浅析钢结构的腐蚀原因与防护措施

1. 概述

随着时代的发展，钢材成为最重要的的结构材料之一，广泛的应用于国内外的各个领域，但是钢材的化学性质决定了钢材腐蚀的普遍存在性，腐蚀使钢材的冷脆性能下降、疲劳强度降低、同时带来的人民群众财产损失十分巨大。因此，对钢材的腐蚀予以足够的关注。并且腐蚀是钢结构最为常见的材料损坏现象。每年我国因腐蚀而造成的金属结构、设备及材料损失量大约是当年钢产量的10～20%。由于腐蚀造成的经济损失约占国民经济总产值的4%。因此,随着建筑钢结构的发展,建筑钢结构的腐蚀及其防护的研究具有及其显著的工程实际意义。某工程为煤矿机电设备库，总建筑面积1988.49平米，建筑占地面积1253.41平米，采用钢筋混凝土框架结构，钢筋混凝土条形基础，与混凝土结构相比，钢结构具有结构跨度大，力学性能好，承载力强，易于工业化生产，绿色环保，施工安装周期短等优势，此外，钢材可以重复使用，充分体现了绿色环保、可持续发展的理念。

2. 钢结构的腐蚀原理

2.1 腐蚀的基本原理

钢材的腐蚀源于热力学性能的不稳定。钢的主要成分是铁，而铁是在高炉中用炭对赤铁矿（三氧化二铁）还原得到的。此反应是在极高温下发生的，需要大量的能量，生成的最终产物和最后的钢是不稳定的。但是当暴露于潮湿或者有氧环境时，钢将趋于恢复原有形态（三氧化二铁），钢的表面只能形成极弱的保护层，在存在湿气和氧的情况下，会发生电化学反应的腐蚀，过程基本上和电解质电池类似。铁离子和羟基离子反应生成不稳定的氢氧化铁，最终氧化成铁锈。

2.2 腐蚀环境

在潮湿的地方放置一块钢板，表面会生成锈，但同样的钢板放置到土中，生锈的程度会更迅速，也更严重。可见腐蚀的程度和速度依赖与所处的环境。

2.2.1 大气腐蚀

空气的主要成分是氮气和氧气，相对的湿度和大气污染物使钢材在空气中腐蚀严重，二氧化硫对钢材不产生直接的腐蚀作用，生成硫酸亚铁之类的腐蚀盐类，通过复杂的化学反应产生腐蚀，同时在钢材表面进一步吸收湿气，加剧腐蚀。

2.2.2 水的腐蚀

无氧环境下一般不会发生水腐蚀。水的PH值通常是中性的，有时也会呈酸性，此时对钢材腐蚀较大，水中的溶解物会影响水的导电率、PH值。水中溶解的气体尤其是氧气和二氧化碳与有机物，同样对腐蚀的类型和程度产生重要的影响。

2.2.3 土壤环境

土壤中的电化学工程也依赖水的存在，过程更为复杂。一般电阻高的土壤腐蚀最轻微，比如干燥，沙质，岩石类的土壤。电阻低的土壤如黏土，淤泥土，盐碱土更具有腐蚀性。

2.2.4 混凝土环境

钢结构中钢柱基础部分都是浇筑在混凝土中，因此混凝土中的钢筋一旦具备了腐蚀条件，锈蚀便会发生和发展。钢锈蚀是一个电化学过程，由铁变成氧化铁，其体积发生膨胀，根据最终产物的不同，可膨胀2～7倍。大量试验研究和工程实践表明，钢材混凝土表面锈层厚度很薄时(如20～40μm)，便可导致混凝土顺开裂，混凝土一旦发生顺钢材开裂，腐蚀介质更容易到达钢材表面，钢材锈蚀的速度将会大大加快。因此钢结构基础首先是受混凝土保护的，因此，混凝土质量对防止钢结构腐蚀是至关重要的。包括原材料水泥水化的高碱度，使钢材表面形成钝化膜，这是混凝土之所以能保护钢材的主要依据与基本条件，由于砂含有不等量的氯离子，能够刺激钢材锈蚀，我国相关规范不推荐或严格限制使用海砂，还有各种掺合料(粉煤灰、矿渣等，用于改善水泥性能，降低成本)，正在大力发展中。凡是能提 高混凝土密实性、增强对钢材保护能力者，均有利于结构物的耐久性；然而，一些掺合料能 降低混凝土的碱度和碱储量，这是不利于对钢材的保护的，甚至可引起钢材腐蚀 (与掺合料的性质、掺加量等有关)，特别是含氯盐的早强、防冻剂，已经给我国一批建筑物带来严重的钢材腐蚀危害。

3. 防腐措施

钢结构的防腐根据GB工业建筑防腐设计规范确定腐蚀环境的等级，再确定各种防腐措施的预期寿命，从而确定基材表面的处理办法和等级。

3.1 涂层防腐

此方法为目前钢结构中采用最普遍、最常用的方法。涂料基本由固体颗粒即颜料弥散分布于液体中，当涂料被涂抹在钢材上时，液态涂料逐渐干燥并把颜料颗粒粘结起来成为紧密结合的固化膜，使钢材不受有害介质的侵蚀。普通涂料起到将钢材和环境隔离的作用，防锈底漆可抑制钢材基层被腐蚀，而富锌涂料还可通过电化学作用保护。由于不受钢结构形状尺寸限制，使用方便，还有装饰美化的作用。缺点是耐久性较差，一段时间后需要进行维修。对于每一道防腐施工工序，必须提出明确的质量技术规范。例如钢结构预处理时的喷砂等级或手工预处理等级，防腐施工的环境要求，油漆的施工工艺规程，正确选择的油漆涂层或热喷涂涂层的结合性能与厚度现场抽样检测，抽样进行模拟环境下的腐蚀实验，涂层外观检查等等，均需要专人负责。

文章来源：《中国腐蚀与防护学报》 网址: http://www.zgfsyfhxb.cn/qikandaodu/2020/1107/449.html