一級注冊結構師：鋼材的防護
發布時間：2012-07-25 共1頁
一、鋼材的銹蝕
鋼材的銹蝕：指其表面與周圍介質發生化學作用或電化學作用而遭到破壞。
鋼材銹蝕不僅使截面積減小，性能降低甚至報廢，而且因產生銹坑，可造成應力集中，加速結構破壞。尤其在沖擊荷載、循環交變荷載作用下，將產生銹蝕疲勞現象，使鋼材的疲勞強度大為降低，甚至出現脆性斷裂。
根據銹蝕作用機理，鋼材的銹蝕可分為化學銹蝕和電化學銹蝕兩種。
1、化學銹蝕：化學銹蝕：指鋼材直接與周圍介質發生化學反應而產生的銹蝕。
這種銹蝕多數是氧化作用，使鋼材表面形成疏松的氧化物。在常溫下，鋼材表面形成一薄層氧化保護膜FeO，可以起一定的防止鋼材銹蝕的作用，故在干燥環境中，鋼材銹蝕進展緩慢。但在溫度或濕度較高的環境中，化學銹蝕進展加快。
2、電化學銹蝕：電化學銹蝕：指鋼材與電解質溶液接觸，形成微電池而產生的銹蝕。
潮濕環境中鋼材表面會被一層電解質水膜所覆蓋，而鋼材本身含有鐵、碳等多種成分，由于這些成分的電極電位不同，形成許多微電池。在陽極區，鐵被氧化成為Fe2+離子進入水膜；在陰極區，溶于水膜中的氧被還原為OH-離子。隨后兩者結合生成不溶于水的Fe（OH）2，并進一步氧化成為疏松易剝落的紅棕色鐵銹Fe（OH）3.電化學銹蝕是鋼材銹蝕的最主要形式。
影響鋼材銹蝕的主要因素：有環境中的濕度、氧，介質中的酸、堿、鹽；鋼材的化學成分及表面狀況等。一些鹵素離子，特別是氯離子能破壞保護膜，促進銹蝕反應，使銹蝕迅速發展。
二、防止鋼材銹蝕的措施
1、采用耐候鋼：即耐大氣腐蝕鋼，在鋼中加入一定量的鉻、鎳、鈦等合金元素，可制成不銹鋼。通過加入某些合金元素，可以提高鋼材的耐銹蝕能力。
2、金屬覆蓋：鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材表面，提高鋼材的耐腐蝕能力。薄壁鋼材可采用熱浸鍍鋅（白鐵皮）、鍍錫（馬口鐵）、鍍銅、鍍鉻或鍍鋅后加涂塑料涂層等措施。
3、非金屬覆蓋：鋼結構防止銹蝕通常采用表面刷漆、噴涂涂料、搪瓷、塑料等方法。常用的底漆有紅丹、環氧富鋅漆、鐵紅環氧底漆等，面漆有調和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。
4、混凝土用鋼筋的防銹：混凝土配筋的防銹措施，根據結構的性質和所處環境等，考慮混凝土的質量要求，主要是提高混凝土的密實度，保證足夠的鋼筋保護層厚度，限制氯鹽外加劑的摻入量。混凝土中還可摻用阻銹劑。
鋼材銹蝕時，伴隨體積增大，最嚴重的可達原體積的6倍，在鋼筋混凝土中會使周圍的混凝土脹裂。埋入混凝土中的鋼材，由于混凝土的堿性介質（新澆混凝土的pH值為12左右），在鋼材表面形成堿性保護膜，阻止銹蝕繼續發展，故混凝土中的鋼材一般不易銹蝕。
預應力鋼筋一般含碳量較高，又多是經過變形加工或冷加工的，因而對銹蝕破壞較敏感，特別是高強度熱處理鋼筋，容易產生銹蝕現象。所以，重要的預應力混凝土結構，除了禁止摻用氯鹽外，還應對原材料進行嚴格檢驗。
三、鋼在火災中的表現
鋼是不燃性材料，但這并不表明鋼材能夠抵抗火災。耐火試驗與火災案例調查表明：以失去支持能力為標準，無保護層時鋼柱和鋼屋架的耐火極限僅為0.25h，而裸露鋼梁的耐火極限僅為0.15h.溫度在200℃以內，可以認為鋼材的性能基本不變；超過300℃以后，彈性模量、屈服點和極限強度均開始下降，應變急劇增大；到達600℃時已失去承載能力。所以，沒有防火保護層的鋼結構是不耐火的。
四、防火
鋼結構防火保護的基本原理是采用絕熱或吸熱材料，阻隔火焰和熱量，推遲鋼結構的升溫速率。防火方法以包覆法為主即以防火涂料、不燃性板材或混凝土和砂漿將鋼構件包裹起來。
1、防火涂料
防火涂料按受熱時的變化分為膨脹型（薄型）和非膨脹型（厚型）兩種。
膨脹型防火涂料的涂層厚度一般為2~7mm，附著力很強，有一定的裝飾效果。由于其內含膨脹組分，遇火后會膨脹增厚5~10倍，形成多孔結構，從而起到良好的隔熱防火作用，根據涂層厚度可使構件的耐火極限達到0.5~1.5h.非膨脹型防火涂料的涂層厚度一般為8~50mm，呈粒狀面，密度小、強度低，噴涂后需再用裝飾面層隔護，耐火極限可達0.5~3.0h.為使防火涂料牢固地包裹鋼構件，可在涂層內埋設鋼絲網，并使鋼絲網與鋼構件表面的凈距離保持在6mm左右。
2、不燃性板材：常用的不燃性板材有石膏、硅酸鈣板、蛭石板、珍珠巖板、巖棉板等，可通過粘結劑或鋼釘、鋼箍等固定在鋼構件上。
鋼材的銹蝕：指其表面與周圍介質發生化學作用或電化學作用而遭到破壞。
鋼材銹蝕不僅使截面積減小，性能降低甚至報廢，而且因產生銹坑，可造成應力集中，加速結構破壞。尤其在沖擊荷載、循環交變荷載作用下，將產生銹蝕疲勞現象，使鋼材的疲勞強度大為降低，甚至出現脆性斷裂。
根據銹蝕作用機理，鋼材的銹蝕可分為化學銹蝕和電化學銹蝕兩種。
1、化學銹蝕：化學銹蝕：指鋼材直接與周圍介質發生化學反應而產生的銹蝕。
這種銹蝕多數是氧化作用，使鋼材表面形成疏松的氧化物。在常溫下，鋼材表面形成一薄層氧化保護膜FeO，可以起一定的防止鋼材銹蝕的作用，故在干燥環境中，鋼材銹蝕進展緩慢。但在溫度或濕度較高的環境中，化學銹蝕進展加快。
2、電化學銹蝕：電化學銹蝕：指鋼材與電解質溶液接觸，形成微電池而產生的銹蝕。
潮濕環境中鋼材表面會被一層電解質水膜所覆蓋，而鋼材本身含有鐵、碳等多種成分，由于這些成分的電極電位不同，形成許多微電池。在陽極區，鐵被氧化成為Fe2+離子進入水膜；在陰極區，溶于水膜中的氧被還原為OH-離子。隨后兩者結合生成不溶于水的Fe（OH）2，并進一步氧化成為疏松易剝落的紅棕色鐵銹Fe（OH）3.電化學銹蝕是鋼材銹蝕的最主要形式。
影響鋼材銹蝕的主要因素：有環境中的濕度、氧，介質中的酸、堿、鹽；鋼材的化學成分及表面狀況等。一些鹵素離子，特別是氯離子能破壞保護膜，促進銹蝕反應，使銹蝕迅速發展。
二、防止鋼材銹蝕的措施
1、采用耐候鋼：即耐大氣腐蝕鋼，在鋼中加入一定量的鉻、鎳、鈦等合金元素，可制成不銹鋼。通過加入某些合金元素，可以提高鋼材的耐銹蝕能力。
2、金屬覆蓋：鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材表面，提高鋼材的耐腐蝕能力。薄壁鋼材可采用熱浸鍍鋅（白鐵皮）、鍍錫（馬口鐵）、鍍銅、鍍鉻或鍍鋅后加涂塑料涂層等措施。
3、非金屬覆蓋：鋼結構防止銹蝕通常采用表面刷漆、噴涂涂料、搪瓷、塑料等方法。常用的底漆有紅丹、環氧富鋅漆、鐵紅環氧底漆等，面漆有調和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。
4、混凝土用鋼筋的防銹：混凝土配筋的防銹措施，根據結構的性質和所處環境等，考慮混凝土的質量要求，主要是提高混凝土的密實度，保證足夠的鋼筋保護層厚度，限制氯鹽外加劑的摻入量。混凝土中還可摻用阻銹劑。
鋼材銹蝕時，伴隨體積增大，最嚴重的可達原體積的6倍，在鋼筋混凝土中會使周圍的混凝土脹裂。埋入混凝土中的鋼材，由于混凝土的堿性介質（新澆混凝土的pH值為12左右），在鋼材表面形成堿性保護膜，阻止銹蝕繼續發展，故混凝土中的鋼材一般不易銹蝕。
預應力鋼筋一般含碳量較高，又多是經過變形加工或冷加工的，因而對銹蝕破壞較敏感，特別是高強度熱處理鋼筋，容易產生銹蝕現象。所以，重要的預應力混凝土結構，除了禁止摻用氯鹽外，還應對原材料進行嚴格檢驗。
三、鋼在火災中的表現
鋼是不燃性材料，但這并不表明鋼材能夠抵抗火災。耐火試驗與火災案例調查表明：以失去支持能力為標準，無保護層時鋼柱和鋼屋架的耐火極限僅為0.25h，而裸露鋼梁的耐火極限僅為0.15h.溫度在200℃以內，可以認為鋼材的性能基本不變；超過300℃以后，彈性模量、屈服點和極限強度均開始下降，應變急劇增大；到達600℃時已失去承載能力。所以，沒有防火保護層的鋼結構是不耐火的。
四、防火
鋼結構防火保護的基本原理是采用絕熱或吸熱材料，阻隔火焰和熱量，推遲鋼結構的升溫速率。防火方法以包覆法為主即以防火涂料、不燃性板材或混凝土和砂漿將鋼構件包裹起來。
1、防火涂料
防火涂料按受熱時的變化分為膨脹型（薄型）和非膨脹型（厚型）兩種。
膨脹型防火涂料的涂層厚度一般為2~7mm，附著力很強，有一定的裝飾效果。由于其內含膨脹組分，遇火后會膨脹增厚5~10倍，形成多孔結構，從而起到良好的隔熱防火作用，根據涂層厚度可使構件的耐火極限達到0.5~1.5h.非膨脹型防火涂料的涂層厚度一般為8~50mm，呈粒狀面，密度小、強度低，噴涂后需再用裝飾面層隔護，耐火極限可達0.5~3.0h.為使防火涂料牢固地包裹鋼構件，可在涂層內埋設鋼絲網，并使鋼絲網與鋼構件表面的凈距離保持在6mm左右。
2、不燃性板材：常用的不燃性板材有石膏、硅酸鈣板、蛭石板、珍珠巖板、巖棉板等，可通過粘結劑或鋼釘、鋼箍等固定在鋼構件上。
