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钢结构防腐及耐候钢在建筑工程中的应用
文章来源:中国防腐装备网    添加人:admin    添加时间:2015/12/22
 
    据工业发达国家的统计因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的4 7%,但其中1/4可通过采取适当的防腐措施来避免,因此钢结构防腐对国民经济的发展显得尤为重要。本文就钢结构的腐蚀机理、影响因素和防腐措施作了简要介绍,并对耐候钢在国内外的发展及应用进行了总结。
  1钢结构的腐蚀机理及影响因素1.1钢结构的腐蚀机理腐蚀指钢铁与周围环境(介质)之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。建筑中通常所指的大气腐蚀,是钢铁在大气中由于受氧及水分的作用,产生电化学过程所形成的腐蚀。
  1.2影响钢结构腐蚀的因素影响钢结构在大气中腐蚀的主要因素有湿度、温度及大气中所含介质。钢铁的临界湿度一般在60% ~70%之间,低于临界湿度时,钢铁表面受到的是化学腐蚀,其腐蚀速度不大;当高于临界湿度时,其腐蚀类型由化学腐蚀转变为电化学腐蚀,腐蚀速度突然加,此时腐蚀影响是很大的。大气中所含的灰尘,特别是含有腐蚀性的粉尘,大大加速了钢铁在大气中的腐蚀。这是由于灰尘具有毛细管的凝聚作用,钢铁表面有灰尘的地方,特别容易结露具有腐蚀性的粉尘或气体溶解于钢铁表面的液膜时,便形成腐蚀性极强的酸、碱、盐溶液。
  当大气中含有氯离子时,氯离子能有效破坏钢铁表面的钝化膜形成较危险的点状腐蚀。按照不同地区的腐蚀特征,可将大气环境分为工业大气,海洋大气,城市大气和农村大气,它们的相对腐蚀程度比较见表1.表1钢铁在不同环境下的大气腐蚀程度%大气环境分类相对腐蚀程度干燥的农村环境城市大气海洋大气工业大气污染严重的工业大气2钢铁腐蚀的危害钢铁腐蚀一种不均匀的破坏,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(JapanSocietyofCorrosionEngineering)和日本腐种方法估算的1997年全日本腐蚀损失分别为39380亿日元和52 580亿日元,占当年国民生产总值(GNP)的077%和1.02%.若同时考虑间接高2~4倍。2001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. 3钢结构防腐处理钢结构在各种大气环境下使用,产生腐蚀是一种自然现象。为防止或减少结构物的腐蚀,延长其使用寿命,需采取一定的措施。钢结构的防腐蚀方法大致可分为四类:①涂层法,即在钢结构表面涂(喷)油漆或其他防腐涂料,其耐久年限一般为5 ~10a;②长效法,即采用热镀锌、热镀铝(锌)复合涂层进行钢结构表面处理,防腐年限为20 ~30a甚至更长;③对水下或地下钢结构采用阴极保护即电化学保护的方法;④采用本身具有抗腐蚀能力的耐候钢。
  4耐候钢的发展及应用耐候钢及耐大气腐蚀钢,是在普通钢中添加一定量的合金元素,如Cu、P、Cr、Ni、Mn、Nb等,使其在金属基体表面上形成保护层,以提高钢材的耐候性。
  41耐候钢的发展耐候钢的研制起始于欧美,20世纪初欧美的科学家就发现Cu可以改善钢铁在大气中的耐腐蚀性能,1933年美国的U.S.Steel公司首先研制成功了耐腐蚀高抗拉强度的低合金钢*Corten钢,并于60年代不涂漆直接应用于建筑和桥梁。其中应用最普遍的是高P、Cu加Ni的CortenA系列和以Cr、Mn、Cu合金为主的CortenB系列,此后这两种耐候钢在欧洲、日本也得到广泛应用。我国60年代起开始研制耐候钢,并发展了自己的一些钢种,如上海钢铁一厂的10PCuRE系列、鞍钢的08CuPVRE系列及武钢的09CuPTi系列。
  42合金元素对钢耐腐蚀性能的影响耐候钢较普通碳素钢有较好的耐大气腐蚀能力,其中合金元素起到了以下决定性作用:损失99整个腐蚀损失要比用碰方法算得的值is锈层的0*推迟锈的晶;④加速钢均。net①降低锈层的导电性能,自身沉淀并覆盖钢表面;②影响锈层中物相结构和种类,阻碍匀溶解;⑤加速Fe2+向Fe3+的转化并阻碍服饰产物的快速生长;⑥合金元素及其化合物阻塞裂缝和缺陷。
  进一步研究表明耐候钢中加入的合金元素对其耐大气腐蚀性能的影响不尽相同4. ~0.4%的Cu时,无论在乡村大气、工业大气或海洋大气中都具有优越的耐腐蚀性能,Cu还有抵消钢中S的有害作用的明显效果。其作用特点是:钢中S含量越高,Cu减低腐蚀速率的相对效果愈显著。一般认为这是Cu和S生成难溶的硫化物所致。P在钢中能加速钢的均匀溶解有助于在钢的表面形成致密的保护膜使钢内部不受大气腐蚀,通常P的最佳含量为0. 08%~0.15%.Cr能在钢表面形成致密的氧化膜提高钢的钝化能力。耐候钢中Cr含量一般在0.4%~1.3%之间。20世纪70年代后裸耐候钢开始大规模应用在钢桥的建造中。纽约GorgeWashingtonBridge、西弗吉尼亚NewRiverGorgeBridge(跨度518m的拱桥)和新奥尔良Mississippi RiverBridge中耐候钢的使用为钢桥的发展带来了新的生机。在美国,截止1997年己有45%的桥梁使用耐候钢。
  日本也是将耐候钢较早较多用于建筑结构的国家之一。1965年香川县“五台山之家”的屋顶使用了耐候钢材,并于1967年首次在川桥、志染川桥、十胜中央大桥都相继使用了耐候钢。日本近年来针对高抗盐腐蚀的沿海地区用耐候钢进行了大量的研究,并推出了新的耐候钢品种。与传统的耐候钢的化学成分相比,这些新型钢是低合金钢,不含铬,但有铌、钼、磷、钛等元素。根据在含盐环境中进行的暴露试验的结果,这些钢的腐蚀损失比普通耐候钢少。它们可以用在不能使用常用耐候钢的地方(大气中含盐量大于或等于0.05mdd时)。将来,类似的新型耐候钢的出现将会使耐候钢的应用范围扩展到盐腐蚀更加严重的地区。
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