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工业厂房钢结构构件的防腐保护

范文

李　众

摘要:钢结构广泛应用于各种工业厂房,但由于钢结构极易受到腐蚀,因此,如何加强防腐处理就显得非常重要了。笔者首先分析了钢结构腐蚀机理,然后,介绍了防腐处理的一些办法和工艺,仅供参考。

关键词:工业厂房;钢结构;防腐处理

钢结构有质量轻而强度高,塑性和韧性好,施工周期短等特点,因此在高层建筑、大型工厂、大跨度空间结构、交通能源工程、住宅等建筑中得到广泛的应用和发展。然而,随着钢结构建筑的日益增多,钢结构的保养与维护工作显得尤为重要。其中,建筑钢结构的防腐处理非常的重要。

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,可见钢结构的防腐工作是多么重要。钢材受大气中水、氧气和其他污染物的作用而被腐蚀。大气中的水分吸附在钢材表面形成水膜,是造成腐蚀的决定因素。当大气相对湿度小于60%时,腐蚀相当轻微;而大于60%~70%时,钢材的腐蚀速度会突然升高。

1 钢的腐蚀

钢铁的腐蚀是自发的、不可避免的过程,但却是可以控制的。处于稳定状态的铁矿石,经过消耗能源冶炼成钢铁,在腐蚀环境中。钢铁有着自然的向着低能位稳定态转化,最终回到它的稳定态(氧化铁和铁锈)。铁矿石(氧化矿)一钢铁一(腐蚀)一铁锈(氧化铁),这就是钢铁的腐蚀过程。如果对钢铁采取有效的防护措施,就可以减缓钢铁的生锈腐蚀过程,延长钢构件的使用寿命。

1.1 钢铁腐蚀的原电池

钢铁的腐蚀在绝大多数情况下是电化学腐蚀,电化学腐蚀是钢铁和介质发生电化学反应而引起的腐蚀,在腐蚀过程中有隔离的阳极区和阴极区,电流可以通过金属在一定的距离内流动。在金属表面形成原电池是电化学腐蚀最主要的条件。当两种不同的金属放在电解质溶液中,并以导线联结,可以发现导线上有电流通过。这种装置称之为原电池。原电池流中所产生的电化学反应,在阳极进行的是氧化反应,在阴极进行还原反应。

1.2 钢铁腐蚀的微电池

钢铁在大气环境中,表面吸附有氧气、水分等,加上溶有其它腐蚀性介质,就会形成电解溶液,由于金属表面化学性的不均匀,这样就连通了能够发生电化学腐蚀的微电池的两极。

钢铁在大气环境腐蚀中产生的微电池表面为:

Fe/O2(阳极) H2O/C(阴极)

电极反应过程以方程式来表达。

阳极:铁原子失去电子,被氧化为Fe+;

阴极:氧原子获得电子,与水分子结合形成OH-

O2+2H2O+4e--4OH-

腐蚀电池的总反应为:

2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O

这里的Fe2O3·H2O及其脱水化合物Fe2O3就是人们常见的铁锈的主要成分。

1.3 大气腐蚀机理

钢结构的腐蚀环境主要为大气腐蚀,大气腐蚀是金属处于表面水膜下的电化学腐蚀过程。这种水膜实质上是电解质水膜,它是由于空气中相对湿度大于一定数值时,空气中水气在金属表面吸附凝聚及溶有空气中的污染物而形成的,电化学腐蚀的阴极是氧去极化作用过程,阳极是金属腐蚀过程。

大气环境下的金属腐蚀,由于表面水膜很薄氧气很容易达到阴级表面,氧的平衡电位较低,因此,金属在大气中腐蚀的阳极为氧去极化作用。见金属在大气中的腐蚀表在大气中腐蚀的阳极过程随水膜变薄会受到较大阻碍,此时阳极易钝化,金属离子水化作用会受阻。可以看出,大气腐蚀在潮湿环境中,腐蚀速度主要由阴极过程控制;当金属表面水膜很薄或气候干燥时,金属腐蚀速率变慢,起腐蚀速度主要受阳极化过程控制。

1.4 大气腐蚀的破坏形式

大气腐蚀见表1所示,其主要破坏形式可分为两大类,即全部腐蚀和局部腐蚀。全部腐蚀又称为均匀腐蚀,局部腐蚀则又可以分为点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等。

2 涂装前处理

涂层的长期性能在很大程度上受到与被涂材料之间附着力的影响。这不仅仅是因为涂层可能从表面上脱落或与表面分离,还由于差的附着力将因水分或腐蚀产物的进入使涂层从损坏区域脱落。

一些涂料的附着力来源于底材料表面形成的化学结合。例如:在热浸镀锌时,锌与钢形成铁锌合金。毫无疑问,这就是有效的附着。但是,大多数有机涂料是依靠极性粘附着在表面,这需要通过机械粘附予以协助或加强。

当树脂分子在底材料上的作用,像弱磁体南极和北极那样吸引底材的分子组时,就会产生极性粘附。但一些有机涂料根本没有极性吸附,例如,一些乙烯涂料就能够从钢底材上剥去,因此,只能用作临时性防护涂层。但在所有情况下,只有与钢底材具有分子极距离时,吸引力才是有效的,因此,污膜、油膜、和水膜等能够显著地使所有的附着失效。

2.1 脱脂

在涂装前可用四种主要方法去除钢表面的油脂:液体溶剂清洗,溶剂挥发清洗,硷液清洗和洗涤剂清洗。在所有情况下,建议在任何操作之前,采用檫洗清除过多的油脂沉积物。

2.2 手工不动力工具清理

基本上任何手执工具均属此类,包括刮刀、钢丝刷、铲锤、针束除锈机和研磨机。其中有些既可手工操作,也可作为动力工具使用。

2.3 喷砂处理

这种表面处理方法是机械清除氧化皮和铁锈的重要手段之一,即用磨料粒子,连续地冲击表面。

2.4 火焰清理

火焰清理是一种常规的用氧乙炔焰或氧丙炔将钢材加热,由于氧化皮与金属膨胀系数的差异可使轧制氧化皮脱落。

2.5 酸洗

把工件浸入稀硫酸溶液中清除其上的铁锈与氧化皮。

3 涂料和涂层

涂料是一种在钢铁保护中应用最普遍的材料。实际上“涂料”这一词汇涵盖了多种性能各异的材料。由于不受钢结构尺寸限制,所以涂料使用较为容易。

涂料和涂层的差别非常明显,前者是指液态材料,而后者指钢结构表面保护膜。

4 不同条件下防护系统

当建筑物中主要钢结构的钢材自由暴露在外时,尽管在选择涂层系统上并不存在根本性的问题,但当在整个涂层系统中要将某种形式防火措施一并加以考虑时则会引起困难。防火是一个专业性问题,因此在这里不进行讨论。但是防火防护是为了防火而不是防腐蚀时,在建筑物内会产生问题。有些防火措施是完全将钢件密封,这也可以作为防腐之用。但事实并不一定如此。在干燥、温暖的气候条件下腐蚀防护不必是高质量的。

但在潮湿环境中,水分穿过途层,渗透到钢的表面,因此应当选择合适的防护涂层系统。在建筑物里面,由环境决定防护系统,并且可能必须要提高质量。例如:在电镀车间,在一些含化学物的气氛中,涂料不能提供充分的保护,因此需要特种涂料,如玻璃纤维增强塑料。但是在暖和、干燥的条件下,普通的醇酸树脂涂层系统将提供足够的防护性能。

5 结束语

总之,建筑结构遭受腐蚀的因素主要来自生产过程的腐蚀介质,杜绝或减少腐蚀介质的泄漏,对于建筑物和构筑物来说,是最积极而有效的防护方法。同时要提高设备的密封和局部通风,改善操作和管理水平。

参考文献

[1] D.A贝利斯,D.H迪肯.钢结构的腐蚀控制[M].化学工业出版社,2005.

[2] 屠振密,扬哲龙.防护装饰性涂层[M].化学工业出版社,2004.

[3] 国家标准管理组.建筑防腐蚀材料设计与施工手册[M].化学工业出版社,1996.

[4] 建筑材料工程.中国建材工业出版社[M],2004.

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