2012年一級(jí)結(jié)構(gòu)工程師輔導(dǎo):鋼材的防護(hù)

　　一、鋼材的銹蝕$lesson$

　　鋼材的銹蝕：指其表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用或電化學(xué)作用而遭到破壞。

　　鋼材銹蝕不僅使截面積減小，性能降低甚至報(bào)廢，而且因產(chǎn)生銹坑，可造成應(yīng)力集中，加速結(jié)構(gòu)破壞。尤其在沖擊荷載、循環(huán)交變荷載作用下，將產(chǎn)生銹蝕疲勞現(xiàn)象，使鋼材的疲勞強(qiáng)度大為降低，甚至出現(xiàn)脆性斷裂。

　　根據(jù)銹蝕作用機(jī)理，鋼材的銹蝕可分為化學(xué)銹蝕和電化學(xué)銹蝕兩種。

　　1、化學(xué)銹蝕：化學(xué)銹蝕：指鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的銹蝕。

　　這種銹蝕多數(shù)是氧化作用，使鋼材表面形成疏松的氧化物。在常溫下，鋼材表面形成一薄層氧化保護(hù)膜FeO，可以起一定的防止鋼材銹蝕的作用，故在干燥環(huán)境中，鋼材銹蝕進(jìn)展緩慢。但在溫度或濕度較高的環(huán)境中，化學(xué)銹蝕進(jìn)展加快。

　　2、電化學(xué)銹蝕：電化學(xué)銹蝕：指鋼材與電解質(zhì)溶液接觸，形成微電池而產(chǎn)生的銹蝕。

　　潮濕環(huán)境中鋼材表面會(huì)被一層電解質(zhì)水膜所覆蓋，而鋼材本身含有鐵、碳等多種成分，由于這些成分的電極電位不同，形成許多微電池。在陽(yáng)極區(qū)，鐵被氧化成為Fe2+離子進(jìn)入水膜;在陰極區(qū)，溶于水膜中的氧被還原為OH-離子。隨后兩者結(jié)合生成不溶于水的Fe(OH)2，并進(jìn)一步氧化成為疏松易剝落的紅棕色鐵銹Fe(OH)3.電化學(xué)銹蝕是鋼材銹蝕的最主要形式。

　　影響鋼材銹蝕的主要因素：有環(huán)境中的濕度、氧，介質(zhì)中的酸、堿、鹽;鋼材的化學(xué)成分及表面狀況等。一些鹵素離子，特別是氯離子能破壞保護(hù)膜，促進(jìn)銹蝕反應(yīng)，使銹蝕迅速發(fā)展。

　　二、防止鋼材銹蝕的措施

　　1、采用耐候鋼：即耐大氣腐蝕鋼，在鋼中加入一定量的鉻、鎳、鈦等合金元素，可制成不銹鋼。通過(guò)加入某些合金元素，可以提高鋼材的耐銹蝕能力。

　　2、金屬覆蓋：鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材表面，提高鋼材的耐腐蝕能力。薄壁鋼材可采用熱浸鍍鋅(白鐵皮)、鍍錫(馬口鐵)、鍍銅、鍍鉻或鍍鋅后加涂塑料涂層等措施。

　　3、非金屬覆蓋：鋼結(jié)構(gòu)防止銹蝕通常采用表面刷漆、噴涂涂料、搪瓷、塑料等方法。常用的底漆有紅丹、環(huán)氧富鋅漆、鐵紅環(huán)氧底漆等，面漆有調(diào)和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。

　　4、混凝土用鋼筋的防銹：混凝土配筋的防銹措施，根據(jù)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和所處環(huán)境等，考慮混凝土的質(zhì)量要求，主要是提高混凝土的密實(shí)度，保證足夠的鋼筋保護(hù)層厚度，限制氯鹽外加劑的摻入量。混凝土中還可摻用阻銹劑。

　　鋼材銹蝕時(shí)，伴隨體積增大，最嚴(yán)重的可達(dá)原體積的6倍，在鋼筋混凝土中會(huì)使周圍的混凝土脹裂。埋入混凝土中的鋼材，由于混凝土的堿性介質(zhì)(新澆混凝土的pH值為12左右)，在鋼材表面形成堿性保護(hù)膜，阻止銹蝕繼續(xù)發(fā)展，故混凝土中的鋼材一般不易銹蝕。

　　預(yù)應(yīng)力鋼筋一般含碳量較高，又多是經(jīng)過(guò)變形加工或冷加工的，因而對(duì)銹蝕破壞較敏感，特別是高強(qiáng)度熱處理鋼筋，容易產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象。所以，重要的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，除了禁止摻用氯鹽外，還應(yīng)對(duì)原材料進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)。

　　三、鋼在火災(zāi)中的表現(xiàn)

　　鋼是不燃性材料，但這并不表明鋼材能夠抵抗火災(zāi)。耐火試驗(yàn)與火災(zāi)案例調(diào)查表明：以失去支持能力為標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)保護(hù)層時(shí)鋼柱和鋼屋架的耐火極限僅為0.25h，而裸露鋼梁的耐火極限僅為0.15h.溫度在200℃以內(nèi)，可以認(rèn)為鋼材的性能基本不變;超過(guò)300℃以后，彈性模量、屈服點(diǎn)和極限強(qiáng)度均開(kāi)始下降，應(yīng)變急劇增大;到達(dá)600℃時(shí)已失去承載能力。所以，沒(méi)有防火保護(hù)層的鋼結(jié)構(gòu)是不耐火的。

　　四、防火

　　鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的基本原理是采用絕熱或吸熱材料，阻隔火焰和熱量，推遲鋼結(jié)構(gòu)的升溫速率。防火方法以包覆法為主即以防火涂料、不燃性板材或混凝土和砂漿將鋼構(gòu)件包裹起來(lái)。

　　1、防火涂料

　　防火涂料按受熱時(shí)的變化分為膨脹型(薄型)和非膨脹型(厚型)兩種。

　　膨脹型防火涂料的涂層厚度一般為2~7mm，附著力很強(qiáng)，有一定的裝飾效果。由于其內(nèi)含膨脹組分，遇火后會(huì)膨脹增厚5~10倍，形成多孔結(jié)構(gòu)，從而起到良好的隔熱防火作用，根據(jù)涂層厚度可使構(gòu)件的耐火極限達(dá)到0.5~1.5h.非膨脹型防火涂料的涂層厚度一般為8~50mm，呈粒狀面，密度小、強(qiáng)度低，噴涂后需再用裝飾面層隔護(hù)，耐火極限可達(dá)0.5~3.0h.為使防火涂料牢固地包裹鋼構(gòu)件，可在涂層內(nèi)埋設(shè)鋼絲網(wǎng)，并使鋼絲網(wǎng)與鋼構(gòu)件表面的凈距離保持在6mm左右。

　　2、不燃性板材：常用的不燃性板材有石膏、硅酸鈣板、蛭石板、珍珠巖板、巖棉板等，可通過(guò)粘結(jié)劑或鋼釘、鋼箍等固定在鋼構(gòu)件上。

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