鋼結構的腐蝕機理及防護工藝

張英杰

（大慶油田第四采油廠工藝研究所，黑龍江 大慶 163000）

1 鋼材的腐蝕機理和產生的危害

1.1 鋼材的腐蝕機理

鋼材的腐蝕主要有兩種，一種是化學腐蝕，另一種為電化學腐蝕；化學腐蝕是指在一定溫度和濕度下，鋼材與周圍環境中的介質發生氧化反應；電化學腐蝕是鋼材與周圍環境中的電解質溶液形成原電池，溶液中的鋼材Fe被氧化成Fe2+，O被還原成OH-，Fe2+和OH-生成Fe（OH）2，Fe（OH）2是一種不穩定的物質，在電解質溶液中繼續氧化，最終在鋼材表面生成穩定的Fe（OH）3，使鋼材不斷溶解，電化學腐蝕是鋼材腐蝕的主要形式。

1.2 鋼結構腐蝕的危害

鋼結構的腐蝕主要是因為電化腐蝕，是不均勻的，一般是先在陽極附近出現腐蝕坑，然后向鋼材的縱深方向發展，形成大電流的小陽極大陰極形式的原電池，腐蝕速度加快；腐蝕坑處應力逐步集中，使鋼材抗冷脆能力降低，容易發生脆斷，隨著腐蝕的加快，鋼結構的整體承載力會不斷下降，在荷載的作用下，會發生疲勞破壞，影響結構安全，給工程項目帶來事故隱患[1]。

2 鋼結構的腐蝕主要影響因素

鋼結構設計中，確定其防腐方案是其中的難點之一，這關系到鋼結構的使用壽命及工程的安全。

2.1 鋼材材質

鋼結構材質選擇過程中，設計人員對鋼結構所處的環境—空氣或土壤中化學成分構成、含量，濕度、溫度等參數未委托第三方機構進行檢測，導致選擇的鋼材自身抗蝕性能不良。

2.2 鋼材截面尺寸

鋼材的截面尺寸計算過程中只考慮了荷載、自重，腐蝕余量取值過小等，會導致截面尺寸較小，未達深度腐蝕結構就會在荷載的作用下遭到破壞。

2.3 防腐涂料

不同的涂層具有不同的保護時間，保護方式也不同，有的涂料只具有簡單的屏蔽作用，保護時間有限，而有的涂層兼具陰極保護功能，保護時間較長，因此設計中要核定鋼結構的使用壽命，來確定防腐涂層種類。

2.4 犧牲陽極保護

一些重要鋼結構的設計中，往往選用犧牲陽極保護方式，影響該保護方式的因素較多，鋼結構的重要性、 使用年限，土壤電阻率，犧牲陽極材質、接地電阻、埋深、埋設方式等。

3 鋼結構腐蝕的防護工藝

3.1 選用特殊鋼材

耐候鋼是一類特殊鋼材，其化學性能及抗腐蝕性能優于普通結構鋼，是鋼材在冶煉過程中，根據需要填加一些諸如銅、磷、鉻、鎳、鈦等化學元素，以在鋼材表面形成一層保護膜，提高鋼材的耐腐蝕性能。耐候鋼造價比較高，一般用于特殊的鋼結構或某些處于特殊環境中的鋼結構。

3.2 鋼材表面涂層

鋼結構的防腐涂層，分為金屬涂層和非金屬涂層。金屬涂層是采用不同的工藝，如熱鍍、電鍍、化學鍍等，在金屬表面形成合金或金屬保持護層，一方面將被保護的鋼材的腐蝕介質隔離開來；另一方面保護層可以作為原電池的陰極或陽極，來保護鋼材免受電化學腐蝕，此類涂層保護效果好、年限長，一般應用于防腐標準較高的鋼結構中；非金屬保護層一般分底漆和面漆，如各種涂料、搪瓷、烯類產品等，在噴砂或機械除銹后，采用噴涂、涂刷等方法先底漆后面漆的施工順序而形成的保護層，此類保護層只是起到鋼材與腐蝕介質的隔離作用，常見用于使用年限較短的普通鋼結構。

3.3 采取犧牲陽極保護工藝

鋼結構的犧牲陽極陰極保護法，主要用于較重要的建構筑物，且需要的保護電流較小，土壤電阻率較低的環境中。該工藝一般將外加金屬作為陽極，因陽極在人為形成的原電池中流出電流而逐漸溶解消耗，使金屬結構獲得保護，此工藝主要是防止電化學腐蝕對金屬結構造成的破壞。目前廣泛應用的陽極材料主要有：鋅合金、鎂合金、鋁合金等，但鋁基陽極目前尚未在土壤環境中應用，主要應用于鹽度較大或海洋環境中。

4 結語

綜上所述，鋼結構腐蝕方案的確定，是設計中的難點，選用何種防腐方式必須綜合分析金屬結構所處的環境、施工條件、工程造價等因素，詳細分析腐蝕機理，進行方案優化分析，以得到最佳設計方案，保證鋼結構的工程質量。