耐候钢致密层形成过程浅析

张国学，刘 延，樊世强，宋松林，翟晓亮

（1.西安德信北路建设工程有限公司，陕西 西安 710018；2.中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710032）

研究表明，耐候钢在大气中长期暴晒，可以生成致密锈层降低腐蚀速率[2]。这种致密锈层本文将它称为耐候钢的致密层，致密层形成存在一个过程。这里采用三种不同的实验环境对耐候钢进行处理并观察致密层形成的全过程，意在揭示耐候钢致密层形成中存在的规律性。

1 试验

1.1 试验材料

试验试样采用的耐候钢为Q345qENH钢板，相关的化学成分见表1。试样规格为70mm*200mm*16mm。

表1 试验钢的化学成分[3]

1.2 试验条件

温度：（-10～40）℃；

相对湿度：（50～70）%；

气候类型：温带大陆性季风气候；

年平均降雨量：572mm；

年日照时数（h）：1500h；

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硫酸根离子沉积速率：64.82mg/m2*d；

氯离子沉积速率：0.59mg/m2*d；

降水PH值：5；

盐酸浓度：4*10-4mol/L；

硫酸浓度：1.72*10-2mol/L。

1.3 试验方法

将准备好的试样做除锈处理，并用相关试剂清洗洗去表面的杂质。

将除锈处理好的试样分成三组分别采用大气曝晒、干湿交替循环以及化学试剂促锈法处理。过程中观察并记录试块的表面情况、致密层厚度、试块重量。

2 试验结果分析

2.1 大气曝晒结果

下图1～图2为大气曝晒组的实验照片。

图1 大气曝晒南北12月、1月、3月对比

图2 大气曝晒东西12月、1月、3月对比

试验结果（图1、图2）表明，处理过的试样在大气曝晒的过程中的腐蚀情况较为稳定，实验面向南北和实验面向东西对腐蚀的情况来说没有明显的影响，腐蚀程度基本一致。

下图3～图4为洒水组的实验照片。

图3 洒水2h12月、1月、3月对比

试验结果（图3、图4）表明，洒水的频率对试样锈蚀的速度有明显的影响，2h组的锈蚀程度要强于5h组的试样。

图4 洒水5h12月、1月、3月对比

下图5～图6为大气曝晒组的实验照片。

图5 盐酸3h12月、1月、3月对比

图6 盐酸4h12月、1月、3月对比

试验结果（图5、图6）表明，盐酸的喷洒频率对试样锈蚀的程度有明显影响，三小时组的试样锈层表面颜色更深更均匀一些。

图7 硫酸3h12月、1月、3月对比

图8 硫酸4h12月、1月、3月对比

试验结果（图7、图8）表明，试样的锈层颜色越来越深，尤其是3h组的试样，再次说明喷洒频率对试样表面锈层有影响。

试验结果（图1～图8）表明，对于不同的处理方式对于试样表面的锈层生成情况有明显的差异。其中图5图6中盐酸组的锈层表面的生成情况为颜色最深最均匀。不同的处理方法得到的腐蚀速率不同，致密程度盐酸组与硫酸组结果相近，大气曝晒和和喷水作用的效果大致相同。

2.2 试块重量结果

图9 锈层重量图

由图9表明，在0h～400h内锈层的重量增加较快，400h～700h内重量增速放缓，分析原因主要是已经形成的锈层阻碍了新锈层的形成，导致速率放缓，在2000h范围，锈层重量减小，之后再次走高，分析在此时段内有掉皮现象。

实验起始阶段试样的的重量增加HCL的速度最快，H2SO4次之，大气曝晒再次，H2O最慢。

2.3 试块致密层厚度

图10 锈层厚度图

由图10表明，在0h～400h内锈层的厚度增加较快，400h～700h内厚度增速放缓，结果与表1结果相印证，700h～2000h内锈层厚度处于增加阶段，此时段内重量减少，分析原因，可能锈层蓬松，致密层结构稀疏，有鼓包现象和掉皮现象。

试样的锈层生长的速率HCL＞H2SO4＞大气曝晒＞H2O。

3 结论

（1）喷洒盐酸等试剂对耐候钢致密层的形成具有显著的促进作用。（2）不同试剂喷洒对耐候钢致密层形成的影响不同，盐酸喷洒的一组形成致密层的速度最快，其次是硫酸喷洒的一组，再次是水喷洒的一组，大气暴晒的速度最慢。（3）喷洒频率对耐候钢致密层形成有一定的影响。（4）氯离子对于耐候钢致密层形成的影响强于硫酸根离子。（5）喷洒盐酸溶液的耐候钢初期腐蚀速率最快，钢板表面致密层最早稳定。（6）温度和湿度对致密层的形成影响非常大，温差越大，湿度越大，形成的致密层越粗糙，不稳定。