鋼結構的防腐處理

(成都理工大學 四川 成都 610059)

引言

鋼結構相比于傳統的鋼筋混凝土結構而言，材料的強度、塑性、韌性更高，同時具備質量輕，制造簡便，施工周期短的優點。是更加環保，有利于可持續發展的建材，因而鋼材在建筑業中得到了廣泛應用。但鋼結構的耐腐蝕性差，如果長期暴露在空氣中受到雨水的侵蝕就會發生比較嚴重的銹蝕，不僅造成經濟損失，也給結構的安全帶來隱患，因此鋼結構建筑的防腐處理具有重要的經濟和社會意義。

一、常見的鋼結構腐蝕原因

鋼材受腐蝕的原因很多，可根據環境介質的不同分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類。化學腐蝕也稱干腐蝕，是指鋼材在常溫或高溫下發生的氧化或硫化作用。鋼材的氧化是由于它同氧化性介質接觸產生化學反應而形成的。氧化性介質有空氣、氧氣、水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫和氯等，反應后生成疏松的氧化物。其反應速度隨濕度、溫度的增加而加速，特別是干濕交替環境下腐蝕更為厲害。電化學腐蝕亦稱濕腐蝕，是由于電化學現象在鋼材表面產生局部電池作用的腐蝕。鋼材在潮濕的空氣中，由于吸附作用，在其表面覆蓋一層極薄的水膜，由于表面成分或受力變形的不均勻，使鄰近的局部產生電極電位的高低差，形成了許多微電池。在陽極區，鐵被氧化成鐵離子進入水膜。水中溶有來自空氣的氧，在陰極區，氧被還原成氫氧根離子，兩者結合成不溶于水的氫氧化亞鐵，并進一步氧化生成疏松易剝落的鐵銹氫氧化鐵。鋼材在大氣中的腐蝕，是化學腐蝕和電化學腐蝕同時作用所致，但以電化學腐蝕為主。

鋼材腐蝕的危害。鋼材腐蝕的危害性在于它是一種不均勻的破壞，損傷發生在陽極表面，一旦出現腐蝕坑，往往向縱深發展。覆蓋有腐蝕產物的腐蝕坑的低部是小陽極，而暴露在大氣中的金屬表面是大陽極，陽極面積小，電流密度大，因此腐蝕發展快。腐蝕坑底部由于缺氧而酸化，造成自催化作用，而大大加快坑底向縱深發展的速度，這就是所謂的閉塞電池現象。從而引起構建的應力集中，而盈琉璃集中又腐蝕坑底電位變負，加速腐蝕過程，這種相互反饋的連鎖反應是應力腐蝕的一種形式。這會造成鋼材冷脆性能下降，在無明顯的變形征兆情況下突然發生脆性斷裂，尤其在沖擊荷載作用下危險性更大。

二、鋼結構的防腐方法

采用防護層是目前防止鋼結構腐蝕的通用方法，常用的保護層有以下幾種。

(一)金屬保護層。金屬保護層是用具有陰極或陽極保護作用的金屬或合金，通過電鍍、噴鍍、化學鍍、熱鍍和滲鍍等方法，在需要防護的金屬表面形成金屬保護層(膜)來隔離金屬與腐蝕介質的接觸，或利用電化學的保護作用使金屬得到保護，從而防止腐蝕。

(二)化學保護層。通過化學或電化學方法使鋼材表面生成一種具有耐腐蝕性能的化合物薄膜，以隔離腐蝕介質與金屬的接觸，來防止對金屬的腐蝕。

(三)非金屬保護層。用涂料、塑料、搪瓷等材料，通過涂刷和噴涂等 方法，在金屬表面形成保護膜，使金屬與腐蝕介質隔離，從而防止金屬的腐蝕。

(四)鋼材表面處理方式。建筑防腐蝕工程現場施工常采用：噴射或拋射除銹、手工和動力工具除銹。建筑構配件的車間制作常采用：噴射或拋射除銹、手工和動力工具除銹、化學除銹或火焰除銹。各種處理方法的質量要求如下。

1.噴射或拋射除銹噴射或拋射除銹等級，分為 Sal 級、Sa2 級、Sa2.5 級和 Sa3 級。Sal 級：鋼材表面無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹和油漆涂層等。Sa2 級：鋼材表面無可見的油脂和污垢，并且氧化皮、鐵銹和涂料涂層等附著物已基本清除，其殘留物是牢固可靠的。Sa2.5 級：鋼材表面無可見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和涂料涂層等附著物任何殘留的痕跡應僅是點狀或條紋狀的輕微色斑。Sa3 級：又稱“出白級”，是一種較為理想的狀態。對化工設備內表面防腐蝕需要有此規定，建筑防腐蝕鋼結構的處理一般沒有必要如此嚴格。

2.手工和動力工具除銹手工和動力工具除銹等級，分為 St2 級和 St3級。

St2 級：鋼材表面無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹和涂料涂層等。St3 級：鋼材表面無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹和料涂層等附著物。

三、防腐案例分析

(一)蘇通大橋

蘇通大橋是交通部規劃的黑龍江嘉蔭至福建南平國家重點干線公路跨越長江的重要通道，主橋結構形式為雙塔雙鎖面鋼箱梁斜拉橋，主跨2088m，在同類型橋梁中舉世界第一。蘇通大橋鋼橋面防腐涂裝過程中行車道、中分帶面積為69530m2，檢修道涂裝面積為8352m2。行車道、中分帶拋丸除銹要求達到GB8923-1988的Sa2.5級，粗糙度Rz為40um～80um,環氧富鋅底漆干膜厚度60um～80um。

檢修道采用重防腐涂裝體系，拋丸除銹達到GB8923-1988要求的Sa2.5級，粗糙度達到40um～80um，總漆厚度380um。蘇通大橋鋼橋面防腐涂裝工程，主要在施工過程中對漆膜表面、漆膜厚度、抗拉拔強度幾方面進行了檢測與控制。油漆表面色澤均勻，漆膜無流掛、針孔、氣泡、裂紋等缺陷。漆膜厚度按50點/1000m2進行了檢測，共測3500點，98%的部位均滿足設計文件的要求，局部偏薄的地方經補涂檢驗也符合要求。抗拉拔強度(漆膜7天后)按6點/1000m2進行了檢測，共測390點，全部滿足要求，最高點達19MPa以上。

(二)鳥巢防腐技術

鳥巢外形結構主要有巨大的門式鋼架組成，共有24根桁架柱。國家體育場建筑頂面呈鞍形，長軸為3323.3米，短軸為296.4米，最高點高度為68.5米，最低點高度為42.8米。

鳥巢所用鋼材名為Q460EZ235，是頂級的建筑用鋼，“460”指鋼材的強度，表明這種鋼的強度是普通剛材的 兩倍，“E”是指負40度的沖擊韌性指標，這表明此鋼的韌性十足，而“Z235”則表明“鳥巢”鋼材的性能是最高級的。鳥巢即便在承受460兆帕的外力后，依然可以恢復到原有形狀。這意味著如果北京再次遭受到上世紀70年代唐山大地震一樣的地震波及，鳥巢依然能保持原狀。

鳥巢鋼結構的防腐工程是國內建筑鋼結構加注防腐涂料程序最多的一次。作為目前世界最大的繁體鋼結構工程，鳥巢的鋼結構涂裝面積達到28.4萬平方米。鳥巢將戴6層防腐面具，可以保持25年。鳥巢的鋼制品在原產地就要刷上底漆和封閉漆，分別為黃色和紅色，這是頭兩道防腐面具。然后，再把所有的鋼制品集中到工地，涂上中間漆和氟炭色漆，是第三道和第四道工序。從第四道開始，涂料的顏色就變成灰色。之后，喀什鋼結構的上架和組裝，依次上面漆和罩面漆。

四、結語

鋼結構是環保、可持續發展的優質建材，在建筑業中有著廣泛應用。但它的承載能力會隨著腐蝕的影響而退化，造成經濟損失和安全隱患。所以必須要做好鋼結構的防腐處理，延長它的使用功能和使用壽命，這具有重要的經濟和社會意義。