鋼結(jié)構(gòu)銹蝕破壞課件

鋼結(jié)構(gòu)銹蝕破壞4.6.1概述鋼結(jié)構(gòu)的一大缺點(diǎn)：容易生銹腐蝕。生銹腐蝕將會(huì)使構(gòu)件截面減少，腐蝕產(chǎn)生的“銹抗”會(huì)引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致構(gòu)件或結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性斷裂破壞，所以防止鋼結(jié)構(gòu)銹蝕破壞與防止鋼結(jié)構(gòu)其他形式的破壞同等重要。案例1995年5月25日，廣州海印斜拉橋鋼索因銹蝕突然斷裂事故原因是因?yàn)殇撍魃隙嗡酀{體未充滿，對(duì)鋼絲的保護(hù)少了一道防線，致使鋼索上段鋼絲嚴(yán)重銹蝕造成。從墜落鋼索及全部鋼索檢查分析結(jié)果表明，全橋鋼索都處于不穩(wěn)定狀態(tài)，后來(lái)對(duì)該橋鋼索全部逐一更換為由高密度聚乙烯直接在鍍鋅純化鋼絲上擠壓而成的鋼索海印斜拉橋是高次超靜定結(jié)構(gòu)，全橋的斜拉索共164根，其中一根斷裂，不至于引起橋梁整體結(jié)構(gòu)的垮塌。

鋼結(jié)構(gòu)的防腐質(zhì)量的好壞直接影響建筑物和構(gòu)筑物的壽命。1889年建成的埃菲爾鐵塔，歷經(jīng)一百多年風(fēng)風(fēng)雨雨，至今仍矯健的屹立在巴黎市中心。

埃菲爾鐵塔鋼結(jié)構(gòu)總面積達(dá)20萬(wàn)平方米，每七年進(jìn)行一次全面的防銹涂裝維護(hù)，包括清除鳥(niǎo)糞等污垢，嚴(yán)格檢查原有涂裝的狀況，并用手錘、便攜砂輪敲除和打磨已經(jīng)損壞或被腐蝕的涂料，然后給塔身上涂?jī)蓪臃冷P涂料，最后再涂一層表面涂料。正是這定期的，規(guī)范的維修養(yǎng)護(hù)工作，使埃菲爾鐵塔至今容光煥發(fā)。

埃菲爾鐵塔所以，鋼結(jié)構(gòu)的安全不僅與設(shè)計(jì)、施工有關(guān)，而且與使用有關(guān)。鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕主要是由于結(jié)構(gòu)表面未加工保護(hù)或保護(hù)不當(dāng)而受周?chē)?、氯和硫化物等侵襲作用所引起的。鋼結(jié)構(gòu)銹蝕的速度與房屋所處的周?chē)h(huán)境有關(guān)。在空氣中存在有害物質(zhì)（如硫酸、鹽酸等）的地區(qū)，鋼結(jié)構(gòu)比較容易銹蝕。空氣的溫度、濕度及有害氣體的含量、結(jié)構(gòu)物所處地區(qū)地勢(shì)的高低等對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕都有影響，其中空氣濕度和有害氣體濃度的影響最大。

統(tǒng)計(jì)資料表明：室外鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕速度較快，約為室內(nèi)銹蝕速度的四倍；在重工業(yè)區(qū)和化工工業(yè)區(qū)鋼結(jié)構(gòu)銹蝕速度約為一般地區(qū)的兩倍，比空氣清潔的田園、山區(qū)甚至高出十倍；在同一地區(qū)、同一結(jié)構(gòu)物中，易于積水、積灰的構(gòu)件銹蝕速度快，而不易積水積灰的構(gòu)件銹蝕速度就慢。鋼材的銹蝕主要是電化學(xué)腐蝕。鋼在冶煉過(guò)程中，根據(jù)鋼材性能的需要加入了一定量的碳或其它元素。鋼材的主體元素鐵和加入的其它元素的標(biāo)準(zhǔn)電極電位不同，形成了原電池。大氣中的水分、氧等介質(zhì)使鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)無(wú)數(shù)原電池形成通路，鐵成為陽(yáng)極失去電子而轉(zhuǎn)變?yōu)殍F銹。大氣中的水分或其他酸性氣體是鋼材銹蝕的根本原因。電化學(xué)腐蝕圖片4.6.1.2鋼材的應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是指受固定拉伸應(yīng)力作用的金屬材料在某些特定的腐蝕介質(zhì)中，由于腐蝕介質(zhì)與應(yīng)力的協(xié)同作用而發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象，英文簡(jiǎn)稱(chēng)SCC（StressCorrosionCracking）。應(yīng)力腐蝕既不同于沒(méi)有應(yīng)力作用下的純腐蝕，也不同于沒(méi)有腐蝕介質(zhì)中發(fā)生的純力學(xué)斷裂。腐蝕介質(zhì)和機(jī)械應(yīng)力的共同作用并不是簡(jiǎn)單的疊加作用，而是一個(gè)互相促進(jìn)的過(guò)程，這兩個(gè)因素的共同作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單個(gè)因素作用之和。產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂需具備三個(gè)基本條件，即敏感材料、特定環(huán)境和拉伸應(yīng)力，而且他們具有如下一些共同特征。（1）每種合金的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂只是對(duì)某些特定的介質(zhì)敏感，而在其他的介質(zhì)中可能就不會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂現(xiàn)象。表4.2列出了一些發(fā)生SCC的合金環(huán)境體系組合。合金腐蝕介質(zhì)低碳鋼熱銷(xiāo)酸鹽溶液、碳酸鹽溶液、過(guò)氧化氫碳鋼和低合金鋼

氫氧化鈉、三氯化鐵溶液、氫氰酸、沸騰的42%氯化鎂溶液、海水高強(qiáng)度鋼

蒸餾水、濕大氣、氯化物溶液、硫化氫奧氏體不銹鋼

氯化物溶液、高溫高壓含氧高純水、海水，含F(xiàn)?、Br?、NaOH-H2S水溶液銅合金

氨蒸氣、汞鹽溶液、含SO2大氣、氨溶液、三氯化鐵、硝酸溶液鎳合金

氫氧化鈉溶液、高純水蒸氣鋁合金

氯化鈉水溶液，海水，水蒸氣，含SO2大氣，熔融氯化鈉，含Br?、I?水溶液鎂合金

硝酸、氫氧化鈉、氫氟酸溶液、蒸餾水、海洋大氣、SO2-CO2濕空氣、NaCl-K2CrO4溶液鈦合金

含Cl?、Br?、I?水溶液，N2O4，甲醇，三氯乙烯，有機(jī)酸表4.2發(fā)生SCC的合金環(huán)境體系組合（2）發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂必須有拉應(yīng)力存在，拉應(yīng)力越大，則斷裂所需時(shí)間越短。斷裂所需應(yīng)力一般都低于材料的屈服強(qiáng)度。引起應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的應(yīng)力來(lái)源首先是工作應(yīng)力，其次是殘余應(yīng)力，再次是閉塞裂紋內(nèi)的腐蝕物因體積膨脹產(chǎn)生的楔入應(yīng)力。（3）應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是一種典型的滯后破壞，整個(gè)破壞過(guò)程中可分為孕育期、裂紋擴(kuò)展期、快速斷裂期三個(gè)階段：孕育期-----裂紋萌生階段，是裂紋源成核所需的時(shí)間，約占整個(gè)時(shí)間的90%；裂紋擴(kuò)展期-----裂紋成核后直至發(fā)展到臨界尺寸所經(jīng)歷的時(shí)間；快速斷裂期-----裂紋達(dá)到臨界尺寸后，由于純力學(xué)作用，裂紋失穩(wěn)瞬間斷裂。案例：２００１年１１月７日宜賓小南門(mén)金沙江大橋雙肋拱橋４對(duì)８根較短的吊索突然發(fā)生斷裂，致使兩岸共４根橫梁及相連的橋面板、人行道墜落江中。這是一起典型的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂事故，該橋的鋼索構(gòu)造與實(shí)例４．１３