淺談鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕機(jī)理及其存在的主要問(wèn)題

緒論1.1引言鋼結(jié)構(gòu)的建設(shè)與社會(huì)發(fā)展有著密切的聯(lián)系，在舊時(shí)代中，由于社會(huì)的發(fā)展還比較落后，人們所使用的材料只有石頭，木材，鑄鐵，后來(lái)最早期出現(xiàn)的橋梁也是鑄鐵所打造成的，而隨著科技的發(fā)展，在20世紀(jì)中期，鋼結(jié)構(gòu)憑借著自重輕，建造性好，施工工期短，承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)逐漸的出現(xiàn)在大眾的視野，在第二次世界大戰(zhàn)之后得到了廣泛的使用，并且在各類(lèi)建筑行業(yè)中更加的較為普遍，例如大跨度結(jié)構(gòu)（中國(guó)國(guó)家體育館），橋梁，高層建筑。長(zhǎng)期以來(lái)，人們更加注重鋼構(gòu)件的研究性能和使用方法，卻忽略了鋼構(gòu)件在不同環(huán)境的使用過(guò)程中所受到的各類(lèi)介質(zhì)的腐蝕帶來(lái)的損傷，由此給各國(guó)家的國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大的影響，鋼構(gòu)件的性能研究和使用方法的研究不能停止，但是腐蝕所帶來(lái)的危害也不能小覷，腐蝕不僅能夠使得國(guó)民經(jīng)濟(jì)損失巨大，而且還影響鋼構(gòu)件的力學(xué)性能，從而使得耐久性和其使用的壽命降低，同時(shí)還有可能帶來(lái)嚴(yán)重的安全事故，目前我們要做的就是要怎么去對(duì)腐蝕進(jìn)行預(yù)防和解決，大氣環(huán)境腐蝕下鋼結(jié)構(gòu)性能的劣化已引起眾多學(xué)者的關(guān)注。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋼材大氣腐蝕的研究主要集中于:(1)鋼材的大氣腐蝕機(jī)理及影響因素;(2)不同大氣腐蝕試驗(yàn)方法及其相關(guān)性;(3)鋼材的大氣腐蝕深度預(yù)測(cè)模型，目前雖已建立多種腐蝕深度預(yù)測(cè)模型，但要建立一種形式相對(duì)簡(jiǎn)單且精度高的預(yù)測(cè)模型仍需深入探討;(4)大氣腐蝕下鋼材、鋼構(gòu)件的力學(xué)性能;(5)大氣腐蝕下鋼結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，此方面研究相對(duì)較少，目前國(guó)內(nèi)外仍缺乏系統(tǒng)的報(bào)道。鋼構(gòu)件在使用過(guò)程中的腐蝕很難避免，無(wú)論處于什么環(huán)境都能發(fā)生腐蝕。所謂的腐蝕就是環(huán)境中的某種介質(zhì)與鋼結(jié)構(gòu)表面會(huì)發(fā)生物理反應(yīng)，電化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)，其中最常見(jiàn)的就是電化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)會(huì)把材料中原有的分子形態(tài)改變，生成一些帶有腐蝕性的物質(zhì)，并且附和在鋼構(gòu)件的表面，經(jīng)過(guò)時(shí)間的推移，腐蝕物會(huì)削弱腐蝕那一部分的承載力，這樣鋼構(gòu)件受到荷載時(shí)容易發(fā)生應(yīng)力集中，從而使得鋼構(gòu)件發(fā)生破壞。而且鋼構(gòu)件腐蝕的危害主要是電化學(xué)反應(yīng)帶來(lái)的不均勻腐蝕，一般最開(kāi)始出現(xiàn)基坑的地方是陽(yáng)極，然后再慢慢的向鋼材的其它方向延申，形成一個(gè)大陰極小陽(yáng)極的原電池，經(jīng)過(guò)的電流越大，腐蝕的速度就會(huì)越快，在腐蝕坑的地方就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，再隨著腐蝕的加快，鋼構(gòu)件的整體的承載力就會(huì)下降，給工程項(xiàng)目帶來(lái)巨大的安全隱患[2]。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀從20世紀(jì)開(kāi)始，現(xiàn)代人們開(kāi)始廣泛的使用鋼材料，但是使用鋼構(gòu)件帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，更加不可忽略的就是鋼構(gòu)件的腐蝕，因此鋼材在不同的環(huán)境所發(fā)生的腐蝕破壞逐漸的成為了國(guó)內(nèi)外金屬材料學(xué)科的研究對(duì)象。在實(shí)際工程中鋼構(gòu)件常用于大氣環(huán)境當(dāng)中，國(guó)外最早就把研究投入于大氣環(huán)境下鋼構(gòu)件的腐蝕，這種研究稱為大氣環(huán)境暴露實(shí)驗(yàn)，大氣環(huán)境暴露實(shí)驗(yàn)可以真實(shí)反映腐蝕的場(chǎng)景，并且可以方便直觀的收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以很準(zhǔn)確的反映鋼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能隨著腐蝕時(shí)間的增加而削弱，世界各國(guó)都十分重視并進(jìn)行了大量的研究，以得到鋼構(gòu)件腐蝕的相關(guān)數(shù)據(jù)，1916年，美國(guó)實(shí)驗(yàn)與材料學(xué)會(huì)（ASTM）開(kāi)始進(jìn)行了大氣環(huán)境暴露試驗(yàn)，其中數(shù)據(jù)較為全面的有Larrabee-Coburn等人在美國(guó)進(jìn)行的長(zhǎng)達(dá)16年的大氣環(huán)境暴露實(shí)驗(yàn)，其中有三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的270種鋼構(gòu)件的研究；還有Kucera等人在捷克以及瑞典進(jìn)行的大氣環(huán)境暴露實(shí)驗(yàn)[1]；Shastry等人在美國(guó)進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)16年的大氣環(huán)境暴露實(shí)驗(yàn)，其中有三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)四種鋼構(gòu)件的試驗(yàn)，wei等人在中國(guó)臺(tái)灣的三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)完成了對(duì)耐候鋼和碳鋼進(jìn)行了將近八年的暴曬試驗(yàn)，Button等人在英國(guó)對(duì)塵粒對(duì)于腐蝕的影響做了特別的研究，并且得到了點(diǎn)蝕可能會(huì)因?yàn)閴m粒附著在結(jié)構(gòu)表面而造成的，而且加快腐蝕的速度這一研究結(jié)果，除此之外，他們?cè)谟?guó)的幾個(gè)不同地區(qū)對(duì)316不銹鋼暴露的腐蝕情況進(jìn)行了為其4~30年的研究。Khanna等人在印度對(duì)304和316不銹鋼做了大氣環(huán)境暴露實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)大氣環(huán)境暴露試驗(yàn)中熱處理工藝對(duì)不銹鋼的影響進(jìn)行了探討。Kearns在美國(guó)的兩個(gè)地方進(jìn)行了5~28年的大氣環(huán)境暴露試驗(yàn)，研究的對(duì)象共有38種不銹鋼，并且他們?cè)谘芯康耐瑫r(shí)采用了色澤計(jì)測(cè)量試樣的失色程度，也得出了不銹鋼的大氣腐蝕可以由Mo、Cr提高。經(jīng)過(guò)了接近一個(gè)世紀(jì)的研究，在金屬腐蝕的這一方面的研究已經(jīng)有了突破性的進(jìn)展，例如：影響大氣腐蝕的因素，鋼的大氣腐蝕的動(dòng)力學(xué)，腐蝕對(duì)力學(xué)性能的影響，腐蝕對(duì)鋼材本身的影響等方面。我國(guó)對(duì)鋼構(gòu)件的腐蝕研究開(kāi)始于20世紀(jì)的60年代，在那個(gè)經(jīng)濟(jì)不富裕的時(shí)代，我們也獲得了在這個(gè)領(lǐng)域的成果，在1983年開(kāi)始，我國(guó)的環(huán)境腐蝕研究站對(duì)低合金耐候鋼，低碳鋼，低合金鋼，碳素結(jié)構(gòu)鋼等17種鋼進(jìn)行了多個(gè)周期的大氣暴露試驗(yàn)，這個(gè)試驗(yàn)至今為此已經(jīng)全部完成了，并且收獲了很多試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)也取得了試驗(yàn)的成果，這些數(shù)據(jù)和成果對(duì)我們進(jìn)行對(duì)鋼構(gòu)件的更深入的研究提供了研究基礎(chǔ)。還有侯文泰，梁彩鳳等人在不同的7個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)完成了為期4年，8年，16年的大氣暴露試驗(yàn)，并且對(duì)不同鋼種在富含氯離子和二氧化硫的大氣環(huán)境中的腐蝕機(jī)理和產(chǎn)物的研究。汪川等人利用了耐候鋼在海洋環(huán)境，工業(yè)環(huán)境，高溫高濕環(huán)境進(jìn)行了大氣暴曬試驗(yàn)，并研究出了耐候鋼在這三個(gè)環(huán)境下的腐蝕規(guī)律。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)热嗽谖覈?guó)10個(gè)不同環(huán)境的試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)含銅低合金鋼進(jìn)行了將近15年的大氣暴露試驗(yàn)研究；張全成等人對(duì)近海耐候鋼和大氣中碳鋼進(jìn)行了大氣暴曬腐蝕試驗(yàn)并研究出它們的腐蝕性能；王景茹等人研究了在自然環(huán)境的條件下分別暴露1年，2年，8年，16年的碳鋼和低合金鋼的腐蝕規(guī)律，并且建立起了腐蝕深度的數(shù)學(xué)模型[1]。1.3各類(lèi)腐蝕介質(zhì)能夠與鋼材發(fā)生反應(yīng)從而產(chǎn)生對(duì)鋼材不利的物質(zhì)都統(tǒng)稱為鋼材的腐蝕介質(zhì)，因?yàn)樵阡摬牡氖褂眠^(guò)程中的環(huán)境比較復(fù)雜且可能地方的氣候惡劣，所以必然會(huì)遭受到各種各樣的介質(zhì)的腐蝕，且鋼構(gòu)件本身的結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，這樣就使得腐蝕機(jī)制越繁瑣，我們常見(jiàn)的腐蝕介質(zhì)主要有以下這幾種介質(zhì)：海水：海水因?yàn)楹写罅康穆入x子所以本來(lái)就是具有腐蝕性很強(qiáng)的一種物質(zhì)，且海水處在的地理位置和大氣氣候的影響，所造成的氯離子的含量也會(huì)不一樣，這也就意味著腐蝕的程度也會(huì)不相同，而且鋼材在海水中長(zhǎng)期的浸泡，如鋼橋。也會(huì)被海浪潮的頻繁的沖撞，這也會(huì)大大的加速鋼材的腐蝕的速度，再加上海水中的各種微生物也會(huì)長(zhǎng)時(shí)間附著在鋼材的表面，它們產(chǎn)生的代謝物也會(huì)直接或者間接加速腐蝕。淡水:在這么多的腐蝕介質(zhì)中，淡水是腐蝕性比較弱的一種，主要來(lái)源于雨水，雪，霧氣等，淡水的ph值是呈中性的，但是隨著工業(yè)的發(fā)展，污染愈來(lái)愈嚴(yán)重，這就導(dǎo)致雨水受到不同程度的影響，經(jīng)過(guò)多個(gè)變化將會(huì)變成了帶有腐蝕性的酸雨，它對(duì)鋼材腐蝕的影響也不能小覷。土壤：土壤是一種特殊的固體電解質(zhì)，具有毛細(xì)管多孔性。與海水一樣，土壤所處的地理位置和大氣氣候的差異，導(dǎo)致的腐蝕的速度也會(huì)有差異，常見(jiàn)的有鋼橋的橋墩直接埋在土壤里，土壤作為一種普遍的腐蝕介質(zhì)，它的腐蝕機(jī)制也不能忽略，氧去極化反應(yīng)是土壤腐蝕陰極過(guò)程的主要反應(yīng)，由于氧氣需要透過(guò)固體的微孔電解質(zhì)才能到達(dá)陰極，所以有著復(fù)雜的反應(yīng)，且反應(yīng)緩慢，影響著土壤中氧氣的流動(dòng)還有土壤的結(jié)構(gòu)和濕度，土壤中也存在著許多微生物，它們的代謝物也會(huì)對(duì)鋼材的腐蝕造成影響。第二章大氣腐蝕2.1大氣腐蝕的機(jī)理和原因隨著我國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程的加快，環(huán)境污染帶來(lái)的問(wèn)題越來(lái)越不能忽視了，其中鋼構(gòu)件在富含CI-的近海大氣環(huán)境和SO2的酸性大氣環(huán)境下的鋼構(gòu)件腐蝕最為嚴(yán)重。鋼材的大氣腐蝕不僅僅給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)嚴(yán)重的損失，還會(huì)使得鋼材強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率，疲勞強(qiáng)度，彈性模量等各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)發(fā)生劣化。在大氣腐蝕的環(huán)境下，空氣中含有的水分子會(huì)引起鋼構(gòu)件涂膜的起泡脫落，水分子會(huì)在鋼材的表面生成一個(gè)厚度大約為1mm到3mm的氧化膜，羥基和陽(yáng)離子會(huì)在它的表面上沉積[3]。大氣腐蝕機(jī)理復(fù)雜，影響的因素也很多，相同的鋼材暴露在不同的環(huán)境的條件下，所生成的腐蝕產(chǎn)物也會(huì)不一樣，研究表明，大氣腐蝕環(huán)境的影響因素主要有兩個(gè)，一個(gè)是酸性大氣環(huán)境下的SO2，還有近海大氣環(huán)境下的CI-，本章節(jié)主要是圍繞這兩種環(huán)境因素展開(kāi)討論。（1）酸性大氣環(huán)境：大氣環(huán)境中的鋼構(gòu)件通常會(huì)在金屬表面生成一層很薄，而且不易看見(jiàn)的水膜，當(dāng)這層水膜的分子達(dá)到了20-30個(gè)時(shí)，就變成了電解液膜了，而恰好這就是發(fā)生電化學(xué)腐蝕所需要的條件，在酸性環(huán)境中的SO2的含有量比較多，SO2分子有著極性強(qiáng)，呈酸性，且極易溶于水等特點(diǎn)，因此就很輕易就融入在鋼構(gòu)件表面的薄膜上了，從而導(dǎo)致薄膜的液層的ph值迅速降低，使得鋼構(gòu)件發(fā)生腐蝕[1]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的科學(xué)家對(duì)大氣腐蝕機(jī)理越來(lái)越多，Evens和劉月娥的研究認(rèn)為鋼構(gòu)件在酸性的大氣環(huán)境下的腐蝕過(guò)程主要分為四步（1）碳鋼的表面的水膜的形成（2）2價(jià)鐵離子的水解和氧化：（3）SO2的水解，硫酸鐵和硫酸的形成（4）氧化鐵的的形成，汪川等人利用紅外光譜儀和X射線（XRD）儀對(duì)鋼材表面和截面銹層進(jìn)行了分析，得到了Q235鋼在酸性的大氣環(huán)境條件下的腐蝕產(chǎn)物主要為γ-FeOOH、α-FeOOH和(NH4)2Fe(SO3)2·H2O。林翠等人對(duì)碳鋼進(jìn)行了腐蝕試驗(yàn)研究并且是在模擬SO2大氣環(huán)境下進(jìn)行，研究結(jié)果表明，腐蝕的產(chǎn)物主要為FeSO4、Fe3O4，γ-Fe2O3，α-FeOOH、γ-FeOOH、并且得出了SO2含量的增加，α-FeOOH的含量增加，F(xiàn)eSO4含量減少[1]。曹公望等人研究認(rèn)為SO2在液膜中形成了硫酸根離子，造成了水膜的液層ph值的快速降低，形成了“酸的再生循環(huán)機(jī)制”促進(jìn)了α-FeOOH的生成，從而導(dǎo)致鋼構(gòu)件表面銹層的化學(xué)穩(wěn)定性的降低，加快了對(duì)鋼材中原本含有的Fe的溶解。近海的大氣環(huán)境：近海的大氣環(huán)境的相對(duì)濕度大就是它的特點(diǎn)，影響鋼材腐蝕的介質(zhì)主要是CI-,氯離子具有很強(qiáng)的滲透性，能夠很好的吸附在鋼材的表面，并且很快就會(huì)溶于鋼材表面的水膜，促使鋼構(gòu)件發(fā)生點(diǎn)蝕，李巧霞等人對(duì)在鹽湖的環(huán)境下對(duì)碳鋼進(jìn)行大氣環(huán)境暴露的試驗(yàn)，此次試驗(yàn)進(jìn)行了25個(gè)月，并對(duì)表面的銹層特征進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明，碳鋼的各個(gè)部位的腐蝕量都大致相同，腐蝕產(chǎn)物都主要由Fe8(O，OH)16Cl1.3，β-FeOOH、和少量的γ-FeOOH組成，在最外層部分的銹層中還檢測(cè)到了δ-FeOOH和Fe3O4。張琳等人也對(duì)鋼材在鹽霧環(huán)境中進(jìn)行了試驗(yàn)，研究結(jié)果表面，Q235鋼在鹽霧環(huán)境的腐蝕初期主要生成了主要為還原性的γ-FeOOH，且對(duì)鋼材基體的保護(hù)作用很弱，但是在腐蝕的后期主要的腐蝕物質(zhì)就轉(zhuǎn)化為了比較穩(wěn)定的α-FeOOH，這種物質(zhì)的致密性強(qiáng)，對(duì)鋼材可以起到一定的保護(hù)作用，銹層的主要成分為β-FeOOH、α-FeOOH、Fe3O4和γ-FeOOH。Ma等人利用了SEM-EDAX分析，線性極化電阻，EIS和紅外光譜分析了氯離子對(duì)鋼材腐蝕的影響，研究結(jié)果表明氯離子對(duì)鋼材的銹層形狀外貌和組成以及腐蝕的速率有著一定的影響。2.2大氣腐蝕的主要形態(tài)金屬的腐蝕形態(tài)主要可以分為兩大類(lèi)：局部腐蝕和全面腐蝕。局部腐蝕的形態(tài)又分為很多種，有磨損腐蝕，腐蝕疲勞，點(diǎn)蝕，應(yīng)力腐蝕，電偶腐蝕，晶間腐蝕以及縫隙腐蝕，而全面腐蝕也可以稱為均勻腐蝕，本文僅僅對(duì)鋼材常見(jiàn)的幾種腐蝕形態(tài)展開(kāi)討論。點(diǎn)蝕：點(diǎn)蝕又可以稱為小孔腐蝕和孔蝕，指的是在金屬的表面生成密集的斑點(diǎn)或者是小孔，是一種常見(jiàn)的局部腐蝕形式，由于小陽(yáng)極到大陰極腐蝕電池的影響而導(dǎo)致它的陽(yáng)極高度集中，在點(diǎn)蝕形成之后，各種腐蝕介質(zhì)就會(huì)通過(guò)金屬表面的小孔滲入到鋼材的內(nèi)部，對(duì)金屬進(jìn)行破壞，一般來(lái)說(shuō)更嚴(yán)重的腐蝕往往是通過(guò)這些不起眼的小孔而發(fā)生的，幾乎所有金屬對(duì)點(diǎn)蝕都很敏感的，在活性侵蝕離子和氧化劑的共同存在的條件下，使得容易發(fā)生鈍化的金屬會(huì)更快速的發(fā)生點(diǎn)蝕[4]。鋁合金和鋁以及不銹鋼等金屬在富含氯離子的環(huán)境中更容易發(fā)生點(diǎn)蝕，出現(xiàn)了銹層有縫隙和氧化皮的鋼材處于富含氯離子的水中也會(huì)更容易發(fā)生點(diǎn)蝕。在金屬正常的使用中，在金屬發(fā)生點(diǎn)蝕的部位極易發(fā)生應(yīng)力集中，從而對(duì)鋼材進(jìn)行破壞。點(diǎn)蝕坑的形狀也是多種多樣的，有的是大而淺，有的是小而深，點(diǎn)蝕一般是從結(jié)構(gòu)表面向厚度發(fā)展的一種極具破壞性的形態(tài)，在鋼材的不同部位發(fā)生的點(diǎn)蝕情況也會(huì)不一樣，點(diǎn)蝕坑分布在金屬表面很不規(guī)則，有的分散，有的比較密，大多數(shù)的點(diǎn)蝕坑都是被腐蝕物所覆蓋了，而只有少數(shù)的蝕坑是呈開(kāi)放性的。影響點(diǎn)蝕的因素也有很多，不僅與材料成分，表面狀態(tài)，金屬構(gòu)件本身的組織，冶金的質(zhì)量有關(guān)，還跟鋼材所處的環(huán)境介質(zhì)有著密切的關(guān)系，例如:介質(zhì)的溫度，PH值，濃度，流動(dòng)，成分等。均勻腐蝕：鋼材的腐蝕有很多種，其中最常見(jiàn)的就是全面腐蝕了，全面腐蝕又指均勻腐蝕，他是指整個(gè)構(gòu)件都有著相同速度，相同效果的腐蝕，也就是整體的減薄厚度的速率是一樣的，大氣腐蝕不都是均勻腐蝕，但是大氣腐蝕最常見(jiàn)的腐蝕形式就是均勻腐蝕，相對(duì)于其它的腐蝕形式來(lái)說(shuō)，均勻腐蝕是較為可觀的一種，因?yàn)樗母g速度是均勻的，只要在鋼材的使用過(guò)程中采用合理的防腐，就大概率不會(huì)出現(xiàn)突然的倒塌事故，只是鋼材會(huì)有大量的原材料被損失掉?？p隙腐蝕：縫隙腐蝕是局部腐蝕的一種，而且對(duì)于大型的鋼構(gòu)件更容易發(fā)生縫隙腐蝕，因?yàn)樗鼈冞B接的部位繁瑣且復(fù)雜，而且需要滿足兩個(gè)基本條件才有可能發(fā)生縫隙腐蝕，縫隙的寬度可以使得腐蝕介質(zhì)進(jìn)入縫隙當(dāng)中且能長(zhǎng)時(shí)間的保留在縫隙[4]。發(fā)生縫隙腐蝕最容易的寬度范圍是在0.025到0.1毫米之間，如果縫隙比較大，縫隙中的介質(zhì)就可以不斷的進(jìn)行交換，所以寬度比較大的縫隙就不容易出現(xiàn)縫隙腐蝕了，縫隙腐蝕主要是因?yàn)榻饘倥c金屬之間的連接或者金屬與非金屬之間的連接，因此在鋼構(gòu)件中最容易發(fā)生縫隙腐蝕的是螺栓和鉚釘?shù)倪B接部位，縫隙腐蝕大多數(shù)是無(wú)法避免的，縫隙腐蝕會(huì)引起部件吻合度和強(qiáng)韌度降低，且發(fā)生腐蝕之后，大量的腐蝕產(chǎn)物會(huì)聚集在縫隙中，引發(fā)局部的應(yīng)力集中，這不僅僅增加了裝配的難度，還極大的降低了鋼構(gòu)件的承載能力，從而會(huì)引起事故的發(fā)生。很多人都誤解了，并不是只有縫隙的時(shí)候才會(huì)發(fā)生縫隙腐蝕，它也會(huì)可能因?yàn)榻饘俦砻嫔细采w的泥沙，液體，灰塵而發(fā)生縫隙腐蝕，而且在富含氯離子的環(huán)境中，縫隙腐蝕更容易發(fā)生。金屬的縫隙腐蝕的特性有：①當(dāng)有寬度合適且含有腐蝕介質(zhì)的縫隙時(shí)，所有的合金以及金屬都會(huì)發(fā)生縫隙腐蝕，而靠鈍化耐蝕的合金與金屬的敏感系數(shù)要高一些。②具有腐蝕能力的介質(zhì)都會(huì)有促發(fā)縫隙腐蝕的能力，而且在富含氯離子的環(huán)境中最常發(fā)生。③腐蝕縫隙可以使得金屬呈現(xiàn)出局部腐蝕和全面腐蝕，一般情況下，耐腐蝕性好的金屬會(huì)呈現(xiàn)局部腐蝕，耐腐蝕性差的會(huì)呈現(xiàn)全面腐蝕。④在縫隙腐蝕的初期就已經(jīng)有腐蝕產(chǎn)物的生成了，而因?yàn)榭p隙的寬度和腐蝕介質(zhì)的不同，初期時(shí)間的長(zhǎng)短也會(huì)不同而異，生成的腐蝕物在縫隙里集中，加快了閉塞電池的進(jìn)程?？p隙腐蝕有著多種影響因素①幾何形狀的影響：縫隙內(nèi)的電位高低變化、內(nèi)外物質(zhì)的交換以及閉塞電池的有效性都與縫隙的寬窄，形狀，縫隙內(nèi)外面積比，以及深淺有著至關(guān)重要的作用，縫隙內(nèi)外金屬在腐蝕介質(zhì)的作用下構(gòu)成了腐蝕電流，縫隙外金屬為陰極，縫隙內(nèi)金屬為陽(yáng)極，在縫隙外的金屬表面發(fā)生的還原反應(yīng)對(duì)縫隙內(nèi)的陽(yáng)極溶解反應(yīng)有著促進(jìn)作用。②合金元素的影響：不同的材料的耐縫隙腐蝕能力也各不相同，對(duì)于不銹鋼來(lái)說(shuō)，Ni、N、Si、Mo、Cr等是一種能夠有效降低縫隙腐蝕的元素，合金元素對(duì)點(diǎn)蝕的作用和這一點(diǎn)很像，它們都是對(duì)鈍化膜的鈍化、穩(wěn)定性、及再鈍化能力所起的作用。Cr、Mo等元素具有協(xié)同作用，能夠顯著降低不銹鋼發(fā)生縫隙腐蝕的可能性。Mo對(duì)提高不銹鋼的耐縫隙腐蝕能力的效果是最好的。③環(huán)境因素的影響：環(huán)境因素對(duì)縫隙腐蝕的影響也有很多種，有氧氣含有量、溫度、氯離子濃度、電解質(zhì)的交換速度以及酸堿度?？諝庵泻趿康脑黾?，由于縫隙外的陰極反應(yīng)的加速，導(dǎo)致縫隙內(nèi)的腐蝕速率也大大加快了，如果溶液呈現(xiàn)酸性時(shí)，陰極發(fā)生的是析氫反應(yīng)，這個(gè)時(shí)候?qū)ρ鯕獾挠绊憳O小。流速的影響可以分為兩種情況，一種是當(dāng)流速加大的時(shí)候，縫隙外的溶液中的氧氣含量也升高，第二種是當(dāng)流速大到可以沖刷掉附著物，這個(gè)時(shí)候縫隙的腐蝕敏感系數(shù)就會(huì)下降。 應(yīng)力腐蝕：應(yīng)力腐蝕是指在拉伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的作用下發(fā)生的腐蝕。應(yīng)力腐蝕必須是應(yīng)力與腐蝕的共同作用下產(chǎn)生的，因?yàn)槿绻鄙賾?yīng)力存在的話，在這些介質(zhì)中大部分材料都是具有耐蝕性的[4]。如果只有產(chǎn)生腐蝕介質(zhì)的話，最多只是有輕微的腐蝕性，一般都是不具有腐蝕性的。如果只考慮到應(yīng)力影響的話，發(fā)生應(yīng)力腐蝕破壞的能力也很小，如果不是處于在腐蝕介質(zhì)中的話，這么極小的應(yīng)力腐蝕對(duì)鋼構(gòu)件來(lái)說(shuō)破壞是微不足道的[10]。應(yīng)力腐蝕往往會(huì)造成極大的災(zāi)難性事故，一般來(lái)說(shuō)高強(qiáng)度鋼材、鋼絲繩、拉索等在海洋大氣環(huán)境中極易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，而且發(fā)生應(yīng)力腐蝕時(shí)，受力構(gòu)件會(huì)在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料的屈服極限強(qiáng)度的情況下發(fā)生突然斷裂或者是破壞[7]，這種事故是無(wú)法避免的，它沒(méi)有任何預(yù)兆，極其容易造成重大的安全事故。一般來(lái)說(shuō)發(fā)生應(yīng)力腐蝕往往需要三個(gè)基本條件，敏感的材料、腐蝕的環(huán)境以及拉伸應(yīng)力。應(yīng)力腐蝕往往需要有拉應(yīng)力的存在時(shí)才會(huì)發(fā)生，這種拉應(yīng)力可以有多種形式，可以是結(jié)構(gòu)件在生產(chǎn)時(shí)存在的殘余應(yīng)力，也可以是鋼構(gòu)件承受外荷載時(shí)所受的工作應(yīng)力。2.3影響大氣腐蝕的因素（1）鋼構(gòu)件表面溫度：金屬表面能不能產(chǎn)生結(jié)露與大氣環(huán)境的溫度有著很大的關(guān)系，這是在相對(duì)濕度附近的一個(gè)臨界值，只有金屬表面有結(jié)露，那么就會(huì)形成一個(gè)水膜，這個(gè)水膜與金屬的腐蝕有著密切的關(guān)系，有兩種環(huán)境會(huì)使金屬的表面容易產(chǎn)生結(jié)露，一個(gè)是晝夜溫差大的地方，另一個(gè)是氣溫比較高的地區(qū)，同時(shí)降雨天氣也會(huì)影響金屬腐蝕的速率，因?yàn)橛晁畷?huì)不停沖刷著金屬表面，使得金屬表面的防腐材料分子不斷的丟失，從而加快了腐蝕因子的入侵，同時(shí)降雨還會(huì)使空氣中的濕度明顯的上升。當(dāng)氣溫每上升十?dāng)z氏度時(shí)，會(huì)使腐蝕的化學(xué)反應(yīng)速度加快一倍，所以在高溫地區(qū)或者是多發(fā)降雨地區(qū)，都會(huì)加重金屬的腐蝕情況。（2）大氣中氯離子的含量：在海島或者沿海的環(huán)境中富含大量的氯離子，氯離子或者鹽霧會(huì)沉積在金屬的表面，然后會(huì)在水膜中溶解并產(chǎn)生較強(qiáng)腐蝕的介質(zhì)，會(huì)直接加快金屬的腐蝕，距離大海越近，其中的氯離子的含量越高，則腐蝕性就會(huì)越強(qiáng)。（3）大氣中二氧化硫的含量：目前我國(guó)的大多數(shù)城市環(huán)境的二氧化硫污染較嚴(yán)重，而且對(duì)金屬腐蝕的作用也不可小覷，二氧化硫分子會(huì)使金屬表面的PH值呈現(xiàn)酸性，從而進(jìn)一步的加快腐蝕，在我國(guó)二氧化硫濃度的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是0.023%，三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是0.096%，三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)大氣中碳鋼的腐蝕速率是二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)大氣的四倍。大氣中二氧化硫的含量越大，則鋅，鋁，鐵等金屬在酸性的環(huán)境的腐蝕速率將會(huì)成幾十倍甚至幾百倍的增加。（4）潤(rùn)濕時(shí)間：潤(rùn)濕時(shí)間對(duì)金屬的大氣腐蝕過(guò)程有著很重要的作用，它是指金屬材料表面所引起的大氣腐蝕電解質(zhì)膜所需要的時(shí)間，也就是金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間，腐蝕的速率隨著表面的濕潤(rùn)度的增大而增快。（5）相對(duì)濕度：相對(duì)濕度對(duì)金屬腐蝕速率有著及其重要的影響，一般來(lái)說(shuō)，金屬的臨界濕度是50%~70%[10]，當(dāng)濕度小于臨界溫度的時(shí)候，金屬的腐蝕速度微乎其微，基本上可以認(rèn)為是忽略不計(jì)的，但是在我國(guó)大多數(shù)的橋梁基本都是建在河流或者海上，相對(duì)濕度基本上都是在80%之上，因此橋梁的腐蝕比較嚴(yán)重。第三章除銹防腐施工技術(shù)3.1選擇合適的底漆修復(fù)鋼結(jié)構(gòu)的表層涂料時(shí)，要把原涂層上的原漆都清除掉，因?yàn)樵摴ば驅(qū)τ诒ＷC鋼結(jié)構(gòu)的防腐性能以及安全有著極大的作用[5]。如果清理得不徹底的話，那么對(duì)后續(xù)的開(kāi)展工作會(huì)造成一定的影響，清理的過(guò)程中必須要完成所有的清理工作，才能進(jìn)行下一步的涂抹新漆，使得舊涂層和新涂層能夠最大限度的滿足施工要求的標(biāo)準(zhǔn)，在處理橋梁結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，必須要加強(qiáng)對(duì)涂料的使用和選擇的重視程度，若在選擇涂料的時(shí)候，沒(méi)有針對(duì)涂料的具體性能而開(kāi)展分析，將會(huì)對(duì)后續(xù)工作造成很大的影響。鋼結(jié)構(gòu)修復(fù)經(jīng)常使用刷漆和滾漆這兩種方式進(jìn)行，因?yàn)槭褂眠@兩種方式不僅可以起到很好的修復(fù)效果，而且在應(yīng)用過(guò)程中的成本比較低，所以可以是一種比較常用，且效果比較好的方法。同時(shí)噴漆方式在使用的過(guò)程中容易對(duì)作業(yè)人員且對(duì)環(huán)境會(huì)造成健康威脅和污染。所以噴漆這種方法逐漸消失在我們的生活中，由此可見(jiàn)，選擇合理的方式和方法，才能是鋼結(jié)構(gòu)的修復(fù)效果得到進(jìn)一步的提高。在生活中比較常見(jiàn)的有一種聚氨酯底漆，它是一種雙組分的聚氨酯底漆，是由含有防腐顏料、溶劑、固化劑等組成[6]，它具有防腐能力強(qiáng)、吸附能力強(qiáng)、良好的防銹等特點(diǎn)，尤其適用于濕熱地區(qū)。在養(yǎng)護(hù)橋梁鋼構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，如果底漆含有大量的鋅分子，這將會(huì)使得工程的施工的難易程度增加，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的橋梁位于的環(huán)境是江河之上，環(huán)境比較濕潤(rùn)，如果選擇富含鋅分子的底漆，那么在施工過(guò)程中需要快速干燥，不然在施工過(guò)程就會(huì)形成漆鹽，影響施工質(zhì)量。3.2噴砂除銹工藝噴砂除銹工藝指的是利用壓縮空氣的方法使得鐵砂以及石英砂等在鋼結(jié)構(gòu)的表面產(chǎn)生一定的沖擊作用，從而使得它們有更好的接觸，同時(shí)，在施工的過(guò)程中，要徹底清理原鋼構(gòu)件表面層上的銹蝕，灰塵以及油污等雜質(zhì)，這個(gè)工藝在施工的過(guò)程中具有除銹較徹底、效率比較高等特點(diǎn)，是目前來(lái)說(shuō)鋼構(gòu)件的除銹防護(hù)過(guò)程中最常見(jiàn)的一種工藝，但是在施工過(guò)程中還是需要注意以下幾項(xiàng)內(nèi)容：（1）在噴砂除銹的過(guò)程中，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)表面的除銹的工作，可以采用石英砂和鐵砂的沖擊力，這種除銹的方法在具體操作過(guò)程中主要的優(yōu)勢(shì)是可以重復(fù)操作，從而可以進(jìn)行對(duì)銹蝕的反復(fù)處理，并且在應(yīng)用的過(guò)程中不會(huì)受到粉塵的污染，（2）需要控制鋼結(jié)構(gòu)表面的溫度，最好應(yīng)該超過(guò)空氣落點(diǎn)的三攝氏度，而相對(duì)濕度應(yīng)該控制在80%以下，在施工之前要清除鋼構(gòu)件表面的雜質(zhì)，以確保鋼材表面的整潔性。3.3熱鍍鋅法熱鍍鋅法的防腐原理是利用鋅溶液與鋼結(jié)構(gòu)接觸然后進(jìn)行溶解，從而形成鐵鋅合金，并且鋼材表面包裹著一層鋅合金鍍，這會(huì)將防腐功能大大提高，一般來(lái)說(shuō)，熱鍍鋅層的厚度一般小于65微米，最高可以達(dá)到100微米，而電鍍鋅層最少比電鍍鋅層厚四倍[5]。熱鍍鋅還具有著不容易掉落且附著能力較好的特點(diǎn)，熱鍍鋅基本可以覆蓋那些難以覆蓋的死角，就算當(dāng)鋅層受到外力的作用下碰撞掉落，但是由于鐵的腐蝕電位高于鋅，就可以利用掉落部分的周?chē)匿\層代替鋼構(gòu)件抵擋腐蝕，從而達(dá)到防止腐蝕的效果。第四章使用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)存在的問(wèn)題4.1失穩(wěn)鋼構(gòu)件失穩(wěn)在鋼結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)的事故中經(jīng)常出現(xiàn)，這是由于鋼構(gòu)件的強(qiáng)度比較高，利用它做出的構(gòu)件大多數(shù)都是截面相對(duì)較小，組成的構(gòu)件的板塊都是薄而寬，而且做成的構(gòu)件比較細(xì)長(zhǎng)[8]，所以在構(gòu)件受到荷載的時(shí)候容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)可以分為局部失穩(wěn)和整體失穩(wěn)，局部失穩(wěn)的危害比整體失穩(wěn)的危害還要大，發(fā)生局部失穩(wěn)大多數(shù)是有預(yù)兆的，及時(shí)發(fā)現(xiàn)還可以采取補(bǔ)救措施，而整體失穩(wěn)一般具有不可逆性，發(fā)生時(shí)是突發(fā)性的。4.1.1整體失穩(wěn)原因（1）設(shè)計(jì)錯(cuò)誤：導(dǎo)致設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的原因主要和設(shè)計(jì)人員自身具有的知識(shí)儲(chǔ)備有關(guān)，例如，使用錯(cuò)誤的穩(wěn)定驗(yàn)算公式；支座的計(jì)算受力與實(shí)際受力不相符；設(shè)計(jì)的安全儲(chǔ)備不夠高。（2）安裝時(shí)臨時(shí)支撐不足：在鋼構(gòu)件安裝的過(guò)程中，在沒(méi)有形成整體結(jié)構(gòu)的時(shí)候，構(gòu)件的形狀很容易就可以改變，并且此時(shí)的穩(wěn)定性很差，因此必須采用足夠的支撐系統(tǒng)來(lái)維持在安裝的過(guò)程中的穩(wěn)定性，若臨時(shí)支撐不滿足鋼構(gòu)件所需要的支撐力時(shí)，就會(huì)很容易出現(xiàn)傾覆和坍塌。4.1.2局部失穩(wěn)的原因（1）設(shè)計(jì)錯(cuò)誤:設(shè)計(jì)人員不進(jìn)行構(gòu)件的局部失穩(wěn)驗(yàn)算或者是驗(yàn)收的方法使用錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致組成構(gòu)件的各個(gè)板塊的高度比，長(zhǎng)細(xì)比和寬厚比都大于規(guī)范的最大值。(2)構(gòu)造不當(dāng)：一般來(lái)說(shuō)在鋼構(gòu)件局部受到集中荷載的地方應(yīng)該要加設(shè)加勁肋提高承載力，另外，在構(gòu)件的運(yùn)輸以及在安裝的過(guò)程中防止鋼構(gòu)件的變形，也需要設(shè)置加勁肋或者橫板[8]。（3）材料的原始缺陷：原始缺陷包括了鋼