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【系列讲座】钢铁腐蚀与钢结构防护 系列问答-5

  • ︶ㄣ青蟲CC
    2008/11/24
  • 私聊

试验机/硬度计

  • 21.在通常条件下,钢结构为什么一定要实施防腐蚀措施?
    简单地说,在通常自然环境中(大气、水、土壤等) ,钢铁是会被腐蚀的(我们随时可
    以看到钢铁生锈的情况) 。钢铁制品、建筑用钢结构,如果不实施防护措施,是不能够耐久使用的。在通常自然环境中,钢铁腐蚀的电化学过程是可以持续、顺利的进行,直到钢铁完全变成铁锈为止。只有采取有效的防护措施,才能阻止或减缓腐蚀过程。
    如果要深一步理解和解释钢铁腐蚀,下面的电位-PH图是很有帮助的。图 21.1 是 Fe—H2O系电位—pH平衡示意图。表明了在水系统中,铁的电化学电位与水介质的酸碱度(pH)之间的平衡关系。纵坐标是铁的电位(E) ,横坐标是水介质的酸碱度(pH) 。电位与 pH的平衡构成三个区域。处在 a 区范围内,铁离子(Fe++)处于稳定状态,称作“腐蚀区” (铁变为铁离子的过程就是腐蚀) ;在 b区范围内,铁的氧化物( Fe2 O 3)是处于稳定状态,称作 “钝化区” ; 处在 c 区范围内, 铁 (Fe) 处于稳定状态, 称作 “免蚀区” 。 在中性条件下 (pH=7) ,通常铁的电位与 pH 的交点是 M 点,是处在 a 区范围内,腐蚀是必然趋势。越是趋于酸性(pH越小) ,铁腐蚀性越强。也就是说,钢铁在中性、酸性条件下是一定会遭受腐蚀的。只有在强碱性条件下(如 pH>12, N点) ,钢铁表面才能生成有保护作用的钝化膜。混凝土中钢筋为什么不腐蚀呢?正是因为混凝土是强碱性的,水泥水化产生的“碱”能够使混凝土中的 pH>12,如图 21.1 中的 N 点在 b区范围内,铁的氧化状态( Fe2 O 3)是处于稳定状态。
    由于钢筋表面生成一层“钝化膜” ,所以混凝土中的钢筋可以长期保持不锈。当混凝土中的碱度降低的时候(如“碳化” ) ,就会由 b区移到 a 区范围内,钢筋就要腐蚀了。c 区范围内铁是处于稳定状态(免蚀区) ,只有使铁的电位负向移动才能进入“免蚀区” (这正是阴极保护原理) 。应用电位—pH图,能够从理论与实际的结合上,对钢铁的腐蚀本质给与很好的解释。


    由上分析可知,钢铁在弱碱性、中性、酸性环境中是会遭受腐蚀的,这是由铁的“本性”决定的。通常说所的自然环境(包括大气、水、土壤) ,大都是中性、弱酸性,在此环境中的钢结构,如果不进行防腐蚀处理,是不能耐久使用和保证安全的。在受污染的环境、工业环酸、碱、盐等苛刻环境中,钢结构更需要可靠的防护。

    22.钢结构防护有哪些主要技术思路?
    简单说来,在设计阶段主要有以下三方面的技术思路可供选择:
    ——选材:不同钢种的耐腐蚀性能是不一样的。比如,耐候钢就比普通碳钢、合金钢的耐腐蚀性能好,不锈钢就更耐腐蚀。这是从提高钢种本身其抗腐蚀能力的技术思路,但有一定局限性。比如,即使是耐候钢也可能还需要进一步防护,不锈钢虽好,但由于价格贵,目前还不能大量应用于钢结构中;
    ——防护涂层:这是把钢结构封闭起来、与腐蚀环境隔绝的技术路线,也是目前国内外最普遍应用的防护方法。涂层品种繁多,有金属涂(镀)层、有机涂层、无机涂层等。用涂层将钢结构与环境完全隔离是很难做到的,因为涂层总会有缺陷,并且涂层本身性能也随时间而变化(如老化) 。作为防腐蚀涂层还需要考虑强化防腐方面的技术因素。其中重要的因素之一就是添加能够阻止锈蚀的“颜料” (缓蚀剂)到涂层之中;
    ——阴极保护:这是一种电化学保护方法。由图 21.1 可以看出, ,当铁处于 c 区范围内时,铁就处于稳定状态。给与钢结构以负电(更多的电子) ,就能够使其进入“免蚀区” (变成阴极而不腐蚀) ,称做阴极保护。阴极保护方法多用于水、土介质条件下的钢体、钢结构,如钢桩、海洋钢结构平台、地下油气管线等。
    如果采用单一措施达不到设计寿命期的要求时, 可选择复合技术措施, 如涂层加阴极保护,或其他综合措施。

    23.什么叫做耐候钢?
    它是合金钢的一个种类。通过改变钢的添加成分,不仅能提高钢的力学、机械性能,而且能提高和改善钢的耐腐蚀性能。某些合金元素的加入(甚至是微量) ,就可以明显改变钢的微观结构和表面状态,从而提高了对环境腐蚀的适应能力。如加入钨、锰、铜、磷等元素而成的合金钢,在海洋大气中,比普通钢有较好的耐腐蚀性能。依据这种“合金化”原理生产出来的钢叫做耐蚀钢或耐候钢。
    耐蚀钢在国内外都有生产和应用,但在钢结构中的应用面还不够广泛。原因可能是,虽然耐蚀钢能提高防腐蚀能力,但在严酷的腐蚀环境中,仍不能解决长时期不腐蚀的问题;另一方面,耐蚀钢价格较高也是因素之一。
    目前,采取“合金化”的方法提高钢自身的防护能力,仍然是人们努力的目标之一。价格适中而又耐蚀性能好的耐蚀钢,肯定是受欢迎的。此外,耐蚀钢的低温冲击韧性比一般的结构钢要好(相关标准可参考《焊接结构用耐候钢》 (GB4172-84) ) 。

    24.什么叫做有机涂层?怎样分类?
    有机涂层是与无机涂层对应的称谓,并没有严格的定义。有机涂层还常常称作涂料,早期的涂料通常叫做油漆。其主要成膜物质和溶剂等,是以有机材料为主体的。有机涂层的主要构成大体是:
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  • ︶ㄣ青蟲CC

    第1楼2008/11/24


    我国涂料分类原则上是按照成膜物质进行划分的,可分为 17 类。表 24-1 列出了涂料分类与代号。


    通常,可以通过涂料的编号判别涂料品种、归类,如:H 52-2 属于环氧树脂防腐涂料。涂料编号通常由三部分构成:分类代号+基本名称+同类产品的品种序号。
    25.常用建筑涂料有那些基本名称与代号?
    常用建筑涂料的基本名称与代号见表 25-1

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  • ︶ㄣ青蟲CC

    第2楼2008/11/24

    26.保护钢结构对有机类涂层有何要求?
    上面提到,在通常的环境中钢结构必须采取防护措施。常用的方法之一就是选用有机类涂层作为防护措施。明确的要求就是必须选用防腐、防锈类涂料。该类涂料有以下两方面的防护作用原理:
    ——隔离环境的作用:在钢机体表面,涂料形成完整的有机膜层,将环境介质(氧、水、酸、碱、盐等)与钢机体隔离开来,从而消除“腐蚀电池”形成的条件,达到保护钢机体不受腐蚀的目的。这是一种物理隔绝作用,其可靠度是有一定限度的。主要是有机膜层不是能够完全隔离环境的,总还是有介质(氧、水等)能够渗透到钢表面,渗透能力取决于膜体材料、施工工艺等。另一方面,随着时间,膜层隔离环境的作用会减弱,因此,单靠物理隔离作用,往往不能有效地保护钢机体。
    ——加入防腐蚀成分(缓蚀颜料) :这是防腐、防锈类涂料的独有特点。当在成膜物质内加入一定量的被称作“缓蚀剂”的物质时,即使是有机膜层不是能够完全隔离环境、乃至已经有“腐蚀电池”形成, “缓蚀剂”仍可以有效地阻止、减缓钢机体腐蚀的发生与发展,以达到更好的防护目的。

    27.有那些常用的缓蚀剂颜料?
    缓蚀剂是金属防腐蚀技术中的一个重要领域与分支,其中涂料中用缓蚀剂颜料是量大棉广、由来已久的,而而仍然在蓬勃发展之中。
    早期的缓蚀剂颜料防腐蚀效果可能是好的, 但对环保有不利影响, 因此其应用在逐步减少,这包括:
    ——铅基颜料:典型的是红丹(Pb3O4) 。红丹是作为钢铁防锈底漆中的缓蚀剂颜料,它的防锈作用与效果是公认的,但防锈原理至今仍有不完全一致的解释。一种解释是红丹中的氧化铅(PbO)与涂料成膜物质氧化生成的低分子酸反应,生成叫做“铅皂”的物质,它一方面能够缓解或推迟钢铁的腐蚀过程,同时能堵塞涂料的孔隙,强化有机涂层的物理保护能力。
    也有一种解释侧重于电化学过程, 大体是红丹的存在是钢铁表面的阴极和阳极都能发生明显的极化现象,是电化学腐蚀效率降低或停止。
    此外,铅酸钙、氰氨化铅、硅铬酸铅等,属于都铅基颜料。铅基颜料对于钢铁的防锈效果是好的,是早年最常用的颜料之一。由于铅及铅化物有毒性,已经或正在被淘汰之中。
    ——铬盐类颜料:铬酸锌、铬酸锶、铬酸钙、铬酸钡等,属于强氧化剂,与水能够释放出铬酸根离子,在金属表面形成钝化膜,从而使金属得到保护。铬盐类颜料是常用涂层颜料,但也因有一定毒性,使其应用受到限制。
    ——磷酸盐类颜料:磷酸锌、磷酸铬锌等,常被用作涂层颜料。特别是磷酸锌是属于无毒、中性颜料,它能与金属和有机成膜物质形成高分子络合物,从而保护金属。可以单独使用,也可与其他颜料共用。
    ——阴极保护型颜料:最多的是锌粉,铝粉、镁粉也用作涂层颜料。锌粉可以占到涂料总重量的 90%,称作富锌涂料。
    锌、铝、镁在金属电化学电位序中,都是比铁活化的金属,与钢铁接触形成腐蚀电池,钢铁作为阴极而得到保护。锌粉,铝粉、镁粉加到涂料中,理论上都应起到阴极保护,但实际上锌粉的阴极保护最为典型和突出(铝粉、镁粉常常被氧化膜覆盖) 。此外,涂料中的锌粉优先腐蚀后的腐蚀产物(氧化锌、氢氧化锌、碳酸锌、硅酸锌等) ,能够沉积到涂料膜层中,填充膜的孔隙,从而提高了膜层的物理保护作用。
    由于锌粉颜料的优良防锈性、无毒性等,使其得到迅速发展和广泛应用,成为当今最重要的涂层颜料之一。

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  • yuduoling

    第3楼2008/11/26

    多谢楼主的无私分享

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  • lwchengzipo

    第4楼2008/11/26

    谢谢分享如此好的资料.

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  • 面对面想你

    第5楼2008/11/26

    那就是说不管在什么条件下,它都会腐蚀,只能靠人工保养了!

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