钢结构的近海大气腐蚀

钢结构的近海大气腐蚀研究[摘要]本文结合泉州市某大桥收费站钢结构网架工程实例，探讨了近海大气中钢结构的耐腐蚀性能。分析了近海大气环境中，影响钢结构腐蚀的原因，钢结构腐蚀的类型和机理，并提出了近海大气中钢结构的防腐措施。[关键词]钢结构防腐蚀近海大气网架TheStudyontheCorrosionResistanceofSteelStructure[Abstract]BylookingintothecasestudyofaBridgetollgatebeinglocatedinQuanzhou,thispaperstudiesthecorrosionresistanceofthesteelstructureinmarineatmosphere.Throughanalyzingseveralfactorsofthemarineclimatethathaveimpacton,aswellasdifferenttypesandmechanismsofthecorrosionresistanceofthesteelstructure,thepaperhasbroughtforwardit’sadviceontheimprovementofthecorrosionresistanceofthesteel.[Keywords]SteelStructure，CorrosionResistance，MarineAtmosphere，Gridstructure1引言钢结构自20世纪末以来发展很快。一些超高层建筑、工业厂房建筑、大桥建筑、高架立交、体育和文化场馆的网架结构、塔桅建筑等，采用钢结构的越来越多。现已开始进入住宅领域。伴随我国国民经济的发展，钢产量的不断增长和钢结构施工技术水平的不断提高，钢结构建筑必将成为新的建筑经济增长点。但是，钢结构的广泛应用也暴露出其一系列缺点。易腐蚀是钢结构的致命缺点之一。钢结构一旦被腐蚀，其强度、塑性等主要力学性能指标显著下降，严重地降低了钢结构构件和建筑物的安全性和耐久性。我国东南沿海地区，经济发展迅速，近几年钢结构在该地区应用已经十分普遍，在沿海地区海洋气候条件下，钢结构的腐蚀尤为严重。因此，从节约有限资源和能源的角度出发，研究钢结构的近海大气腐蚀对国民经济的发展显得十分重要。2工程实例泉州市某大桥收费站〔Fig.1〕，地处晋江入海口。设计使用年限五十年，主体结构为钢基金项目：福建省科技重大专项前期项目（2005ZY1016）；福建省自然科学基金项目（E0510022）；福建省泉州市科技重点项目（2007G7）结构网架，采用普通碳素钢，使用热喷铝仿腐处理，外刷防锈漆，屋面板采用彩色压型钢板，1997年建成投入使用，迄今为止，10年间未进行防锈维护。Fig.1.泉州某大桥收费站钢结构网架该工程地处泉州地区，经度118.6，纬度24.9，环境类型为亚热带湿润区海洋大气。据调查，主体钢结构网架锈蚀程度十分严重，节点管壁均出现整体锈蚀（Fig.2）。屋面水槽完全损坏，出现脆性断裂（Fig.3）。与之形成对比的是屋面彩色压型板，受腐蚀程度轻，仅在局部出现若干点腐蚀。Fig.1.泉州某大桥收费站钢结构网架Fig.2.节点管壁整体锈蚀Fig.3.水槽Fig.2.节点管壁整体锈蚀Fig.3.水槽3导致钢结构严重锈蚀的原因3.1湿度技该工程所处地夜区两空气湿查度幸RH>75观%伶。钢铁的临界立湿度一般羽在构6衣0皆％画一跌70奶％之间。多研究乏表明，管低于临界湿度殖时，钢铁表面鞭受到的是化学河腐蚀，其锈蚀傲速度不味大。当高于临召界湿度时，其枣腐蚀类型由化凳学腐蚀转变为中电化学腐蚀，使锈蚀速度突然窑增加，此时锈再蚀扑影响是很大的费。3.2温度筹地处亚热带，借年平均气温渣19.5民℃涝～膊21猎℃季。大气的水蒸邮含量随气温的独升高而增大。房同时气温高促飘使锈蚀加剧，躺尤其在潮湿的磁环境里，气温拿越高锈蚀越快压。相对湿度较窜低的笨时候，温度的例影响还不大明详显，但高于临纳界温度时，随贿气温升高，锈反蚀程度俘急剧增大。另寸外，大气与钢隐材之间的温差威导致在刚才表萝面形成冷凝水约，也加剧梁了吃锈蚀。何3.唉3稿大气中所含的蜂介质姓近海大气中含调有大量的酱，钢材上盐分礼的沉积量大测。同时，泉州箱市空气中游含量高，年降信酸雨频率大症于喷90挑%条。空气中的腐恼蚀性粉尘等因辅素本也肃加速了钢材在股大气中的腐蚀尊。遭该大桥为泉州睡主要交通干道想，车流量年初均译7议百万辆次以上房，根大量的汽车尾豆气也是大桥钢株结构腐蚀源之里一。桌3.柄4博镀锌层厚度不咸够及未定期涂细刷防锈漆衔维护渐射该工程主体钢鹅结构网架，采奖用电镀锌防锈峰蚀，态研究榨表明，绵锌层对钢铁的萝保护寿命与身锌层厚度成正冬比。根据该地筑区的环境，锌俭层厚度肺，才能有效保坝护钢材。防锈式漆谢应一至两年一神次，直而该工程自建兔成以来未重刷垦防锈漆。方4饭．结构腐蚀类惭型和机理分析迈4.1碌.胶大气腐攻蚀纲Fig.4.大气腐蚀队该结构中最普围遍的为大气腐斩蚀卸〔爹Fig.4丽〕疗。主要是由空圣气中的水和氧蜓气等的化学和塌电化学作用引湾起的黎。撒大气中水汽形痛成金属表层的的电解液层贸，障空气中的氧溶观于其中作为阴属极去极绍剂吗析，二者与钢构发件形成了一个隶基本的腐蚀桑原电池。在钢哨构件表面形成象锈层寿后纵闻，腐蚀产物会猴影响大气腐蚀豪的电极反应予，进一步加剧栋腐蚀挎。Fig.4.大气腐蚀连4.碎2范局部腐牛蚀国泼局部腐蚀度也是意常见的破坏形更态熔〔屡Fig.5挖〕，主要包括响电偶腐蚀、缝鹰隙腐蚀。斑电偶腐蚀主要秧发生援在宽不同金属组合燥或者连接处，胀其中电位较负块的金属腐蚀速浆度较大痛，巨而电位较正的槽金属受到保护励，两种金属构嫌成了腐蚀原电被池。研究板表明，接触金狠属的电位差为府电偶腐蚀的驱掌动力，两种金冻属的电极电位输差愈大，电偶布腐蚀愈严重。兴缝隙腐蚀镜，牲发生魄多发在迅具备腐蚀条件船的缝隙，缝隙融中必须有一定册的液体立。狠缝隙宽度必须秧窄到可以使得琴液体在缝内停昆滞，钢结构的欲缝隙腐蚀最敏义感的缝牵宽俯0耳．性025胸－好0.0有1mm暮。最常见的缝遣隙腐蚀形式有邪铆接、衬垫和钱颗粒沉积等。共4.趣3寨应力腐肢蚀坏Fig.5.局部腐蚀情相同条件下，砌受载结构比未饭受载结构腐蚀哗程度大得多请。经过一段时类间构件会发生革突然断裂巴，且验事先没有明显题的征兆块，茎往往造成灾难灰性后果绪。Fig.5.局部腐蚀售5妥近海大气中钢驰结构防腐蚀措析施朋5.1申防腐承材料罗五采用耐候钢。复耐候钢的优点屿是不需维护，挡虽然价格偏高状，但在结构寿要命期内的总费蕉用却较普通钢道材低。踏研究饲表明，鱼耐候钢中添加冬了一定量的俘铜影C撇u束、绢镍斑N贫i努、版钴父Co亲等壶合金被元素慧，巡产生富集，内充锈层形成的结团晶程度降低、援晶粒细化宾的帜Fe棍O踪连续致密锈层冠，能将阳极活野性点覆盖起来精，是非静态的傍稳定锈层，能帮阻碍有腐蚀性涨的气氛和介质呜向基体渗透，面使氧在锈层中胜扩散反应速度键慢，而且也抑仪制了阳极过程艳。凶但是，组耐候钢恒因偷加入了各种元姐素，慎影响其焊接性湿能，因此屋必须重视焊接叫热影响部位的闷低温裂缝。蛙5.2核防腐技术潮社热浸锌、热喷剑铝农热浸锌是将除科锈后的钢构件比浸跪60她0衬℃袍左右高温融化翠的锌液中，使赛钢构件表面附肌着锌熟层蛙伸，从而起到防翠腐蚀的目的。胞此方法喉耐久年限长，屿生产工业化程斑度高，质量稳民定。大量用于烫受大气腐蚀较印严重且不易维楼修的室外钢结傅构中。热喷铝妥相对于热浸锌嘴，掠构件形状尺寸栋几乎不受限制翅，喇受热区域是局盛部的至，弱不会产生热变免形撕，白工业化程度较砖低。岸此法镀饼锌层厚度漠宜号，方能有效防沉护。床此涂料瞎防腐涂料骄是目前最常用购的方法。普通页的防腐涂料必薄须定期维护，皱在近海洋大气愚环境中，一到驻两年需重新涂萌刷，并注重施洪工工艺。新型秧无机富锌、聚岩氨酯系赠列涂料，适用蕉于严重腐蚀环锹境下的室外钢够结构，为高性维能长效防护涂任料。Table1截面形式与相对腐蚀速度的关系炭上述气工程实例中，赚屋面板采用彩携色压型钢板，绪即为有机涂层劈钢板，其具有跃良好的耐腐蚀眨性能和物理屏掠障性能，抗腐帆蚀效果好。Table1截面形式与相对腐蚀速度的关系拆5.丽3犯防腐设计嗓5.3录.1士钢结构的形樱状征瞎、形式尽可能展简单合理古潮对该工程的敞研究进一步证故实锄：处于同一腐栋蚀环境下的钢币结构，不同截举面形状腐蚀速盼度相差很大独，正Table拼1瓦以圆管截面的古腐蚀速度为参盆照，列出不同咱截面形式经与江圆管截面相对漠腐蚀速度的关潜系绕。腹棚在应力集中的针部位，腐蚀程钩度也较为严重删。沙在结构设计的硬同时，应结合问强度和应力的店平衡设计掉，避免承载部慧件产生应力集在中。为了减少王应力腐蚀倾向告，钢构件酿不应有切口、绵尖角等形状出物现，而应有足评够的圆形过弯渡蜂熄。木脂5.3椒.2款防止发生电偶速腐衬蚀逐剃避免异种金属貌材料直接接触咸，在相接触的码金属材料间插匠入绝缘材料。弟尽可能选择电笨位相阻近的材料进行产匹配。采用加疤入第三种金属谊材料，降低异蒙种金属材料的吐电位差。改变雅异种金属材料顽的阴阳极面积端比。陕对该工程的调葱查发现，焊接则部位的腐蚀程渔度相对较严重召〔划Fig.6.弱〕。乡注意焊条成分比，应与母体材洽料一致，或按智材料种类选择故合适的焊条，运以防止电偶腐顺蚀的发生捆。促赚5.3.美3掉结构上尽量避询免缝隙、死存角校Table2避免结构产生缝隙死角的方式Fig.6.焊接部位电偶腐蚀疑分缝隙会引起腐障蚀慎，特别是钢结唯构部件的连接灶和支撑处是造歌成缝隙和死角北的场所，在设凡计中应予充分粱考虑匆（麻Table2敌）炸。选择不易特形成缝隙的法渔兰结构，使用骄不吸湿垫片，勒垫片内径应与刻法兰盘内径相差同；粘尽量避免使用障铆接结构，铆规接的结构存在文缝隙。一定要普用铆接方法的博话，应加垫片疾；默铆接、螺纹连王接、销钉连接哪、螺栓连接在全液相介质中不出能使用。从避饿免缝隙角度考脉虑，对接焊优侨于搭存接焊，连续焊透优于间断焊，趋双面焊优于单回面焊，并要注献意防止焊接缺歇陷；避免液体矩凝聚。Table2避免结构产生缝隙死角的方式Fig.6.焊接部位电偶腐蚀参考文献：尸[1]溜王振尧漠,隔于国才美,龄韩麦薇研.歪我国自然环境叔大气腐蚀性调惯查也[A]形.胳中国腐蚀与防夏护购学增报架,嫁衡2003,冲24(8)专:浩323驰-344.攀[2梦]皆萧以师德吨,恶李兴火廉愉.桐电镀锌急层的大气腐蚀货行为研究睛[J活]邀.岔防腐科学与防同护技鼻术孔.尚1995,引7撒(哄3).:18彻7-191.咬[3诸]妨张启富轿,保郝晓僵东律.截钢结构腐蚀防川护现状和发展寄[J驱]史.阀中国建筑金属内结构检,困2006(腔9):顽22拌-26.洁[4选]俱刘人蚂仪捏.说管型钢屋架结婶构的应力腐蚀消分析近[J省]比.舱四川建蔬筑叫.蚂2000,抓20(2)仆:60-71演.警[5涨]奥张全成文,下吴建生术,即陈家光望等四.议近海大气中耐