耐候鋼致密層形成過程淺析

張國學，劉 延，樊世強，宋松林，翟曉亮

（1.西安德信北路建設工程有限公司，陜西 西安 710018；2.中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710032）

研究表明，耐候鋼在大氣中長期暴曬，可以生成致密銹層降低腐蝕速率[2]。這種致密銹層本文將它稱為耐候鋼的致密層，致密層形成存在一個過程。這里采用三種不同的實驗環境對耐候鋼進行處理并觀察致密層形成的全過程，意在揭示耐候鋼致密層形成中存在的規律性。

1 試驗

1.1 試驗材料

試驗試樣采用的耐候鋼為Q345qENH鋼板，相關的化學成分見表1。試樣規格為70mm*200mm*16mm。

表1 試驗鋼的化學成分[3]

1.2 試驗條件

溫度：（-10～40）℃；

相對濕度：（50～70）%；

氣候類型：溫帶大陸性季風氣候；

年平均降雨量：572mm；

年日照時數（h）：1500h；

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硫酸根離子沉積速率：64.82mg/m2*d；

氯離子沉積速率：0.59mg/m2*d；

降水PH值：5；

鹽酸濃度：4*10-4mol/L；

硫酸濃度：1.72*10-2mol/L。

1.3 試驗方法

將準備好的試樣做除銹處理，并用相關試劑清洗洗去表面的雜質。

將除銹處理好的試樣分成三組分別采用大氣曝曬、干濕交替循環以及化學試劑促銹法處理。過程中觀察并記錄試塊的表面情況、致密層厚度、試塊重量。

2 試驗結果分析

2.1 大氣曝曬結果

下圖1～圖2為大氣曝曬組的實驗照片。

圖1 大氣曝曬南北12月、1月、3月對比

圖2 大氣曝曬東西12月、1月、3月對比

試驗結果（圖1、圖2）表明，處理過的試樣在大氣曝曬的過程中的腐蝕情況較為穩定，實驗面向南北和實驗面向東西對腐蝕的情況來說沒有明顯的影響，腐蝕程度基本一致。

下圖3～圖4為灑水組的實驗照片。

圖3 灑水2h12月、1月、3月對比

試驗結果（圖3、圖4）表明，灑水的頻率對試樣銹蝕的速度有明顯的影響，2h組的銹蝕程度要強于5h組的試樣。

圖4 灑水5h12月、1月、3月對比

下圖5～圖6為大氣曝曬組的實驗照片。

圖5 鹽酸3h12月、1月、3月對比

圖6 鹽酸4h12月、1月、3月對比

試驗結果（圖5、圖6）表明，鹽酸的噴灑頻率對試樣銹蝕的程度有明顯影響，三小時組的試樣銹層表面顏色更深更均勻一些。

圖7 硫酸3h12月、1月、3月對比

圖8 硫酸4h12月、1月、3月對比

試驗結果（圖7、圖8）表明，試樣的銹層顏色越來越深，尤其是3h組的試樣，再次說明噴灑頻率對試樣表面銹層有影響。

試驗結果（圖1～圖8）表明，對于不同的處理方式對于試樣表面的銹層生成情況有明顯的差異。其中圖5圖6中鹽酸組的銹層表面的生成情況為顏色最深最均勻。不同的處理方法得到的腐蝕速率不同，致密程度鹽酸組與硫酸組結果相近，大氣曝曬和和噴水作用的效果大致相同。

2.2 試塊重量結果

圖9 銹層重量圖

由圖9表明，在0h～400h內銹層的重量增加較快，400h～700h內重量增速放緩，分析原因主要是已經形成的銹層阻礙了新銹層的形成，導致速率放緩，在2000h范圍，銹層重量減小，之后再次走高，分析在此時段內有掉皮現象。

實驗起始階段試樣的的重量增加HCL的速度最快，H2SO4次之，大氣曝曬再次，H2O最慢。

2.3 試塊致密層厚度

圖10 銹層厚度圖

由圖10表明，在0h～400h內銹層的厚度增加較快，400h～700h內厚度增速放緩，結果與表1結果相印證，700h～2000h內銹層厚度處于增加階段，此時段內重量減少，分析原因，可能銹層蓬松，致密層結構稀疏，有鼓包現象和掉皮現象。

試樣的銹層生長的速率HCL＞H2SO4＞大氣曝曬＞H2O。

3 結論

（1）噴灑鹽酸等試劑對耐候鋼致密層的形成具有顯著的促進作用。（2）不同試劑噴灑對耐候鋼致密層形成的影響不同，鹽酸噴灑的一組形成致密層的速度最快，其次是硫酸噴灑的一組，再次是水噴灑的一組，大氣暴曬的速度最慢。（3）噴灑頻率對耐候鋼致密層形成有一定的影響。（4）氯離子對于耐候鋼致密層形成的影響強于硫酸根離子。（5）噴灑鹽酸溶液的耐候鋼初期腐蝕速率最快，鋼板表面致密層最早穩定。（6）溫度和濕度對致密層的形成影響非常大，溫差越大，濕度越大，形成的致密層越粗糙，不穩定。