壞

2、，不易發(fā)現(xiàn) ，不像地震和火山等自然災(zāi)害那樣引人關(guān)注。所以對于腐蝕造成的破壞和損失往往給人的印象不那么深刻。據(jù)調(diào)查表明，目前全球每年因腐蝕所帶來的損失高達(dá)7000億美元，世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家組織的腐蝕損失因材料的腐蝕破壞給各工業(yè)國家?guī)淼慕?jīng)濟(jì)損失為其每年 GDP的 24。我國因為腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)人民幣5000億元，比美國小但比日本大。調(diào)查也表明如采用現(xiàn)代腐蝕與防護(hù)科學(xué)知識，采取有效的防護(hù)措施，則可以挽回?fù)p失 40以上 。這些觸目驚心的事實讓我們更加注意到鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕與防護(hù)的重要性。2.1鋼結(jié)構(gòu)除銹除銹工藝是鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕的前提與保證，常用的表面處理方法有： 2.1.1手工處理。用手工可以除去工

3、件表面的氧化皮和銹跡，但手工處理清理不徹底,質(zhì)量差,生產(chǎn)效率低。 2.1.2化學(xué)處理。主要是利用堿性或酸性溶液，使工件表面的油污及氧化物溶解在堿性或酸性的溶液中，以達(dá)到去除工件表面氧化皮、銹跡及油污的目的。但若時間控制不當(dāng)，即使加緩蝕劑，也能使鋼材產(chǎn)生過蝕現(xiàn)象。對于較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件和有孔的零件，若處理不當(dāng)，浸入孔穴或縫隙中的余酸難以徹底清除，將成為隱患，因此化學(xué)處理適用于對薄板件清理。且化學(xué)物質(zhì)易揮發(fā)，成本高，若化學(xué)排放處理不當(dāng)，會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。隨著人們環(huán)保意識的提高，這處理方法正被機(jī)械處理法取代。2.1.3機(jī)械處理法。主要包括噴丸法和拋丸法。噴丸又分為噴丸和噴砂。用噴丸進(jìn)行表面處理，打

4、擊力大，清理效果明顯。但噴丸容易使薄板工件變形，且無法徹底清除油污。清理效果最佳的還應(yīng)是噴砂，適用于工件表面要求較高的清理。拋丸法清理是利用離心力將彈丸加速，拋射至工件進(jìn)行除銹清理的方法。h型鋼構(gòu)件焊接完成后進(jìn)入拋丸除銹封閉空間，可以對鋼構(gòu)件表面的中銹以下程度的表面進(jìn)行拋丸除銹，拋丸除銹工藝除具有除銹作用以外，還可以消除h型鋼構(gòu)件焊接完成以后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，改善鋼構(gòu)件施加荷載后的受力狀態(tài)。采用拋丸除銹設(shè)備，與采用傳統(tǒng)的手工除銹、噴砂除銹相比，具有抗腐蝕年限更長、改善構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)的特點。但拋丸受場地限制，在工件內(nèi)表面易產(chǎn)生清理不到的死角，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，葉片等零件磨損快，一次性投入費用高。3.鋼結(jié)

5、構(gòu)防腐蝕鋼結(jié)構(gòu)銹蝕速度規(guī)律：先快后慢；沿?；虺睗癍h(huán)境快；重工業(yè)區(qū)是市區(qū)的2倍，是山區(qū)、田園的10倍；無防銹層比有防銹層快5倍；室外為室內(nèi)的4倍。鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工、使用中必須解決的重要問題，它牽涉到鋼結(jié)構(gòu)的的耐久性、造價、使用性能、維護(hù)費用等諸多問題。 3.1鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的原因鋼材受腐蝕的原因很多，可根據(jù)環(huán)境介質(zhì)的不同分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類?；瘜W(xué)腐蝕也稱干腐蝕，是指鋼材在常溫或高溫下發(fā)生的氧化或硫化作用。鋼材的氧化是由于它同氧化性介質(zhì)接觸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而形成的。氧化性介質(zhì)有空氣、氧氣、水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫和氯等，反應(yīng)后生成疏松的氧化物。其反應(yīng)速度隨濕度、溫度的增加而加速，

6、特別是干濕交替環(huán)境下腐蝕更為厲害。電化學(xué)腐蝕亦稱濕腐蝕，是由于電化學(xué)現(xiàn)象在鋼材表面產(chǎn)生局部電池作用的腐蝕。鋼材在潮濕的空氣中，由于吸附作用，在其表面覆蓋一層極薄的水膜，由于表面成分或受力變形的不均勻，使鄰近的局部產(chǎn)生電極電位的高低差，形成了許多微電池。在陽極區(qū)，鐵被氧化成fe離子進(jìn)入水膜。水中溶有來自空氣的氧，在陰極區(qū)，氧被還原成oh根離子，兩者結(jié)合成不溶于水的fe(oh)2，并進(jìn)一步氧化生成疏松易剝落的鐵銹fe(oh)3。鋼材在大氣中的腐蝕，是化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕同時作用所致，但以電化學(xué)腐蝕為主。根據(jù)裸露鋼板在所處環(huán)境的腐蝕程度，iso 12944將大氣的腐蝕等級分為五個級別，對于不同的腐蝕

7、環(huán)境以及防腐年限，iso 12944對防腐涂層系統(tǒng)的選擇進(jìn)行了指導(dǎo)并且規(guī)定了涂層系統(tǒng)的最小干膜厚度。例如，對于c4的大氣腐蝕環(huán)境及高的防腐年限（大于15年），可選用75微米的環(huán)氧富鋅底漆，150微米的環(huán)氧云鐵中間漆，以及50微米的聚氨酯面漆，總干膜厚度為275微米。3.2鋼結(jié)構(gòu)維護(hù)防腐蝕的常用方法鋼材的腐蝕有材質(zhì)的原因，也有使用環(huán)境和接觸介質(zhì)等原因，因此防腐蝕方法也有所側(cè)重。 3.2.1采用抗腐蝕的耐候鋼。一般含有磷、銅、鎳、鉻、鈦等成分，使金屬表面形成保護(hù)層，耐腐蝕性能優(yōu)于一般結(jié)構(gòu)用鋼的鋼材稱為耐候鋼，其低溫沖擊韌性也比一般的鋼材好。 3.2.2長效防腐蝕。金屬保護(hù)層是用具有陽極或陰極保護(hù)作

8、用的金屬或合金，通過電鍍、熱鍍、噴鍍、化學(xué)鍍和滲鍍等方法，在金屬表面上形成金屬保護(hù)層來隔離金屬與介質(zhì)的接觸，或利用電化學(xué)作用對金屬加以保護(hù)，防止腐蝕。主要有熱浸鋅、熱噴鋁（鋅）復(fù)合涂層兩種方法。 3.2.3化學(xué)保護(hù)層法，是用化學(xué)或電化學(xué)的方法，使金屬表面生成具有耐腐蝕性能的薄膜，以隔離金屬與腐蝕介質(zhì)接觸，如鋼鐵的鈍化和磷化處理。 3.2.4普通涂層法，是用涂料、塑料或搪瓷等材料，通過涂刷、噴涂等方法，在金屬表面形成非金屬保護(hù)膜，使金屬與腐蝕介質(zhì)隔離。鋼結(jié)構(gòu)就是利用表面涂裝防止腐蝕的。室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)或相對易于維護(hù)的室外鋼結(jié)構(gòu)多用涂層法防腐，因其防腐蝕性不如長效防腐蝕方法。涂層法施工的第一步是除銹，一

9、般多用噴砂、噴丸除去所有的油污和銹跡。要根據(jù)周圍的環(huán)境選擇涂層，而且不同的涂層對不同的腐蝕條件有不同的耐受性。 高性能的防腐涂料通常為三道漆體系：底漆，中間漆和面漆。 底漆含基料少，粉料多，成膜粗糙，與鋼材粘附力強(qiáng)，與面漆結(jié)合性好。在腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境中，通常選擇富鋅底漆。在腐蝕性較弱的環(huán)境中，通常選擇磷酸鋅底漆。環(huán)氧富鋅底漆與無機(jī)硅酸鋅底漆相比具有以下優(yōu)點：其一在底漆與中間漆之間，不需要封閉漆其二對空氣濕度不敏感，因為環(huán)氧富鋅底漆一般是基于環(huán)氧樹脂、聚胺或聚酰胺的固化機(jī)制，不需要空氣中的水分參與固化；其三可自身修補(bǔ)，且具有較強(qiáng)的結(jié)合力。目前，環(huán)氧富鋅底漆已被廣泛地應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的防腐。 高性能涂裝

10、體系的中間漆通常為環(huán)氧云鐵漆，相互交錯的層片狀的云鐵會有效地阻滯水分、氧及電解質(zhì)的滲透，從而使中間漆具有更好的阻隔保護(hù)功能。另外，環(huán)氧云鐵中間漆中的云鐵能夠延長涂覆面漆的時間窗口，改善涂覆的性能。 面漆的基料多，成膜有光澤，能保護(hù)底漆，并能抗風(fēng)化。由于大多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)建筑有防止光澤度喪失及褪色等要求，所以采用保色性和保光性好的高性能面漆可以節(jié)約大量的后期維修費用。涂層的施工要有適當(dāng)?shù)臐穸群蜏囟取Ｍ繉拥氖┕きh(huán)境粉塵要少，構(gòu)件表面不能有結(jié)露。涂裝后4小時之內(nèi)不得淋雨。涂層一般做45遍。4.典型防腐技術(shù)4.1富鋅涂料在富鋅涂料組成中，鋅粉的含量必須大大高于臨界體積濃度，以使得鋅粉顆粒之間及鋅粉顆粒與鋼結(jié)

11、構(gòu)表面之間保持良好電接觸，涂膜具有良好導(dǎo)電性。因此對于富鋅涂料要求在保證滿意的成膜和機(jī)械性能前提下，鋅粉含量越高越好。根據(jù)美國鋼結(jié)構(gòu)涂裝協(xié)會( SSPC)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鋅粉的含量應(yīng)該占總不揮發(fā)物的 8095。中性鹽霧腐蝕試驗是一種評價整個涂裝體系綜合防護(hù)性能的傳統(tǒng)手段，對于單獨的富鋅涂層而言，使用其試驗結(jié)果卻要慎重，因為有時會導(dǎo)致錯誤結(jié)論。盡管如此 ，該加速腐蝕試驗結(jié)果仍能反映某些問題，具有一定參考價值。就水性無機(jī)富鋅涂料而言具有快干性，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下20 min表干 ，2 h實干；厚涂性 ，一次噴涂膜厚可達(dá)70 m以上；在適宜的范圍內(nèi)，涂層不受焊接和切割損傷；耐高溫性，連續(xù)耐熱可達(dá)300以

12、上。但是與其他涂料一樣，富鋅涂料也有其使用的局限性。 (1)涂層的脆性以水性無機(jī)富鋅為例，該涂層由鋅粉和硅酸鹽組成 ，呈脆性。目前 ，一般要求其耐沖擊性 50 cm，柔韌性 2 mm。水性無機(jī)富鋅涂層的脆性 ，決定了該涂料不適合在薄的、易變形的底材上使用，否則由于外力的作用 ，會使涂層出現(xiàn)大面積 剝落 。(2)施工工藝富鋅涂料在施工過程中，由于涂料為高固體含量 ，鋅 粉與溶液不能形成完全均勻一致的液態(tài)物質(zhì)，鋅粉易沉淀 ，因此在施工過程中需不斷攪拌 ，以保持涂料始終處于均一懸浮狀態(tài)，否則噴涂的涂層鋅粉含量不均勻 ；其次 ，水性富鋅涂料宜在相對濕 度 65 一85環(huán)境下施 工 ，因為涂料 與空氣中

13、的二氧化碳、水氣反應(yīng)固化成膜 ，濕度太低涂 料不易固化成膜，另一方面濕度>85以上時，過 多的水份會使涂料流淌 ，影響涂膜成形；再次 ，涂 膜養(yǎng)護(hù)溫度宜在 2035，施工溫度過高會使涂膜干燥太快從而出現(xiàn)龜裂 ；施工溫度太低涂膜不 固化從而不能獲得合格的涂層。 (3)附著力水性富鋅涂料與岡特點結(jié)合力是靠無機(jī)溶液 樹脂固化 ，與鋼鐵形成機(jī)械結(jié)合 ，涂層結(jié)合力劃格法 23級 ，約 1 MPa左右 。4.2 熱噴涂鋅鋁偽合金 鋅鋁偽合金噴涂主要使用電弧噴涂方法獲得，電弧噴涂時，使用兩根不同成份的線材(鋅絲、 鋁絲)噴涂時，就得到這兩種材料的偽合金涂層。 鋅鋁偽合金的組織結(jié)構(gòu)是兩種材料的機(jī)械混 合

14、物。有時還含有少量的二者合金，涂層的力學(xué)性能和化學(xué)性能將兼有二者的特點。電化學(xué)性能：介于鋅涂層和鋁涂層之間近于鋅涂層，對鋼鐵起到很好的陰極保護(hù)作用。 力學(xué)性能 ：介于鋅涂層和鋁涂層之間近于鋁 涂層，有較高的硬度和抗沖擊性能。 有金屬理論工作者指出 ，當(dāng)鋅鋁偽合金中鋁含量為 30時，會得到較佳的防腐蝕性能。鋅鋁偽合金涂層有著長效防腐的性能，而且有較高的硬度和較強(qiáng)抗沖擊性能。表面處理噴涂鋅鋁偽合金噴涂 ，由于其對鋼基材有很好的侵潤性 ，不像噴涂純鋁對基材純凈度要求那么苛刻 ，一般 Sa25級即可 ，其表面 的粗糙度 35 75 m，這樣對于現(xiàn)場施工比較容易達(dá)到。附著力方面，鋅鋁偽合金對于基材有很強(qiáng)

15、的附著力。某公司曾在楊浦大橋做過現(xiàn)場試驗，拉開法附著力在12 MPa 以上；在天津赤峰橋試樣中更是達(dá)到 16 MPa以上。 這樣 也大大提高了涂層對于基材的保護(hù)效果4.鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕工藝的相關(guān)問題 防腐蝕工藝流程對鋼構(gòu)件構(gòu)造處理有不同要求。例如熱浸鋅時，構(gòu)件整體受高溫作用，因而管狀構(gòu)件不允許兩端封閉，若有封閉空腔則會在鍍鋅時由于內(nèi)部空氣膨脹而爆裂，造成安全事故。為了解決管狀構(gòu)件內(nèi)部防腐蝕處理的不便，在采用熱噴鋁復(fù)合涂層或涂層法時，要將管狀構(gòu)件兩端作氣密性焊接封閉。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或鋼板焊接連接時，若互相之間有貼合面，則在貼合面內(nèi)的防腐蝕處理會不徹底，經(jīng)長期銹蝕會影響結(jié)構(gòu)的耐久性，因此應(yīng)該避免?，F(xiàn)場焊接之前應(yīng)