钢结构测量经纬仪

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。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2008/11/200811241936_120250_1623504_3.jpg[/img]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：

论坛里有搞钢结构设计的大神没啊，下面是我草拟的三维图http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/11/201611281117_01_2462198_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/11/201611281118_01_2462198_3.jpg

6．怎样理解金属“电位”的概念与术语？上面的表 4-.1 给出了主要金属的电化学电位序，可以看出，不同金属的“电位”也不同。 “电位”是涉及金属腐蚀的重要概念，同时又有非常广泛的使用意义。 现在要解释“电位”的含义，一方面非常必要，另一方面，还需要费一些周转方能说的明白些。我们先看图 6-1，铁浸在溶液中，铁的表面存在一个“双电层” ，这个“双电层”的正极是溶液中紧靠铁表面带正电的铁离子，而负极是留在铁表面上的电子（带负电） ，这个“双电层”的电位差就定义为在此条件下铁“绝对电位” 。很可惜，科学发展到现在，这个“绝对电位”还是无法测量的。于是，人们设想出测量其“相对电位”的办法。那就是把氢与氢离子所构成的双电层的“绝对电位”定义为零值（实际值并不知道，但在标准条件下，这个值是固定不变的） ，然后用氢的“绝对电位”与铁（或其他金属）的“绝对电位”做“比较” ，凡高于氢的“绝对电位”者（大于零）为正值，相反为负值。这样，就像人们先定义一把尺的长度（如 1 米） ，在用这把尺子量度那些未知的长度一样。以标准氢电极作为标准，来测量那些未知“绝对电位”值，所测得的是一个相对比较值，但它已经能够达到区分不同金属“双电层”表征的目的。此相对比较值（表 6-1）就是通常所说的某金属的电化学电位，简称电位。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2008/11/200811171751_118957_1623504_3.jpg[/img]实际中，氢电极是难以在现场使用的，于是就出现许多类型的“参比电极” (表6-1)，以便用于各种场合下测量不同金属的电位值。常见的有甘汞电极、氯化银电极、饱和硫酸铜电极、金属铂电极等。在标准条件下，这些电极都有固定的电位值（与氢电极比较） ，可以用这些参比电极进行测量，并可换算成氢电极比较电位。通常不换算时，必须注明所用参比电极的种类。 [img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2008/11/200811171752_118958_1623504_3.jpg[/img]钢铁处在不同的介质中，其电位值也不一样。一般说来，电位负值越高，表明其腐蚀活性越大。因此，可以用测量电位的方法，7． 气候与钢铁腐蚀的关系如何？图7-1是我国按气候划分的腐蚀影响程度的区分图，颜色深的部分表示是重腐蚀区（高温高湿）,颜色浅的部分表示轻腐蚀区。可以看出，我国东南部大多处在重腐蚀区内。 就温度与腐蚀的关系而言， 有资料表明，温度每提高 10℃，钢铁的腐蚀就增加 1 倍。预测金属（包括钢铁）的腐蚀情况。 而湿度与腐蚀的关系更为密切。图 7-2 表明了钢铁腐蚀与相对湿度（RH）的关系，可以看出，低相对湿度（如 RH≤60%） ，钢铁不腐蚀或腐蚀速度很低，而 RH在 90—98%范围内，钢铁腐蚀速度最高。大气污染严重区的区域，也往往是腐蚀的“重灾区” 。二氧化硫、氮氧化物、粉尘、酸雨等都能够大大加速钢铁和其它金属的腐蚀。

14．钢铁构件经常处在受力状态，力与腐蚀有关系吗？ 按照腐蚀的定义，腐蚀是指物质（结构）与环境的作用所发生的破坏。力是否属于环境因素尚无定论。如果把力看成单纯的物理机械作用，也许可能与腐蚀无关（腐蚀是指物理化学、电化学作用） 。但有些力却能促进物理化学、电化学过程或损害腐蚀防护体系，那么，这样的力就不能说与腐蚀无关，甚至还有十分密切的关系。世界上曾经发生过多起桥梁突然塌跨的事故，有些就是应力腐蚀或腐蚀疲劳的结果。 15．什么叫做应力腐蚀破裂？ 简言之，就是钢铁或其他金属在拉应力和腐蚀介质共同作用下所发生的破坏。拉应力有多种形式，如外加应力（荷载、预应力等）或金属内部的残余应力等。应力腐蚀破裂的突出特点或者说其危险性，就是发生突然断裂。应力腐蚀破裂的机理可能有多种解释。以下是简单通俗的说法，如一根钢丝在拉应力下，表面可能产生微小裂纹，而腐蚀介质（如氯离子）进入裂纹促进腐蚀的发展。裂纹周围、裂纹深处，可能形成多种形式的腐蚀电池，加速裂纹的开展和深向发展，而拉应力的存在，无疑促进裂纹的进一步开裂。两种作用的交替、叠加，就会最终导致断裂。 [img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2008/11/200811241927_120249_1623504_3.jpg[/img]A. 应力腐蚀断裂 B. 非应力腐蚀断裂如上所述，应力与腐蚀的共同作用使裂纹深向迅速发展，使钢丝的截面迅速缩小（单位截面应力加大） ，当达到极限抗拉强度时便发生断裂。断裂时缩径很小或没有缩径发生。而不受应力的钢丝，在拉断之前，先有一个缩径过程（达到屈服强度）而后才断裂。因此，从断口的特征可以区分是应力腐蚀破坏还是一般腐蚀破坏。 应力腐蚀破坏的发生、发展速度，取决于应力小和腐蚀介质的性质、浓度等因素。发生应力腐蚀，特定材料对特定环境有一定敏感性。如碳钢与低合金钢对氢氧化钠和某些氯盐敏感，高强钢对氯化物、硫化物敏感，甚至在潮湿大气也会发生应力腐蚀破坏，铝合金更易发出应力腐蚀破坏，强碱介质、氯盐环境（海水、海洋大气等） 、被二氧化硫污染的环境等，都可能是敏感环境。 应力腐蚀破裂大致可分为三个阶段： ——潜伏诱导阶段：逐渐形成和具备了腐蚀环境和表面产生裂纹的条件。即应力腐蚀开始前的一段“引发”过程； ——裂纹扩展期：裂纹出现后，在裂纹的尖端进行电化学反应，其结果使裂纹沿尖端方向发展。此阶段电化学腐蚀对于裂纹的扩展起着主导作用； ——失效阶段：裂纹继续发展直至断裂发生。此阶段裂纹的扩展是应力起着主导作用。 三个阶段的时间划分，一般情况下第一阶段周期最长，第三周期最短。而表面已经有裂纹、缺陷、腐蚀坑等的情况下，可能没有第一阶段，应力腐蚀破裂可在短期内发生。从而可知使金属表面保持良好状态，对于防止和减缓应力腐蚀破裂的发生是极其重要的。

科学网精选科普杂文[align=center]什么是“相同测量条件下重复测量”？[/align][align=center]武汉大学 叶晓明[/align] 概率论中的一个基本思维是，以大量彼此独立的随机事件的统计值去评价其中一个未知事件的概率。而测量理论则是概率论在测量领域里的一个应用。 既然是“大量彼此独立的随机事件”，这就意味着这些事件一定来自于不同条件，所以概率论中绝对没有什么“相同条件”字眼，否则，如果强调各个事件来自于相同条件，各个事件样本就完全相关，就等同于对一个事件做重复统计，那自然不是100%就是0%。但是，现有测量理论却以“相同测量条件下重复测量”作为误差类别的鉴别依据。 近年来，作者在新概念测量理论中强调，测量序列发散来自重复测量中的测量条件变化，如果以“相同测量条件下重复测量”，测量序列将不会发散，测量实践中不可能作到绝对的相同测量条件。但是，一个比较普遍的情况是，测量学家们强调“设定‘相同测量条件下重复测量’前提是个为了便于误差分类”，当我的论文证明那些实践中的重复测量实际都是不同测量条件时，他们会说我所指的不同测量条件“实际等同于现有理论中的相同测量条件，相同测量条件只是一种近似说法，不需要绝对化。”而非常奇怪的是，他们一方面非常强调要把某些不同条件近似地说成相同条件，却又另一方面禁止把某些不同条件近似说成为相同条件，而且非常反感将“相同条件”字眼更换成“不同条件”字眼。 看实际案例吧。 一台经纬仪的轴系误差的MPE（最大允许误差），来自大量不同仪器的轴系误差检测样本的统计。但是，经纬仪的轴系误差要归类为系统误差，这个不同仪器条件不能近似地说成相同条件，因为不能承认轴系误差在相同测量条件下能导致离散。 一台经纬仪的测角标准偏差，来自大量不同盘位的测点的样本统计，因为这个标准偏差属于精度（精密度，随机误差），这个不同盘位条件就需要近似地说成相同条件。 一台水准仪的高差误差的标准偏差的检测过程中，需要反复改变仪器架设高度和重新整平进行样本采样，也是来自不同条件，但因为这个检测值也叫精度（精密度），属于随机误差的范畴，这些不同的测量条件也就需要近似地说成为相同的测量条件。测绘领域水准网平差中精度来自不同路线高差观测值的发散性统计，因为属于精度（随机误差），这个不同的路线条件需要近似说成相同测量条件。 一种测距仪的乘常数误差来自仪器内石英晶体频率的误差，该误差的MPE来自大量仪器在各种不同温度条件下的样本统计，但是，测距仪的乘常数误差需要归类为系统误差，这些不同条件不能近似说成相同测量条件。 一台测距仪的综合精度的检测样本来自大量不同距离量程的样本统计，因为属于精度（随机误差），这个不同距离量程条件需要近似说成相同测量条件。 一台相位式测距仪的周期误差是距离的正弦函数规律，当误差样本来自各种不同距离量程时，很容易推证出周期误差遵循一个U形随机分布。但是，周期误差被看作是系统误差，这个不同距离量程条件就不能近似说成相同测量条件。舍入误差（四舍五入），通过任意不同量程的误差值分析，很容易推证出它遵循矩形分布。由于这个误差被看作是随机误差，所以这个不同量程条件需要近似说成相同测量条件。 电子噪声误差的分布来自大量不同时间获得的误差样本的统计，这个误差需要归类为随机误差，所以这个不同时间条件需要近似说成相同测量条件。 某卡尺的MPE为±0.02mm，这实际是大量同型号卡尺、各种不同的量程在可能的各种环境温度下的误差检测值做统计出来的。这些不同测量条件究竟应该说成相同测量条件还是不能说成相同测量条件，反正我是说不清楚了。 某品牌手表的MPE为±15秒/天，这实际是大量同品牌手表在各种不同温度环境的检测值统计出来的。这些不同测量条件究竟应该近似地说成相同测量条件还是不能说成相同测量条件，我还是说不清楚。 …… 瞧这个逻辑乱的，您能归纳出其中区分相同条件和不同条件的奥妙之处吗？相信您现在肯定一头雾水。其实，其中也根本没有什么奥妙---不过是人的主观喜好而已，目的只是为了强行把某些误差归类为系统误差而把另外某些误差归类为随机误差。但相信您已经看出，那些所谓的相同测量条件没有一个属于真正的相同测量条件；而当真正作到相同测量条件重复测量时，没有一个误差能导致发散；而当让与误差相关的测量条件变化时，所有误差（包括各种规律的误差）却又都能导致发散，表现出随机分布。 所以，相信您已经有所理解：所谓误差分类不过是选择性失明而已，需要随机误差时，就把不同条件近似地说成相同条件；需要系统误差时，就咬定严格的相同条件对一个误差做重复统计。 也相信您也感受到了新概念测量理论的一个核心概念：任何误差其实都遵循随机分布，都有方差表达其概率区间（不确定性），没有什么系统/随机类别，没有什么精密度/正确度的概念区分，误差贡献发散（随机影响）或贡献偏离（系统影响）是重复测量中测量条件的变化规则决定的，是测量原理决定的，仪器内外的所有工作状态都是测量条件。 这里举出了这么多案例，当然还可以举更多，可以看到，每个案例中的误差统计实际都是在不同测量条件下进行。这说明了什么？说明那些工作在生产科研第一线的测量工作者们其实都很清楚明白，从来就没有人蠢到用“相同测量条件”去纠缠一个孤立的误差样本做重复统计----这本来就不是一个高深的理论问题。真不知道那些测量理论工作者是怎么想的，当你明确告知是不同测量条件时，他们还要扯“近似说法”，死不认账。 就这么一个“相同测量条件下重复测量”，相同既是相同也是不同，不同既是不同也是相同，进可攻退可守，刀枪不入，顺我者昌，逆我者衰。于是，精度也是“相同测量条件下重复测量”测得值的发散性，不确定度也是“相同测量条件下重复测量”测得值的发散性。人们念念有词，如醉如痴…… 2019 6 8 于武汉大学[align=center][img=,690,413]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/06/201906091241043452_1384_2101846_3.png!w690x413.jpg[/img][/align]

10．钢铁表面一旦具备了形成腐蚀电池的条件，腐蚀就持续进行下去，是这样吗？ 钢铁表面一旦具备了形成腐蚀电池的条件，腐蚀变会发生和发展，但发展速度还要取决于其他条件。为说明问题，还是以“干电池”作为例子。我们知道， “干电池”是典型的腐蚀电池，它伴随着阳极（锌皮）的腐蚀而提供电流。而电流的大小就代表腐蚀速度的大小。当“干电池”用了一段时间之后，会发现电压不到原来的 1.5V 了，所提供的电流也会变小了。到后来锌皮锈穿（阳极面积变小） ，电流、电压都会降低，腐蚀速度就降下来。当达不到使用要求时，该电池就废弃了。 我们要问，为什么电压（电流）会降低？这里需要引出“极化”和“去极化”的概念，它们在解释腐蚀的运行、发展和腐蚀速度等方面是必不可少的。我们知道“干电池”中心的碳棒只是起导电作用，真正的“阴极”是碳棒周围所填充的“氧化剂” ，是它不断夺取由阳极（锌腐蚀）所传递过来的电子（还原反应） ，使两极之间保持 1.5V 的电位差（电压） 。需知，氧化剂是有一定数量的，当它消耗的一定程度，它不断夺取电子、还原反应的速度就慢下来，电子不能及时取走，就在阴极发生“积累” ，其结果使阴极电位负向变化、阴阳极之间的电位差（电压）变小（比如由原来的 1.5V 减少到 1.2V 了） 。当氧化剂全部耗尽是，阴阳极之间的电位差也不存在了，这个腐蚀电池便“寿终” 。使阴极还原反应受阻、迫使阴极电位负向变化的现象，称作“阴极极化” ；同理，阳极面积变小，回使阳极反应变得困难，还有一些其他因素会促使阳极氧化反应受阻、迫使阳极电位正向变化，这种现象，称作“阳极极化” 。可以看出，不论阴极极化还是阳极极化，都能使腐蚀电池的电位差缩小，使腐蚀速度放慢或终止。从减少腐蚀危害的观点看，极化现象是有利的，或者说是可以利用的思路与方法。所谓“去极化”就是不使其发生“极化”现象，比如在阴极有不断补充的氧化剂。通常的氧气就是起到阴极“去极化”作用，因此氧是促进腐蚀电池不断运行、加速腐蚀的物质。 除了“极化”因素外，腐蚀电池阴极与阳极之间的电阻，也是控制腐蚀速度的重要因素。 通常钢铁表面要用涂层保护， 一方面是为了隔离环境， 使钢铁表面不能形成腐蚀电池 （完全做到是困难的） ，另一方面，就是加大阴极与阳极之间的电阻，最大限度地降低钢铁表面的腐蚀速度。 如前面已经阐明过，在自然环境中，钢铁腐蚀是“自发”的，完全阻止钢铁腐蚀是困难的。然而，依据腐蚀原理，最大限度地降低其腐蚀速度，是可以做到的，从而达到延长钢铁使用寿命的目的。 钢铁腐蚀有多个控制因素，这对于认识和理解防腐蚀原理来说，是非常重要的。每一个图 11-1“电解电池”示意图。 [img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2008/11/200811241924_120247_1623504_3.jpg[/img]图 11-1 所示“电解电池”中，如果溶液是中性水，那么，电化学反应是： 阳极反应（氧化反应）式为： Fe - 2e = Fe ++ (11-1) 阴极反应（还原反应）的表达式是： 2O2 + H2O + 4e = 4 OH - (11-2) 综合电化学过程（氧化还原反应） ： 2Fe +O2 +2 H2O = 2Fe （OH）2 （11-3） 如果电解液中含有足够量的铜离子，那么，阴极反应会变为： Cu++ + 2e = Cu （11-4） 作为阴极的铁棒表面回沉积一层铜，这正是电镀铜的原理，也是其他金属镀层生成的基本原理。电镀是钢铁防护的有效方法之一。