钢结构及防腐.doc

钢结构材料的应用及防腐的研究
【摘要】：土木工程结构常用到两种材料，即钢筋混凝土以及结构钢，对于土木工程来说，不仅要从结构特性的角度考虑，还要考虑施工的成本有效性以及施工有效性文章结合当前土木工程的实际情况，重点阐述和分析了钢结构在土木工程中的应用，以及钢结构防腐的研究；就当前我国钢结构防腐工程中存在的不足进行探讨，针对性地提出相关防腐保护措施，有一定参考价值。本文针对钢筋使用过程中所出现的锈蚀问题，从结构耐久性及经济性两个方面阐述了钢筋锈蚀的危害性。总结了国内外钢筋锈蚀研究的相关组织发展，着重总结了国内外钢筋锈后力学性能、锈蚀对钢筋强度变形的影响。
【关键词】土木工程；钢结构；腐蚀；防腐；

近年来。随着国民经济的迅猛发展，钢材的消费和生产迅猛增长，整个钢铁产业也得到了快速成长。从1996至2004年。我国钢产量由1亿吨增至近2．98亿吨，到2005年钢产量达到了3．48亿吨。2006年我国钢产量达到3．87亿吨，2008年更是猛增至5亿吨。作为建筑结构的主体材料，钢铁材料始终是建筑业费量最大的行业。对于我国目前快速的工业化、城镇化的发展，建筑业起到非常重要的地位．已成为我国国民经济的重要产业之一。钢铁材料的增长一直维持在50％ 以上 。小到民用建筑，大到三峡工程，钢筋都是不可或缺的。
当前，在建筑工程中，钢结构所占比例日益增多。充分发挥了其高强轻质、抗震性能好、工业化程度高、施工周期短、对城市环境影响小等优点．但钢结构也有一个明显弱点——易腐蚀。而钢筋腐蚀是一个比较普遍同时严重威胁结构安全的耐久性问题，在房屋建筑、公路、桥梁、大坝等混凝土结构中普遍存在。花费在各种钢结构的保护上的费用一直都非常的高昂，而且钢筋腐蚀影响结构耐久性，容易造成各种安全隐患，有的甚至造成严重的后果。据不完全统计．国内每年因腐蚀而造成的经济损失在400亿人民币以上．每年9000万t钢产量中。约30％被各种形式的腐蚀消耗掉．给国家和人民带来巨大的损失和安全隐患。因此，加强钢结构防腐问题的研究，对保障钢结构建筑安全有着极其重要的意义
一、 钢结构的特点
钢结构建筑具有不错的节能效果．钢结构建筑热传导低，保温性能好，节能效果突出。与砖混结构建筑相比，节能水平高；在冬夏季空调费可大幅度节约耗电，是目前节能效果显著的住宅产品。有很好的的抗震、抗风性能。钢结构整体刚性好、强度高、重量轻、变形能力强。建筑物自重仅是砖混结构的1／5，抗震性能是砖混结构的2倍以上，并有很强大抗风性能，使生命财产能得到有效的保护。薄墙体，大空间，钢结构建筑采用箱型结构承重体系，平面及空间设计自如，大空间无粱无柱，室内整齐大方。可有效地减少砖混结构墙体占有面积，大大增加使用面积，降低使用者成本。钢结构的废旧利用率较高，是真正的环保建筑。该结构的建筑，能够减少对资源和能源的消耗、减小对生态环境的影响，符合科学发展观的战旅。传统的钢筋混凝土耗材多，建筑垃圾不易回收，对环境影响大。不利于人类的可持续发展。

2 钢结构的缺点
尽管钢结构的刚度要远远大于混凝土，但是对于一个给定的负载，钢结构的构件截面刚度则要小于与其对比的混凝土结构，这主要是因为钢的强度优势导致其构件的尺寸相对较小。因此要提高这些构件的稳定性，就要增加型钢的尺寸或者采取填充混凝~122及外包混凝土的措施，以提高截面的刚度。并且钢材的耐火l『生和耐腐蚀性都相对有欠缺。钢材长期受到100度的辐射热时强度的变化不大，表现出一定的耐热性能，但当温度达到150度时，就要采用隔热层进行保护，并且重要部位的钢结构一定要涂刷防火涂料。

二、钢结构中建筑设计中的问题分析
1、钢结构中建筑设计的防火问题
火灾是对钢结构建筑的最大危害。钢材虽为非燃烧材料，但钢不耐火，温度为400~C时，钢材的屈服强度将降至室温下强度的1／2；温度达到600℃ 时．钢材基本损失全部强度和刚度，因此当建筑采用无防火保护措施的钢结构时，一旦发生火灾，很容易使建筑损坏。从发生的钢结构建筑火灾案例可以发现两类现象：① 防火保护的钢结构在火灾中没有达到规定的耐火时间而破坏；② 防火保护的钢结构在火灾中超过了预期的耐火时间而没有破坏。建筑的构造防火问题一般在钢筋混凝土结构上较易解决，而在钢结构建筑上则需考虑更多的因素，以下为两种常用防火措施：① 采用进口的新型防火板——保全板；②根据钢结构的部位不同分别采用厚型或薄型的防火涂料，并在露明部位加涂装饰漆。
2、钢结构中建筑设计的防腐问题
钢材如果长时间暴露在室外受到风雨等自然力的侵蚀，必然会生锈老化，其自身承载力会下降，建筑的美观也会受影响。因此防腐问题也是钢结构建筑设计需要解决的常见问题，目前的做法主要是采用新型防腐和构造材料。在实际建筑设计中设计人员在遇到钢结构建筑时，对所设计的建筑都做出特别的要求，如涂刷防锈涂料．防火涂料属于油漆类。防火涂料一般做法为先刷红丹防锈底漆2度，再刷钢结构面漆2度(面漆颜色由甲方定1。另外对钢结构建筑的钢结构构件施工也有确定的要求，如构件出厂前涂红丹防锈底漆1道；钢结构安装调整后，将其清洗干净，然后再刷1度底漆，2度面漆。然而现在虽然有各种不同类型的防腐涂料，但较为有效的防腐涂料还需从外国进口，随着中国综合国力的增强，中国也将会生产出更优秀的新型防腐涂料。

三、钢筋锈蚀产生的成因 一
新浇筑的混凝土内显碱性PH值约为12～13。 钢筋在这样的环境下会产生钝化膜，保护其自身防止锈蚀。但如果外部条件使钢筋表面的钝化膜发生破坏，就为钢筋生锈创造了条件。钢筋脱钝之后，在氧气和水的共同作用下，在钢筋表面会产生腐蚀反应。腐蚀反应和电池反应类似，腐蚀的钢筋表面是一个混合的电极，电极的阳极和阴极通过钢筋自身连接，混凝土孔隙中的水起复杂的电解质作用，阳极和阴极就发生反应了，在阳极和阴极的反应被称为半电池反应。其中，“阳极反应”是一个氧化反应过程，此过程致使钢筋被损耗，与阳极同时发生反应的是“阴极反应”，阴极反应是一个还原反应过程，此过程溶解氧形成氢氧根离子。反应的方程式如下所示：在这个过程中，电极电位可以被得到，关于阳极反应(方程式1)阳极电极电位EA，和阴极反应(方程式2)的阴
极电极电位Ec，可以由Nernst方程来表达“ ：EA=EOq- 1n丁(FZo+3 (={)Ec=鹾+ In ㈩
式中：E2为阳极的电位；R 为气体常数；F～为法拉第常
数；T为绝对温度；n为参加反应的电子数量；[0。]为氧气浓度。在腐蚀电位的作用下，在钢筋内形成腐蚀电流，钢筋的腐蚀持续进行着。腐蚀电池作用的最终结果是在钢筋表面产生锈坑

四、防腐结构设计
4．1．1钢结构的形状与形式尽可能简单合理
研究人员对钢结构截面形状与腐蚀速度关系作了研究后发现：处于同一腐蚀环境下的钢结构，不同截面形状腐蚀速度相差很大。采用筒形结构比方形或其他框架结构好，且圆筒形结构简单、表面积小、便于防腐蚀施上和检修 在设计中要注意钢结构主体部份的完整和简单。整体结构比分段结构好．因为连接部位往往是耐蚀性的薄弱环节在无法简化结构的情况下．可考虑将腐蚀严重的部位与其他部位分离的方法。并且使其便于拆卸，以利于维修或更换。对分段结构的设备．要设计合理的连接方式
4．1．2结构上尽量避免缝隙与死角
隙会引起腐蚀．特别是钢结构部件的连接和支撑处是造成缝隙和死角的场所．在设计中应予充分考虑。若缝隙不可避免，某些缝隙可在设计书上规定制造时将其焊死。或用堵缝剂堵塞，也可以存设计时将间隙适当放大．以防止闭塞几何条件 以减少缝隙腐蚀破坏。
4．1-3减少磨损腐蚀
对于管道等流动系统的钢结构．设计时要考虑避免形成湍流、涡旋和流体冲击以减少磨损腐蚀破坏 流速要适当．流动方向和截面积
不能突然变化．气流和液体不能直接冲击在器壁上。液体中夹带的气泡和同体悬浮物质、气体中夹带的液滴会增加磨损腐蚀强度．应考虑分离和排除措施 若湍流和冲击不可避免时可考虑增加冲击部件的厚度．安装可更换的挡板
4．2施工质量控制
4．2．1防腐涂料的选择
材料的选择。应根据腐蚀性介质的性质、浓度和作用条件．结合材料的耐腐蚀性能和物理力学性能、使用部位的重要性、材料供应等因素确定。当材料受多种介质湿合作用、交替作用硬非常温介质作用时．其耐腐蚀性能障有使用经验外，应通过试验确定。防腐蚀涂料的底涂料、中间涂料和面涂料等，应选用相互间结合良好的涂层配置。
4．2．2钢结构基层表面处理
涂装前底材的表面处理是重防腐蚀涂料涂装的重要环节 钢结构的表面处理方法有物理方法和化学方法。前者主要有喷射除锈、喷砂、喷丸、抛丸法除锈、动力工具和手工除锈等；后者是酸洗除锈。另外，钢结构的表面处理程度也直接影响钢材的腐蚀速度．由于氧化皮的电极电位较Fe正．相当于CU的电极电位．与Fe的电位差约0．26 V．在介质中氧化皮为阴极、铁为阳极．从而使钢结构受到腐蚀。氧化皮对钢结构腐蚀速度的影响是很大的．铁锈的存在除会降低漆膜与钢铁表面的附着力。还因铁锈中的Feso4、FeC1 等盐份在涂漆之后仍起破坏作用，因此涂漆前必须完全除去钢铁表面的氧化皮、铁锈、油污、灰尘、盐类粒子、酸、碱等杂物 清除程度以除锈标准来衡量．我国的除锈标准GB50212--91等效采用国际除锈标准IS08501-1998(与瑞典标准SIS 055900等同)。除锈越彻底．保护效果越好：除锈不彻底，残留氧化皮 铁锈、油污会引起漆膜的破坏和加速腐蚀。表面粗糙度以30—70为宜，最大不宜超过100，粗糙度直接影响膜与底材的附着力和保护效果。
4．2．3漆膜涂装的管理
一是对施工中的漆膜厚度进行控制 漆膜低于1251时容易发生早期缺陷．对施工后的膜厚进行检测与处理 检测主要是通过测厚仪进行检测．对膜厚分布状态的要求是90％以上测点的膜厚不低于规定的膜厚值，余下测点的膜厚不低于规定厚度值的90％。达不到这一要求时。进行局部补涂或重涂—道。-J~x~涂装环境的控制。环境包括湿度、温度、露点、天气等。空气中含有水分f29，m ，湿度太高影响附着力．>185％，不能施工：环境温度5~C1~1下不宜室外施工：底材表面温度至少高于露点3℃以上才能施工；下雨、下雪、大风等天气不能施工。

【参考文献】
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《基于土木工程钢结构材料的应用研究》 何志鹏 《大江周刊·论坛》2011年9月