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鋼結構防腐及耐候鋼在建築工程中的應用

日期:2019-02-02 / 文章来源:鋼結構防腐

鋼結構防腐及耐候鋼在建築工程中的應用

鋼結構防腐及耐候鋼在建築工程中的應用甄毅(长沙理工大学桥梁与结构工程学院,湖南长沙410076)元素对耐候钢性能的影响,总结了耐候鋼在建築工程中的應用。学结构工程硕士研宄生,主要从事建筑结构钢结构具有自重轻、抗震性能好、节能效果好、工业化程度高等一系列优点,随着我国对钢结构一本道国产在线国产的政策从过去限制用钢到鼓励合理用钢的转变,建筑钢结构得到迅速发展,钢结构的防腐问题也变得愈加突出。据工业发达国家的统计因腐蚀造成的经济损失约占国民一本道国产在线国产总值的47%,但其中1/4可通过采取适当的防腐措施来避免,因此鋼結構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鋼結構的腐蝕機理及影響因素1.1鋼結構的腐蝕機理腐蝕指鋼鐵與周圍環境(介質)之間發生化學或電化學作用而引起的破壞或變質。建築中通常所指的大氣腐蝕,是鋼鐵在大氣中由于受氧及水分的作用,産生電化學過程所形成的腐蝕。1.2影響鋼結構腐蝕的因素影響鋼結構在大氣中腐蝕的主要因素有濕度、溫度及大氣中所含介質。鋼鐵的臨界濕度一般在60%~70%之間,低于臨界濕度時,鋼鐵表面受到的是化學腐蝕,其腐蝕速度不大;當高于臨界濕度時,其腐蝕類型由化學腐蝕轉變爲電化學腐蝕,腐蝕速度突然加,此時腐蝕影響是很大的。大氣中所含的灰塵,特別是含有腐蝕性的粉塵,大大加速了鋼鐵在大氣中的腐蝕。這是由于灰塵具有毛細管的凝聚作用,鋼鐵表面有灰塵的地方。

特別容易結露具有腐蝕性的粉塵或氣體溶解于鋼鐵表面的液膜時,便形成腐蝕性極強的酸、堿、鹽溶液。當大氣中含有氯離子時,氯離子能有效破壞鋼鐵表面的鈍化膜形成較危險的點狀腐蝕。按照不同地區的腐蝕特征,鋼結構防腐可將大氣環境分爲工業大氣,海洋大氣,城市大氣和農村大氣,它們的相對腐蝕程度比較見表1.表1鋼鐵在不同環境下的大氣腐蝕程度%大氣環境分類相對腐蝕程度幹燥的農村環境城市大氣海洋大氣工業大氣汙染嚴重的工業大氣2鋼鐵腐蝕的危害鋼鐵腐蝕一種不均勻的破壞,其表面一旦出現腐蝕坑,由坑底向縱深發展很快,從而引起應力集中,而應力集中又會加速腐蝕過程,這種循環的連鎖反應是應力腐蝕的一種形式。鋼材在這種應力腐蝕的作用下抗冷脆性能不斷下降。
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,因腐蚀造成的不约占整个不的31.8%我国为25%~30%.腐蚀不仅是安全一本道国产在线国产的大敌,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52580亿日元,占当年国民一本道国产在线国产总值(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4000亿,损失钢材1000多万t.3鋼結構防腐处理钢结构在各种大气环境下使用。
産生腐蝕是一種自然現象。爲防止或減少結構物的腐蝕,延長其使用壽命,需采取一定的措施。鋼結構的防腐蝕方法大致可分爲四類:①塗層法,即在鋼結構表面塗(噴)油漆或其他防腐塗料,其耐久年限一般爲5~10a;②長效法,即采用熱鍍鋅、熱鍍鋁(鋅)複合塗層進行鋼結構表面處理,防腐年限爲20~30a甚至更長;③對水下或地下鋼結構采用陰極保護即電化學保護的方法;④采用本身具有抗腐蝕能力的耐候鋼。4耐候鋼的發展及應用耐候鋼及耐大氣腐蝕鋼,是在普通鋼中添加一定量的合金元素,如Cu、P、Cr、Ni、Mn、Nb等,使其在金屬基體表面上形成保護層,以提高鋼材的耐候性。41耐候鋼的發展耐候鋼的研制起始于歐美,20世紀初歐美的科學家就發現Cu可以改善鋼鐵在大氣中的耐腐蝕性能。

1933年美國的U.S.Steel公司首先研制成功了耐腐蝕高抗拉強度的低合金鋼*Corten鋼,並于60年代不塗漆直接應用于建築和橋梁。其中應用最普遍的是高P、Cu加Ni的CortenA系列和以Cr、Mn、Cu合金爲主的CortenB系列,此後這兩種耐候鋼在歐洲、日本也得到廣泛應用。我國60年代起開始研制耐候鋼,並發展了自己的一些鋼種,如上海鋼鐵一廠的10PCuRE系列、鞍鋼的08CuPVRE系列及武鋼的09CuPTi系列。

42合金元素對鋼耐腐蝕性能的影響耐候鋼較普通碳素鋼有較好的耐大氣腐蝕能力,其中合金元素起到了以下決定性作用:損失99整個腐蝕損失要比用碰方法算得的值is鏽層的0*推遲鏽的晶;④加速鋼均。net①降低鏽層的導電性能,自身沈澱並覆蓋鋼表面;②影響鏽層中物相結構和種類,阻礙勻溶解;⑤加速Fe2+向Fe3+的轉化並阻礙服飾産物的快速生長;⑥合金元素及其化合物阻塞裂縫和缺陷。進一步研究表明耐候鋼中加入的合金元素對其耐大氣腐蝕性能的影響不盡相同4.~0.4%的Cu時,無論在鄉村大氣、工業大氣或海洋大氣中都具有優越的耐腐蝕性能,Cu還有抵消鋼中S的有害作用的明顯效果。其作用特點是:鋼中S含量越高,Cu減低腐蝕速率的相對效果愈顯著。一般認爲這是Cu和S生成難溶的硫化物所致。P在鋼中能加速鋼的均勻溶解有助于在鋼的表面形成致密的保護膜使鋼內部不受大氣腐蝕,通常P的最佳含量爲0.08%~0.15%.Cr能在鋼表面形成致密的氧化膜提高鋼的鈍化能力。

耐候鋼中Cr含量一般在0.4%~1.3%之間。20世紀70年代後裸耐候鋼開始大規模應用在鋼橋的建造中。

紐約GorgeWashingtonBridge、西弗吉尼亞NewRiverGorgeBridge(跨度518m的拱橋)和新奧爾良MississippiRiverBridge中耐候鋼的使用爲鋼橋的發展帶來了新的生機。在美國,截止1997年己有45%的橋梁使用耐候鋼。日本也是將耐候鋼較早較多用于建築結構的國家之一。1965年香川縣“五台山之家”的屋頂使用了耐候鋼材,並于1967年首次在川橋、志染川橋、十勝中央大橋都相繼使用了耐候鋼。日本近年來針對高抗鹽腐蝕的沿海地區用耐候鋼進行了大量的研究,並推出了新的耐候鋼品種。