【系列讲座】钢铁腐蚀与钢结构防护 系列问答-1

一般环境中使用的钢筋结构，都要进行防腐蚀处理，严酷的腐蚀环境中，更需要可靠地防护措施。否则，钢铁就会“自发”地生绣，回到它的原始状态（氧化铁） 。

2． 为什么说钢铁腐蚀是一个电化学过程？
前面是用“能位”的观点解释钢铁腐蚀问题，实际上由铁转变成氧化铁的路径（腐蚀过程） ，一般并不是铁与氧的直接化学反应，而是一个伴有电子流动现象的化学过程，通常称作电化学过程。更确切地说，腐蚀是以“电池”形式进行的。图 2-1示出了两个“电池” ，我们看一下电化学过程是怎样进行的，它需要什么条件，与化学过程有何原则区别。

图 2-1 的左边的图，是一根铁棒和一根铜棒同时插入某中性溶液中，将两棒用导线连接（通过电流表） ，就能够看到有电流显示。正是此原理，使我们可以制作出如图右半部所示的“干电池” 。
在两个“电池”中，铁和锌是作为“阳极” ，在其表面所发生的阳极反应是铁变成铁离子（锌变成锌离子）进入溶液中，而将电子留在棒上。阳极反应（氧化反应）式为： Fe-2e=Fe++(2-1) (Zn - 2e = Zn++)

在两个 “电池” 中， 铜和碳棒是作为 “阴极” ，在其表面所发生的阴极反应，在一定
条件下并不是铜和碳棒本身（起导体作用） ，而是氧的作用。在左图的溶液中是溶解氧，
而在右图的“干电池”中是氧化剂。氧在阴极反应（还原反应）的表达式是：
2O2+H2O+4e=4OH -(2-2) ( Cu++ + 2e = Cu

如果左图溶液中有做足量 Cu++ ) （2H+ + 2e = H2 如果左图溶液是酸性的） 由上可以看出， 电化学过程至少需要以下四个基本条件：
（1） 要有阴极、阳极两个独立、分离的区域；
（2） 两极间存在、保持电位差；
（3） 两极间存在电子通路（导线） ；
（4） 两极间存在离子通路（液体、水等）
通常的化学反应，不需要以上条件，是物质间直接接触（碰撞）就可以发生的，这正是电化学反应不同于通常的化学反应之处。
图 2-1 描述的铁、锌是处于阳极区，他们由原来的金属状态变成了离子状态，这种阳
极离解现象就是“腐蚀” 。它虽然发生在阳极， 但没有阴极和电子、 离子通路， 这个 “腐
蚀”是不能发生的。着正是电化学腐蚀的特点，也是钢铁和其他金属腐蚀的路径。
3． 平常只见到钢铁表面锈蚀，其中的“阴极” 、 “阳极”是怎样产生和区分的？
上面看到的是“大电池” （宏电池）腐蚀的形式，实际中，大量存在的是“微电池”腐蚀。 “微电池”与“大电池”在电化学原理上是一致的， “微电池”也必须满足上面提到的四个基本要素，只是“微电池”可能发生在极小的范围内（如金属晶粒之间） ，而一小快铁片上，可能存成千上万个“微电池” ，甚至宏观上难以区分阴极、阳极区。
以下举例说明。我们知道，处在潮湿大气中的钢铁，表面很快会生锈。大多数情况下是“微电池”腐蚀的结果。图 3-1 描述了在显微镜放大的情况下所观察到的“微电池”腐蚀。我们知道钢的主要成分虽然是铁，但钢中还含有碳、磷、锰、硅等成分与杂质，同时形成碳素体、奥式体、马式体等不同的固溶体形式。当钢表面有水膜存在时，钢中不同组分之间表现出不同的电位（期间存在电位差）水膜是离子导体，金属本身是电子导体，具备了腐蚀电池的条件（比如碳素体为阴极、奥式体为阳极） 。无数类似“微电池”运行的结果，钢表面就“生锈”了。


如果能理解金属成分（组分）对于形成“微电池”的影响与作用，就不可以解释为什么金属纯度越高耐腐蚀性能就越好的道理。金属纯度越高，说明杂质越少、越单一。形成“微电池”的机会、数量也就越少。那当然就比较耐腐蚀了。通常的铝合金常常用一层纯铝包覆，正是为了提高铝合金的耐蚀性，这也是借助减少“微电池”生成这一原理，提高防护性能的应用实例。

4． “大电池” （宏电池）腐蚀的形式在实际中会遇到吗？
图2-1 所示的是是典型化的腐蚀电池，称作“宏观电池”或“大电池” 。在实际中，
这种“大电池”现象是经常碰到的，先举例说明不同金属的接触腐蚀（电偶腐蚀） 。 铝的板材、线材已经大量应用于轻钢结构中，如果是铝板与钢梁接触或采用钢螺钉进行连接等， 都有可能构成电偶腐蚀 （图 4-1） 。我们分析一下就可以看出，铝板与钢螺钉已经满足了构成腐蚀电池的四个基本要素：在潮湿空气或水中，水（水膜）起到电解质的作用（离子导体） ，钢与铝的直接接触构成电子导体，钢（铁）与铝的电位不同（两极间存在并保持电位差） 。这样，作为阳极的一极就要被腐蚀了。按照电位序，铝应该作为阳极而腐蚀，但实际中，由于铝在大气中能生成保护能力好的氧化膜，反而可能是钢变成阳极而腐蚀。因此，钢与铝的接触，两者都有被腐蚀的可能性。
在实际中，钢还可能会与不锈钢接触，与铜或其他金属连接等，都有构成电偶腐蚀的可能性。设计、施工和使用人员，应该最大限度地避免这类腐蚀的发生。 曾有此类电偶腐蚀造成结构严重破坏的事例。我国某跨河大型钢索桥，几十根钢拉索杆，是是钢索套到铝管中并灌入水泥浆构成，本意是对钢索线进行保护。为了使钢索能够固定在铝管的中心部位，设计者采用了环状金属卡子固定，这样却把钢索与铝套管直接联系成为电通路了（图 4-2） 。铝套管遭受腐蚀，管内进入雨水、潮气，钢索线腐蚀严重并有钢丝锈断的情况发生。桥使用不到 20 年，不得已，只好逐根更换钢索拉杆，损失重大。如果当初设计者能有电偶腐蚀方
面的知识（如采用非金属卡子固定） ，也许就不会出现这样的事例。



表 4-1 给出了主要金属的电化学电位序。不同金属之间存在电位差，如果在介质中端接，都会形成腐蚀电偶，而电位低（负）的一极，就作为阳极而受腐蚀。

5．同一种金属也会有“大电池”腐蚀发生吗？
不同金属的接触，是构成“大电池”的一种形式， 称作电偶腐蚀或接触腐蚀。 但 “大电池”有多种形式，并不一定是发生在不同金属接触的情况下，单一金属当处在不同环境（介质）中时，也能产生“大电池”腐蚀。以下举例说明：一条埋地钢管（或钢筋混凝土管道） ，通过一段被污染的土壤（图 5-1） ，虽然钢管（混凝土中钢筋）是同一种材质，但处在不同环境（介质）条件下，其各自具有不同的电位，两部分之间产生了电位差，钢管（钢筋）自身是电子导体，而土壤（水分）构成离子导体（具备了腐蚀电池的条件） 。一般处在被污染土中的部分钢（混凝土中钢筋）被活化（电位变负） ，作为阳极而被腐蚀。

图文并茂，相当不错，应该加精华

学习了，多谢分享。希望多多发这样的讲座性质的帖子