钢结构

21.在通常条件下，钢结构为什么一定要实施防腐蚀措施？ 简单地说，在通常自然环境中（大气、水、土壤等） ，钢铁是会被腐蚀的（我们随时可以看到钢铁生锈的情况） 。钢铁制品、建筑用钢结构，如果不实施防护措施，是不能够耐久使用的。在通常自然环境中，钢铁腐蚀的电化学过程是可以持续、顺利的进行，直到钢铁完全变成铁锈为止。只有采取有效的防护措施，才能阻止或减缓腐蚀过程。 如果要深一步理解和解释钢铁腐蚀，下面的电位-PH图是很有帮助的。图 21.1 是 Fe—H2O系电位—pH平衡示意图。表明了在水系统中，铁的电化学电位与水介质的酸碱度（pH）之间的平衡关系。纵坐标是铁的电位（E） ，横坐标是水介质的酸碱度（pH） 。电位与 pH的平衡构成三个区域。处在 a 区范围内，铁离子（Fe++）处于稳定状态，称作“腐蚀区” （铁变为铁离子的过程就是腐蚀） ；在 b区范围内，铁的氧化物（ Fe2 O 3）是处于稳定状态，称作 “钝化区” ； 处在 c 区范围内， 铁 （Fe） 处于稳定状态， 称作 “免蚀区” 。 在中性条件下 （pH=7） ，通常铁的电位与 pH 的交点是 M 点，是处在 a 区范围内，腐蚀是必然趋势。越是趋于酸性（pH越小） ，铁腐蚀性越强。也就是说，钢铁在中性、酸性条件下是一定会遭受腐蚀的。只有在强碱性条件下（如 pH＞12, N点） ，钢铁表面才能生成有保护作用的钝化膜。混凝土中钢筋为什么不腐蚀呢？正是因为混凝土是强碱性的，水泥水化产生的“碱”能够使混凝土中的 pH＞12，如图 21.1 中的 N 点在 b区范围内，铁的氧化状态（ Fe2 O 3）是处于稳定状态。由于钢筋表面生成一层“钝化膜” ，所以混凝土中的钢筋可以长期保持不锈。当混凝土中的碱度降低的时候（如“碳化” ） ，就会由 b区移到 a 区范围内，钢筋就要腐蚀了。c 区范围内铁是处于稳定状态（免蚀区） ，只有使铁的电位负向移动才能进入“免蚀区” （这正是阴极保护原理） 。应用电位—pH图，能够从理论与实际的结合上，对钢铁的腐蚀本质给与很好的解释。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2008/11/200811241936_120250_1623504_3.jpg[/img]由上分析可知，钢铁在弱碱性、中性、酸性环境中是会遭受腐蚀的，这是由铁的“本性”决定的。通常说所的自然环境（包括大气、水、土壤） ，大都是中性、弱酸性，在此环境中的钢结构，如果不进行防腐蚀处理，是不能耐久使用和保证安全的。在受污染的环境、工业环酸、碱、盐等苛刻环境中，钢结构更需要可靠的防护。 22.钢结构防护有哪些主要技术思路？ 简单说来，在设计阶段主要有以下三方面的技术思路可供选择： ——选材：不同钢种的耐腐蚀性能是不一样的。比如，耐候钢就比普通碳钢、合金钢的耐腐蚀性能好，不锈钢就更耐腐蚀。这是从提高钢种本身其抗腐蚀能力的技术思路，但有一定局限性。比如，即使是耐候钢也可能还需要进一步防护，不锈钢虽好，但由于价格贵，目前还不能大量应用于钢结构中； ——防护涂层：这是把钢结构封闭起来、与腐蚀环境隔绝的技术路线，也是目前国内外最普遍应用的防护方法。涂层品种繁多，有金属涂（镀）层、有机涂层、无机涂层等。用涂层将钢结构与环境完全隔离是很难做到的，因为涂层总会有缺陷，并且涂层本身性能也随时间而变化（如老化） 。作为防腐蚀涂层还需要考虑强化防腐方面的技术因素。其中重要的因素之一就是添加能够阻止锈蚀的“颜料” （缓蚀剂）到涂层之中； ——阴极保护：这是一种电化学保护方法。由图 21.1 可以看出， ，当铁处于 c 区范围内时，铁就处于稳定状态。给与钢结构以负电（更多的电子） ，就能够使其进入“免蚀区” （变成阴极而不腐蚀） ，称做阴极保护。阴极保护方法多用于水、土介质条件下的钢体、钢结构，如钢桩、海洋钢结构平台、地下油气管线等。 如果采用单一措施达不到设计寿命期的要求时， 可选择复合技术措施， 如涂层加阴极保护，或其他综合措施。 23．什么叫做耐候钢？ 它是合金钢的一个种类。通过改变钢的添加成分，不仅能提高钢的力学、机械性能，而且能提高和改善钢的耐腐蚀性能。某些合金元素的加入（甚至是微量） ，就可以明显改变钢的微观结构和表面状态，从而提高了对环境腐蚀的适应能力。如加入钨、锰、铜、磷等元素而成的合金钢，在海洋大气中，比普通钢有较好的耐腐蚀性能。依据这种“合金化”原理生产出来的钢叫做耐蚀钢或耐候钢。 耐蚀钢在国内外都有生产和应用，但在钢结构中的应用面还不够广泛。原因可能是，虽然耐蚀钢能提高防腐蚀能力，但在严酷的腐蚀环境中，仍不能解决长时期不腐蚀的问题；另一方面，耐蚀钢价格较高也是因素之一。 目前，采取“合金化”的方法提高钢自身的防护能力，仍然是人们努力的目标之一。价格适中而又耐蚀性能好的耐蚀钢，肯定是受欢迎的。此外，耐蚀钢的低温冲击韧性比一般的结构钢要好（相关标准可参考《焊接结构用耐候钢》 （GB4172-84） ） 。 24.什么叫做有机涂层？怎样分类? 有机涂层是与无机涂层对应的称谓，并没有严格的定义。有机涂层还常常称作涂料，早期的涂料通常叫做油漆。其主要成膜物质和溶剂等，是以有机材料为主体的。有机涂层的主要构成大体是：