钢结构的防腐蚀结构设计

魏家圣

【摘要】要有效防止钢结构腐蚀状况的产生，不仅可以采取一些常规的钢结构防腐措施，也可以在结构设计上进行改善。一方面，可以通过合理的设计尽可能的避免构件缝隙腐蚀的产生，这能够降低很大程度的钢结构腐蚀现象。另一方面，可以通过结构设计的完善来防止钢结构的应力腐蚀，这些都是工程中很值得采取的钢结构防腐的结构设计模式。本文对此进行了分析研究。

【关键词】钢结构；防腐蚀；结构；设计

钢结构腐蚀的现象时有发生，这种现象不仅会使得构件的强度与刚度直接降低，腐蚀严重时还会发生结构断裂等问题，这很容易造成安全事故与安全隐患。防止钢结构腐蚀的方式有很多，从结构设计上进行完善是很有效的一种模式，这能够很好的避免腐蚀现象的产生与恶化。

一、钢结构的腐蚀原因及危害性分析

1. 防腐因素分析

经试验和研究表明，钢铁与周围环境（介质）之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。或者说，钢铁的腐蚀是发生在钢铁与介质间的界面上。由于钢铁内部含有不同比例的其他金属杂质，所以它们内部的金属之间则存在具有不同的电极电位，分别产生得到电子或失去电子的不同变化倾向，因此引起其内部发生局部的微电池现象。当有水和氧气存在时，就会发生电化学的腐蚀过程，即钢铁的表面构成原电池的阳极，溶解质则变化为铁离子，铁离子与阴极生成氢氧根离子反应，生成初步的腐蚀产物—氢氧化低铁，再被空气中的氧进一步氧化变为三氧化二铁（铁锈）。铁锈具有一定的吸湿性，能够吸收外部大量水分，致使锈蚀层慢慢地进行膨胀，形成疏松的结构层，并使腐蚀向内部继续扩展，不停地进行腐蚀钢结构。同时，在钢铁被腐蚀的最终生成物中，含有与铁锈分离开的硫酸（H2SO4），有反复地、循环地使腐蚀情况加剧，直至钢结构彻底损坏。钢铁的腐蚀速度与环境、温度、湿度及有害的介质存在有关，并成正比关系，其中湿度起决定因素。

2. 腐蚀的危害性分析

钢结构的腐蚀危害性十分明显，会使得构件的强度与刚度直接降低，腐蚀严重时还会发生结构断裂现象，这很容易造成安全事故与安全隐患。钢结构腐蚀的一个重要特点就是其不均匀性，腐蚀通常发生在阳极的表面，腐蚀一旦产生往往会逐层深入，腐蚀的面积会不断增大。这会使得载荷截面积不断减小，当钢结构在腐蚀位置集中受力时很容易导致腐蚀坑底的电位急剧变化，腐蚀随之进一步加剧。这种连锁反应是钢结构腐蚀危害性的直观体现。

二、常用的防腐方式

1. 热浸锌防腐技术

这是一种最为常见的防腐手段，很多钢结构的防腐都会采取这种方式。热侵锌防腐就是将锈渍去除后的钢结构侵入600℃左右融化了的锌液中，让钢结构表面均匀附上一层锌涂层。这种技术相对来说操作十分简单，并且能够达到很长时间的防腐性能，在正常大气环境条件下可以提供大概10年的有效保护期。

2. 重防腐涂料涂层技术

重防腐涂料涂层技术即涂层设计由底漆、中间漆和面漆组成的多层涂装体系；它的防腐涂装工艺和涂料品种都非常相似，油漆品种均为环氧云母氧化铁中间漆、环氧（无机）富锌底漆和环氧类或聚氨酯类或氯化橡胶面漆等组成。防腐底漆中如添加锌粉（如富锌底漆），对钢铁提供阴极保护。涂层对钢结构提供的腐蚀保护以机械屏蔽的隔离防护为主，涂层的老化、粉化使这种隔离作用减弱或失去作用。

3. 热喷涂锌或铝涂层技术

热喷涂锌或者铝涂层技术是随着火焰喷涂与电弧喷涂技术的产生而逐渐演变得来的，使用的涂料也在慢慢发生变化，从最初的锌涂层变为铝涂层又发展为锌铝合金等。这种技术的生产效率较低，且需要的劳动强度明显更大，会极大的提升钢结构的防腐加工工期。然而，这种技术也具备其显著的优越性，最大的一点便是它的防腐寿命非常长，正常情况下可达到30-50年的保护期，并且防腐效率也是普通防腐技术的数十倍。鉴于这一技术的特点，在具体的工程中会依据相关情况来做出适宜的选择。

三、钢结构的防腐蚀结构设计

1. 缝隙防腐蚀的结构设计

缝隙腐蚀是钢结构的腐蚀中最为常见的一种，这也是一种最为典型的局部钢结构腐蚀的范例。缝隙腐蚀一般发生于金属表面的缝隙中，尤其是对于桥梁结构而言，其结构相对更为复杂，存在的缝隙也更多，发生缝隙腐蚀的几率也会增大。然而，并不是只有存在缝隙时才会发生钢结构的缝隙腐蚀，对于一些钢结构表面布满灰尘与泥沙的情况下也会发生这种腐蚀状况。防止这种腐蚀的最直观的方法就是在结构设计时尽可能的避免缝隙的形成，并且尽可能的避免容易产生表面沉积的各种条件。对于容器的设计则尽可能的避免尖角或死角，以免结构吸水后形成腐蚀。这些都是很实用的防止缝隙腐蚀的结构设计模式。

2. 防止应力腐蚀的结构设计

应力腐蚀是指在一定的环境条件下，构件本身或者外加于其上的应力伴随腐蚀作用而产生的金属早期破裂的现象。这种腐蚀通常发生在合金上，其对于应力腐蚀的敏感度更高，对于纯金属很少会产生应力腐蚀的状况。然而，也并不是在任何环境下合金都会发生应力腐蚀，只有处于一些特定条件下，如不锈钢处于海水中或者是碳钢处于硝酸溶液中时合金才会发生应力腐蚀现象。想要避免这种腐蚀最直观的方法就是尽可能的降低外力或者是施加于其上的应力，这能够很大程度防治应力腐蚀的产生。此外，改变构件的腐蚀性，例如添加相应的缓蚀剂或者选用一些耐应力腐蚀的材质，这也能够有效防治应力腐蚀的发生。

结语：想要有效防止钢结构腐蚀状况的产生，这不仅可以采取一些常规的钢结构防腐措施，这也可以在结构设计上进行改善。一方面，可以通过合理的设计尽可能的避免构件缝隙腐蚀的产生，这能够降低很大程度的钢结构腐蚀现象。另一方面，可以通过结构设计的完善来防止钢结构的应力腐蚀，这些都是工程中很值得采取的钢结构防腐的结构设计模式。

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