《建筑材料》课件-建筑钢材的锈蚀和防护

建筑材料建筑钢材的锈蚀和防护1、钢材的锈蚀及类型2、钢材锈蚀的因素3、钢材锈蚀的防护措施

1、钢材的锈蚀及类型钢材表面与其存在的环境接触，在一定条件下，可发生相互作用而使钢材表面产生腐蚀。钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的破坏，称为钢材的锈蚀。钢材的锈蚀不仅使钢材表面锈迹斑驳影响美观，而且锈蚀使钢材受力截面减小，降低承载力，而且由于局部腐蚀造成应力集中，易导致结构破坏。若受到冲击荷载或反复交变荷载的作用，将产生锈蚀疲劳，使疲劳强度大大降低，甚至出现脆性断裂。根据锈蚀作用的机理，钢材的锈蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀两种。钢材的锈蚀以电化学腐蚀为主。（1）化学锈蚀：是指钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀。这种锈蚀通常为氧化作用，使钢材表面被氧化形成疏松的氧化物(如氧化铁等)。在常温下，钢材表面能形成一薄层起保护作用的氧化膜FeO，可以防止钢材进一步锈蚀。因而在干燥环境下，钢材锈蚀进展缓慢，但在温度和湿度较高的环境中，这种锈蚀发展迅速。（2）电化学锈蚀：是建筑钢材在存放和使用中发生锈蚀的主要形式。它是指钢材与电解质溶液接触而产生电流，形成微电池而引起的锈蚀。

由于钢材中的不同晶体组织和杂质成分的电极电位不同，于是在钢材表面形成许多微小电池。也就是说，在电解质溶液中，铁素体失去电子而成为阳极，渗碳体成为阴极。在阳极，铁失去电子成为Fe2+进入水膜；在阴极，溶于水膜中的氧被还原生成OH-，随后两者结合生成不溶于水的Fe(OH)2，并进一步氧化成为Fe(OH)3及其脱水产物Fe2O3，这就是疏松易剥落的红褐色铁锈的主要成分，使钢材遭到锈蚀。由于铁素体基体的逐渐锈蚀，钢组织中的渗碳体等暴露出来的越来越多，于是形成的微电池数目也越来越多，钢材的锈蚀速度也就愈益加速。

锈蚀的结果是在钢材表面形成疏松的氧化物，使钢结构实际的断面减小，降低钢材的性能，因而承载力降低。

2、钢材锈蚀的因素影响钢材锈蚀的主要因素是水、氧及介质中所含的酸、碱、盐等。同时钢材本身的组织成分对锈蚀影响也很大。埋于混凝土中的钢筋，由于普通混凝土的PH值为12左右，处于碱性环境，使之表面形成一层碱性保护膜，它有较强的阻止锈蚀继续发展的能力，故混凝土中的钢筋一般不易锈蚀。3、钢材锈蚀的防护措施钢材的锈蚀既有内因（材质），又有外因（环境介质的作用），要防止或减少钢材的锈蚀可以从改变钢材本身的易腐蚀件、隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程三方面入手。在工程上，防止钢材锈蚀的主要措施有三种。(1)保护层法(2)电化学保护法：牺牲阳极保护法、外加电流保护法(3)制成不锈钢(1)保护层法通常的方法是采用在钢材表面施加保护层，使钢材与周围介质隔离，从而被保护。保护层可分为金属保护层和非金属保护层两类。非金属保护层常用的是在钢材表面刷漆，常用底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆等，面漆有调和漆，醇酸磁漆、酚醛磁漆等，该方法简单易行，但不耐久。此外，还可以采用塑料保护层、沥青保护层、搪瓷保护层等。金属保护层是用耐蚀性较好的金属，以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面，如镀锌、镀锡、镀铬等。薄壁钢材可采用热浸镀锌或镀锌后加涂塑料涂层等措施。混凝土配筋的防锈措施

根据结构的性质和所处环境条件等考虑混凝土的质量要求，主要是保证混凝土的密实度（控制最大水灰比和最小水泥用量、加强振捣），保证足够的保护层厚度，限制氯盐外加剂的掺和量和保证混凝土一定的碱度等；还可掺用阻锈剂（如亚硝酸钠等）。对于预应力钢筋，一般含碳量较高，又经过变形加工或冷加工，因而对锈蚀破坏较敏感，特别是高强度热处理钢筋，容易产生应力锈蚀现象。故重要的预应力承重结构，除禁止采用氯盐外，应对原材料进行严格检验。(2)电化学保护法

对于一些不易或不能覆盖保护层的地方（如轮船的外壳、地下管道、道桥建筑等），可采用电化学保护法。阴极保护法是根据电化学原理进行保护的一种方法，这种方法可用两种方式来实现。1）牺牲阳极保护法，是在要保护的钢结构上，特别是位于水下的钢结构上，连接一块比钢铁更为活泼的金属，如锌、镁等，使这些更为活泼的金属在介质中成为阳极而被腐蚀，钢结构成为阴极而被保护。2）外加电流保护法，是在钢结构的附近安放一些废钢铁或其他难熔金属，如高硅铁、铅银合金等，将外加直流电源的负极接在被保护的钢结构上，正极接在废钢铁或难熔金属上。通电后废钢铁成为阳极而被腐蚀，钢结构成为阴极而被保护。(3)制成不锈钢

钢材的组织及化学成分是引起锈蚀的内因。通过调整钢的基本组织或加入某些合金元素，可有效地提高钢材的抗锈蚀能力。例如，在钢中加入一定量的合金元素铬、镍、钛等，制成不锈钢，可以提高耐锈蚀能力。钢材的防火

钢材是不燃性材料，但这并不表明钢材能够抵抗火灾。耐火试验与火灾案例表明：以失去支持能力为标准，无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限只有0.25h，而裸露钢梁的耐火极限只有0.15h。温度在200℃以内，可以认为钢材的性能基本不变；超过300℃以后，弹性模量、屈服点和极限强度均开始显著下降，应变急剧增大；达到600℃时已经失去承