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鋼結(jié)構(gòu)防腐及耐候鋼在建筑工程中的應(yīng)用

2016-01-21 14:03:31 作者：本網(wǎng)整理來源：

本文就鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕機(jī)理、影響因素和防腐措施作了簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)耐候鋼在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。

耐候鋼

鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕機(jī)理腐蝕指鋼鐵與周圍環(huán)境（介質(zhì)）之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的破壞或變質(zhì)。建筑中通常所指的大氣腐蝕，是鋼鐵在大氣中由于受氧及水分的作用，產(chǎn)生電化學(xué)過程所形成的腐蝕。

影響鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的因素影響鋼結(jié)構(gòu)在大氣中腐蝕的主要因素有濕度、溫度及大氣中所含介質(zhì)。鋼鐵的臨界濕度一般在60% ~70%之間，低于臨界濕度時(shí)，鋼鐵表面受到的是化學(xué)腐蝕，其腐蝕速度不大；當(dāng)高于臨界濕度時(shí)，其腐蝕類型由化學(xué)腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀瘜W(xué)腐蝕，腐蝕速度突然加，此時(shí)腐蝕影響是很大的。大氣中所含的灰塵，特別是含有腐蝕性的粉塵，大大加速了鋼鐵在大氣中的腐蝕。這是由于灰塵具有毛細(xì)管的凝聚作用，鋼鐵表面有灰塵的地方，特別容易結(jié)露具有腐蝕性的粉塵或氣體溶解于鋼鐵表面的液膜時(shí)，便形成腐蝕性極強(qiáng)的酸、堿、鹽溶液。

當(dāng)大氣中含有氯離子時(shí)，氯離子能有效破壞鋼鐵表面的鈍化膜形成較危險(xiǎn)的點(diǎn)狀腐蝕。按照不同地區(qū)的腐蝕特征，可將大氣環(huán)境分為工業(yè)大氣，海洋大氣，城市大氣和農(nóng)村大氣，它們的相對(duì)腐蝕程度比較見表1.表1鋼鐵在不同環(huán)境下的大氣腐蝕程度％大氣環(huán)境分類相對(duì)腐蝕程度干燥的農(nóng)村環(huán)境城市大氣海洋大氣工業(yè)大氣污染嚴(yán)重的工業(yè)大氣2鋼鐵腐蝕的危害鋼鐵腐蝕一種不均勻的破壞，其表面一旦出現(xiàn)腐蝕坑，由坑底向縱深發(fā)展很快，從而引起應(yīng)力集中，而應(yīng)力集中又會(huì)加速腐蝕過程，這種循環(huán)的連鎖反應(yīng)是應(yīng)力腐蝕的一種形式。鋼材在這種應(yīng)力腐蝕的作用下抗冷脆性能不斷下降，導(dǎo)致承重構(gòu)件在無明顯的變形征兆下突然發(fā)生脆性斷裂，造成建筑物倒塌并危及人身安全。結(jié)構(gòu)在沖擊荷載作用下，腐蝕介質(zhì)會(huì)促成鋼材發(fā)生脆性斷裂并影響疲勞強(qiáng)度，危害尤為嚴(yán)重。

在美國(guó)，因腐蝕造成的不安全事故約占整個(gè)不安全事故的31.8%我國(guó)為25%~30%.腐蝕不僅是安全生產(chǎn)的大敵，同時(shí)也給經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來巨大的損失。由日本腐蝕工程學(xué)會(huì)（JapanSocietyofCorrosionEngineering）和日本腐種方法估算的1997年全日本腐蝕損失分別為39380億日元和52 580億日元，占當(dāng)年國(guó)民生產(chǎn)總值（GNP）的077%和1.02%.若同時(shí)考慮間接高2~4倍。2001年我國(guó)因腐蝕問題損失達(dá)4 000億人民幣，損失鋼材1000多萬t. 3鋼結(jié)構(gòu)防腐處理鋼結(jié)構(gòu)在各種大氣環(huán)境下使用，產(chǎn)生腐蝕是一種自然現(xiàn)象。為防止或減少結(jié)構(gòu)物的腐蝕，延長(zhǎng)其使用壽命，需采取一定的措施。鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕方法大致可分為四類：①涂層法，即在鋼結(jié)構(gòu)表面涂（噴）油漆或其他防腐涂料，其耐久年限一般為5 ~10a；②長(zhǎng)效法，即采用熱鍍鋅、熱鍍鋁（鋅）復(fù)合涂層進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)表面處理，防腐年限為20 ~30a甚至更長(zhǎng)；③對(duì)水下或地下鋼結(jié)構(gòu)采用陰極保護(hù)即電化學(xué)保護(hù)的方法；④采用本身具有抗腐蝕能力的耐候鋼。耐候鋼的發(fā)展及應(yīng)用耐候鋼及耐大氣腐蝕鋼，是在普通鋼中添加一定量的合金元素，如Cu、P、Cr、Ni、Mn、Nb等，使其在金屬基體表面上形成保護(hù)層，以提高鋼材的耐候性。耐候鋼的發(fā)展耐候鋼的研制起始于歐美，20世紀(jì)初歐美的科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)Cu可以改善鋼鐵在大氣中的耐腐蝕性能，1933年美國(guó)的U.S.Steel公司首先研制成功了耐腐蝕高抗拉強(qiáng)度的低合金鋼*Corten鋼，并于60年代不涂漆直接應(yīng)用于建筑和橋梁。其中應(yīng)用最普遍的是高P、Cu加Ni的CortenA系列和以Cr、Mn、Cu合金為主的CortenB系列，此后這兩種耐候鋼在歐洲、日本也得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)60年代起開始研制耐候鋼，并發(fā)展了自己的一些鋼種，如上海鋼鐵一廠的10PCuRE系列、鞍鋼的08CuPVRE系列及武鋼的09CuPTi系列。

合金元素對(duì)鋼耐腐蝕性能的影響耐候鋼較普通碳素鋼有較好的耐大氣腐蝕能力，其中合金元素起到了以下決定性作用：損失99整個(gè)腐蝕損失要比用碰方法算得的值is銹層的0*推遲銹的晶；④加速鋼均。net①降低銹層的導(dǎo)電性能，自身沉淀并覆蓋鋼表面；②影響銹層中物相結(jié)構(gòu)和種類，阻礙勻溶解；⑤加速Fe2+向Fe3+的轉(zhuǎn)化并阻礙服飾產(chǎn)物的快速生長(zhǎng)；⑥合金元素及其化合物阻塞裂縫和缺陷。

進(jìn)一步研究表明耐候鋼中加入的合金元素對(duì)其耐大氣腐蝕性能的影響不盡相同4. ~0.4%的Cu時(shí)，無論在鄉(xiāng)村大氣、工業(yè)大氣或海洋大氣中都具有優(yōu)越的耐腐蝕性能，Cu還有抵消鋼中S的有害作用的明顯效果。其作用特點(diǎn)是：鋼中S含量越高，Cu減低腐蝕速率的相對(duì)效果愈顯著。一般認(rèn)為這是Cu和S生成難溶的硫化物所致。P在鋼中能加速鋼的均勻溶解有助于在鋼的表面形成致密的保護(hù)膜使鋼內(nèi)部不受大氣腐蝕，通常P的最佳含量為0. 08%~0.15%.Cr能在鋼表面形成致密的氧化膜提高鋼的鈍化能力。耐候鋼中Cr含量一般在0.4%~1.3%之間。20世紀(jì)70年代后裸耐候鋼開始大規(guī)模應(yīng)用在鋼橋的建造中。紐約GorgeWashingtonBridge、西弗吉尼亞NewRiverGorgeBridge（跨度518m的拱橋）和新奧爾良Mississippi RiverBridge中耐候鋼的使用為鋼橋的發(fā)展帶來了新的生機(jī)。在美國(guó)，截止1997年己有45%的橋梁使用耐候鋼。

日本也是將耐候鋼較早較多用于建筑結(jié)構(gòu)的國(guó)家之一。1965年香川縣“五臺(tái)山之家”的屋頂使用了耐候鋼材，并于1967年首次在川橋、志染川橋、十勝中央大橋都相繼使用了耐候鋼。日本近年來針對(duì)高抗鹽腐蝕的沿海地區(qū)用耐候鋼進(jìn)行了大量的研究，并推出了新的耐候鋼品種。與傳統(tǒng)的耐候鋼的化學(xué)成分相比，這些新型鋼是低合金鋼，不含鉻，但有鈮、鉬、磷、鈦等元素。根據(jù)在含鹽環(huán)境中進(jìn)行的暴露試驗(yàn)的結(jié)果，這些鋼的腐蝕損失比普通耐候鋼少。它們可以用在不能使用常用耐候鋼的地方（大氣中含鹽量大于或等于0.05mdd時(shí)）。將來，類似的新型耐候鋼的出現(xiàn)將會(huì)使耐候鋼的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到鹽腐蝕更加嚴(yán)重的地區(qū)。

責(zé)任編輯：班英飛

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