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工业建筑钢结构锈蚀与对策

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[摘要]

钢结构构件在使用过程中与环境中的介质接触,钢材中的铁元素与介质产生化学反应,导致钢材被腐蚀,也称为锈蚀。钢材锈蚀程度取决于所处的环境,介质性质与浓度、作用时间等因素,当然也与建筑施工过程中,管理与维护不够和不合理设计等因素有直接关系。锈蚀的钢材会降低了其力学性能,严重的还能破坏其内部构件,导致建筑物崩塌等后果。因此,相关人员要充分重视起钢结构的防腐防锈工作,积极有效开展对建筑物中钢结构的日常检测与维护,并对开始锈蚀部分进行及时处理。

[关键词]

钢结构;锈蚀;对策

钢结构一直以其质量轻,强度及韧度较高,塑性良好,施工简便,可重复利用,不会对环境带来破坏等优点被广泛运用到工业建筑行业中,是现代建筑业结构类材料的首选。但钢结构也具有一定缺陷,钢材暴露在空气中,或者处于一个湿度较大的环境中时,容易被锈蚀,钢材的锈蚀,会使得钢材表面不平整,局部的锈蚀情况会导致应力过于集中,打破钢结构内部的应力平衡状态,最终使得钢材受到破坏。如果钢材结构仍需承受长久的重力荷载,则会直接影响其强度,导致其容易破裂,严重威胁着建筑物的安全与使用。因此在建筑钢结构中,锈蚀是影响建筑物使用寿命与安全性的重要因素之一,建筑钢结构的防锈蚀已经成为实际建筑施工中急需解决的问题。

一、钢结构锈蚀类型

钢结构锈蚀速度规律一般为先快后慢,沿海或者潮湿环境较快;重工业区比市区、郊区快;无防锈层快;室外比室内快。我们可以从下面两个类型来分析造成这一速度规律的原因:1.化学锈蚀化学锈蚀是指钢材结构在常温中或者高温中发生氧化或硫化作用,钢材氧化是其与氧化性介质接触并发生了化学反应而形成的。氧化的介质一般包括空气、氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等,钢材与其反应后形成疏松的氧化物,其反应随着湿度以及温度的增加而加速,尤其在干湿交替的环境下锈蚀更为严重。2.电化学锈蚀电化学锈蚀的主要特征是在锈蚀过程中形成微电子、产生电流动造成钢材腐蚀,主要包括以下几种:(1)电解质溶液锈蚀,电解质溶液使得钢材含有酸、碱、盐等物质溶液,钢材在其中便会出现腐蚀现象,并且会产生电流。(2)大气锈蚀,工业建筑施工现场中,对大气排放的大量废气、粉尘,对钢材结构都具有很强的侵蚀性。并且大气中水蒸气、氧气、二氧化硫、二氧化碳等本身物质对钢材也具有腐蚀作用。(3)土壤锈蚀,设置于土壤中的钢材结构也会受到腐蚀,土壤的性质属于固体电解质,因而腐蚀速度较为缓慢。大多数钢结构在建筑物的建造与使用中都处于常温状态,即大气环境中,因此建筑钢结构的锈蚀通常是属于电化学锈蚀。

二、锈蚀对钢结构建筑的影响

钢结构锈蚀不仅仅表现为对材料的锈蚀,更重要的是对建筑结构的破坏,直接影响了建筑物的安全与使用功能。首先,钢结构发生腐蚀之后,构建表面会出现许多微小损伤,这些损伤面积会随着时间的发展而不断扩大,最终会减小构件截面面积,直接降低了建筑的结构性能和承重能力。其次,钢结构腐蚀会造成钢材的大量耗损,我国每年钢材因腐蚀问题造成的损失占钢产量很大一部分比例,而这样的损失是可以通过有效的防腐措施去避免的。最后,腐蚀会影响钢结构外观,目前我国大部分钢结构建筑的表面装修都要求对钢结构表面进行处理,锈蚀后的钢表面会出现凹凸不平,这样一方面增加了处理构件的成本,另一方面还会加大构件表面的涂料使用量。

三、建筑钢结构常用的防腐方法

钢结构防腐方法主要有三类:在钢表面涂上一层防止其腐蚀的材料,将钢结构与腐蚀介质隔绝;采取极阴保护方法来防止钢腐蚀,使有可能发生的腐蚀出现在预先设置的物体上,而不是钢结构上;依靠钢结构本身的固有属性来防御腐蚀,例如采用耐候钢材来延缓腐蚀的速度。三类防腐方法都有其优缺点,在其特定范围内都有一定的防腐作用。有些施工现场还会将三类方法综合起来,以更好更大程度上防止钢结构的锈蚀现象。

1.热浸锌防腐方法热浸锌防腐措施的使用较为广泛,其发展也较为长久,效果非常显著。其主要原理是先将锌在高温中熔化,形成锌液,再把钢表面锈蚀清掉,将清理干净的钢浸入锌液体里,锌液将会附在钢结构表面,形成锌保护层。有效保护钢材,避免其受到腐蚀。热浸锌防腐措施能在普通大气环境中保持防腐作用持续到十年左右,并且保护效果较为稳定。但热浸锌镀层一旦受到破坏,不能自行恢复,如果构建体积较大,就无法在现场进行处理,只能是在工厂处理之后,再运送至建筑现场,需要耗费一定运输费用,因此此措施只适用于处理体积小或者轻型的钢结构。另外,在酸性环境下,热浸锌防腐层会很快腐蚀,进而影响其防腐效果,因此一般不能在地下环境中使用。

2.普通涂层法普通涂层法是用涂料、塑料,或者搪瓷等材料,通过涂刷、喷涂等方法,在金属表面形成非金属保护层,使得钢材表面与空气以及各种腐蚀性气体相隔绝,外界的一系列污染物质无法直接接触到钢材,不会对钢材造成腐蚀,这样就形成了一种良好的隔绝和屏蔽作用。涂层法的第一步骤是除锈,通常采用喷砂、喷丸等方法除去钢材料表面油污和锈迹,涂层还分为底漆和面漆两种,底漆一般选用环氧煤沥青底漆、环氧铁红底漆、氟碳底漆等,面漆则选用丙烯酸聚氨脂、环氧聚氨酯、氟碳涂料等。应当根据周围不同的环境选择不同涂层,不同涂层对不同的腐蚀条件还有不同的耐受性。涂料层法优点在于施工过程简单,并且外观美观,应用时间长。但其缺陷在于:涂层中存在大量微针孔,如果周围环境湿度较大,存在盐雾,或者氯离子含量大时,都会通过针孔对钢材进行腐蚀,并使得涂层脱落,因此涂层法的施工环境要粉尘小,钢材构件表面不能有结露,涂层防腐措施后,还要对涂层进行定期的后续护理。

3.耐候钢的应用耐候钢是指在低碳钢或者低碳合金钢中加入各种元素,包括铜、铬、镍等形成一种新型钢材,其最大特点是耐大气腐蚀性好,相对于普通钢材,其耐大气腐蚀性能是普通素碳钢材的2~8倍,并且使用时间越长,耐腐蚀作用就越大。因其特殊性能,使用时无须在表面涂漆,便可以直接在露天环境中使用。并且耐候钢还具有良好的力学、焊接等使用性能,与普通涂层法相比,其后期维护费用低,且对环境污染小。但在工业建筑中,耐候钢的使用还处于初步阶段,其价格还比较高,一般企业还难以接受并应用于建筑建筑中。因而需要进一步研发,并逐步降低成本,加大其推广与应用的速度。

四、建筑钢结构锈蚀的防护处理

在对建筑钢结构锈蚀进行处理时,尽可能把锈蚀破坏控制在最小范围内,对建筑钢结构锈蚀等级应当根据介质的类别分为:强、中、弱、无等四种等级。在强锈蚀情况下,钢材构件必须采用表面隔离防护;在中等锈蚀情况下,材料已经有一定的锈蚀,可以使用提高其自身质量,简单便捷的防护;在弱锈蚀情况下,钢材料锈蚀速度较慢,可以采取相应补救措施。无锈蚀情况下,无须采用措施进行防护。

参考文献

[1]刘新,时虎.钢结构防腐蚀和防火涂装[M].北京:化学工业出版社,2012.

[2]藤韶华,张方.实用建筑施工手册[M].北京:金盾出版社,2015.

[3]彭晓丹,林晨,满杰.轻钢结构住宅体系发展现状[J].四川建筑科学研究,2005(6).

[4]周煜竣.钢结构防腐配套方案的设计[J].电镀与涂饰,2011,26(9)

作者:刘亚超 单位:中钢石家庄工程设计研究院有限公司

工业建筑钢结构锈蚀与对策责任编辑:杨雪    阅读:人次