钢结构的防腐蚀结构设计

钢结构的防腐蚀结构设计

郄利勇

中海油石化工程有限公司

摘要：改革开放以来，钢建筑在我国建筑行业中出现的越来越多。在厂房、桥梁、场馆、超高层建筑、海上基础设施等许多领域中，都出现了钢的身影。钢材在我国建筑中的使用的用量和品质上，相较于过去有了明显提升。因此，在防腐蚀的过程中，钢的防腐蚀保护和各种措施是十分重要的。钢材建设建造时，要尽量保持建筑的完整，可以更好地保护建筑物，增加建筑的使用寿命，并且能在一定程度上弥补钢材自身的缺陷，增加钢材建筑的安全性，减少材料的浪费，节约资源保护环境。

关键词：钢材结构；腐蚀；防腐蚀结构设计

前言：现阶段，我国的钢铁工业得到了十分迅速地发展，钢铁产量稳居世界前列，成为了世界钢铁大国，这为钢结构在日常生活中的使用打下了坚实的基础。钢材本身具有许多其他材料没有的特性，在城市建设、国防建设中都十分受欢迎。本文综述了我国钢的发展应用以及防腐蚀措施，并详细地介绍了钢的防腐蚀设计的方法和原则。

1.钢结构在建筑中的广泛应用

1.1我国钢结构的应用历史

钢是一种常见的材料，钢的结构具有许多优点，被广泛地应用在建筑中。早在古代，我国对钢的冶炼就已经达到了较高水平，古代桥梁中许多都有钢材的使用。但这只是最基础的铸铁建筑，现代我国钢结构建筑发展，不过百余年。随着人们社会需求的发展，城市建设中有许多钢材的身影。我国的钢结构建设起步较晚，但随着城市建设、工业发展的需要，近二十年来，许多优秀的企业涌现出来，如鞍钢、宝钢等。同时，在常规的民用建筑中，都有钢的身影，已完成近50万立方米的工程建筑，有力地推动了钢的市场的扩大，有着十分广阔的发展前景。

我国已成为世界钢铁大国，但同时，市场对钢材的需求量也越来越大，防腐蚀技术的研究与发展已成为必然趋势。

1.2钢结构的性能优越性

在建筑过程中，钢结构有着优于其他材料的特点，例如可减少施工时间、绿色环保、承载能力强、重量轻、建筑造型美观可塑性好、抗震性能好等。

韧性好、强度高是钢结构最为突出的优势，因此它适合应用到一些体积大、载重大的建筑工程的建设施工中；同时，钢结构具有单一化的特点，整体结构并不复杂，这使得钢结构的改装更加方便，大大提高了建筑工程中的施工速度，提高了行业效率；与传统的混凝土建筑材料相比，钢材的质量轻很多，便于运输，但其承载能力却要优于传统的混凝土结构材料；钢结构在施工过程中大大减少了砂、石、灰等的使用，大部分材料可回收或可降解，绿色环保效果好，并且具有较高的性能价格比。

因此，钢可以满足建筑行业的不同需求，适合在城市发展建设中使用。

1.3建筑工程中钢结构的用途

我国是世界上最早使用钢铁材料的国家。建国前，由于我国的历史国情，我国的建筑技术相对于其他国家比较落后，许多的钢桥并不是我国自己设计建造的，我国设计建造的铁路钢桥主要是京张铁路桥，这为我国现代钢建筑的发展做出了很大的贡献。

自改革开放以来，市场发展的需求极大扩展了钢的应用范围。目前我国建设的高层钢材料建筑已经达到了30多幢，鸟巢、水立方、上海金茂大厦等许多标志性的建筑在世界上都具有很大的影响这时我国建筑历史翻到了新的一页。现代钢结构的应用主要包括四种形式：空间钢结构，主要表现为大型厂房、会议室、火车站、飞机场等较大的场所；轻钢结构，广泛用于服务性建筑，比如我们常用的办公室、写字楼等；高层钢结构，经常使用框架连接成结构体系；钢结构的民用住宅，主要用于顶梁柱的住宅建设。

2.造成钢结构腐蚀的常见因素

2.1外部环境引起的化学腐蚀

引起钢材逐渐腐蚀的因素多种多样。钢材料本身由许多不同的成分组成，这些成分的电极电位都不相同。当钢建筑处在潮湿的空气中时，表面的水分就会使不同性质的分子相互作用，形成了许多微型电池，从而产生氧化作用形成了成分疏松且容易脱落的铁锈，进而使钢材受到腐蚀，影响使用。在防止钢结构腐蚀的过程中，应根据其所处环境的不同，采取相应的措施。

在建筑过程中，许多钢建筑常年暴露在空气中，受大气中水分、氧和其它杂物的影响，钢会被氧化变质。钢材在受到污染的环境中遇到空气时，铁分子与空气中的氧以及水分子会产生化学反应，而生成一种新的物质氧化铁（也就是我们所说的铁锈）导致腐蚀的出现。这种新的物质铁锈，会对建筑产生腐蚀效果，其成分非常复杂。因此，在保护钢不受腐蚀的过程中，需尽量避免接触空气和水，并及时清除钢材表面的锈。

2.2钢结构设计不合理

钢结构的防腐蚀过程中，建筑结构的不合理也会导致不同程度的腐蚀。钢结构在经过长时间的拉伸作用，承载过大的重力时，可能会突然断裂。这是一种应力腐蚀，在没有收到拉伸力作用时，这种腐蚀并不明显，但断裂一旦发生，将带来极其严重的经济损失甚至人员伤亡，如建筑倒塌、管道破裂等。

钢结构在设计制造过程中如果产生较大的缝隙或连接空隙时，也会导致严重的钢腐蚀。当过大的缝隙出现在不同的钢结构之间以及钢结构与非金属之间时，就会有液体或其他的腐蚀性物质就会停留在缝隙内部，使钢结构出现腐蚀。这种腐蚀会影响钢结构连接的稳定和正常使用，因此在结构设计时，必须及时采取相对措施，防止腐蚀。

3.钢结构的防腐蚀措施

3.1钢结构去的防腐蚀镀层及涂料保护

针对钢结构在日常环境下的化学腐蚀，可使用防腐蚀涂料或在钢材表面亲家镀层对建筑进行保护。在游泳馆、室外露天建筑以及水中的钢结构的防腐蚀结构设计中，可使用防腐蚀涂料来减缓或避免钢材的腐蚀，但这是一种相对来说时效较短的方法，一般适用于方便维护的室外钢建筑，其维护成本相对也较低。

在钢建筑表面进行特殊处理，添加涂层，如使用电镀、添加热镀锌等常见的方法，也可以使钢的耐腐蚀能力大大提高，这种方法的持续时间较长。在建筑表面添加热镀锌，也是一种非常有效的方法，可以使钢材不受空气中各种物质的侵蚀，在正常环境中，钢建筑的抗腐蚀能力可以达到二三十年之久。各种种类的钢建筑都适用于这种工艺，其影响是局部的，但电镀的效果易受操作者水平的影响。

3.2钢结构防腐蚀的设计方法

在防腐蚀控制的所有环节中，钢材建筑本身的结构设计是非常重要的一环。可以使用合金材料，改善结构的性能，在设计时合理添加铜、铬等合金元素，可以有效延缓钢材腐蚀。结构设计的合理化同时也可以充分发挥钢结构的防腐蚀性能，也可以使钢结构的内部性能得到补充。在设计过程中，研究人员要注意保持钢结构整体的完整性，使用分段设计。因为连接的部分通常时是腐蚀的薄弱部位，可以在设计过程中让其分离，同时也便于拆卸和维护。

钢结构腐蚀的一个重要原因是缝隙。在设计中，可用堵缝剂堵塞或是直接将钢结构之间的缝隙焊死，最大程度上可以缝隙处的腐蚀对建筑的使用造成严重影响。常见的连接方式是法兰连接，设计时要避免形成缝隙，影响钢结构的使用寿命。

4.结语

钢结构的防腐蚀技术在建筑行业中式非常重要的一个环节。随着经设建设的飞速发展，钢材的腐蚀所带来的损失及危害难以估量。世界各国多年来投入了大量人力物力进行研究，实践证明，有效的防腐结构可以节约材料并显著提高钢结构的安全性和使用寿命，降低维护成本。导致钢材腐蚀的因素很多，在防腐蚀过程中，应采取合理有效的方法最大程度上防止钢材腐蚀。同时，要加强新型防腐蚀材料和技术的研究，并在实际工程中积极应用。

参考文献

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[2] 崔维汉.防腐蚀工程设计与新技术[J].山西省腐蚀与防护学会，1995.