工業廠房鋼結構構件的防腐保護

李　眾

摘要:鋼結構廣泛應用于各種工業廠房,但由于鋼結構極易受到腐蝕,因此,如何加強防腐處理就顯得非常重要了。筆者首先分析了鋼結構腐蝕機理,然后,介紹了防腐處理的一些辦法和工藝,僅供參考。

關鍵詞:工業廠房;鋼結構;防腐處理

鋼結構有質量輕而強度高,塑性和韌性好,施工周期短等特點,因此在高層建筑、大型工廠、大跨度空間結構、交通能源工程、住宅等建筑中得到廣泛的應用和發展。然而,隨著鋼結構建筑的日益增多,鋼結構的保養與維護工作顯得尤為重要。其中,建筑鋼結構的防腐處理非常的重要。

據不完全統計,國內每年因腐蝕而造成的經濟損失在400億人民幣以上,每年9000萬t鋼產量中,約30%被各種形式的腐蝕消耗掉,可見鋼結構的防腐工作是多么重要。鋼材受大氣中水、氧氣和其他污染物的作用而被腐蝕。大氣中的水分吸附在鋼材表面形成水膜,是造成腐蝕的決定因素。當大氣相對濕度小于60%時,腐蝕相當輕微;而大于60%~70%時,鋼材的腐蝕速度會突然升高。

1 鋼的腐蝕

鋼鐵的腐蝕是自發的、不可避免的過程,但卻是可以控制的。處于穩定狀態的鐵礦石,經過消耗能源冶煉成鋼鐵,在腐蝕環境中。鋼鐵有著自然的向著低能位穩定態轉化,最終回到它的穩定態(氧化鐵和鐵銹)。鐵礦石(氧化礦)一鋼鐵一(腐蝕)一鐵銹(氧化鐵),這就是鋼鐵的腐蝕過程。如果對鋼鐵采取有效的防護措施,就可以減緩鋼鐵的生銹腐蝕過程,延長鋼構件的使用壽命。

1.1 鋼鐵腐蝕的原電池

鋼鐵的腐蝕在絕大多數情況下是電化學腐蝕,電化學腐蝕是鋼鐵和介質發生電化學反應而引起的腐蝕,在腐蝕過程中有隔離的陽極區和陰極區,電流可以通過金屬在一定的距離內流動。在金屬表面形成原電池是電化學腐蝕最主要的條件。當兩種不同的金屬放在電解質溶液中,并以導線聯結,可以發現導線上有電流通過。這種裝置稱之為原電池。原電池流中所產生的電化學反應,在陽極進行的是氧化反應,在陰極進行還原反應。

1.2 鋼鐵腐蝕的微電池

鋼鐵在大氣環境中,表面吸附有氧氣、水分等,加上溶有其它腐蝕性介質,就會形成電解溶液,由于金屬表面化學性的不均勻,這樣就連通了能夠發生電化學腐蝕的微電池的兩極。

鋼鐵在大氣環境腐蝕中產生的微電池表面為:

Fe/O2(陽極) H2O/C(陰極)

電極反應過程以方程式來表達。

陽極:鐵原子失去電子,被氧化為Fe+;

陰極:氧原子獲得電子,與水分子結合形成OH-

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

腐蝕電池的總反應為:

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

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

2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O

這里的Fe2O3·H2O及其脫水化合物Fe2O3就是人們常見的鐵銹的主要成分。

1.3 大氣腐蝕機理

鋼結構的腐蝕環境主要為大氣腐蝕,大氣腐蝕是金屬處于表面水膜下的電化學腐蝕過程。這種水膜實質上是電解質水膜,它是由于空氣中相對濕度大于一定數值時,空氣中水氣在金屬表面吸附凝聚及溶有空氣中的污染物而形成的,電化學腐蝕的陰極是氧去極化作用過程,陽極是金屬腐蝕過程。

大氣環境下的金屬腐蝕,由于表面水膜很薄氧氣很容易達到陰級表面,氧的平衡電位較低,因此,金屬在大氣中腐蝕的陽極為氧去極化作用。見金屬在大氣中的腐蝕表在大氣中腐蝕的陽極過程隨水膜變薄會受到較大阻礙,此時陽極易鈍化,金屬離子水化作用會受阻。可以看出,大氣腐蝕在潮濕環境中,腐蝕速度主要由陰極過程控制;當金屬表面水膜很薄或氣候干燥時,金屬腐蝕速率變慢,起腐蝕速度主要受陽極化過程控制。

1.4 大氣腐蝕的破壞形式

大氣腐蝕見表1所示,其主要破壞形式可分為兩大類,即全部腐蝕和局部腐蝕。全部腐蝕又稱為均勻腐蝕,局部腐蝕則又可以分為點蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、應力腐蝕和腐蝕疲勞等。

2 涂裝前處理

涂層的長期性能在很大程度上受到與被涂材料之間附著力的影響。這不僅僅是因為涂層可能從表面上脫落或與表面分離,還由于差的附著力將因水分或腐蝕產物的進入使涂層從損壞區域脫落。

一些涂料的附著力來源于底材料表面形成的化學結合。例如:在熱浸鍍鋅時,鋅與鋼形成鐵鋅合金。毫無疑問,這就是有效的附著。但是,大多數有機涂料是依靠極性粘附著在表面,這需要通過機械粘附予以協助或加強。

當樹脂分子在底材料上的作用,像弱磁體南極和北極那樣吸引底材的分子組時,就會產生極性粘附。但一些有機涂料根本沒有極性吸附,例如,一些乙烯涂料就能夠從鋼底材上剝去,因此,只能用作臨時性防護涂層。但在所有情況下,只有與鋼底材具有分子極距離時,吸引力才是有效的,因此,污膜、油膜、和水膜等能夠顯著地使所有的附著失效。

2.1 脫脂

在涂裝前可用四種主要方法去除鋼表面的油脂:液體溶劑清洗,溶劑揮發清洗,鹼液清洗和洗滌劑清洗。在所有情況下,建議在任何操作之前,采用檫洗清除過多的油脂沉積物。

2.2 手工不動力工具清理

基本上任何手執工具均屬此類,包括刮刀、鋼絲刷、鏟錘、針束除銹機和研磨機。其中有些既可手工操作,也可作為動力工具使用。

2.3 噴砂處理

這種表面處理方法是機械清除氧化皮和鐵銹的重要手段之一,即用磨料粒子,連續地沖擊表面。

2.4 火焰清理

火焰清理是一種常規的用氧乙炔焰或氧丙炔將鋼材加熱,由于氧化皮與金屬膨脹系數的差異可使軋制氧化皮脫落。

2.5 酸洗

把工件浸入稀硫酸溶液中清除其上的鐵銹與氧化皮。

3 涂料和涂層

涂料是一種在鋼鐵保護中應用最普遍的材料。實際上“涂料”這一詞匯涵蓋了多種性能各異的材料。由于不受鋼結構尺寸限制,所以涂料使用較為容易。

涂料和涂層的差別非常明顯,前者是指液態材料,而后者指鋼結構表面保護膜。

4 不同條件下防護系統

當建筑物中主要鋼結構的鋼材自由暴露在外時,盡管在選擇涂層系統上并不存在根本性的問題,但當在整個涂層系統中要將某種形式防火措施一并加以考慮時則會引起困難。防火是一個專業性問題,因此在這里不進行討論。但是防火防護是為了防火而不是防腐蝕時,在建筑物內會產生問題。有些防火措施是完全將鋼件密封,這也可以作為防腐之用。但事實并不一定如此。在干燥、溫暖的氣候條件下腐蝕防護不必是高質量的。

但在潮濕環境中,水分穿過途層,滲透到鋼的表面,因此應當選擇合適的防護涂層系統。在建筑物里面,由環境決定防護系統,并且可能必須要提高質量。例如:在電鍍車間,在一些含化學物的氣氛中,涂料不能提供充分的保護,因此需要特種涂料,如玻璃纖維增強塑料。但是在暖和、干燥的條件下,普通的醇酸樹脂涂層系統將提供足夠的防護性能。

5 結束語

總之,建筑結構遭受腐蝕的因素主要來自生產過程的腐蝕介質,杜絕或減少腐蝕介質的泄漏,對于建筑物和構筑物來說,是最積極而有效的防護方法。同時要提高設備的密封和局部通風,改善操作和管理水平。

參考文獻

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