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    钢结构腐蚀机理及因素分析

    1.大气腐蚀
    钢材暴露在大气环境条件下,由于大气中水和氧等物质的作用而引起的腐蚀,称为大气腐蚀。
    (1)机理
    大气腐蚀与完全浸没在电解液内的腐蚀过程有所不同。因大气腐蚀的钢材表面含有水分,当相对湿度达70%时,还会在钢材表面结露,因此,使得上述反应易于进行。
    (2)影响因素
    ①湿度。湿度是决定大气腐蚀类型和速度的基本因素,相对湿度达60%(临界湿度)以上时,铁的腐蚀急速增加。湿度越大,一般大气的腐蚀性越强。
    ②降水量。雨水的冲刷,从冲掉腐蚀介质而言,起有利作用;但雨水又能破坏腐蚀产物的保护层,促进腐蚀的进行。
    ③温度。日气温变化越大,腐蚀越严重。
    ④日照量。日照使钢材保护层涂料老化,起间接的破坏作用。
    ⑤大气污染物质。大气中若存在S02、海盐粒子、固体尘粒,则腐蚀加重。因此,一般来说工业区腐蚀最严重,沿海地区次之,而内陆无污染工业的地区腐蚀最小。
    (3)防治措施
    ①采用耐蚀钢材。如掺铜、铬、镍等合金组合的低合金钢,耐蚀性较好。②使用涂层和金属镀层保护。③降低大气湿度。降低大气湿度的措施很多,如钢结构的构造设计、防止缝隙中存水、除尘、加入吸湿剂、空调等等。
    2.淡水腐蚀
    指不含盐、碱和酸等水的腐蚀。其腐蚀机理原则上讲,与大气腐蚀相同。
    淡水腐蚀的重要影响因素有温度、氧气浓度等。淡水中常溶解有钙、镁等矿物,其含量高时,称为硬水。在硬水中,钢材的腐蚀速度有所减慢,因为碳酸钙等沉积在钢材表面会阻碍氧气的通过,因而使腐蚀速度减慢。
    3.酸腐蚀
    (1)腐蚀机理
    在非氧化性酸中(盐酸、稀硫酸、醋酸等),钢材与这些酸中的氢发生置换反应,形成可溶性的金属盐而被腐蚀。
    其主要化学反应为:
    在氧化性酸中(硝酸、浓硫酸等),浓度低时也极易腐蚀,若浓度高,则产生不溶性氧化物,有一定的保护作用。
    (2)影响因素
    ①氢离子浓度;
    ②酸的类型;
    ②温度。
    4.碱腐蚀
    (1)腐蚀机理
    室温下水溶液的pH值在10一14范围内时,碳钢钝化而使腐蚀速度下降。pH值大于14时,由于生成不溶性的Fee场或Fe3 04,其腐蚀速度也不大。
    但在高温、高压碱水溶液中,钢材产生溶解性腐蚀,称为碱裂、碱脆化等。如锅炉的碱腐蚀。
    在浓碱溶液中,其反应式为:
    (2)影响因素
    主要有温度、压力、PH值和碱金属种类(一般认为碱金属的原子量越大,腐蚀性越强)。
    5.盐类腐蚀
    (1)腐蚀机理
    ①改变溶液的PH值。
    ②发生氧化还原反应,如Fe置换铜的反应,铁被溶解。
    Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
    ③增加溶液的导电性,使电化学腐蚀加剧。
    ④某些盐类的阴、阳离子对腐蚀的特殊影响。
    (2)影响因素
    盐的种类、浓度、温度。
    6.海水腐蚀
    (1)腐蚀机理
    随着海洋事业的发展,海洋中的钢结构越来越多,但海洋中腐蚀介质复杂,其机理也复杂。一般来说,主要有盐类腐蚀、电化学腐蚀、海生物腐蚀等。
    (2)影响因素
    ①与海水介质的接触深度。按浸入海水的深度可分海泥区、全浸区、潮差区、飞溅区、海洋大气腐蚀区。一般来说,飞溅区最严重,因为飞溅区金属表面常被海水所润湿,并受到海水运动的冲击,该处的保护涂层易于脱落破坏。图8.2为钢柱在上述不同区域的腐蚀情况。
    ②海水流速。随流速加大腐蚀速度加快。
    ③海生物。
    ④海水温度。
    (3)防治措施
    ①正确确定腐蚀程度。例如海上建筑物的桩柱在不同位置的腐蚀程度有所不同,应采用不同的厚度。
    ②减少水流的滞流度以避免冲击腐蚀。
    ③尽可能消除不必要的缝隙。
    ④减少产生电化学腐蚀的条件(如不同金属连接)。
    ⑤减少物件的应力集中现象。
    ⑥注意焊接加工杂散电流的影响。
    ⑦涂覆防护。
    ⑧电化学保护。
    7.土壤腐蚀
    衡阳钢结构埋人土壤中所受的腐蚀称为土壤腐蚀。
    (1)机理
    遵循电化学腐蚀基本理论,但腐蚀电池的形成与土壤自身特性有关。一般来说,有下列一些腐蚀电池。
    ①长距离腐蚀宏电池。常发生在地下长距离的钢结构上。
    ②因土壤的局部不均匀引起的腐蚀宏电池。一般由回填土密实度、夹杂物的不同引起。
    ③埋没深度不同及边缘效应引起腐蚀宏电池。
    ④钢结构所处状态的差异引起腐蚀宏电池。由温差、应力、不同种类的钢材引起。
    (2)影响因素
    ①土壤性质(孔隙率和孔隙结构、含水量、电阻率、酸碱度、含盐量)。
    ②杂散电流。
    ③微生物。
    (3)防治措施
    ①覆盖层保护。
    ②阴极保护。
    ③改变土壤环境。如降低水位、选择腐蚀小的回填土、在酸性土壤中物件周围充填石灰石碎块等。
    8.有机系非水溶剂的腐蚀
    非水溶剂包括无机系和有机系两类。无机系主要有纯硫酸、发烟硝酸等不含水的酸类,熔融氢氧化钠及碳酸钠等熔盐。在低温下成为液态的液氨等物质。鉴于工业建筑中有机系非水溶剂的腐蚀较多,如有机药品.工业、食品工业、发酵工业、石油化工、纺织工业等,本节主要涉及有机系非水溶剂所引起的腐蚀。
    (1)机理
    ①极性非水溶剂(如酒精、醛、梭酸、酚类、硝基化合物)腐蚀遵从电化学机理。
    ②非极性非水溶剂(如锁状或环状结构的碳氢化合)中的腐蚀既有电化学腐蚀也有化学腐蚀。一般来说,非极性溶剂本身腐蚀性很小,但当溶剂置于大气中时,所生成的氧化物具有极性。例如,燃料油和润滑油被氧化后生成了梭酸,能促进金属在这些油中的腐蚀。另外,有机氯化合物和有机嗅化合物的腐蚀作用,是由于它们分解后生成盐酸和氢澳酸所致。
    ③非水溶剂的腐蚀与水也密不可分。水的来源有大气等,油类本身含有一定的水分。
    (2)防治措施
    ①隔绝水的侵人。如油中加入皂类的防蚀措施,就是为了把油中水分同金属面隔离,以抑制腐蚀。
    ②添加防止非水溶剂变成腐蚀介质的外加剂。
    9.高温腐蚀
    在高温时,钢材表面会产生一层黑皮(如轧制过程中,钢材也会产生一层黑皮),黑皮为高温氧化物,对钢材有一定的保护作用;但有水分存在时,由于钢材黑皮的电位不同,从而构成了原电池,使钢材产生电化学腐蚀。
    高温腐蚀防护,可从下列几方面着手:
    (1)根据使用寿命、环境介质与温度、负载状态及成本选择合适的合金钢种。
    (2)改善高温环境,在加工使用中可通过真空、惰性气体、密封的A1203粉等控制钢材所处的高温环境介质。
    (3)表面处理。
    10.应力腐蚀
    钢材的应力腐蚀指钢材在应力状态下腐蚀加速的现象。应力腐蚀的特征是在较极限抗拉强度低得多的应力情况下,即在一般安全使用应力的情况下,材料(钢丝或钢筋)发生脆性断裂。此时钢丝表面腐蚀并不严重,锈蚀率一般在30%以下,在有缺陷或腐蚀坑根部沿轴向会有一段黑色应力腐蚀区。
    11.电腐蚀
    电腐蚀是钢筋混凝土结构或钢结构处于杂散电场中,在阳极区即电流通过钢筋的部位发生的腐蚀。这一现象常发生在电化学工厂、电冶金车间等,电腐蚀的强弱与钢材所处阳极电位的高低成正比。


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