8.5 钢材的腐蚀与防止（课件）-高一《建筑材料》（高教版 第4版）

单元8 建筑钢材 8.5 钢材的腐蚀与防治 一、钢材的锈蚀 钢材表面与周围介质发生化学反应遭到破坏的现象。 钢材锈蚀的现象普遍存在，特别是当周围环境有侵蚀性介质或湿度较大时，锈蚀情况就更为严重。锈蚀不仅会使钢材有效截面面积减小，浪费钢材，而且会形成程度不等的锈坑、锈斑，造成应力集中，加速结构破坏，还会显著降低钢材的强度、塑性、韧性等力学性能。 根据钢材表面与周围介质的作用原理，锈蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀。 (一)化学锈蚀 化学锈蚀是指钢材表面直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀。这种锈蚀多数是氧化作用，使钢材表面形成疏松的氧化物FeO。FeO钝化能力很弱，易破裂，有害介质可进一步进入而发生反应，造成锈蚀。在干燥环境下，化学锈蚀的速度缓慢。但在温度和湿度较高的环境条件下，化学锈蚀的速度大大加快。 (二)电化学锈蚀 由于钢材本身含有铁、碳等多种成分，这些成分的电极电位不同，当有电解质溶液（如水）存在时会形成许多局部微小的原电池电池。在阳极区，铁被氧化成Fe2+进入电解质溶液；在阴极区水中溶有的氧被还原成OH-，两者结合成不溶于水的Fe(OH)2，并进一步氧化成疏松易剥落的红棕色的铁锈。 水是弱电解质，而溶有CO2的水则成为有效的电解质溶液，会加速电化学腐蚀的过程。 钢材在大气中的锈蚀，是化学锈蚀和电化学锈蚀共同作用所致，但以电化学锈蚀为主。 二、钢材的防锈 为了防止钢材生锈，确保钢材的良好性能和延长建筑物的使用寿命，工程中必须对钢材做防锈处理。建筑工程中常用的防锈措施有以下几种。 1、采用耐候钢 耐候钢是在碳素钢和低合金钢中加入铬、铜；钛、镍等合金元素而制成的，如在低合金钢中加入铬可制成不锈钢。耐候钢在大气作用下，能在表面形成致密的防腐保护层，从而起到耐腐蚀作用。 2、在钢材表面施加保护层 在钢材表面施加保护层，使钢材与周围介质隔离，从而防止钢材锈蚀。保护层可分为金属保护层和非金属保护层。 （1）金属保护层是用耐腐蚀性较好的金属，以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面，从而提高钢材的耐锈蚀能力。常用的金属保护层有镀锌、镀锡、镀铬、镀铜等。 （2）非金属保护层是用无机或有机物质做保护层。常用的是在钢材表面涂刷各种防锈涂料，也可采用塑料保护层、沥青保护层、搪瓷保护层等。 3、混凝土用钢筋的防锈 在正常的混凝土中pH值约为12，这时在钢材表面能形成碱性氧化膜(钝化膜)，对钢筋起保护作用。 若混凝土碳化后，由于碱度降低(中性化)会失去对钢筋的保护作用。此外，混凝土中氯离子达到一定浓度，也会严重破坏钢筋表面的钝化膜。 为防止钢筋锈蚀，应限制原材料中氯离子的含量，保证混凝土的密实度以及钢筋外侧混凝土保护层的厚度。此外，采用环氧树脂涂层钢筋或镀锌钢筋也是一种有效的防锈措施。 三、钢材的防火 钢材属于不燃性材料，但这并不表明钢材能够抵抗火灾。在高温时，钢材的性能会发生很大的变化。温度在200℃以内，可以认为钢材的性能基本不变；超过300℃以后，屈服强度和抗拉强度开始急剧下降，应变急剧增大；到达600℃时钢材开始失去承载能力。 耐火试验和火灾案例表明：以失去支持能力为标准，无保护层时钢屋架和钢柱的耐火极限只有0.25h，而裸露钢梁的耐火极限仅为0.15h。所以，没有防火保护层的钢结构是不耐火的。 对于钢结构，尤其是可能经历高温环境的钢结构，应做必要的防火处理。 钢结构防火的基本原理是采用绝热或吸热材料，阻隔火焰和热量，推迟钢结构的升温速度。 常用的防火方法以包覆法为主，主要有以下两个方面。 (一)在钢材表面涂覆防火涂料 按涂料受热时的变化分为膨胀型(薄型)和非膨胀型(厚型)两种。 （1）膨胀型防火涂料的涂层厚度一般为2～7mm，覆着力较强，可同时起装饰作用。由于涂料内含膨胀组分，遇火后会膨胀增厚5～10倍，形成多孔结构，从而起到良好的隔热防火作用，构件的耐火极限可达0.5～1.5h。 （2）非膨胀型防火涂料的涂层厚度一般为8～50mm，呈粒状面，强度较低，喷涂后需再用装饰面层保护，耐火极限可达0.5～3.0h。为了保证防火涂料牢固包裹钢构件，可在涂层内埋设钢丝网，并使钢丝网与构件表面的净距离保持在6mm左右。 防火涂料一般采用分层喷涂工艺制作涂层，局部修补时，可采用手工涂抹或刮涂。 (二)用不燃性板材、混凝土等包裹钢构件 常用的不燃性板材有石膏板、岩棉板、珍珠岩板、矿棉板等，可通过胶黏剂或钢钉、钢箍等固定在钢构件上。 $$