建筑钢材的腐蚀与防护

钢材表面与周围介质接触，其中的铁与介质产生化学反应，逐步被破坏，导致钢材腐蚀，亦称为锈蚀。影响钢材锈蚀的主要因素有环境中的湿度、氧，介质中的酸、碱、盐，钢材的化学成分及表面状况等。一些卤素离子（特别是Cl－），能破坏钢材钝化膜，促进锈蚀反应，加速钢材锈蚀。

腐蚀不仅使钢材有效截面积减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中，显著降低钢材强度、塑性、韧性等力学性能。尤其在冲击荷载、循环交变荷载作用下，将产生锈蚀疲劳现象，使钢材的疲劳强度大为降低，甚至出现脆性断裂。钢材腐蚀时，伴随体积增大（可达原体积的6倍），在钢筋混凝土中会使周围的混凝土胀裂，影响钢筋混凝土结构的使用寿命。

钢材受腐蚀的原因很多，可根据其与环境介质的作用分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。

7．5．1 钢材腐蚀的两种作用

1）化学腐蚀

化学腐蚀是指钢材与周围介质（如O2、CO2、SO2和H2O等）直接发生化学反应，生成疏松的氧化物而引起的腐蚀。在常温下，钢材表面形成一薄层钝化能力很弱的氧化保护膜（Fe O）。但这层保护膜结构疏松，易破裂，有害介质可进一步进入而发生反应，造成腐蚀。在干燥环境下，腐蚀发展缓慢，但温度和湿度较高时，锈蚀则发展迅速。

2）电化学腐蚀

由于钢材本身组成上的原因和杂质的存在，在表面介质的作用下，各成分电极电位的不同，形成许多微小的局部原电池而产生电化学腐蚀。水是弱电解质溶液，而溶有CO2的水则成为有效的电解质溶液，从而加速电化学腐蚀过程。铁元素失去了电子成为Fe2＋进入介质溶液，与溶液中的OH－离子结合生成Fe（OH）2，进一步氧化成疏松易剥落的红棕色铁锈Fe（OH）3。钢材在大气中的腐蚀，实际上是化学腐蚀和电化学腐蚀共同作用所致，但以电化学腐蚀为主。

7．5．2 钢材的防腐措施

钢材的腐蚀既有材质的原因，也有使用环境和接触介质等的原因。要防止或减少钢材腐蚀，可从改变钢材本身的易腐蚀性、改变钢材表面的电化学过程或隔离环境中的侵蚀性介质3个方面入手。

1）采用耐候钢

耐候钢即耐大气腐蚀钢，是在碳素钢和低合金钢中加入少量的铜、镍、铬等合金元素而制成。在大气作用下这种钢能在表面形成一种致密的防腐保护层，起到耐腐蚀作用，同时保持钢材具有良好的可焊性。耐候钢的强度级别与常用碳素钢和低合金钢一致，技术指标也相近，但耐腐蚀能力却高出数倍，是介于普通钢和不锈钢之间的价廉物美的低合金钢。

2）金属镀层

金属镀层是用耐腐蚀性好的金属，以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面，提高钢材的耐腐蚀能力。常用的方法有镀锌（如白铁皮）、镀锡（如马口铁）、镀铜和镀铬等。根据防腐的作用原理，可分为阴极覆盖和阳极覆盖。阴极覆盖采用电位比钢材高的金属覆盖（如镀锡），所覆金属膜仅为机械的保护钢材，当保护膜破裂后，反而会加速钢材在电解质中的腐蚀。阳极覆盖采用电位比钢材低的金属覆盖（如镀锌），所覆金属膜因电化学作用而保护钢材。

3）非金属覆盖

在钢材表面用非金属材料作为保护膜，可使其与环境介质隔离而避免或减缓腐蚀，如喷涂涂料、搪瓷和塑料等。钢结构防止腐蚀用得最多的方法是表面油漆。涂料通常分为底漆、中间漆和面漆。底漆要求有比较好的附着力和防锈能力，中间漆为防锈漆，面漆要求有较好的牢度和耐候性。常用的底漆有：红丹底漆、环氧富锌漆、云母氧化铁底漆、铁红环氧底漆等；中间漆有：红丹防锈漆、铁红防锈漆等；面漆有：灰铅漆、醇酸磁漆和酚醛磁漆等。

4）混凝土中钢筋的防锈

钢材表面在普通混凝土提供的碱性环境中（p H值大于12）能形成碱性氧化膜（钝化膜），对钢筋起保护作用。混凝土碳化后，由于碱度降低会失去对钢筋的保护作用。此外，混凝土中Cl－达到一定浓度，也会严重破坏表面的钝化膜。一般混凝土配筋的防锈措施有：保证混凝土的密实度、保证钢筋保护层的厚度、限制氯盐外加剂的掺量或使用防锈剂等。预应力混凝土用预应力筋由于易被腐蚀，故应禁止在预应力混凝土中使用含氯盐外加剂。