城市建筑鋼材的銹蝕與防護論文

時間：2023-04-27 00:38:26 論文范文我要投稿

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城市建筑鋼材的銹蝕與防護論文

　　摘要：隨著經濟與技術的高速發展，建筑鋼材的使用增長迅速，鋼筋腐蝕帶來的問題也逐漸爆露出來。

城市建筑鋼材的銹蝕與防護論文

　　關鍵詞：建筑鋼材；耐腐蝕；防護；保養

　　隨著我國國民經濟和建筑領域技術的不斷發展，幾乎所有的體育館都采用鋼建造，如鳥巢，并向住宅建筑發展。建筑工程的鋼材使用無論數量還是規模都逐年增加，隨著各類建筑服役年限的增加，建筑鋼材相關的工程事故也引起了人們對結構可靠性與耐久性越來越多的重視。然而，在建筑結構的設計過程中，設計人員往往從鋼結構設計理念與方法著手，強調結構在地震作用下的表現，如“小震不壞”與“大震不倒”，而忽略了在服役過程中銹蝕對鋼材性能的影響，同時未考慮銹蝕造成的結構抗震性能退化，由此造成服役階段的抗震性能研究滯后。空氣中的大量水分與介質，使得處在其中的服役鋼結構建筑必將發生鋼材銹蝕現象，而鋼材銹蝕除造成鋼結構構件截面性能削弱外，亦引起鋼材力學性能指標（如屈服強度、極限強度、伸長率等）的衰減，最終造成建筑可靠性的降低。因此研究腐蝕環境下鋼材銹蝕的機理與退化規律，對建筑抗震性能評估有重大意義，也可為建筑后期維修加固提供依據。

　　1 鋼筋銹蝕的危害

　　在使用過程中，混凝土中的鋼筋銹蝕問題不斷出現。長期暴露于空氣或潮濕環境中的鋼材，尤其是介質中含有侵蝕性成分時，腐蝕更為嚴重。鋼筋銹蝕后，導致混凝土結構性能的裂化和破壞，主要有如下表現。

　　（1）鋼筋銹蝕，導致截面積減少，從而使鋼筋的力學性能下降。大量的試驗研究表明，對于截面積損失率達5%～10%的鋼筋，其屈服強度和抗拉強度及延伸率均開始下降，對于截面積損失率大于10%，但小于60%的嚴重腐蝕，鋼筋各項力學性能指標嚴重下降。如：鋼筋截面積損失率達1.2%、2.4%和5%時，鋼筋混凝土板的承載能力分別下降8%、17%、和25%，鋼筋截面積損失率達60%時，構件承載能力降低到與未配筋構件相近。

　　（2）鋼筋腐蝕導致鋼筋與混凝土之間的結合強度下降，從而不能把鋼筋所受的拉伸強度有效傳遞給混凝土。

　　（3）鋼筋銹蝕生成腐蝕產物，其體積是基體體積的2～4倍，腐蝕產物在混凝土和鋼筋之間積聚，對混凝土的擠壓力逐漸增大，混凝土保護層在這種擠壓力的作用下拉應力逐漸加大，直到開裂、起鼓、剝落。混凝土保護層破壞后，使鋼筋與混凝土界面結合強度迅速下降，甚至完全喪失，不但影響結構物的正常使用，甚至使建筑物遭到完全破壞，給國家經濟造成重大損失。

　　2 鋼筋銹蝕的原因

　　鋼筋銹蝕的原因有兩個方面：一是鋼筋保護層的碳化，其碳化的原因是混凝土不密實，抗滲性能不足。硬化的混凝土，由于水泥水化，生成氫氧化鈣，故顯堿性，pH值>12，此時鋼筋表面生成一層穩定、致密、鈍化的保護膜，使鋼筋不生銹。當不密實的混凝土置于空氣中或含二氧化碳環境中時，由于二氧化碳的侵入，混凝土中的氫氧化鈣與二氧化碳反應，生成碳酸鈣等物質，其堿性逐漸降低，甚至消失，稱其為混凝土的碳化。當混凝土的pH值<12時，鋼筋的鈍化膜就不穩定，當pH值13），只要有4～6mg/L的氯離子含量，就足可以破壞鋼筋的鈍化膜，使鋼筋失去鈍化，在水和氧氣的作用下導致鋼筋銹蝕。

　　3 鋼筋銹蝕的防護措施

　　影響鋼材銹蝕的主要因素是環境溫度、濕度、侵蝕性介質種類和數量、鋼材的材質及表面狀況等。常見的鋼材腐蝕分為化學腐蝕和電化學腐。因此要防止或減少鋼材的腐蝕可以從改變鋼材本身的易腐蝕性，隔離環境中的侵蝕性介質或改變鋼材表面的電化學過程三方面入手。

　　3.1 采用耐候鋼

　　耐候鋼是在碳素鋼和低合金鋼中加入少量的銅、鉻、鎳、鉬等合金元素而制成。這種鋼在大氣作用下，能在表面形成一種致密的防腐保護層，起到耐腐蝕作用，同時保持鋼材良好的焊接性能。耐候鋼的強度級別與常用碳素鋼和低合金鋼一致，技術指標也相近，但其耐腐蝕能力卻高出數倍。

　　3.2 涂覆保護膜

　　涂覆保護膜使金屬與周圍介質隔離，既不能產生氧化銹蝕反應，也不能腐蝕原電池。如在鋼材表面涂刷各種防銹涂料、搪瓷、塑料；或者噴鍍鋅、銅、鉻、鋁等防護層。

　　3.3 電化學防腐

　　電化學防腐有有陽極保護和陰極保護，一般使用在不容易或不能涂敷保護膜層的鋼結構上。如蒸汽鍋爐、地下管道、港口工程結構等。

　　陽極保護是在鋼結構附近安放一些廢鋼鐵或其他難熔金屬，如高硅鐵、鋁、銀合金等，外加直流電源（可用太陽能電池），將負極接在被保護的鋼材上，正極接在難熔的金屬上，通電后難熔金屬成為陽極而被腐蝕，鋼材成為陰極得到保護。

　　陰板保護是在被保護的鋼材上接一塊比被保護的鋼材更活潑（電極電位更低）的金屬，例如鋅、鎂等，使金屬成為腐蝕電池的陽極被腐蝕，鋼材為陰板得到保護。

　　3.4 混凝土中鋼筋防腐

　　鋼筋混凝土中大量應用鋼筋，由于水泥水化產生大量Ca（OH）2，PH值達12以上，處于這種強堿性環境中的鋼筋，形成鈍化膜，防止了鋼筋的銹蝕。隨著混凝土的碳化，PH值下降，鋼筋表面鈍化膜破壞，如果具備了潮、供氧條件，鋼筋將產生電化學腐蝕。