项目七任务五 钢材的防锈蚀与防火（ 课件）- 《建筑材料》同步教学（西安科大版）

项目七任务五 钢材的防锈蚀与防火 1 　　 7.5.1 钢材的锈蚀 　　钢材在使用中会经常与环境中的介质接触，由于环境介质的作用，其中的铁因与介质产生化学作用或电化学作用而逐步被破坏，从而导致钢材腐蚀，亦可称为锈蚀。钢材的腐蚀，轻者使钢材性能下降，重者导致结构破坏，造成工程损失。尤其是钢结构，在使用期间应引起重视。 任务五 钢材的防锈蚀与防火 1 　　钢材锈蚀的破坏性主要表现：锈蚀膨胀导致砂浆保护层和混凝土开裂；使钢结构断面减小，承载能力降低，甚至由于局部腐蚀引发应力集中，导致钢结构突然垮塌，造成严重的后果。 　　 1 　　　　钢材在如下条件下会发生锈蚀：有水存在、有O2存在、有电流作用。钢材受腐蚀的原因很多，主要影响因素有环境湿度、侵蚀介质性质及数量、钢材材质及表面状况等。根据钢材与环境介质的作用分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。 1 　　1. 化学腐蚀 　　化学腐蚀是因金属与干燥气体及非电解质液体反应而产生的，通常由于氧化作用，使金属形成疏松的氧化物而引起腐蚀。在干燥环境中，腐蚀进行得很慢，但在环境湿度高时，腐蚀速度加快。这种腐蚀也可由二氧化碳或二氧化硫的作用而产生氧化铁或硫化铁，使金属光泽消退而颜色发暗，影响装饰性。 1 　　2. 电化学腐蚀 　　这种腐蚀是指钢材与电解质溶液相接触而产生电流，形成腐蚀电池，故称为电化学腐蚀。钢材中含有铁素体、渗碳体及游离石墨等成分，由于这些成分的电极、电位不同，铁素体活泼，易失去电子，使铁素体与渗碳体在电解质中形成原电池的两极，铁素体为阳极，渗碳体为阴极。由于阴阳两极的接触，产生电子流，阳极的铁素体失去电子成为Fe2+离子，进入溶液，电子流向阴极，在酸性电解质中H+得到电子变成H2而逸出。 1 在中性介质中，由于氧的还原作用使水中含有OH－，随之生成不溶于水的Fe(OH)2，进一步氧化成Fe(OH)3及其脱水产物Fe2O3，即红褐色铁锈。 1 　　3. 锈蚀的防止 　　钢材产生锈蚀的重要因素是水和空气中的氧，因此防止钢材锈蚀的基本方法是使钢材与水和空气隔绝。钢材锈蚀的防止主要有以下几种方法。 　　(1) 制成合金钢。在钢中加入能提高抗腐蚀能力的元素，如将镍、铬加入到铁合金中可制得不锈钢等，这种方法最有效，但成本很高。 　　(2) 保护膜法。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。 1 例如在钢材的表面喷刷涂料、搪瓷、塑料等，或以金属镀层作为保护膜，如镀锌、锡、铬等。目前常用的防止钢材锈蚀的方法是采用表面刷防锈漆。常用底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧漆等，面漆有灰铅油、醇酸磁漆及酚醛磁漆等。 　 1 　　(3) 阴极保护法。实施阴极保护对预应力混凝土来说，就是使全部预应力钢筋都成为阴极，即钢筋表面不存在阳极区，防止了作为阳极过程的钢筋的溶解，并改善了钢筋的界面性能，增强了界面对钢筋的有效保护作用，使钢筋原有的钝化膜更为完整和稳定。 1 　　阴极保护有外加电流法和牺牲阳极法。外加电流法是向被保护的金属通入直流电，使其成为阴极，即强制辅助阳极为阴极来实现保护；牺牲阳极法是在需要保护的金属上连接一种电位更负、更容易受到腐蚀的金属(常用锌合金、铝合金、镁合金等)，由它提供电流，即牺牲阳极，使其腐蚀来达到保护的目的。 　 1 　　　(4) 提高混凝土的密实度及碱度。钢筋混凝土中钢筋的砂浆保护层应大于规范规定的厚度，使混凝土密实；限制水灰比及氯盐外加剂的使用，可以采用掺加防锈剂(重铬酸钾等)的方法。 1 7.5.2 钢材的防火 　　钢材在火灾高温作用下会迅速变软，强度损失很快。以钢材制作的构件，如梁、柱、屋架，若不加以保护或保护不力，在火灾中有可能失去承载能力而引起整个建筑物的倒塌。例如：1973年5月3日天津市体育馆，由烟头掉进通风管道引燃甘蔗渣和木板等可燃物，火势迅速蔓延，仅19分钟，3500 m2的主馆屋顶拱型钢屋架全部坍落。2001年发生在美国的“911”恐怖袭击事件中，世贸大厦在飞机燃油燃烧的高温作用下，短短数十分钟，轰然倒塌，造成近3000人伤亡，举世震惊。 1 　　当建筑物采用钢结构时，如果未做表面防火处理，由于耐火极限仅15 min左右即失去支撑能力，与国家有关防火规范对建筑构件的耐火极限要求相差很远，因此进行钢结构建筑设计和施工时应做防火处理。钢结构的防火保护方法主要有涂覆防火涂料法、包封法以及水冷却法。 1 　　1. 涂覆防火涂料法 　　钢结构防火涂料是施涂于建筑物及构筑物的钢结构表面，能形成耐火隔热保护层，以提高钢结构耐火极限的涂料，分为厚型、薄型、超薄型等几种。厚型涂料呈颗粒状，涂层厚度通常在8 mm以上，施工方法为喷涂，高温时依靠涂料本身的厚度及较低的导热率起到对钢构件隔热的作用。薄型和超薄型涂料涂层较薄，有一定装饰效果，施工方法可喷可刷，高温时涂层膨胀增厚保护钢构件，具有重量轻、施工较简便，适用于隐蔽结构和裸露的钢梁、斜撑等钢构件。 1 　　2. 包封法 　　包封法是将钢结构用防火隔热材料包封起来，使钢结构免受火灾高温作用。常用的防火隔热材料有石膏、矿棉、岩棉、玻璃纤维、蛭石、珍珠岩以及混凝土等。这些隔热防火材料有的能吸热，有的能释放结晶水，而有的导热能力小、隔热作用强，等等。 1 　　3. 水冷却法 　　对空心钢柱可在内部充循环冷却水，火灾时传递给钢柱的热量被内部冷却水带走，使钢柱温度不会升得很高。这种办法的最大缺点是设备费用高，需设置蓄水池、冷却系统，还必须采取防锈措施，因此实际应用受到限制。 1 感谢聆听 1 $$