摘要：钢铁材料，即使在中性大气环境下由于水和氧的存在都不同程度地发生着腐蚀，在海洋潮湿环境，含有腐蚀性介质（如CO2、SO2等）、灰尘等污染物的工业大气环境，均加速腐蚀。据统计大气环境下腐蚀损失的金属占损失的50%以上，而且随着环境污染的日益加剧，因腐蚀造成的损失会越发严重。当前，在交通建设领域，使用大、中型钢结构件的趋势迅猛，如钢结构桥梁、桥梁拉杆、护栏、龙门架等在高速公路和一级公路建中被广泛采用。由于钢结构件投资大、不易维护等特点，为了使钢结构件获取得很好的防护，因此，寻找一种长效、经济的防护技术就显得尤为重要。
关键词：钢结构；防腐处理
一、钢结构腐蚀的原因
加强钢结构的防腐处理，有必要对钢结构的腐蚀原因进行总结探讨，针对腐蚀原因更有利于设计经济有效的防腐措施。钢结构的腐蚀与环境中多种因素有关，例如湿度、温度、氧或其他介质，其中湿度对钢结构的腐蚀影响很大，当空气中相对湿度不高于60%时，钢材料的腐蚀很轻微，但一旦达到临界湿度，其腐蚀速度会有一个突然的升高。在常温或高温环境中，钢材料的腐蚀主要是化学腐蚀和电化学腐蚀，环境中存在一些氧气等、二氧化碳、水、硫化物及氯化物等介质，与钢材料发生化学反应，导致钢材料表面形成一层疏松的氧化物，其随着温度和湿度的增加，钢材料的氧化反应速度加快，特别是在干湿交替的环境下，其腐蚀速度更快。在潮湿的常温环境下，钢材料的腐蚀主要是由于电化学过程，由于环境中的水分由于吸附作用形成薄薄的覆盖于钢材料的表面水膜，而钢铁内部又含有多种金属杂质，这些金属杂质之间具有不同的电极电位，当得失电子能力不同而发生电子的转移时，即在局部形成了一个个微电池，钢材料即发生了腐蚀，加上材料周围的氧气、水分等，阳极区的铁被氧化成了铁离子进入水膜，阴极区水膜中溶解的空气中的氧被氧化形成氢氧根离子，氢氧根离子与铁离子结合形成不溶于水的氢氧化亚铁，继而再进行进一步氧化后在表面形成了疏松的铁锈氢氧化铁，铁锈继续吸收空气中大量水分，使锈层体积膨胀、剥脱，腐蚀过程进一步向材料更深处进行。
二、钢结构腐蚀的类型
1.大气腐蚀
钢结构的大气腐蚀主要是由空气中的水和氧气等的化学和电化学作用引起的。大气中水汽形成金属表层的电解液层，而空气中的氧溶于其中作为阴极去极剂，二者与钢构件形成了一个基本的腐蚀原电池。当大气腐蚀在钢构件表面形成锈层后，腐蚀产物会影响大气腐蚀的电极反应。
2.局部腐蚀
局部腐蚀是钢结构最常见的破坏形态，主要包括电偶腐蚀、缝隙腐蚀。电偶腐蚀主要发生在钢结构不同金属组合或者连接处，其中电位较负的金属腐蚀速度较大，而电位较正的金属受到保护，两种金属构成了腐蚀原电池。缝隙腐蚀主要在钢结构不同结构件之间、钢构件与非金属之间存在的表面缝隙处，当缝隙宽度窄到可以使得液体在缝内停滞时发生，钢结构的缝隙腐蚀最敏感的缝宽为0.025mm－0.1mm。钢结构最常见的缝隙腐蚀形式有铆接、衬垫和颗粒沉积等，由于这些连接中的缝隙在工程中是不可避免的，所以钢结构的缝隙腐蚀也是不可完全避免的，它的发生会导致钢结构整体强度降低，减少吻合程度。
3.应力腐蚀
即在某一特定的介质中，钢结构不受到应力作用时腐蚀甚微，但是受到拉伸应力后，经过一段时间构件会发生突然断裂。由于这种应力腐蚀断裂事先没有明显的征兆，所以往往造成灾难性后果，如桥梁坍塌、管道泄漏、建筑物倒塌等，带来巨大的经济和人员伤亡。
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三、钢结构的防腐处理方法与设计
腐蚀控制在钢材料的设计过程中极为重要，但是却容易被忽视，对钢材料进行合理的防腐设计，不仅可以提高钢材料的耐腐蚀性能，还能适当弥补钢结构性能上自身的不足，所以，对钢材料进行合理的防腐设计与处理具有重要意义。
1.钢结构的表面处理。在轧制过程中，钢材料经过热处理后，在其表面会形成一层均匀的氧化层，此外，在加工过程中，也会使钢材料表面产生毛刺、油污以及焊渣等污染物。如果没有认真清除这些氧化物，将会给防腐涂料的附着产生影响，并降低涂层的使用寿命。所以重视钢材表面的处理质量，可能比涂料自身性能导致的防腐差异影响更大。
常用的表面除锈方法有手工处理，化学处理以及机械处理。一般来说，手工处理可以去除材料表面的锈迹和氧化层，但清理的效果不彻底，质量较差，效率较低。化学处理主要是通过使用碱性或酸性溶液，对材料表面的油污或氧化物进行溶解，利用化学反应或其理化性质清除钢材料表面的氧化层或污染物。但化学处理需要严格的时间控制，一旦处理时间过长，即使添加缓蚀剂，依然会对材料造成过蚀现象，特别是对有孔隙或结构构造复杂的材料，在处理后余酸或余碱可能藏于孔穴或缝隙中难以彻底清除，可能会增加材料被腐蚀的隐患。因此，化学处理一般用于薄板件的清洗处理，但化学试剂易挥发的性质，而且相对成本较高，可能对环境造成污染，越来越被机械处理方法所取代。当今，机械处理方法主要采用喷丸法和抛丸法，喷丸法主要包括喷丸和喷砂，喷丸打击效果明显，容易对薄板材料容易造成变形，虽然清理能力强，但工艺上多取用喷砂的方法。抛丸法除锈工艺不仅可以有效对材料表面进行清理除锈，还可以清除材料焊接产生的残余应力，抗腐蚀年限更高，也受到广泛的应用。
2.选用耐腐蚀的耐候钢材料。耐候钢由于含有磷、铬、钛、铜等材料，使得金属表面形成保护层，与一般钢材料相比具有更优良的耐腐蚀性和低温冲击韧性。
3.长效防腐蚀。在钢材料表面通过电镀、热镀、化学镀等方法形成金属保护层，隔离钢材料与环境介质的接触，或利用电化学作用对材料进行保护，防止材料腐蚀。目前，主要有热浸锌、热喷铝等方法。
4.化学保护层法。采用化学或电化学方法，使钢材料表面形成有耐腐蚀性能的薄膜，隔离材料与腐蚀介质的接触，例如钝化或磷化处理。
5.普通涂层法。利用涂刷、喷涂等方法使涂料、塑料、搪瓷等材料在钢材料表面形成非金属保护膜，以阻止钢材料与腐蚀介质的接触，其防腐性能不如长效防腐蚀方法，普通涂层法多用于用于室内的或在室外但易于维护的钢材料。涂层法一般先用喷砂或喷丸除去材料表面的氧化物或污染层，再根据钢材料周围环境选择不同性能的涂层，高性能的防腐涂料需要底漆、中间漆、以及面漆三层。大多底漆含有的粉料多、基料少，成膜一般较粗糙，但与钢材粘合能力强，同时与面漆的结合性也比较好，根据材料周围腐蚀性的强弱一般选用不同的底漆，例如富锌底漆多用于强腐蚀性环境中，而磷酸锌底漆却多用于腐蚀性弱的环境中。高性能涂装体系的中间漆多选用环氧云铁漆，云铁呈相互交错的层片状，可以有效阻止环境中的水分、氧以及电解质等物质的渗透，从而延长涂覆于材料最表面面漆的时间窗口，显示了更好的隔离保护功能。涂覆于最表面的面漆要求具有良好的外观，含有的基料多，使成膜后具有良好光泽，还具有保护底漆、抗风化的作用，因此，选择具有良好保色性和保光性的高性能面漆涂料，可以节省后期的维护费用，更加经济、省时、省力。
三、结语
综上所述，随着钢材料在建筑、桥梁、制造业等大工业的大量使用，做好对钢结构的防腐措施是工程中的重点和难点，但也是不可忽视和避免的问题。在设计时，就要提高防腐意识，综合考虑材料使用现场情况和周围环境因素，合理地设计选择防腐蚀方法，并在施工过程中，严格按照规定、标准规范作业，确保钢结构具有良好的耐用性和安全性，做到经济合理、高效高质，更符合当代经济社会的发展。
论文作者:马贺
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/27
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