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耐候鋼在建築工程中的應用與展望

來源:admin發布時間:2011-08-19 關注:
隨著鋼結構建築在我圍的發展與應用,鋼結構的防火防腐問題愈顯突出。防火和防腐是當前鋼結構工程中的二大難題。據工業發達國家的統計,因腐蝕造成的經濟損失,約占國民生產總值的4.7%,但其中1/4可通過采取適當的防腐措施來避免。鋼材在空氣或潮濕的環境中易於鏽蝕,腐蝕不僅使鋼材表麵產生不均勻的鏽蝕,削弱鋼構件斷麵,影響外觀,而且局部的鏽蝕還會引起應力集中,促使鋼結構提前破壞,尤其對承受反複衝擊荷載的結構,更容易降低其疲勞強度,引起脆性斷裂。因此,鋼結構的腐蝕不僅造成巨大的資源浪費,還會危害建築物的安全。
 
耐候鋼是指通過添加銅、鉻、鎳等少量合金元素,使其在大氣中具有良好耐腐蝕性能的低合金高強度鋼。耐候鋼的耐大氣腐蝕性能為普通碳素鋼的2~8倍,並且使用時間愈長,耐蝕作用愈突出。耐候鋼除具有良好的耐候性外,還具有優良的力學、焊接等使用性能。
 
與表麵噴塗防腐油漆等方法比較,耐候鋼的後期維護費用低,而且減少環境汙染,建築全生命周期的經濟效益好。目前已廣泛用於鐵道車輛、橋梁和集裝箱,在建築工程中的應用還處於起步階段。
 
 
1鋼結構的腐蝕機理及影響因素
 
1-1鋼結構的腐蝕機理
 
鋼結構的腐蝕是指鋼鐵與周圍環境(介質)之間發生化學或電化學作用而引起的破壞或變質。建築中通常所指的大氣腐蝕,是鋼鐵在大氣中由於受氧及水分的作用,產生電化學過程所形成的腐蝕。
 
1.2影響鋼結構腐蝕的因素
 
影響鋼結構在大氣中腐蝕的主要因素有濕度、溫度及大氣中所含介質。鋼鐵的臨界濕度一般在60%一70%之間,低於臨界濕度時,鋼鐵表麵受到的是化學腐蝕,其腐蝕速度不快:當高於臨界濕度時,其腐蝕類型由化學腐蝕轉變為電化學腐蝕,腐蝕速度會迅速增加。大氣中所含的灰塵,特別是含有腐蝕性的粉塵,大大加速了鋼鐵在大氣中的腐蝕。這是由於灰塵具有毛細管的凝聚作用,鋼鐵表麵有灰塵的地方,特別容易結露,具有腐蝕性的粉塵或氣體溶解於鋼鐵表麵的液膜時,便形成腐蝕性極強的酸、堿、鹽溶液。當大氣中含有氯離子時,氯離子能有效破壞鋼鐵表麵的鈍化膜,形成較危險的點狀腐蝕。按照不同地區的腐蝕特征,可將大氣環境分為工業大氣,海洋大氣,城市大氣和農村大氣,它們的相對腐蝕程度比較見表l(2】o


 
 
 
 
 
 
 
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   建築用耐候鋼應用與研究
 
 
表1鋼鐵在不同環境下的大氣腐蝕程度
 
大氣環境分類
相對腐蝕程度(%)
幹燥的農村環境
1~10
城市大氣
30~35
海洋大氣
38~52
工業大氣
55~80
汙染嚴重的工業大氣
100
 
1.3鋼結構防腐方法及特點
 
鋼結構的防腐方法可分為四類,即塗層法、長效複合塗層法、陰極保護法和耐候鋼。塗層法,即在鋼結構表麵塗(噴)油漆或其它防腐塗料。塗(噴)油漆防腐首先要將鋼板徹底除鏽,然後塗(噴)。塗層一般分底漆、中間漆和麵漆,因其工藝簡單,在鋼結構行業一直被廣泛應用。但因油漆塗層的老化、粉化,其耐久年限一般為5~10年,必須進行定期維護。油漆防腐及維護還造成環境汙染,施工過程影響正常的生產運營。
 
長效複合塗層法,即采用熱噴(鍍)鋅、熱噴鋁(鋅)複合塗層進行鋼結構表麵處理。具體做法是先對鋼結構表麵進行噴砂除鏽,再用乙炔一氧焰或電弧噴塗設備將不斷送出的鋁
 
(鋅)進行加熱,使熔融的粒子霧化,噴射並沉積到基材表麵,噴塗層厚度一般為80—100um。最後用環氧樹脂或氧丁橡膠漆等塗料填充毛細孔封閉,形成複合塗層。熱噴鋁(鋅)塗層防腐機理是陰極保護,該方法防腐年限為20-50年,被用於受大氣腐蝕嚴重且不易維修的室外鋼結構中,如電視塔、通訊塔等。
 
陰極保護法,是將比鐵更活潑的金屬(例如鋅)與鋼相連,當發生電化學腐蝕時,活性金屬(鋅)作為陰極發生氧化被消耗,而鋼板作為陽極可以避免腐蝕。陰極保護法主要用於對水下或地下鋼結構的防腐保護。
 
采用耐候鋼是基於鋼板本身的抗腐蝕性,可以不用或少用塗料,較普通碳素鋼後期維護費用低,減少環境汙染。目前耐候鋼己在國內一些高耐候等級的大型廠房、公共建築中得到應用。但耐候鋼材料費用較高,首次投資高,影響其推廣使用。
 
2耐候鋼的防腐機理及耐腐蝕指數2.1耐候鋼的防腐機理
 
在自然環境下,當碳素鋼產品在露天場所中使用時,因受到大氣幹、濕的循環影響,在其基體表麵形成了Fe304鏽層和粗糙麵,由於鏽層中裂紋的產生,使粗糙麵脫落剝離。從而進一步加劇鏽蝕向內部進展,並引起大氣中的水和氧氣侵蝕鏽層,最終導致腐蝕的發展。在中度腐蝕環境中的鋼材,5年後的鋼材厚度將減薄0.1~lmm以上;若腐蝕時間加長或在汙染嚴重的惡劣環境下,則厚度減薄更為嚴重。如在我國南方地區,即使在塗裝的情況下,1.0mm厚公交車板的有些部位也會在半年內被腐蝕穿透。
 
與普通碳素鋼相比,耐候鋼具有良好的抗大氣腐蝕能力。這是因為耐候鋼中的合金元素能在耐候鋼的基體表麵和Fe304鏽層之間形成含有Cu,Cr和P元素的致密鏽層,該鏽層是
 
以口.FeOOH為主體的致密穩定的晶體剛引。由於這層致密氧化物膜的存在,降低了鏽層的
 
導電性能,阻止了大氣中氧和水向鋼鐵基體滲入,減緩了鏽蝕向鋼鐵材料縱深發展,大大提
 
高了鋼鐵材料的耐大氣腐蝕能力。
 
耐候鋼已在橋梁中得到推廣和使用。與采用普通鋼材的橋梁相比,雖然耐候鋼橋梁在初


 
 
 
120鋼結構2011年增刊
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