鋼結構的防腐蝕結構設計

魏家圣

【摘要】要有效防止鋼結構腐蝕狀況的產生，不僅可以采取一些常規的鋼結構防腐措施，也可以在結構設計上進行改善。一方面，可以通過合理的設計盡可能的避免構件縫隙腐蝕的產生，這能夠降低很大程度的鋼結構腐蝕現象。另一方面，可以通過結構設計的完善來防止鋼結構的應力腐蝕，這些都是工程中很值得采取的鋼結構防腐的結構設計模式。本文對此進行了分析研究。

【關鍵詞】鋼結構；防腐蝕；結構；設計

鋼結構腐蝕的現象時有發生，這種現象不僅會使得構件的強度與剛度直接降低，腐蝕嚴重時還會發生結構斷裂等問題，這很容易造成安全事故與安全隱患。防止鋼結構腐蝕的方式有很多，從結構設計上進行完善是很有效的一種模式，這能夠很好的避免腐蝕現象的產生與惡化。

一、鋼結構的腐蝕原因及危害性分析

1. 防腐因素分析

經試驗和研究表明，鋼鐵與周圍環境（介質）之間發生化學或電化學作用而引起的破壞或變質?；蛘哒f，鋼鐵的腐蝕是發生在鋼鐵與介質間的界面上。由于鋼鐵內部含有不同比例的其他金屬雜質，所以它們內部的金屬之間則存在具有不同的電極電位，分別產生得到電子或失去電子的不同變化傾向，因此引起其內部發生局部的微電池現象。當有水和氧氣存在時，就會發生電化學的腐蝕過程，即鋼鐵的表面構成原電池的陽極，溶解質則變化為鐵離子，鐵離子與陰極生成氫氧根離子反應，生成初步的腐蝕產物—氫氧化低鐵，再被空氣中的氧進一步氧化變為三氧化二鐵（鐵銹）。鐵銹具有一定的吸濕性，能夠吸收外部大量水分，致使銹蝕層慢慢地進行膨脹，形成疏松的結構層，并使腐蝕向內部繼續擴展，不停地進行腐蝕鋼結構。同時，在鋼鐵被腐蝕的最終生成物中，含有與鐵銹分離開的硫酸（H2SO4），有反復地、循環地使腐蝕情況加劇，直至鋼結構徹底損壞。鋼鐵的腐蝕速度與環境、溫度、濕度及有害的介質存在有關，并成正比關系，其中濕度起決定因素。

2. 腐蝕的危害性分析

鋼結構的腐蝕危害性十分明顯，會使得構件的強度與剛度直接降低，腐蝕嚴重時還會發生結構斷裂現象，這很容易造成安全事故與安全隱患。鋼結構腐蝕的一個重要特點就是其不均勻性，腐蝕通常發生在陽極的表面，腐蝕一旦產生往往會逐層深入，腐蝕的面積會不斷增大。這會使得載荷截面積不斷減小，當鋼結構在腐蝕位置集中受力時很容易導致腐蝕坑底的電位急劇變化，腐蝕隨之進一步加劇。這種連鎖反應是鋼結構腐蝕危害性的直觀體現。

二、常用的防腐方式

1. 熱浸鋅防腐技術

這是一種最為常見的防腐手段，很多鋼結構的防腐都會采取這種方式。熱侵鋅防腐就是將銹漬去除后的鋼結構侵入600℃左右融化了的鋅液中，讓鋼結構表面均勻附上一層鋅涂層。這種技術相對來說操作十分簡單，并且能夠達到很長時間的防腐性能，在正常大氣環境條件下可以提供大概10年的有效保護期。

2. 重防腐涂料涂層技術

重防腐涂料涂層技術即涂層設計由底漆、中間漆和面漆組成的多層涂裝體系；它的防腐涂裝工藝和涂料品種都非常相似，油漆品種均為環氧云母氧化鐵中間漆、環氧（無機）富鋅底漆和環氧類或聚氨酯類或氯化橡膠面漆等組成。防腐底漆中如添加鋅粉（如富鋅底漆），對鋼鐵提供陰極保護。涂層對鋼結構提供的腐蝕保護以機械屏蔽的隔離防護為主，涂層的老化、粉化使這種隔離作用減弱或失去作用。

3. 熱噴涂鋅或鋁涂層技術

熱噴涂鋅或者鋁涂層技術是隨著火焰噴涂與電弧噴涂技術的產生而逐漸演變得來的，使用的涂料也在慢慢發生變化，從最初的鋅涂層變為鋁涂層又發展為鋅鋁合金等。這種技術的生產效率較低，且需要的勞動強度明顯更大，會極大的提升鋼結構的防腐加工工期。然而，這種技術也具備其顯著的優越性，最大的一點便是它的防腐壽命非常長，正常情況下可達到30-50年的保護期，并且防腐效率也是普通防腐技術的數十倍。鑒于這一技術的特點，在具體的工程中會依據相關情況來做出適宜的選擇。

三、鋼結構的防腐蝕結構設計

1. 縫隙防腐蝕的結構設計

縫隙腐蝕是鋼結構的腐蝕中最為常見的一種，這也是一種最為典型的局部鋼結構腐蝕的范例。縫隙腐蝕一般發生于金屬表面的縫隙中，尤其是對于橋梁結構而言，其結構相對更為復雜，存在的縫隙也更多，發生縫隙腐蝕的幾率也會增大。然而，并不是只有存在縫隙時才會發生鋼結構的縫隙腐蝕，對于一些鋼結構表面布滿灰塵與泥沙的情況下也會發生這種腐蝕狀況。防止這種腐蝕的最直觀的方法就是在結構設計時盡可能的避免縫隙的形成，并且盡可能的避免容易產生表面沉積的各種條件。對于容器的設計則盡可能的避免尖角或死角，以免結構吸水后形成腐蝕。這些都是很實用的防止縫隙腐蝕的結構設計模式。

2. 防止應力腐蝕的結構設計

應力腐蝕是指在一定的環境條件下，構件本身或者外加于其上的應力伴隨腐蝕作用而產生的金屬早期破裂的現象。這種腐蝕通常發生在合金上，其對于應力腐蝕的敏感度更高，對于純金屬很少會產生應力腐蝕的狀況。然而，也并不是在任何環境下合金都會發生應力腐蝕，只有處于一些特定條件下，如不銹鋼處于海水中或者是碳鋼處于硝酸溶液中時合金才會發生應力腐蝕現象。想要避免這種腐蝕最直觀的方法就是盡可能的降低外力或者是施加于其上的應力，這能夠很大程度防治應力腐蝕的產生。此外，改變構件的腐蝕性，例如添加相應的緩蝕劑或者選用一些耐應力腐蝕的材質，這也能夠有效防治應力腐蝕的發生。

結語：想要有效防止鋼結構腐蝕狀況的產生，這不僅可以采取一些常規的鋼結構防腐措施，這也可以在結構設計上進行改善。一方面，可以通過合理的設計盡可能的避免構件縫隙腐蝕的產生，這能夠降低很大程度的鋼結構腐蝕現象。另一方面，可以通過結構設計的完善來防止鋼結構的應力腐蝕，這些都是工程中很值得采取的鋼結構防腐的結構設計模式。

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