钢结构的防腐处理

(成都理工大学 四川 成都 610059)

引言

钢结构相比于传统的钢筋混凝土结构而言，材料的强度、塑性、韧性更高，同时具备质量轻，制造简便，施工周期短的优点。是更加环保，有利于可持续发展的建材，因而钢材在建筑业中得到了广泛应用。但钢结构的耐腐蚀性差，如果长期暴露在空气中受到雨水的侵蚀就会发生比较严重的锈蚀，不仅造成经济损失，也给结构的安全带来隐患，因此钢结构建筑的防腐处理具有重要的经济和社会意义。

一、常见的钢结构腐蚀原因

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，铁被氧化成铁离子进入水膜。水中溶有来自空气的氧，在阴极区，氧被还原成氢氧根离子，两者结合成不溶于水的氢氧化亚铁，并进一步氧化生成疏松易剥落的铁锈氢氧化铁。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。

钢材腐蚀的危害。钢材腐蚀的危害性在于它是一种不均匀的破坏，损伤发生在阳极表面，一旦出现腐蚀坑，往往向纵深发展。覆盖有腐蚀产物的腐蚀坑的低部是小阳极，而暴露在大气中的金属表面是大阳极，阳极面积小，电流密度大，因此腐蚀发展快。腐蚀坑底部由于缺氧而酸化，造成自催化作用，而大大加快坑底向纵深发展的速度，这就是所谓的闭塞电池现象。从而引起构建的应力集中，而盈琉璃集中又腐蚀坑底电位变负，加速腐蚀过程，这种相互反馈的连锁反应是应力腐蚀的一种形式。这会造成钢材冷脆性能下降，在无明显的变形征兆情况下突然发生脆性断裂，尤其在冲击荷载作用下危险性更大。

二、钢结构的防腐方法

采用防护层是目前防止钢结构腐蚀的通用方法，常用的保护层有以下几种。

(一)金属保护层。金属保护层是用具有阴极或阳极保护作用的金属或合金，通过电镀、喷镀、化学镀、热镀和渗镀等方法，在需要防护的金属表面形成金属保护层(膜)来隔离金属与腐蚀介质的接触，或利用电化学的保护作用使金属得到保护，从而防止腐蚀。

(二)化学保护层。通过化学或电化学方法使钢材表面生成一种具有耐腐蚀性能的化合物薄膜，以隔离腐蚀介质与金属的接触，来防止对金属的腐蚀。

(三)非金属保护层。用涂料、塑料、搪瓷等材料，通过涂刷和喷涂等 方法，在金属表面形成保护膜，使金属与腐蚀介质隔离，从而防止金属的腐蚀。

(四)钢材表面处理方式。建筑防腐蚀工程现场施工常采用：喷射或抛射除锈、手工和动力工具除锈。建筑构配件的车间制作常采用：喷射或抛射除锈、手工和动力工具除锈、化学除锈或火焰除锈。各种处理方法的质量要求如下。

1.喷射或抛射除锈喷射或抛射除锈等级，分为 Sal 级、Sa2 级、Sa2.5 级和 Sa3 级。Sal 级：钢材表面无可见的油脂和污垢，并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等。Sa2 级：钢材表面无可见的油脂和污垢，并且氧化皮、铁锈和涂料涂层等附着物已基本清除，其残留物是牢固可靠的。Sa2.5 级：钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和涂料涂层等附着物任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑。Sa3 级：又称“出白级”，是一种较为理想的状态。对化工设备内表面防腐蚀需要有此规定，建筑防腐蚀钢结构的处理一般没有必要如此严格。

2.手工和动力工具除锈手工和动力工具除锈等级，分为 St2 级和 St3级。

St2 级：钢材表面无可见的油脂和污垢，并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和涂料涂层等。St3 级：钢材表面无可见的油脂和污垢，并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和料涂层等附着物。

三、防腐案例分析

(一)苏通大桥

苏通大桥是交通部规划的黑龙江嘉荫至福建南平国家重点干线公路跨越长江的重要通道，主桥结构形式为双塔双锁面钢箱梁斜拉桥，主跨2088m，在同类型桥梁中举世界第一。苏通大桥钢桥面防腐涂装过程中行车道、中分带面积为69530m2，检修道涂装面积为8352m2。行车道、中分带抛丸除锈要求达到GB8923-1988的Sa2.5级，粗糙度Rz为40um～80um,环氧富锌底漆干膜厚度60um～80um。

检修道采用重防腐涂装体系，抛丸除锈达到GB8923-1988要求的Sa2.5级，粗糙度达到40um～80um，总漆厚度380um。苏通大桥钢桥面防腐涂装工程，主要在施工过程中对漆膜表面、漆膜厚度、抗拉拔强度几方面进行了检测与控制。油漆表面色泽均匀，漆膜无流挂、针孔、气泡、裂纹等缺陷。漆膜厚度按50点/1000m2进行了检测，共测3500点，98%的部位均满足设计文件的要求，局部偏薄的地方经补涂检验也符合要求。抗拉拔强度(漆膜7天后)按6点/1000m2进行了检测，共测390点，全部满足要求，最高点达19MPa以上。

(二)鸟巢防腐技术

鸟巢外形结构主要有巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱。国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为3323.3米，短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。

鸟巢所用钢材名为Q460EZ235，是顶级的建筑用钢，“460”指钢材的强度，表明这种钢的强度是普通刚材的 两倍，“E”是指负40度的冲击韧性指标，这表明此钢的韧性十足，而“Z235”则表明“鸟巢”钢材的性能是最高级的。鸟巢即便在承受460兆帕的外力后，依然可以恢复到原有形状。这意味着如果北京再次遭受到上世纪70年代唐山大地震一样的地震波及，鸟巢依然能保持原状。

鸟巢钢结构的防腐工程是国内建筑钢结构加注防腐涂料程序最多的一次。作为目前世界最大的繁体钢结构工程，鸟巢的钢结构涂装面积达到28.4万平方米。鸟巢将戴6层防腐面具，可以保持25年。鸟巢的钢制品在原产地就要刷上底漆和封闭漆，分别为黄色和红色，这是头两道防腐面具。然后，再把所有的钢制品集中到工地，涂上中间漆和氟炭色漆，是第三道和第四道工序。从第四道开始，涂料的颜色就变成灰色。之后，喀什钢结构的上架和组装，依次上面漆和罩面漆。

四、结语

钢结构是环保、可持续发展的优质建材，在建筑业中有着广泛应用。但它的承载能力会随着腐蚀的影响而退化，造成经济损失和安全隐患。所以必须要做好钢结构的防腐处理，延长它的使用功能和使用寿命，这具有重要的经济和社会意义。