钢材的腐蚀及其防护-建筑材料与检测

钢材表面与周围环境接触,在一定条件下,可发生相互作用而被腐蚀,又称为锈蚀。腐蚀不仅造成钢材的受力截面减小,表面不平整导致应力集中,降低钢材的承载能力;还会使其疲劳强度大为降低,尤其是显著降低钢材的冲击韧性,使钢材脆断。混凝土中的钢筋腐蚀产生体积膨胀,使混凝土顺筋开裂。因此,为了确保钢材在工作过程中不被腐蚀,必须采取防腐蚀措施。

1.钢材腐蚀的原因

根据钢材表面与周围介质的不同作用,一般可将腐蚀分为以下两种:

(1)化学腐蚀。化学腐蚀是指钢材直接与周围介质(如氧气、二氧化碳、二氧化硫、水等)发生化学反应,生成疏松的氧化物,而产生的锈蚀。在常温下,钢材表面形成一薄层钝化能力很弱的氧化保护膜,它疏松、易破裂,有害介质可以进一步渗入而继续发生反应,造成锈蚀。在干燥环境下,锈蚀进展缓慢。但在温度或湿度较高的环境条件下,这种锈蚀进展会加快。

(2)电化学腐蚀。电化学腐蚀是指钢材与电解质溶液相接触而产生电流,形成原电池作用而发生的腐蚀。钢材中含有铁素体、渗碳体、非金属夹杂物,这些成分的电极电位不同,也就是活泼性不同,有电解质存在时,很容易形成原电池的两个极。当钢材与潮湿介质空气、水、土壤接触时,表面会覆盖一层水膜,水中溶有来自空气中的各种离子,这样便形成了电解质。

电化学腐蚀是钢材最主要的化学形式,且危害最大。钢材锈蚀时,伴随着疏松的铁锈生成,钢材的体积会增大,最严重的可达原体积的6倍,若是钢筋混凝土中的钢筋锈蚀,则最终导致钢筋混凝土膨胀开裂引起破坏。

2.钢材腐蚀的防护(www.xing528.com)

防止钢材腐蚀的主要方法有以下三种:

(1)合金化法。在碳素钢中加入能提高抗腐蚀能力的合金元素,如镍、铬、钛、铜等制成不同的合金钢,可以显著提高抗腐蚀的能力。

(2)保护膜法。保护膜法是利用保护膜使钢材与周围介质隔离,从而避免或减缓外界腐蚀性介质对钢材的破坏作用。一种方法是在钢材表面用电镀或喷镀的方法覆盖其他耐蚀金属,以提高其抗锈能力,如镀锌、镀锡、镀铬、镀银等;另一种方法是在钢材表面涂防锈油漆或塑料涂层,使之与周围介质隔离,防止钢材锈蚀。油漆防锈是建筑上常用的一种方法,是在钢材的表面将铁锈清除干净后涂上涂料,使之与空气隔绝,它简单易行,但不耐久,要经常维修。油漆防锈的效果主要取决于防锈漆的质量。

(3)混凝土中钢筋的防锈,正常的混凝土为碱性环境,其pH 值约为12,这时在钢材表面能形成碱性氧化物,称为钝化膜,对钢筋起一定的保护作用。混凝土碳化后,由于碱度降低会失去对钢筋的保护作用。另外,混凝土中氯离子达到一定浓度,也会严重破坏表面的钝化膜。所以,要防止钢筋锈蚀,应保证混凝土的密实度及钢筋混凝土保护层厚度。在二氧化碳浓度高的工业区采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,限制含氯盐外加剂掺量,并使用混凝土用钢筋防锈剂(如亚硝酸钠)。预应力混凝土应禁止使用含氯盐的骨料和外加剂。对于加气混凝土等,可以用在钢筋表面涂环氧树脂或镀锌等方法来防锈。

在实际工程中,应根据具体情况采用上述一种或几种方法进行综合保护,这样可获得更好的钢材防腐效果。