钢结构的腐蚀机理及防护工艺

张英杰

（大庆油田第四采油厂工艺研究所，黑龙江 大庆 163000）

1 钢材的腐蚀机理和产生的危害

1.1 钢材的腐蚀机理

钢材的腐蚀主要有两种，一种是化学腐蚀，另一种为电化学腐蚀；化学腐蚀是指在一定温度和湿度下，钢材与周围环境中的介质发生氧化反应；电化学腐蚀是钢材与周围环境中的电解质溶液形成原电池，溶液中的钢材Fe被氧化成Fe2+，O被还原成OH-，Fe2+和OH-生成Fe（OH）2，Fe（OH）2是一种不稳定的物质，在电解质溶液中继续氧化，最终在钢材表面生成稳定的Fe（OH）3，使钢材不断溶解，电化学腐蚀是钢材腐蚀的主要形式。

1.2 钢结构腐蚀的危害

钢结构的腐蚀主要是因为电化腐蚀，是不均匀的，一般是先在阳极附近出现腐蚀坑，然后向钢材的纵深方向发展，形成大电流的小阳极大阴极形式的原电池，腐蚀速度加快；腐蚀坑处应力逐步集中，使钢材抗冷脆能力降低，容易发生脆断，随着腐蚀的加快，钢结构的整体承载力会不断下降，在荷载的作用下，会发生疲劳破坏，影响结构安全，给工程项目带来事故隐患[1]。

2 钢结构的腐蚀主要影响因素

钢结构设计中，确定其防腐方案是其中的难点之一，这关系到钢结构的使用寿命及工程的安全。

2.1 钢材材质

钢结构材质选择过程中，设计人员对钢结构所处的环境—空气或土壤中化学成分构成、含量，湿度、温度等参数未委托第三方机构进行检测，导致选择的钢材自身抗蚀性能不良。

2.2 钢材截面尺寸

钢材的截面尺寸计算过程中只考虑了荷载、自重，腐蚀余量取值过小等，会导致截面尺寸较小，未达深度腐蚀结构就会在荷载的作用下遭到破坏。

2.3 防腐涂料

不同的涂层具有不同的保护时间，保护方式也不同，有的涂料只具有简单的屏蔽作用，保护时间有限，而有的涂层兼具阴极保护功能，保护时间较长，因此设计中要核定钢结构的使用寿命，来确定防腐涂层种类。

2.4 牺牲阳极保护

一些重要钢结构的设计中，往往选用牺牲阳极保护方式，影响该保护方式的因素较多，钢结构的重要性、 使用年限，土壤电阻率，牺牲阳极材质、接地电阻、埋深、埋设方式等。

3 钢结构腐蚀的防护工艺

3.1 选用特殊钢材

耐候钢是一类特殊钢材，其化学性能及抗腐蚀性能优于普通结构钢，是钢材在冶炼过程中，根据需要填加一些诸如铜、磷、铬、镍、钛等化学元素，以在钢材表面形成一层保护膜，提高钢材的耐腐蚀性能。耐候钢造价比较高，一般用于特殊的钢结构或某些处于特殊环境中的钢结构。

3.2 钢材表面涂层

钢结构的防腐涂层，分为金属涂层和非金属涂层。金属涂层是采用不同的工艺，如热镀、电镀、化学镀等，在金属表面形成合金或金属保持护层，一方面将被保护的钢材的腐蚀介质隔离开来；另一方面保护层可以作为原电池的阴极或阳极，来保护钢材免受电化学腐蚀，此类涂层保护效果好、年限长，一般应用于防腐标准较高的钢结构中；非金属保护层一般分底漆和面漆，如各种涂料、搪瓷、烯类产品等，在喷砂或机械除锈后，采用喷涂、涂刷等方法先底漆后面漆的施工顺序而形成的保护层，此类保护层只是起到钢材与腐蚀介质的隔离作用，常见用于使用年限较短的普通钢结构。

3.3 采取牺牲阳极保护工艺

钢结构的牺牲阳极阴极保护法，主要用于较重要的建构筑物，且需要的保护电流较小，土壤电阻率较低的环境中。该工艺一般将外加金属作为阳极，因阳极在人为形成的原电池中流出电流而逐渐溶解消耗，使金属结构获得保护，此工艺主要是防止电化学腐蚀对金属结构造成的破坏。目前广泛应用的阳极材料主要有：锌合金、镁合金、铝合金等，但铝基阳极目前尚未在土壤环境中应用，主要应用于盐度较大或海洋环境中。

4 结语

综上所述，钢结构腐蚀方案的确定，是设计中的难点，选用何种防腐方式必须综合分析金属结构所处的环境、施工条件、工程造价等因素，详细分析腐蚀机理，进行方案优化分析，以得到最佳设计方案，保证钢结构的工程质量。