鋼結(jié)構(gòu)的近海大氣腐蝕

鋼結(jié)構(gòu)的近海大氣腐蝕研究[摘要]本文結(jié)合泉州市某大橋收費(fèi)站鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架工程實(shí)例，探討了近海大氣中鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性能。分析了近海大氣環(huán)境中，影響鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的原因，鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的類(lèi)型和機(jī)理，并提出了近海大氣中鋼結(jié)構(gòu)的防腐措施。[關(guān)鍵詞]鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕近海大氣網(wǎng)架TheStudyontheCorrosionResistanceofSteelStructure[Abstract]BylookingintothecasestudyofaBridgetollgatebeinglocatedinQuanzhou,thispaperstudiesthecorrosionresistanceofthesteelstructureinmarineatmosphere.Throughanalyzingseveralfactorsofthemarineclimatethathaveimpacton,aswellasdifferenttypesandmechanismsofthecorrosionresistanceofthesteelstructure,thepaperhasbroughtforwardit’sadviceontheimprovementofthecorrosionresistanceofthesteel.[Keywords]SteelStructure，CorrosionResistance，MarineAtmosphere，Gridstructure1引言鋼結(jié)構(gòu)自20世紀(jì)末以來(lái)發(fā)展很快。一些超高層建筑、工業(yè)廠房建筑、大橋建筑、高架立交、體育和文化場(chǎng)館的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、塔桅建筑等，采用鋼結(jié)構(gòu)的越來(lái)越多?，F(xiàn)已開(kāi)始進(jìn)入住宅領(lǐng)域。伴隨我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼產(chǎn)量的不斷增長(zhǎng)和鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)水平的不斷提高，鋼結(jié)構(gòu)建筑必將成為新的建筑經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。但是，鋼結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用也暴露出其一系列缺點(diǎn)。易腐蝕是鋼結(jié)構(gòu)的致命缺點(diǎn)之一。鋼結(jié)構(gòu)一旦被腐蝕，其強(qiáng)度、塑性等主要力學(xué)性能指標(biāo)顯著下降，嚴(yán)重地降低了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑物的安全性和耐久性。我國(guó)東南沿海地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，近幾年鋼結(jié)構(gòu)在該地區(qū)應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，在沿海地區(qū)海洋氣候條件下，鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕尤為嚴(yán)重。因此，從節(jié)約有限資源和能源的角度出發(fā)，研究鋼結(jié)構(gòu)的近海大氣腐蝕對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展顯得十分重要。2工程實(shí)例泉州市某大橋收費(fèi)站〔Fig.1〕，地處晉江入?？凇ＴO(shè)計(jì)使用年限五十年，主體結(jié)構(gòu)為鋼基金項(xiàng)目：福建省科技重大專(zhuān)項(xiàng)前期項(xiàng)目（2005ZY1016）；福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（E0510022）；福建省泉州市科技重點(diǎn)項(xiàng)目（2007G7）結(jié)構(gòu)網(wǎng)架，采用普通碳素鋼，使用熱噴鋁仿腐處理，外刷防銹漆，屋面板采用彩色壓型鋼板，1997年建成投入使用，迄今為止，10年間未進(jìn)行防銹維護(hù)。Fig.1.泉州某大橋收費(fèi)站鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架該工程地處泉州地區(qū)，經(jīng)度118.6，緯度24.9，環(huán)境類(lèi)型為亞熱帶濕潤(rùn)區(qū)海洋大氣。據(jù)調(diào)查，主體鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架銹蝕程度十分嚴(yán)重，節(jié)點(diǎn)管壁均出現(xiàn)整體銹蝕（Fig.2）。屋面水槽完全損壞，出現(xiàn)脆性斷裂（Fig.3）。與之形成對(duì)比的是屋面彩色壓型板，受腐蝕程度輕，僅在局部出現(xiàn)若干點(diǎn)腐蝕。Fig.1.泉州某大橋收費(fèi)站鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架Fig.2.節(jié)點(diǎn)管壁整體銹蝕Fig.3.水槽Fig.2.節(jié)點(diǎn)管壁整體銹蝕Fig.3.水槽3導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)嚴(yán)重銹蝕的原因3.1濕度技該工程所處地夜區(qū)兩空氣濕查度幸RH>75觀%伶。鋼鐵的臨界立濕度一般羽在構(gòu)6衣0皆％畫(huà)一跌70奶％之間。多研究乏表明，管低于臨界濕度殖時(shí)，鋼鐵表面鞭受到的是化學(xué)河腐蝕，其銹蝕傲速度不味大。當(dāng)高于臨召界濕度時(shí)，其棗腐蝕類(lèi)型由化凳學(xué)腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)橹须娀瘜W(xué)腐蝕，使銹蝕速度突然窯增加，此時(shí)銹再蝕撲影響是很大的費(fèi)。3.2溫度籌地處亞熱帶，借年平均氣溫渣19.5民℃澇～膊21獵℃季。大氣的水蒸郵含量隨氣溫的獨(dú)升高而增大。房同時(shí)氣溫高促飄使銹蝕加劇，躺尤其在潮濕的磁環(huán)境里，氣溫拿越高銹蝕越快壓。相對(duì)濕度較竄低的笨時(shí)候，溫度的例影響還不大明詳顯，但高于臨納界溫度時(shí)，隨賄氣溫升高，銹反蝕程度俘急劇增大。另寸外，大氣與鋼隱材之間的溫差威導(dǎo)致在剛才表蘿面形成冷凝水約，也加劇梁了吃銹蝕。何3.唉3稿大氣中所含的蜂介質(zhì)姓近海大氣中含調(diào)有大量的醬，鋼材上鹽分禮的沉積量大測(cè)。同時(shí)，泉州箱市空氣中游含量高，年降信酸雨頻率大癥于噴90挑%條。空氣中的腐惱蝕性粉塵等因輔素本也肅加速了鋼材在股大氣中的腐蝕尊。遭該大橋?yàn)槿菟饕煌ǜ傻老耄?chē)流量年初均譯7議百萬(wàn)輛次以上房，根大量的汽車(chē)尾豆氣也是大橋鋼株結(jié)構(gòu)腐蝕源之里一。桌3.柄4博鍍鋅層厚度不咸夠及未定期涂細(xì)刷防銹漆銜維護(hù)漸射該工程主體鋼鵝結(jié)構(gòu)網(wǎng)架，采獎(jiǎng)用電鍍鋅防銹峰蝕，態(tài)研究榨表明，綿鋅層對(duì)鋼鐵的蘿保護(hù)壽命與身鋅層厚度成正冬比。根據(jù)該地筑區(qū)的環(huán)境，鋅儉層厚度肺，才能有效保壩護(hù)鋼材。防銹式漆謝應(yīng)一至兩年一神次，直而該工程自建兔成以來(lái)未重刷墾防銹漆。方4飯．結(jié)構(gòu)腐蝕類(lèi)慚型和機(jī)理分析邁4.1碌.膠大氣腐攻蝕綱Fig.4.大氣腐蝕隊(duì)該結(jié)構(gòu)中最普圍遍的為大氣腐斬蝕卸〔爹Fig.4麗〕療。主要是由空圣氣中的水和氧蜓氣等的化學(xué)和塌電化學(xué)作用引灣起的黎。撒大氣中水汽形痛成金屬表層的的電解液層貿(mào)，障空氣中的氧溶觀于其中作為陰屬極去極紹劑嗎析，二者與鋼構(gòu)發(fā)件形成了一個(gè)隸基本的腐蝕桑原電池。在鋼哨構(gòu)件表面形成象銹層壽后縱聞，腐蝕產(chǎn)物會(huì)猴影響大氣腐蝕豪的電極反應(yīng)予，進(jìn)一步加劇棟腐蝕挎。Fig.4.大氣腐蝕連4.碎2范局部腐牛蝕國(guó)潑局部腐蝕度也是意常見(jiàn)的破壞形更態(tài)熔〔屢Fig.5挖〕，主要包括響電偶腐蝕、縫鷹隙腐蝕。斑電偶腐蝕主要秧發(fā)生援在寬不同金屬組合燥或者連接處，脹其中電位較負(fù)塊的金屬腐蝕速漿度較大痛，巨而電位較正的槽金屬受到保護(hù)勵(lì)，兩種金屬構(gòu)嫌成了腐蝕原電被池。研究板表明，接觸金狠屬的電位差為府電偶腐蝕的驅(qū)掌動(dòng)力，兩種金凍屬的電極電位輸差愈大，電偶布腐蝕愈嚴(yán)重。興縫隙腐蝕鏡，牲發(fā)生魄多發(fā)在迅具備腐蝕條件船的縫隙，縫隙融中必須有一定冊(cè)的液體立。狠縫隙寬度必須秧窄到可以使得琴液體在縫內(nèi)停昆滯，鋼結(jié)構(gòu)的欲縫隙腐蝕最敏義感的縫牽寬俯0耳．性025胸－好0.0有1mm暮。最常見(jiàn)的縫遣隙腐蝕形式有邪鉚接、襯墊和錢(qián)顆粒沉積等。共4.趣3寨應(yīng)力腐肢蝕壞Fig.5.局部腐蝕情相同條件下，砌受載結(jié)構(gòu)比未飯受載結(jié)構(gòu)腐蝕嘩程度大得多請(qǐng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)類(lèi)間構(gòu)件會(huì)發(fā)生革突然斷裂巴，且驗(yàn)事先沒(méi)有明顯題的征兆塊，莖往往造成災(zāi)難灰性后果緒。Fig.5.局部腐蝕售5妥近海大氣中鋼馳結(jié)構(gòu)防腐蝕措析施朋5.1申防腐承材料羅五采用耐候鋼。復(fù)耐候鋼的優(yōu)點(diǎn)嶼是不需維護(hù)，擋雖然價(jià)格偏高狀，但在結(jié)構(gòu)壽要命期內(nèi)的總費(fèi)蕉用卻較普通鋼道材低。踏研究飼表明，魚(yú)耐候鋼中添加冬了一定量的俘銅影C撇u束、絹鎳斑N貧i努、版鈷父Co親等壺合金被元素慧，巡產(chǎn)生富集，內(nèi)充銹層形成的結(jié)團(tuán)晶程度降低、援晶粒細(xì)化賓的幟Fe棍O蹤連續(xù)致密銹層冠，能將陽(yáng)極活野性點(diǎn)覆蓋起來(lái)精，是非靜態(tài)的傍穩(wěn)定銹層，能幫阻礙有腐蝕性漲的氣氛和介質(zhì)嗚向基體滲透，面使氧在銹層中勝擴(kuò)散反應(yīng)速度鍵慢，而且也抑儀制了陽(yáng)極過(guò)程艷。兇但是，組耐候鋼恒因偷加入了各種元姐素，慎影響其焊接性濕能，因此屋必須重視焊接叫熱影響部位的悶低溫裂縫。蛙5.2核防腐技術(shù)潮社熱浸鋅、熱噴劍鋁農(nóng)熱浸鋅是將除科銹后的鋼構(gòu)件比浸跪60她0襯℃袍左右高溫融化翠的鋅液中，使賽鋼構(gòu)件表面附肌著鋅熟層蛙伸，從而起到防翠腐蝕的目的。胞此方法喉耐久年限長(zhǎng)，嶼生產(chǎn)工業(yè)化程斑度高，質(zhì)量穩(wěn)民定。大量用于燙受大氣腐蝕較印嚴(yán)重且不易維樓修的室外鋼結(jié)傅構(gòu)中。熱噴鋁妥相對(duì)于熱浸鋅嘴，掠構(gòu)件形狀尺寸棟幾乎不受限制翅，喇受熱區(qū)域是局盛部的至，弱不會(huì)產(chǎn)生熱變免形撕，白工業(yè)化程度較磚低。岸此法鍍餅鋅層厚度漠宜號(hào)，方能有效防沉護(hù)。床此涂料瞎防腐涂料驕?zhǔn)悄壳白畛Ｓ觅?gòu)的方法。普通頁(yè)的防腐涂料必薄須定期維護(hù)，皺在近海洋大氣愚環(huán)境中，一到駐兩年需重新涂萌刷，并注重施洪工工藝。新型秧無(wú)機(jī)富鋅、聚巖氨酯系贈(zèng)列涂料，適用蕉于嚴(yán)重腐蝕環(huán)鍬境下的室外鋼夠結(jié)構(gòu)，為高性維能長(zhǎng)效防護(hù)涂任料。Table1截面形式與相對(duì)腐蝕速度的關(guān)系炭上述氣工程實(shí)例中，賺屋面板采用彩攜色壓型鋼板，緒即為有機(jī)涂層劈鋼板，其具有躍良好的耐腐蝕眨性能和物理屏掠障性能，抗腐帆蝕效果好。Table1截面形式與相對(duì)腐蝕速度的關(guān)系拆5.麗3犯防腐設(shè)計(jì)嗓5.3錄.1士鋼結(jié)構(gòu)的形櫻狀征瞎、形式盡可能展簡(jiǎn)單合理古潮對(duì)該工程的敞研究進(jìn)一步證故實(shí)鋤：處于同一腐棟蝕環(huán)境下的鋼幣結(jié)構(gòu)，不同截舉面形狀腐蝕速盼度相差很大獨(dú)，正Table拼1瓦以圓管截面的古腐蝕速度為參盆照，列出不同咱截面形式經(jīng)與江圓管截面相對(duì)漠腐蝕速度的關(guān)潛系繞。腹棚在應(yīng)力集中的針部位，腐蝕程鉤度也較為嚴(yán)重刪。沙在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的硬同時(shí)，應(yīng)結(jié)合問(wèn)強(qiáng)度和應(yīng)力的店平衡設(shè)計(jì)掉，避免承載部慧件產(chǎn)生應(yīng)力集在中。為了減少王應(yīng)力腐蝕傾向告，鋼構(gòu)件釀不應(yīng)有切口、綿尖角等形狀出物現(xiàn)，而應(yīng)有足評(píng)夠的圓形過(guò)彎渡蜂熄。木脂5.3椒.2款防止發(fā)生電偶速腐襯蝕逐剃避免異種金屬貌材料直接接觸咸，在相接觸的碼金屬材料間插匠入絕緣材料。弟盡可能選擇電笨位相阻近的材料進(jìn)行產(chǎn)匹配。采用加疤入第三種金屬誼材料，降低異蒙種金屬材料的吐電位差。改變雅異種金屬材料頑的陰陽(yáng)極面積端比。陜對(duì)該工程的調(diào)蔥查發(fā)現(xiàn)，焊接則部位的腐蝕程漁度相對(duì)較嚴(yán)重召〔劃Fig.6.弱〕。鄉(xiāng)注意焊條成分比，應(yīng)與母體材洽料一致，或按智材料種類(lèi)選擇故合適的焊條，運(yùn)以防止電偶腐順蝕的發(fā)生捆。促賺5.3.美3掉結(jié)構(gòu)上盡量避詢(xún)免縫隙、死存角校Table2避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縫隙死角的方式Fig.6.焊接部位電偶腐蝕疑分縫隙會(huì)引起腐障蝕慎，特別是鋼結(jié)唯構(gòu)部件的連接灶和支撐處是造歌成縫隙和死角北的場(chǎng)所，在設(shè)凡計(jì)中應(yīng)予充分粱考慮匆（麻T(mén)able2敵）炸。選擇不易特形成縫隙的法漁蘭結(jié)構(gòu)，使用驕不吸濕墊片，勒墊片內(nèi)徑應(yīng)與刻法蘭盤(pán)內(nèi)徑相差同；粘盡量避免使用障鉚接結(jié)構(gòu)，鉚規(guī)接的結(jié)構(gòu)存在文縫隙。一定要普用鉚接方法的博話，應(yīng)加墊片疾；默鉚接、螺紋連王接、銷(xiāo)釘連接哪、螺栓連接在全液相介質(zhì)中不出能使用。從避餓免縫隙角度考脈慮，對(duì)接焊優(yōu)僑于搭存接焊，連續(xù)焊透優(yōu)于間斷焊，趨雙面焊優(yōu)于單回面焊，并要注獻(xiàn)意防止焊接缺歇陷；避免液體矩凝聚。Table2避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縫隙死角的方式Fig.6.焊接部位電偶腐蝕參考文獻(xiàn)：尸[1]溜王振堯漠,隔于國(guó)才美,齡韓麥薇研.歪我國(guó)自然環(huán)境叔大氣腐蝕性調(diào)慣查也[A]形.胳中國(guó)腐蝕與防夏護(hù)購(gòu)學(xué)增報(bào)架,嫁衡2003,沖24(8)專(zhuān):浩323馳-344.攀[2夢(mèng)]皆蕭以師德噸,惡李興火廉愉.桐電鍍鋅急層的大氣腐蝕貨行為研究睛[J活]邀.岔防腐科學(xué)與防同護(hù)技鼻術(shù)孔.尚1995,引7撒(哄3).:18徹7-191.咬[3諸]妨張啟富轎,保郝曉僵東律.截鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防川護(hù)現(xiàn)狀和發(fā)展寄[J驅(qū)]史.閥中國(guó)建筑金屬內(nèi)結(jié)構(gòu)檢,困2006(腔9):頑22拌-26.潔[4選]俱劉人螞儀捏.說(shuō)管型鋼屋架結(jié)嬸構(gòu)的應(yīng)力腐蝕消分析近[J省]比.艙四川建蔬筑叫.螞2000,抓20(2)仆:60-71演.警[5漲]奧張全成文,下吳建生術(shù),即陳家光望等四.議近海大氣中耐