钢结构表面腐蚀的危害与防护_梁利生

文章编号:1009-6825(2007)30-0165-02
钢结构表面腐蚀的危害与防护
收稿日期:2007-06-02
作者简介:梁利生(1972-),男,太原理工大学建筑与土木工程学院硕士研究生,工程师,讲师,太原理工大学阳泉学院,山西阳泉　045000
梁利生
摘　要:基于腐蚀对钢结构造成的危害极其严重,分析了钢结构腐蚀的原因,针对其原因提出了钢结构防腐蚀的处理措
施,以确保钢结构建筑在使用中不因腐蚀损坏而引起质量问题。

关键词:钢结构,腐蚀,处理措施,钢材,氧化膜中图分类号:T U761.13
文献标识码:A
腐蚀的危害已涉及到各行各业,全世界每90s 就有1t 钢铁
腐蚀成铁锈,而炼制1t 钢所需的能源则可供一个家庭用3个月,由此可见,腐蚀实际上是对自然资源的极大浪费,腐蚀破损或断裂不仅引起有害物质的泄漏,污染了环境,还会引起突发的灾难性事故,危及人类的安全,给国民经济带来极大的损失和危害。

在钢结构工程中,钢结构构件的防腐蚀非常重要,一个小腐蚀坑常常会造成应力集中,引起裂纹折断,从而造成结构整体的失效,可见对钢结构的防护是非常重要的,应引起高度重视。

1　钢结构的腐蚀与危害
钢材在环境下的腐蚀属电化学过程,它的腐蚀速度与环境、湿
度、温度及有害介质的存在有关,其中湿度是一个决定性的因素。

1.1　水引起涂膜的起泡剥落
通过化学或机械处理的钢材表面接触空气时,立即生成一层氧化膜,其厚度为1mm ～3mm ,氧化物多以三价状态存在。

如钢暴露在湿度大的环境或水中时,阳离子铁与羟基在表面上沉积。

当钢表面与水接触时,少量钙和钠离子以表面杂质存在;当钢与含有氟化物水接触时,钢表面会含氟;当钢暴露到海水或表面有含氯溶液时,钢表面含有氯;另外钢表面也有一定的镁及少量的硫和硅,但钢表面最大的环境杂质是碳类物质。

在钢材表面涂刷有机涂料,因表面存在许多有角度的缝隙和微小空穴,高分子聚合物和低表面涂刷不能完全湿润这些缝隙。

这样金属与有机涂膜之间存在有非粘结处,水通过扩散或涂膜中的毛细管或孔隙,迁移通过涂膜到达金属底材表面,聚积在那些非粘结处,在一定水压下涂膜就起泡。

随着聚集水的增多,压力增大,涂膜和金属的粘结处施加一个剥离力,使积聚水向侧面扩展引起更多的界面失去粘结。

一般情况下,相对湿度在65%～80%时,粘结力开始下降;在湿度达到90%时,就迅速降低。

1.2　漆膜中溶剂引起的起泡剥落
1)泡胀引起的起泡。

所有的有机漆膜浸渍在水中或暴露在湿度环境下都会吸水,防腐蚀用的有机漆膜的吸水率为3%左右,有填料的漆比清漆吸水更多,水位于填料与粘结料的界面上。

由于吸水漆膜泡胀引起相对于金属底材的横向变形,但仍能维持相对稳定。

当漆膜与底材界面上的应力带来的变形使漆膜失去粘结时,就会产生漆膜起泡。

2)渗透起泡。

在钢材表面上的保护漆膜起泡可以通过渗透机理分析。

当漆膜暴露在湿环境时,水分子可以通过漆膜到达涂膜与底材界面,并溶解水可溶的组分,如漆膜、底材上的盐或亲水溶剂。

水聚积在膜内,直至体积增至漆膜不能再容纳时,漆膜失去
2)配齐足够数量打磨机,确保每个作业班组有两台备用机具。

选派经验丰富操作熟练人员专门进行对轨作业。

3)指派专人进行温胶、拌胶作业,保证温胶温度控制在30℃左右和A ,B 类胶的拌和均匀。

7　安全保证措施
1)施工前,应制定周密具体的施工方案和各项组织措施,并向全体施工人员交底,使之对整个施工过程有一个全面了解。

2)作业人员严禁酒后上岗,作业时精力要集中,严禁岗上嬉戏打闹,做到纪律严明、作业规范。

3)防护人员必须着装整齐,口笛、信号旗、臂章及所需的防护标牌携带齐全,持证上岗,动作要标准规范、信号明显。

4)人工抬运钢轨,所抬钢轨应同时跨过线路,严禁同时搭在
线路两段钢轨上,以免轨道电路出现故障。

5)每次封锁点施工前,各组道岔负责人应对各组人员、机具、
材料到位情况进行逐一清点,尤其是对气割设备、夹板、短轨头、轨缝调整器五种抢险应急料具逐一落实,并确保能正常使用。

6)封锁点内施工按现场指挥人员下达的封锁施工命令,各组人员按作业程序进行作业时,必须做到忙而不乱,避免料具碰撞伤人;作业人员必须注意防护人员的信号,避免人员和料具侵限。

7)线路道岔开通后,应组织专门队伍加强养护维修,对胶结接头进行跟踪检查,发现问题,及时处理。

参考文献:[1]刘林杰.铁路提速道岔铺设施工技术[J ].山西建筑,2007,33(4):306-307.
Construction technology of speed -raising turnout in jointless railway
YANG Sheng -jin A bstract :T he article analy zes the technological requirement of speed -raising tur nout constructio n in jointless railway ,introduces its concrete construction methods fro m construction preparatory ,rail grinding ,aligning and lev eling ,and installation of clip pla te ,and proposes measures to ensure the quality and safety ,in o rder to impro ve the constructio n quality of speed -raising turnout in jointless railway .Key words :railway ,route ,turnout ,construction
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165· 第33卷第30期2007年10月 山西建筑S HANXI ARCHITECT URE
Vol .33No .30Oct .　2007DOI :10.13719/j .cn ki .cn14-1279/tu .2007.30.139
蚀区(低电位)和保护区(高电位)之间电位梯度的作用,湿气更容易被吸收起泡。

3)漆膜形成过程中引起的起泡剥落。

保护膜不是多孔的,但掺入的溶剂不能完全溶解树脂时,会形成微孔结构。

如在漆膜中的挥发性溶剂先挥发,留下难挥发的非溶剂的稀释剂;当树脂涂料的浓度接近100%时,树脂在溶剂中的溶解度较低;当聚合物发生化学交联以及聚合物的分子量在固化的后期急增时,树脂溶解度变得较低。

对漆膜形态结构在溶剂与非溶剂平衡作用的试验表明,当留在漆膜中易挥发的物质是非溶剂占主导作用时,可以在漆膜中形成小孔或微孔。

在底材界面附近存在的微孔可以作为溶剂吸附的地方,如溶剂是亲水的,在渗入漆膜的位置会形成气泡。

4)金属基体引起的起泡。

涂膜在实际运行中还会因金属基体的腐蚀过程、产物的积聚、阴极反应形成的碱,而导致涂膜的鼓泡、裂缝和脱落,在海洋环境中生物的污损作用也可加速涂膜的失效。

1.3　腐蚀的危害性
钢结构的腐蚀危害性在于它是一种不均匀的破坏。

损伤发生在阳极表面,一旦出现腐蚀坑,多会向纵深发展。

有腐蚀产物的腐蚀坑的底部位是小阳极,而暴露在大气中的金属表面是大阴极,阳极表面积小,电流密度大,造成的腐蚀速度快。

腐蚀坑底部由于缺氧而酸化,形成自催化作用,加快向坑底纵深发展的速度,这就是所谓的闭塞电池的现象。

引起应力集中,又促使腐蚀坑底电位变负,加快腐蚀进程。

这种相互反馈的连锁反应是应力腐蚀的典型形式,引起钢材抗冷脆性能下降,在无明显变形征兆的情况下,突然发生脆性断裂,尤其在冲击荷载作用下危险性更大。

因此,钢结构如不重视环境及采取必要防护,必将加速锈蚀速度,忽视日常的维护保养同样会发生由于严重锈蚀而引起承重构件丧失承载能力,造成钢结构的安全使用隐患。

表1　铝和钢经不同表面处理粘附力变化情况
金属品种涂料品种
暴露到水前后的粘附力/kg·cm-2
脱酯处理喷砂处理
暴露水前暴露水后暴露水前暴露水后
铝
聚氨酯117118281288聚酰胺固化的环氧207255281281
钢
聚氨酯157********聚酰胺固化的环氧199177264222
2　钢结构的防腐蚀处理措施
1)降低水剥离的方法。

a.增加金属表面的粗糙度。

铝和钢分别经脱酯和喷砂处理后各自涂刷两种不同涂料,在干燥相同时间后,将试件放入水中,然后测定粘附力变化,测得数据见表1。

从表1中可以看出,在暴露到水中前,喷砂处理的粘附力比脱酯处理的好得多。

两种涂膜到水后的变化基本相似,铝稍高一些,而钢明显降低,但喷砂除锈比脱酯的附着力要高。

b.在涂膜前对金属表面进行预处理,也能在很大程度上提高涂料与金属的粘结和防腐性能。

预处理的作学特性的转化物,使金属和有机涂层之间的界面对氧气的阴极还原反应更弱,使金属和有机涂膜的界面区具有较低的导电性,可显著减弱界面上阳极和阴极反应。

c.对钢材表面用硅烷进行处理,会使涂膜的阴极剥离灵敏度降低。

2)降低溶剂起泡的方法。

以溶剂为主的油漆涂膜在较长时间内残留一些溶剂,常会高于涂膜的使用时间。

有机漆膜防止腐蚀失去保护作用的第一个标志是漆膜起泡,认真选择涂料的配方可以显著减少气泡的生成,以延长涂膜的时间。

选择涂料的溶剂挥发必须保持平衡,在烘烤漆膜时,溶剂挥发的不平衡,有时会在涂膜中产生气泡;溶剂的亲水和疏水也会影响漆膜的耐起泡能力,亲水溶剂有利于加快气泡的形成,特别是渗透起泡;在油漆中使用活性溶剂,在水中的溶解度和漆膜的耐起泡能力之间有相反的关系,亲水性溶剂易引起起泡。

所以选择疏水性溶剂亦能减少气泡的生成。

现已生产的低挥发性烷基醋酸酯作为高性能保护油漆优选疏水性溶剂,这种高沸点的烷基醋酸酯溶剂具有能为漆膜耐起泡能力所需的特性,为合成油漆树脂提供良好溶解能力的醋酸酯。

3)加强设计选择和施工质量的控制。

钢结构的防腐蚀是钢结构设计、施工和使用要重点解决的问题,它涉及安全使用的耐久性,腐蚀是一种自然现象。

显然要消除钢材表面的腐蚀是非常困难的,但如果使用绝缘性的保护层把钢结构与腐蚀介质隔开,腐蚀原电池不能产生,可达到防腐蚀目的。

除上述的防腐蚀方法外,钢结构的防腐蚀还应采用:钢材本身的抗腐蚀,即采用具有抗腐蚀能力的钢材;长效防腐蚀方法,即采用热镀锌、热镀铝复合涂层进行钢材表面处理,使钢材的防腐蚀年限达30年或更长;对地下及水中钢结构采用阴极保护,即电化学保护方法;涂层保护,即刷防护膜保护。

依靠简单的屏蔽作用的涂层难以有效地阻止腐蚀的发生,一旦水和氧通过漆层缝隙进入金属表面,锈蚀依然发生。

因此,为了长效防腐的目的,常采用电化学的保护方法,即阴极保护。

在大气环境中,由于腐蚀介质(水膜)的不连续性,不能形成回路,无法应用普通电化学保护方法。

只有采用牺牲阳极功能的涂层,才能达到保护阴极的作用。

普通油漆只具备屏蔽功能,保护时间很短,锈蚀会在漆膜下发生,引起漆层起泡脱落,加上漆层为有机物,在大气中易老化丧失保护能力。

对于大气环境中长期使用的钢结构,国外多采用锌或铝金属涂层保护,除了有一定的屏蔽功能外,更具有阴极保护作用。

但随着锌、铝的消耗,保护性能会降低。

为此,采用同时兼备阴极保护、屏蔽、缓蚀三大功能,老化寿命长的无机涂层是钢结构在大气环境中最好的防腐方法。

参考文献:
[1]屈瑞花.粘钢施工工艺探讨[J].山西建筑,2004,30(17):93-94.
[2]区任东.钢骨柱钢梁施工实践[J].山西建筑,2004,30(17):96-
97.
Harm and defense of corrosion on the surface of steel structure
LIANG Li-sheng
A bstract:Based on serious harms of corrosio n on steel structure,the author analyzes the causes of steel structural corrosio n,and proposes its treatment measures in light of its causes,in o rder to guarantee steel structural buildings not to have quality problems caused by cor ro sion dam-age during its utilization.
Key words:steel structure,corrosion,treatment measure,steel products,ox ide film。