钢结构的锈蚀事故.pptx
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1、8.1 锈蚀的类型1.化学腐蚀 是指钢材直接与大气或工业废气中含有氧气、碳酸气、硫酸气或非电解质液体发生表面化学反应而产生的腐蚀。2.电化学腐蚀 是由于钢材内部有其他金属杂质,他们具有不同的电极电位,在与电介质或水,潮湿气体接触时,产生原电池作用。第1页/共66页8.2 腐蚀的机理及影响因素电化学腐蚀机理 首先腐蚀气体、水分、杂质形成腐蚀电池。铁在富氧条件下腐蚀为三氧化二铁(红锈),体积膨胀4倍,在少氧条件下腐蚀为四氧化三铁(黑锈),体积膨胀2倍。第2页/共66页 钢材的电化学腐蚀是最重要的腐蚀类型,简单来讲是指铁与周围介质之同发生氧化还原反应的过程。腐蚀的原因与钢材并非绝对纯净有关,它总是含
2、有各种杂质,其化学组成除铁外,还含有少量其他金属(如Mn、V、Ti)和非金属(如Sj、C、P、S、O、N)元素并形成固溶体、化合物或机械混合物的形态共存于钢材结构中。因此,当钢材表面从空气中吸附溶有C02、02、或S02的水分时,就产生了一层电解质水膜,这层水膜的形成,使得钢材表层的不同成分或晶界面之间构成了千千万万个微电池,称为腐蚀电池。第3页/共66页不同环境下的腐蚀机理及因素分析1.大气腐蚀2.淡水腐蚀3.酸腐蚀4.碱腐蚀5.盐类腐蚀6.海水腐蚀7.土壤腐蚀8.有机系非水溶剂的腐蚀9.高温腐蚀10.应力腐蚀11.电腐蚀第4页/共66页1.大气腐蚀 钢材暴露在大气环境条件下,由于大气中水和
3、氧等物质的作用而引起的腐蚀,称大气腐蚀。(1)机理 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。第5页/共66页(2)影响因素湿度。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。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。温度。日气温变化越大,腐蚀越严重。日照量。日照使钢材保护层涂料老化,起间接的破坏作用。大气污染物质。大气中若存在SO2、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。第6页/共66页(3)
4、防治措施 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。使用涂层和金属镀层保护。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。第7页/共66页2.淡水腐蚀(1)机理 指不含盐、碱和酸等水的腐蚀。其机理原则上与大气腐蚀相同。(2)影响因素 重要影响因素有温度、氧气浓度等。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。第8页/共66页3.酸腐蚀(1)腐蚀机理 与非氧化性酸(盐酸等)发生氢气置换;在氧化性酸(硝酸等)中,浓度低时极易腐蚀,浓度高时形成不溶性氧化物,有保护作用。(
5、2)影响因素:氢离子浓度;酸的类型;温度。第9页/共66页4.碱腐蚀(1)腐蚀机理 室温下水溶液的pH值在1014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Fe2O3或Fe3O4,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。第10页/共66页(1)腐蚀机理的反应方程式 在浓碱溶液中:在高温高压碱水溶液中:(2)影响因素 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。第11页/共66页5.盐类腐蚀(1)腐蚀机理 改变溶液pH值;发生氧化还原反应;增加溶液导电性,使电化学腐蚀加剧;某些盐类的阴阳离子对腐蚀
6、有特殊影响。(2)影响因素 盐的种类、浓度、温度。第12页/共66页(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。6.海水腐蚀第13页/共66页(2)影响因素与海水介质的接触深度;按浸入海水的深度可分为海泥区、全浸区、潮差区、飞溅区、海洋大气腐蚀区。飞溅区金属表面常被海水所润湿,并受到运动冲击,腐蚀最为严重(如图)。海水流速;海生物;海水温度。第14页/共66页(3)海水腐蚀的防治措施1.减少水流的滞流度以避免冲击腐蚀;2.尽可能消除不必要的缝隙;3.减少产生电化学腐蚀的条件;4.减少物件的应
7、力集中现象;5.注意焊接加工杂散电流的影响;6.涂覆防护7.电化学保护第15页/共66页7.土壤腐蚀(1)机理,由以下因素引起的腐蚀宏电池:长距离,发生在地下长距离钢结构;土壤局部不均匀,回填土密实度、夹杂物的不同;埋没深度不同及边缘效应;所处状态的差异,由温差、应力差、不同种类钢材引起。第16页/共66页(2)影响因素:土壤性质;杂散电流;微生物。(3)防治措施:覆盖层保护;阴极保护;改变土壤环境。第17页/共66页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
8、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。第18页/共66页(1)机理:极性非水溶剂腐蚀遵从电化学机理;非极性非水溶剂腐蚀既有电化学腐蚀也有化学腐蚀;如润滑油被氧化后生成羟酸,促使金属腐蚀;非水溶剂的腐蚀与水也密不可分。第19页/共66页(2)防治措施 隔绝水的侵入;如油中加入皂类的防 腐蚀措施,就是为了把油中水分同金属面隔离,以抑制腐蚀。添加防止非水溶剂变成腐蚀介质的外加剂。第20页/共66页9.高温腐蚀 在高温时,钢材表面会产生一层高温氧化物(黑皮),对钢材有保护作用;但在水作用下,由于钢材与黑皮的电位不同,从而构
9、成了原电池,使钢材产生电化学腐蚀。第21页/共66页防治措施:(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、惰性气体等控制高温环境介质;(3)表面处理。第22页/共66页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。第23页/共66页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
10、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。第24页/共66页8.3 钢结构锈蚀处理及防腐方法新建钢结构防锈 一般有涂料敷盖法和金属敷盖法。涂料敷盖法,即在钢材表面敷盖一层涂料,使之与大气隔绝,以防锈蚀。主要施工工艺有:表面除锈、涂底漆、涂面漆。金属敷盖法,即在钢材表面上镀上一层其他金属。所镀的金属可使钢材与其他介质隔绝,也可能是镀层金属的电极电位更低于铁,起到牺性阳极(镀层金属)保护阴极(铁)的作用。第25页/共66页8.3 钢结构锈蚀处理及防腐方法原有钢结构锈蚀处理 1、锈蚀程度的分级和检查 2、原钢结构防锈蚀涂层处
11、理 3、钢结构涂层腐蚀调查内容第26页/共66页一、锈蚀程度的分级和检查1、锈蚀程度分级 为鉴定锈蚀损坏程度,一般可分为五级:A级良好。构件基本没有锈蚀,涂层漆膜还有光泽;个别构件可有少量锈点。B级局部锈蚀。构件基本没有锈蚀,面漆有局部脱落,底漆完好;个别构件有少量锈点,或构件边缘、死角、缝隙、隐蔽部分有锈蚀。C级较严重。构件局部锈蚀,面漆脱落面积达20%左右,底漆也有局部锈透,其基本金属完好,应进行维护准备工作。D级严重。构件锈蚀面积达40左右,面漆大片脱落,但基本金属没有破坏,应立即进行维护工作。E级特别严重。基本金属已有锈蚀,应立即测量构件断面削弱程度t计算是否需要更换或采取加固等措施。
12、第27页/共66页2、重点检查部位(1)埋入地下的地面附近部位(2)可能存积水或遭受水蒸气侵蚀部位(3)干湿交替或易积灰且湿度大的构件(4)组合截面净空小于12mm,难以涂刷部位(5)屋盖结构、柱与屋盖节点等节点部位第28页/共66页二、原钢结构防锈蚀涂层处理1、漆膜处理:除漆剂2、表面处理:手工除锈;机械除锈;喷砂除锈除锈标准:美国(SSPC);英国(BS 4232);德国(DIN 18364);国际通用瑞典(SIS)3、涂层选择:包括涂层材料品种选择;涂层结构选择和涂层厚度确定漆膜处理方法有碱水清洗(510NaOH溶液)、火喷法、涂脱漆剂、涂脱漆膏等。第29页/共66页2、表面处理:表面处
13、理是保证涂层质量的基础,表面处理包括除锈和控制钢材表面的粗糙度。除锈可以采用手工工具处理、机械工具处理、喷砂处理、化学剂处理(酸洗、碱洗等)。对于已有钢结构的防腐处理往往是在不停产条件下进行,喷砂和化学剂处理方法不大可能采用,主要是采用手工和机械工具除锈。第30页/共66页(1)手工除锈。是古老而简便的常用方法,即用铲刀、刮刀、钢丝刷、砂轮、砂布和手锤,靠手工敲铲、砂磨除去钢材表面旧漆膜和铁锈、油污和积灰。它操作方便,不受结构尺寸条件所限;但劳动强度大、效率低、质量难保证。采用此法必须强调质量要求。(2)机械除锈。即采用风动和电动工具磨光机、风枪(敲铲)、风动针束除锈机。它比手工除锈的质量和效
14、率都有提高,劳动强度也小一点。第31页/共66页(3)喷砂除锈。在停产和露天结构上可采用喷砂除锈,它质量可靠、除锈比较彻底。喷砂是利用空气压缩机将石英砂喷射于钢材面上除去黑皮和铁锈,也可以用钢砂、钢丸喷射(投射)于钢材面上,效果更好,且能减少砂尘弥漫。喷砂除锈质量虽好,但劳动条件较差。第32页/共66页除锈是涂层防腐的主要一关,处理质量十分关键。表面除锈应达到的标准:美国为SSPC;英国为BS 4232;德国为DIN 18364;瑞典为SIS等。国际上常用瑞典标准,SIS标准将表面处理方法分为两类,St表示手工或电动工具处理;Sa表示喷砂处理。还将处理程度分为0(未处理表面)、1(轻度处理表面
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