工业建筑结构设计中的防腐设计研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 16 日 作者简介：苏敏（1984），女，内蒙古卓资人，本科，高级工程师，研究方向为工业建筑结构设计。-49-工业建筑结构设计中的防腐设计研究 苏 敏 赵 亮 梁东悦 华商国际工程有限公司，北京 100069 摘要：摘要：为保证工业建筑的安全使用，必须对其进行防腐。本文就工业建筑的防腐蚀问题进行了探讨。本文首先阐述了我国工业建筑结构设计的背景、意义，并对其进行了初步的防护设计。阐述了防腐设计的概念、原理、目标及分类。在此基础上，详细介绍了当前工业建筑结构中常见的锈蚀形式、锈蚀对结构的影响和常见的防腐蚀材料。文章还讨论了如何选用和处理、监测和维修等问题。可以进一步丰富和完善我国工业建筑的抗腐蚀设计理论与方法，并为以后的工程建设提供一定的参考依据。关键词：关键词：工业建筑；结构设计；防腐设计 中图分类号：中图分类号：U416.1 0 引言 腐蚀是影响建筑物安全可靠使用的重要因素之一。因此，对建筑结构进行合理的防腐蚀设计，对于提高结构的服役寿命、减少维修成本、保证设备及人员的人身安全具有重要意义。文章介绍了我国工业建筑结构防腐蚀设计的现状，并对其进行了探讨。文章从腐蚀设计的基本原理、常用的腐蚀形态及影响、防腐材料的选用与设计等几个方面进行了系统的探讨，以期为工程人员提出合理的防护方法，保证结构的长期稳定使用。1 防腐设计的基础知识 1.1 防腐设计的定义与概述 抗腐蚀设计是指在设计产品或装备时，要考虑防止腐蚀的问题，从而保证产品及设备长期稳定地运行。防腐蚀设计包括选材、结构、涂层技术等。其目的在于避免由于介质的侵蚀对产品和设备造成损害，达到延长其使用寿命、降低维修成本和降低对环境的污染的目的。在材料的选用上，应综合考虑其化学稳定性、耐蚀性和力学性能。常见的防腐蚀材料有不锈钢，镀锌板，塑料，陶瓷等.在结构设计上，应充分考虑其服役环境、受力状况、排水通风等因素，避免因积水、积尘等现象而加快锈蚀。同时，在结构的设计中还应该考虑到容易清洗维修的因素，这样才能对腐蚀问题进行及时的检测和治理1。1.2 防腐设计的原则与目标 选用适当的材料是防腐蚀设计的一项重要原则。在设计初期，就要考虑到材料的耐蚀性，尽可能选择不锈钢、合金等具有良好耐蚀性的材料。另外，为了提高耐蚀能力，还应对材料进行热处理及表面处理。在设计阶段，必须对其所处的工作环境进行全面的考虑。不同的环境会对制品产生的腐蚀作用不尽相同，如海洋、化学环境等，它们具有自己特有的腐蚀特征，所以在设计时要有针对性地进行防护，如增加涂层厚度，设计防护罩等。降低腐蚀的发生与扩大是防腐蚀设计的一个目标。通过改变构件的构型，减少潜在腐蚀介质的积累，改善材料的表面平整度，可以减少构件的腐蚀。防腐蚀设计应着眼于便于维修。在设计阶段就要对产品进行后期的维修与维修，以保证设备在使用过程中能够及时地发现和解决腐蚀问题，从而达到延长其使用寿命、减少维修费用的目的。1.3 防腐设计的分类与方法 防腐蚀设计的种类与方式有很大的不同，主要有表面处理，材料选用，涂层防护，阳极保护等。首先，通常用来进行防锈处理。在金属材料的表面镀上一层氧化膜，镀锌层，电镀层等，使其与外部的腐蚀性介质隔离，从而达到防腐的目的。例如，对钢材，可采用镀锌或喷防锈涂料等方法对其进行表面处理。防护涂层是另外一种常见的腐蚀保护方法。为避免腐蚀性介质与金属表面直接接触，在金属表面进行中国科技期刊数据库 工业 A-50-防腐处理。在选用涂层的时候，要考虑到使用环境，材料特性等方面的因素。另外，阳极保护也是一种有效的防腐蚀方法。该方法是在阳极表面形成一层保护膜，使阳极区的金属发生氧化，以实现对阴极的腐蚀。此外，还可以采用电化学腐蚀、电位腐蚀等方法进行阳极保护。2 工业建筑结构设计中的防腐问题 2.1 工业建筑结构常见的腐蚀形式 工业建筑结构普遍存在大气腐蚀、水腐蚀、化学腐蚀、微生物腐蚀等多种腐蚀形式。它们与金属表面反应生成氯化物和氧化物等腐蚀产物，造成金属表面的腐蚀失效。其次是水的侵蚀，在工业厂房中，经常会受到雨水以及生产时的湿度等因素的作用，导致金属表面长时间处于湿润的环境中。尤其是在海水中，海水中的盐雾会加剧金属构件的腐蚀，使其加速腐蚀。与此同时，化学腐蚀也是一种普遍存在的腐蚀现象。在工业生产过程中，会生成酸、碱、有机溶剂等化学物质，这些化学物质对金属结构具有强烈的腐蚀性，加速其损坏。在高温潮湿的环境中，微生物（如细菌、真菌等）会在金属表面生成生物膜，并以其代谢产物对金属进行腐蚀。了解和防治工程中常见的腐蚀形态，对制定合理的保护措施、延长使用寿命、降低维修成本具有重要意义。2.2 腐蚀对工业建筑结构的影响 在工业建筑物中，锈蚀是一种非常严重的危害，严重时会造成建筑物的破坏，甚至危及生命。在工业生产中，腐蚀一般是由化学物质，湿度，温度等因素造成的。下部侵蚀会导致金属构件的材质变薄。金属与腐蚀介质接触后，会产生氧化作用，造成金属层的腐蚀与流失。这类材料的减薄会降低结构的强度与稳定性，从而提高结构的失效几率。同时，腐蚀也会引起建筑物的氧化腐蚀。金属一旦被氧化，就会丧失其原有的强度和耐用性。锈蚀会造成金属构件的表面粗糙化，从而加快锈蚀进程。这些缺陷不但影响了建筑物的外形，而且也破坏了保护层和涂料，使得金属材料在腐蚀中变得更加脆弱。同时，锈蚀也会引起构件的疲劳及应力集中。在侵蚀过程中，金属构件会出现微裂缝，并随时间不断扩大。这些裂缝将导致结构强度下降，从而更易导致疲劳失效。同时，钢筋锈蚀也会引起局部区域的应力集中，从而加大了构件的失效概率。锈蚀也会对建筑物的可靠度及使用寿命产生影响。腐蚀不仅降低了结构的可靠度，而且也提高了维护费用。若不加以有效治理，将造成结构破坏甚至坍塌，危及工业建筑及人身安全2。2.3 工业建筑中常见的防腐材料及其特点 在工业化的过程中，化工、发电厂、冶炼厂等各类工业厂房纷纷涌现，它们面临着强腐蚀的环境与介质。所以，在建筑工程中，如何选用抗腐蚀材料是非常重要的。在工业建筑中，常用的防腐蚀材料种类繁多，各有特色，应用领域也各不相同。首先，不锈钢是由铬、镍等金属构成的一种优良的抗腐蚀性材料，它的抗氧化性、耐酸碱、耐高温。所以，它被广泛地应用于各种管道，容器，设备等领域，并能起到很好的防护作用。同时，该材料的强度高、寿命长，可满足长寿命的需要。其次，就是玻璃纤维。玻璃钢（也叫补强塑料）是一种以玻纤与树脂复合而成，具有良好的抗腐蚀性及力学性能的复合材料。该产品质轻，强度高，耐腐蚀，绝缘性能好，可任意加工成型。所以，它经常被用来做储罐、管道和管道的防腐蚀设施。第三种普通的防腐剂是 PVC。聚氯乙烯是一种常用的塑胶原料，它的耐蚀性很好。抗腐蚀性强，耐酸碱，耐腐蚀性强，耐高温，耐老化等特点。PVC 是一种广泛应用于工业建筑物中的管道、管件、板材等部件，对设备及结构起到了很好的防护作用。3 工业建筑结构设计中的防腐设计方法 3.1 防腐设计的整体思路与步骤 为了保证在严酷的条件下，长期使用的结构具有良好的耐腐蚀性能，防腐蚀设计是一项十分重要的工作内容。首先，要理解行业的情况：在做防护设计前，必须要有一个完整的工业环境的知识。这涉及到对周围环境中的腐蚀性介质的类型，浓度，温度，湿度等的影响，和对建筑物的腐蚀失效模式的理解。只有在充分认识环境的基础上，才能制定出有针对性的防腐蚀方案。其次，选用适当的材质：应针对所处的工作环境及腐蚀性介质的特性，选用具有良好抗腐蚀性的材质。常见的防腐蚀材料有不锈钢，镀锌钢，铝合金等.在选用材料时，要综合考虑耐腐蚀、机械性能、成本及可加工性。与此同时，化学腐蚀也是一种普遍存在的腐蚀现象3。在工业生产过程中，会生成酸、碱、中国科技期刊数据库 工业 A-51-有机溶剂等化学物质，这些化学物质对金属结构具有强烈的腐蚀性，加速其损坏。在高温潮湿的环境中，微生物（如细菌、真菌等）会在金属表面生成生物膜，并以其代谢产物对金属进行腐蚀。了解和防治工程中常见的腐蚀形态，对制定合理的保护措施、延长使用寿命、降低维修成本具有重要意义。3.2 结构材料选择与处理 在此基础上，提出了一种适用于工业建筑结构的防腐蚀设计方法，以保证其长期稳定工作，提高其服役寿命。其中，结构材料的选用和处理是工程结构防腐蚀设计中最重要的一环，它直接关系到工程结构的耐久性与抗蚀性。在材料的选用上，采用不锈钢、镀锌钢、耐蚀合金等具有优良抗腐蚀能力的材料，可以有效防止化学腐蚀、电化学腐蚀、微生物腐蚀等腐蚀。除选用材质以外，表面镀层，热镀锌，阳极保护等防护措施也是非常重要的4。比如，在构件表面涂敷防腐涂料或者热镀锌，可以在构件表面形成一层保护层，从而使构件与腐蚀介质之间的直接接触，从而减缓构件的锈蚀速度，减缓构件的老化与损伤。在此基础上，提出了一种基于阳极保护的方法，即在金属构件上施加电流或在其表面涂覆一层防护膜，以达到改善其抗腐蚀性和延长其使用寿命的目的。3.3 防腐设计的监测与维护 为了保证工业建筑物的长期服役，对防腐蚀设计进行监控和维修至关重要。通过对结构进行定期的检查与维修，能够对构件内部出现的锈蚀问题进行及时的检查与维修，保证了构件在服役过程中的完好性，从而达到提高构件服役寿命的目的。在防腐蚀设计中，周期性测试是一个非常重要的步骤。定期检查的目的是为了了解建筑物的腐蚀状况，找出可能存在的问题。目前常用的测试方法有非破坏性测试、目视检验等5.超声波、X 射线等非破坏性检测方法能够探测到构件的内部，从而找出潜在的锈蚀部位。目视检验是指对建筑物的表面进行直接观察，以找出明显的锈蚀痕迹。对建筑物进行周期性的检查，可以较早地掌握建筑物的腐蚀情况，对今后的维修具有重要意义。维护是防腐蚀设计中的一个关键环节。维护工作的首要目标是维护房屋的正常状态，防止其继续侵蚀。维护工作主要有清洁、补漆、更换保护层等。首先，定期清理可以去除建筑表面的尘土，保持建筑表面的清洁和干燥，减少腐蚀的可能性。其次，油漆维护是维护工作中非常重要的一部分。当防腐涂料发生破损、剥落或老化时，必须及时修补或重涂，以确保涂层的完整性及耐腐蚀性。对于长期在用房屋，要采取必要的保护措施和适当的补强措施，才能延长房屋的使用寿命。维护记录和管理是防腐蚀设计中的一个关键环节。维护记录是对维护的时间、内容、方法和结果进行跟踪和分析的一种记录。维护管理就是要建立一套完备的维护计划和制度，确保维护的及时性和有效性。建立维护档案，全面掌握维护状态，以便制定维护计划。4 总结 本文着重介绍了目前常用的不锈钢、玻璃纤维增强塑料、聚氯乙烯及耐酸砖等几种常用的防腐蚀材料。这三种材料各有特点，适用范围广，可用于工业建筑的防腐防护。为了保证设备与结构的防腐性能，延长其使用寿命，提高生产率，应综合考虑服役环境及耐久性。本文简要介绍了它们的特点及应用领域，指出了它们各自的优缺点。掌握其特性，有助于指导合理选用合适的抗腐蚀材料，提高其耐久性能，降低其带来的危害与损失，促进我国建筑行业的可持续发展。参考文献 1胡登先,唐昊.工业建筑结构设计中的防腐设计探析J.城市建设理论研究(电子版),2023(31):181-183.2郭永杰.工业建筑结构防腐设计问题探讨J.居业,2022(07):106-108.3苏丽丽.防腐设计在工业建筑结构中的应用解析J.全面腐蚀控制,2021,35(06):73-74.4刘鑫鑫.工业建筑防腐设计与施工策略J.全面腐蚀控制,2022,36(02):113-114.5瞿晓初.工业建筑防腐和防火设计的探讨J.住宅与房地产,2018(30):80,94.