钢结构的腐蚀及其防腐处理综述

【摘要】钢结构构件在使用中与环境中的介质接触，钢材中的铁与介质产生化学反应，导致钢材被腐蚀，也称为锈蚀。钢材的腐蚀，轻者钢材力学性能下降，重者将导致构件破坏，造成建筑物倒塌等严重后果，因此钢结构的防腐处理应引起重视。本文结合现场的施工经验，简要的分析了施工中钢结构的腐蚀原因及防腐蚀的应对措施。

【关键词】钢结构；施工；防腐蚀

中图分类号：TU291 文献标识码：A

一、钢结构腐蚀的特点及其影响

近年来我国城市建设发展迅速，大量大跨、高耸的民用及工业建筑都采用了钢结构，充分发挥了钢结构高强轻质、抗震性能好、工业化程度高、施工周期短等优点。另外，轻钢结构体系用于住宅建筑，其综合经济效益优于一般住宅建筑体系。采用轻钢结构其使用面积可比砖混结构提高5%左右，建造成本比混凝土结构降低10%以上。在我国钢材产量相当充裕的条件下，轻钢结构住宅的建设是十分适宜的，且钢结构体系亦与可持续发展的理念相符。

但是在钢结构建筑的建造和使用中，钢材易腐蚀的问题严重影响着钢结构的耐久应用。钢材的腐蚀可分为两种。一种是化学腐蚀，即钢材表面与周围介质直接起化学反应而产生的腐蚀，其腐蚀的程度随时间和温度的增加而增加。另一种是电化学腐蚀，即钢材在存放和使用中与周围介质之间发生氧化还原反应而产生的腐蚀。钢结构腐蚀不仅仅是材料的锈蚀，还是一个复杂的化学物理过程，而它最终的表现在于结构的可靠度及经济指标。

二、钢结构腐蚀的原因

钢材受腐蚀的原因很多，可根据环境介质的不同分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。化学腐蚀也称干腐蚀，是指钢材在常温或高温下发生的氧化或硫化作用。钢材的氧化是由于它同氧化性介质接触产生化学反应而形成的。氧化性介质有空气、氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化硫和氯等，反应后生成疏松的氧化物。其反应速度随湿度、温度的增加而加速，特别是干湿交替环境下腐蚀更为厉害。

电化学腐蚀亦称湿腐蚀，是由于电化学现象在钢材表面产生局部电池作用的腐蚀。钢材在潮湿的空气中，由于吸附作用，在其表面覆盖一层极薄的水膜，由于表面成分或受力变形的不均匀，使邻近的局部产生电极电位的高低差，形成了许多微电池。在阳极区，铁被氧化成Fe离子进入水膜。水中溶有来自空气的氧，在阴极区，氧被还原成OH根离子，两者结合成不溶于水的Fe(OH)2，并进一步氧化生成疏松易剥落的铁锈Fe(OH)3。

钢材在大气中的腐蚀，是化学腐蚀和电化学腐蚀同时作用所致，但以电化学腐蚀为主。根据钢板在所处环境的腐蚀程度，ISO 12944将大气的腐蚀等级分为五个级别，对于不同的腐蚀环境以及防腐年限，ISO 12944对防腐涂层系统的选择进行了指导并且规定了涂层系统的最小干膜厚度。例如，对于C4的大气腐蚀环境及高的防腐年限（大于15年），可选用75微米的环氧富锌底漆，150微米的环氧云铁中间漆，以及50微米的聚氨酯面漆，总干膜厚度为275微米。

三、钢结构维护防腐蚀的常用方法

钢材的腐蚀有材质的原因，也有使用环境和接触介质等原因，因此防腐蚀方法也有所侧重。

1、采用抗腐蚀的耐候钢。一般含有磷、铜、镍、铬、钛等成分，使金属表面形成保护层，耐腐蚀性能优于一般结构用钢的钢材称为耐候钢，其低温冲击韧性也比一般的钢材好。

2、长效防腐蚀。金属保护层是用具有阳极或阴极保护作用的金属或合金，通过电镀、热镀、喷镀、化学镀和渗镀等方法，在金属表面上形成金属保护层来隔离金属与介质的接触，或利用电化学作用对金属加以保护，防止腐蚀。主要有热浸锌、热喷铝（锌）复合涂层两种方法。

3、化学保护层法，是用化学或电化学的方法，使金属表面生成具有耐腐蚀性能的薄膜，以隔离金属与腐蚀介质接触，如钢铁的钝化和磷化处理。

4、普通涂层法，是用涂料、塑料或搪瓷等材料，通过涂刷、喷涂等方法，在金属表面形成非金属保护膜，使金属与腐蚀介质隔离。钢结构就是利用表面涂装防止腐蚀的。室内钢结构或相对易于维护的室外钢结构多用涂层法防腐，因其防腐蚀性不如长效防腐蚀方法。涂层法施工的第一步是除锈，一般多用喷砂、喷丸除去所有的油污和锈迹。要根据周围的环境选择涂层，而且不同的涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受性。

高性能的防腐涂料通常为三道漆体系：底漆，中间漆和面漆。

(1)底漆含基料少，粉料多，成膜粗糙，与钢材粘附力强，与面漆结合性好。在腐蚀性强的环境中，通常选择富锌底漆。在腐蚀性较弱的环境中，通常选择磷酸锌底漆。环氧富锌底漆与无机硅酸锌底漆相比具有以下优点：其一在底漆与中间漆之间，不需要封闭漆；其二对空气湿度不敏感，因为环氧富锌底漆一般是基于环氧树脂、聚胺或聚酰胺的固化机制，不需要空气中的水分参与固化；其三可自身修补，且具有较强的结合力。目前，环氧富锌底漆已被广泛地应用于钢结构的防腐。

(2)高性能涂装体系的中间漆通常为环氧云铁漆，相互交错的层片状的云铁会有效地阻滞水分、氧及电解质的渗透，从而使中间漆具有更好的阻隔保护功能。另外，环氧云铁中间漆中的云铁能够延长涂覆面漆的时间窗口，改善涂覆的性能。

(3)面漆的基料多，成膜有光泽，能保护底漆，并能抗风化。由于大多数钢结构建筑有防止光泽度丧失及褪色等要求，所以采用保色性和保光性好的高性能面漆可以节约大量的后期维修费用。

涂层的施工要有适当的湿度和温度。涂层的施工环境粉尘要少，构件表面不能有结露。涂装后4小时之内不得淋雨。涂层一般做4~5遍。

四、钢结构防腐蚀工艺的相关问题

钢结构设计中的构件尺寸要与防腐蚀工艺相协调。如果采用热浸锌方法作长效防腐蚀处理时，构件长、宽、高均受热浸锌镀槽尺寸的限制。

防腐蚀工艺流程对钢构件构造处理有不同要求。例如热浸锌时，构件整体受高温作用，因而管状构件不允许两端封闭，若有封闭空腔则会在镀锌时由于内部空气膨胀而爆裂，造成安全事故。为了解决管状构件内部防腐蚀处理的不便，在采用热喷铝复合涂层或涂层法时，要将管状构件两端作气密性焊接封闭。

钢结构构件或钢板焊接连接时，若互相之间有贴合面，则在贴合面内的防腐蚀处理会不彻底，经长期锈蚀会影响结构的耐久性，因此应该避免。现场焊接之前应将焊缝附近的防腐蚀层清除，这也就破坏了防腐蚀涂层。对于油漆等涂料，只要重新涂覆即可。对于长效防腐蚀涂层，如热喷铝或热浸锌，现场很难恢复，因而只能用效果相近的涂料作补救处理。

【参考文献】

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［２］彭晓彤,林晨,满杰. 轻钢结构住宅体系发展现状[J]四川建筑科学研究, 2005,(06)