钢材的锈蚀与防腐

第七节　钢材的锈蚀与防腐

一、钢材的锈蚀

钢材的锈蚀是指其表面与周围介质发生化学反应而遭到的破坏。钢材若在存放中严重锈蚀，不仅使有效截面积减小、性能降低甚至报废，而且使用前还需除锈。钢材若在使用中锈蚀，将使受力面积减小，且因局部锈坑的产生，可造成应力集中，导致结构承载力下降。尤其在有反复荷载作用的情况下，将产生锈蚀疲劳现象，使疲劳强度大为降低，出现脆性断裂。

根据锈蚀作用的机理，钢材的锈蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀两种：

1.化学锈蚀

化学锈蚀是指钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀。这种锈蚀多数是氧化作用，使钢材表面形成疏松的氧化物。在常温下，钢材表面能形成一薄层氧化保护膜FeO，可以防止钢材进一步锈蚀，故在干燥环境下，钢材锈蚀进展缓慢，但在温度和湿度提高的情况下，这种锈蚀进展加快。

2.电化学锈蚀

电化学锈蚀是指钢材与电解质溶液接触而产生电流，形成微电池而引起的锈蚀。潮湿环境中的钢材表面会被一层电解质水膜所覆盖，而钢材是由铁素体、渗碳体及游离石墨等多种成分组成，由于这些成分的电极电位不同，首先，钢的表面层在电解质溶液中构成以铁素体为阳极，以渗碳体为阴极的微电池。在阳极，铁失去电子成为Fe^2＋进入水膜，在阴极，溶于水膜中的氧被还原生成OH－，随后两者结合生成不溶于水的Fe（OH）₂，并进一步氧化成为疏松易剥落的红棕色铁锈Fe（OH）₃。由于铁素体基体的逐渐锈蚀，钢组织中的渗碳体等暴露出来的越来越多，形成的微电池数目也越来越多，钢材的锈蚀速度愈益加速。

电化学锈蚀是建筑钢材在存放和使用中发生锈蚀的主要形式。影响钢材锈蚀的主要因素是水、氧及介质中所含的酸、碱、盐等。另外，钢材本身的组织和化学成分对锈蚀也有影响。

埋于混凝土中的钢筋，因为混凝土的碱性（普通混凝土的p H为12左右）环境，使之形成一层碱性保护膜，有阻止锈蚀继续发展的能力，故混凝土中的钢筋一般不致锈蚀。

二、防止钢材锈蚀的措施

钢结构防止锈蚀的方法通常是采用表面刷漆。常用底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆等。面漆有调和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。薄壁钢材可采用热浸镀锌等措施。

混凝土配筋的防锈措施，根据结构的性质和所处环境条件等，主要是保证混凝土的密实度、保证足够的保护层厚度、限制氯盐外加剂的掺加量和保证混凝土一定的碱度等。还可掺用阻锈剂。

对于预应力钢筋，一般含碳量较高，又多系经过变形加工或冷加工，因而对锈蚀破坏较敏感，特别是高强度热处理钢筋，容易产生应力锈蚀现象。故重要的预应力承重结构，除禁止掺用氯盐外，应对原材料进行严格检验。钢材的组织及化学成分是引起钢材锈蚀的内因。通过调整钢的基本组织或加入某些合金元素，可有效地提高钢材的抗腐蚀能力。例如，炼钢时在钢中加入铬、镍、钛等合金元素，可制得不锈钢。