论文部分内容阅读
【摘 要】本文从自然环境下钢腐蚀的规律入手，就当前我国钢结构防腐工程中存在的不足进行探讨，针对性地提出相关防腐保护措施，有一定参考价值。
【关键词】钢结构；腐蚀；防腐
当前，在建筑工程中，钢结构所占比例日益增多，充分发挥了其高强轻质、抗震性能好、工业化程度高、施工周期短、对城市环境影响小等优点，但钢结构也有一个明显弱点——易腐蚀。据不完全统计，国内每年因腐蚀而造成的经济损失在400亿人民币以上，每年9000万t钢产量中，约30%被各种形式的腐蚀消耗掉，给国家和人民带来巨大的损失和安全隐患。因此，加强钢结构防腐问题的研究，对保障钢结构建筑安全有着极其重要的意义。
1.自然环境下钢腐蚀规律性研究
钢材的腐蚀，一种是化学腐蚀，即钢材表面与周围介质直接起化学反应而产生的腐蚀，其腐蚀的程度随时间和温度的增加而增加；二是电化学腐蚀，即钢材在存放和使用中与周围介质之间发生氧化还原反应而产生的腐蚀。钢腐蚀对工程危害极大，而要有效地选择防腐体系，须先对自然环境下钢材料腐蚀的规律性作深入了解，以揭示腐蚀行为的一些规律性，为防腐措施提供相关依据。ISO曾组织十四个国家就自然大气环境下的钢腐蚀行为进行研究，基于低碳钢的腐蚀速率提出了如表1所示的五种腐蚀地区的建议。
表1 低碳钢腐蚀率建议值
我国曹楚南院士等针对我国典型大气环境的腐蚀数据进行研究，证明碳钢和低合金钢在我国大气环境中，绝大部分土壤中，以及各海域的海水飞溅区和潮差区的腐蚀量(C)随时间(t)的变化可以用幂函数规律表述为：C=Atn，A值相当于第一年的腐蚀深度，n值表征腐蚀的发展趋势。以上这些研究工作，为钢结构防腐体系的设计提供了指导，值得关注。
2.当前我国钢结构防腐工程中存在的问题
当前钢结构的腐蚀问题已引起越来越多相关学者的关注，并取得一定研究进展，但总体来说，防腐工程中仍存在一些问题，笔者主要从设及施工两方面进行概述：
2.1 防腐设计不合理
钢结构防腐设计需综合考虑工业大气腐蚀环境、防腐年限、涂装场所的温度和温度、室内或室外、装饰性要求、保光保色性要求、是否易于维修等条件。因没有制定钢结构防腐相关技术标准，一些设计人员仅凭经验设计，选用涂料与腐蚀环境不相适应，耐腐蚀性能不满足要求，有时档次过高，有时过低，品种多样、颜色各异，经济合理性较差。
2.2 施工质量控制不严
基层处理未达到应有的标准，特别是老结构，大部分除锈不满足要求，有的连表面浮锈和灰尘也未清理干净。在涂装前钢铁基层必须除锈，钢铁基层的除锈等级应符合相关国家标准的要求。新建工程重要构件的除锈等级不应低于Sa2.5，喷射或抛射除锈后的表面粗糙度宜为40～75 m，并不应大于涂层厚度的1/3。国外许多研究表明涂装质量中，约60%以上取决于基层处理质量，可见基层处理质量的重要性。
擅自减少涂刷遍数，涂膜厚度不足，据测定一般为设计要求的80%，多数工程存在偷工减料现象。涂层厚度是增加防腐效果的有效途径，金属构件外防腐蚀涂层的喷涂厚度对被保护金属的使用寿命起着重要作用，涂层薄起不到应有的保护作用。
涂装施工时很少考虑施工环境条件，为加快施工进度，涂装施工可能在没有封闭厂房的情况下，又未能避开雨天，使得涂装时铁锈还未除净的钢结构表面又产生了结露水珠，为防腐工作留下了隐患。如果环境相对湿度过高（>80），有可能导致钢结构表面产生结露，在这种条件下涂装，一方面由于水的存在而使涂料附着力下降，另一方面水分的存在，将使锈蚀反应向生成锈蚀物一方进行，且水在温度升高时由于体积膨胀而导致破坏过程加速。
3.钢结构防腐处理措施
3.1 防腐结构设计
3.1.1 钢结构的形状与形式尽可能简单合理
研究人员对钢结构截面形状与腐蚀速度关系作了研究后发现：处于同一腐蚀环境下的钢结构，不同截面形状腐蚀速度相差很大。采用筒形结构比方形或其他框架结构好，且圆筒形结构简单、表面积小、便于防腐蚀施上和检修。在设计中要注意钢结构主体部份的完整和简单。整体结构比分段结构好，因为连接部位往往是耐蚀性的薄弱环节。在无法简化结构的情况下，可考虑将腐蚀严重的部位与其他部位分离的方法。并且使其便于拆卸，以利于维修或更换。对分段结构的设备，要设计合理的连接方式。
3.1.2 结构上尽量避免缝隙与死角
隙会引起腐蚀，特别是钢结构部件的连接和支撑处是造成缝隙和死角的场所，在设计中应予充分考虑。若缝隙不可避免，某些缝隙可在设计书上规定制造时将其焊死。或用堵缝剂堵塞，也可以存设计时将间隙适当放大，以防止闭塞几何条件，以减少缝隙腐蚀破坏。
3.1.3 减少磨损腐蚀
对于管道等流动系统的钢结构，设计时要考虑避免形成湍流、涡旋和流体冲击以减少磨损腐蚀破坏。流速要适当，流动方向和截面积不能突然变化，气流和液体不能直接冲击在器壁上。液体中夹带的气泡和同体悬浮物质、气体中夹带的液滴会增加磨损腐蚀强度，应考虑分离和排除措施。若湍流和冲击不可避免时可考虑增加冲击部件的厚度，安装可更换的挡板。
3.2施工质量控制
3.2.1防腐涂料的选择
材料的选择，应根据腐蚀性介质的性质、浓度和作用条件，结合材料的耐腐蚀性能和物理力学性能、使用部位的重要性、材料供应等因素确定。当材料受多种介质湿合作用、交替作用硬非常温介质作用时，其耐腐蚀性能障有使用经验外，应通过试验确定。防腐蚀涂料的底涂料、中间涂料和面涂料等，应选用相互间结合良好的涂层配置。
3.2.2 钢结构基层表面处理
涂装前底材的表面处理是重防腐蚀涂料涂装的重要环节。钢结构的表面处理方法有物理方法和化学方法。前者主要有喷射除锈、喷砂、喷丸、抛丸法除锈、动力工具和手工除锈等；后者是酸洗除锈。另外，钢结构的表面处理程度也直接影响钢材的腐蚀速度，由于氧化皮的电极电位较Fe正，相当于CU的电极电位，与Fe的电位差约0.26 V，在介质中氧化皮为阴极、铁为阳极，从而使钢结构受到腐蚀。氧化皮对钢结构腐蚀速度的影响是很大的，铁锈的存在除会降低漆膜与钢铁表面的附着力，还因铁锈中的FeS04、FeCl2等盐份在涂漆之后仍起破坏作用，因此涂漆前必须完全除去钢铁表面的氧化皮、铁锈、油污、灰尘、盐类粒子、酸、碱等杂物。清除程度以除锈标准来衡量，我国的除锈标准GB50212—91等效采用国际除锈标准IS08501—1998（与瑞典标准SIS 055900等同)。除锈越彻底，保护效果越好；除锈不彻底，残留氧化皮、铁锈、油污会引起漆膜的破坏和加速腐蚀。表面粗糙度以30-70为宜，最大不宜超过100，粗糙度直接影响膜与底材的附着力和保护效果。 3.2.3 漆膜涂装的管理
一是对施工中的漆膜厚度进行控制。漆膜低于1251时容易发生早期缺陷，对施工后的膜厚进行检测与处理。检测主要是通过测厚仪进行检测，对膜厚分布状态的要求是90%以上测点的膜厚不低于规定的膜厚值，余下测点的膜厚不低于规定厚度值的90%。达不到这一要求时，进行局部补涂或重涂一道。二是对涂装环境的控制。环境包括湿度、温度、露点、天气等。空气中含有水分(29/m3)，湿度太高影响附着力，>185%不能施工；环境温度5℃以下不宜室外施工；底材表面温度至少高于露点3℃以上才能施工；下雨、下雪、大风等天气不能施工。
【参考文献】
［１］王肇民.建筑钢结构设计［M］.上海：同济大学出版社，2001.
［２］王受谦,杨淑贞.防腐蚀涂料与涂装技术［M］.北京：化学工业出版社.
［３］徐招平.浅谈钢结构防腐处理［J］.科技向导，2010，（5）：126-127.
【关键词】钢结构；腐蚀；防腐
当前，在建筑工程中，钢结构所占比例日益增多，充分发挥了其高强轻质、抗震性能好、工业化程度高、施工周期短、对城市环境影响小等优点，但钢结构也有一个明显弱点——易腐蚀。据不完全统计，国内每年因腐蚀而造成的经济损失在400亿人民币以上，每年9000万t钢产量中，约30%被各种形式的腐蚀消耗掉，给国家和人民带来巨大的损失和安全隐患。因此，加强钢结构防腐问题的研究，对保障钢结构建筑安全有着极其重要的意义。
1.自然环境下钢腐蚀规律性研究
钢材的腐蚀，一种是化学腐蚀，即钢材表面与周围介质直接起化学反应而产生的腐蚀，其腐蚀的程度随时间和温度的增加而增加；二是电化学腐蚀，即钢材在存放和使用中与周围介质之间发生氧化还原反应而产生的腐蚀。钢腐蚀对工程危害极大，而要有效地选择防腐体系，须先对自然环境下钢材料腐蚀的规律性作深入了解，以揭示腐蚀行为的一些规律性，为防腐措施提供相关依据。ISO曾组织十四个国家就自然大气环境下的钢腐蚀行为进行研究，基于低碳钢的腐蚀速率提出了如表1所示的五种腐蚀地区的建议。
表1 低碳钢腐蚀率建议值
我国曹楚南院士等针对我国典型大气环境的腐蚀数据进行研究，证明碳钢和低合金钢在我国大气环境中，绝大部分土壤中，以及各海域的海水飞溅区和潮差区的腐蚀量(C)随时间(t)的变化可以用幂函数规律表述为：C=Atn，A值相当于第一年的腐蚀深度，n值表征腐蚀的发展趋势。以上这些研究工作，为钢结构防腐体系的设计提供了指导，值得关注。
2.当前我国钢结构防腐工程中存在的问题
当前钢结构的腐蚀问题已引起越来越多相关学者的关注，并取得一定研究进展，但总体来说，防腐工程中仍存在一些问题，笔者主要从设及施工两方面进行概述：
2.1 防腐设计不合理
钢结构防腐设计需综合考虑工业大气腐蚀环境、防腐年限、涂装场所的温度和温度、室内或室外、装饰性要求、保光保色性要求、是否易于维修等条件。因没有制定钢结构防腐相关技术标准，一些设计人员仅凭经验设计，选用涂料与腐蚀环境不相适应，耐腐蚀性能不满足要求，有时档次过高，有时过低，品种多样、颜色各异，经济合理性较差。
2.2 施工质量控制不严
基层处理未达到应有的标准，特别是老结构，大部分除锈不满足要求，有的连表面浮锈和灰尘也未清理干净。在涂装前钢铁基层必须除锈，钢铁基层的除锈等级应符合相关国家标准的要求。新建工程重要构件的除锈等级不应低于Sa2.5，喷射或抛射除锈后的表面粗糙度宜为40～75 m，并不应大于涂层厚度的1/3。国外许多研究表明涂装质量中，约60%以上取决于基层处理质量，可见基层处理质量的重要性。
擅自减少涂刷遍数，涂膜厚度不足，据测定一般为设计要求的80%，多数工程存在偷工减料现象。涂层厚度是增加防腐效果的有效途径，金属构件外防腐蚀涂层的喷涂厚度对被保护金属的使用寿命起着重要作用，涂层薄起不到应有的保护作用。
涂装施工时很少考虑施工环境条件，为加快施工进度，涂装施工可能在没有封闭厂房的情况下，又未能避开雨天，使得涂装时铁锈还未除净的钢结构表面又产生了结露水珠，为防腐工作留下了隐患。如果环境相对湿度过高（>80），有可能导致钢结构表面产生结露，在这种条件下涂装，一方面由于水的存在而使涂料附着力下降，另一方面水分的存在，将使锈蚀反应向生成锈蚀物一方进行，且水在温度升高时由于体积膨胀而导致破坏过程加速。
3.钢结构防腐处理措施
3.1 防腐结构设计
3.1.1 钢结构的形状与形式尽可能简单合理
研究人员对钢结构截面形状与腐蚀速度关系作了研究后发现：处于同一腐蚀环境下的钢结构，不同截面形状腐蚀速度相差很大。采用筒形结构比方形或其他框架结构好，且圆筒形结构简单、表面积小、便于防腐蚀施上和检修。在设计中要注意钢结构主体部份的完整和简单。整体结构比分段结构好，因为连接部位往往是耐蚀性的薄弱环节。在无法简化结构的情况下，可考虑将腐蚀严重的部位与其他部位分离的方法。并且使其便于拆卸，以利于维修或更换。对分段结构的设备，要设计合理的连接方式。
3.1.2 结构上尽量避免缝隙与死角
隙会引起腐蚀，特别是钢结构部件的连接和支撑处是造成缝隙和死角的场所，在设计中应予充分考虑。若缝隙不可避免，某些缝隙可在设计书上规定制造时将其焊死。或用堵缝剂堵塞，也可以存设计时将间隙适当放大，以防止闭塞几何条件，以减少缝隙腐蚀破坏。
3.1.3 减少磨损腐蚀
对于管道等流动系统的钢结构，设计时要考虑避免形成湍流、涡旋和流体冲击以减少磨损腐蚀破坏。流速要适当，流动方向和截面积不能突然变化，气流和液体不能直接冲击在器壁上。液体中夹带的气泡和同体悬浮物质、气体中夹带的液滴会增加磨损腐蚀强度，应考虑分离和排除措施。若湍流和冲击不可避免时可考虑增加冲击部件的厚度，安装可更换的挡板。
3.2施工质量控制
3.2.1防腐涂料的选择
材料的选择，应根据腐蚀性介质的性质、浓度和作用条件，结合材料的耐腐蚀性能和物理力学性能、使用部位的重要性、材料供应等因素确定。当材料受多种介质湿合作用、交替作用硬非常温介质作用时，其耐腐蚀性能障有使用经验外，应通过试验确定。防腐蚀涂料的底涂料、中间涂料和面涂料等，应选用相互间结合良好的涂层配置。
3.2.2 钢结构基层表面处理
涂装前底材的表面处理是重防腐蚀涂料涂装的重要环节。钢结构的表面处理方法有物理方法和化学方法。前者主要有喷射除锈、喷砂、喷丸、抛丸法除锈、动力工具和手工除锈等；后者是酸洗除锈。另外，钢结构的表面处理程度也直接影响钢材的腐蚀速度，由于氧化皮的电极电位较Fe正，相当于CU的电极电位，与Fe的电位差约0.26 V，在介质中氧化皮为阴极、铁为阳极，从而使钢结构受到腐蚀。氧化皮对钢结构腐蚀速度的影响是很大的，铁锈的存在除会降低漆膜与钢铁表面的附着力，还因铁锈中的FeS04、FeCl2等盐份在涂漆之后仍起破坏作用，因此涂漆前必须完全除去钢铁表面的氧化皮、铁锈、油污、灰尘、盐类粒子、酸、碱等杂物。清除程度以除锈标准来衡量，我国的除锈标准GB50212—91等效采用国际除锈标准IS08501—1998（与瑞典标准SIS 055900等同)。除锈越彻底，保护效果越好；除锈不彻底，残留氧化皮、铁锈、油污会引起漆膜的破坏和加速腐蚀。表面粗糙度以30-70为宜，最大不宜超过100，粗糙度直接影响膜与底材的附着力和保护效果。 3.2.3 漆膜涂装的管理
一是对施工中的漆膜厚度进行控制。漆膜低于1251时容易发生早期缺陷，对施工后的膜厚进行检测与处理。检测主要是通过测厚仪进行检测，对膜厚分布状态的要求是90%以上测点的膜厚不低于规定的膜厚值，余下测点的膜厚不低于规定厚度值的90%。达不到这一要求时，进行局部补涂或重涂一道。二是对涂装环境的控制。环境包括湿度、温度、露点、天气等。空气中含有水分(29/m3)，湿度太高影响附着力，>185%不能施工；环境温度5℃以下不宜室外施工；底材表面温度至少高于露点3℃以上才能施工；下雨、下雪、大风等天气不能施工。
【参考文献】
［１］王肇民.建筑钢结构设计［M］.上海：同济大学出版社，2001.
［２］王受谦,杨淑贞.防腐蚀涂料与涂装技术［M］.北京：化学工业出版社.
［３］徐招平.浅谈钢结构防腐处理［J］.科技向导，2010，（5）：126-127.