钢结构防腐蚀措施

钢结构防腐蚀措施为进一步扩大内需、促进经济平稳较快增长，中国又掀起了新一轮的路网建设高潮。大 量的工程建设中，由于钢的强度高、自重轻，具有良好的塑性和韧性，跨越大江大河、深山 峡谷的大跨度桥梁均采用钢桥，如跨径1385m的江阴长江大桥，主跨550米的卢浦大桥等。 但钢桥具有容易生锈的缺点。调查表明，美国在1975年因金属腐蚀受到的经济损失约为700 亿美元，当年美国的国民生产总值为16770亿美元，一年中金属腐蚀所造成的经济损失约占 当年GNP的4.2%。至今美国仍按GNP的4.2%估算每年因金属腐蚀而受到的经济损失。其 他国家也陆续进行了调查，结果表明金属腐蚀造成的经济损失大致为该国国民生产总值的 4%。为保证钢桥在设计年限内的长期使用安全性，做好钢桥的防腐十分重要。目前，钢结构的防腐蚀措施主要有以下五种：1 耐候钢。耐腐蚀性能优于一般结构用钢的钢材称为耐候钢，一般含有磷、铜、镍、 铬、钛等金属，使金属表面形成保护层，以提高耐腐蚀性。其低温冲击韧性也比一般的结构 用钢好，执行标准为焊接结构用耐候钢（GB 4172-84）。2热浸锌。热浸锌是将除锈后的钢构件浸入600C左右高温融化的锌液中，使钢构件 表面附着锌层，锌层厚度对5mm以下薄板不得小于65p m,对厚板不小于86p m,从而起 到防腐蚀的目的。这种方法的优点是耐久年限长，生产工业化程度高，质量稳定。热浸锌的 首道工序是酸洗除锈，然后是清洗。这两道工序不彻底均会给防腐蚀留下隐患，应避免设计 出具有相贴合面的构件，以免贴合面的缝隙中酸洗不彻底或酸液洗不净。对于管形构件应该 让其两端开敞，两端封闭会造成管内空气膨胀而使封头板爆裂，造成安全事故；一端封闭则 锌液流通不畅，易在管内积存。3 热喷铝（锌）复合涂层。这是一种与热浸锌防腐蚀效果相当的长效防腐蚀方法。具体 做法是先对钢构件表面作喷砂除锈，使其表面露出金属光泽并打毛。再用乙炔-氧焰将不断 送出的铝（锌）丝融化，并用压缩空气吹附到钢构件表面，以形成蜂窝状的铝（锌）喷涂层（厚度 约80p m100p m）。最后用油漆等涂料封闭毛细孔，形成复合涂层。此法无法在管状构件 的内壁施工，因而管状构件两端必须做气密性封闭，以使内壁不被腐蚀。这种工艺的优点是 对构件尺寸适应性强，构件形状尺寸几乎不受限制。另一优点是这种工艺的热影响是局部的， 受约束的，因而不会产生热变形。与热浸锌相比，这种方法的缺点是工业化程度较低，喷砂 喷铝（锌）的劳动强度大，质量易受操作者的情绪变化影响。4 漆涂层法。涂层法防腐蚀性一般不如长效防腐蚀方法。它一次成本低，但维护相对 成本较高。涂层法施工的第一步是除锈。优质的涂层依赖于彻底的除锈，要求高的涂层一般 多用喷砂喷丸除锈，露出金属的光泽，除去所有的锈迹和油污。现场施工的涂层可用手工除 锈。涂层的选择要考虑周围的环境，不同的涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受性。涂层一 般有底漆、中间漆和面漆之分。底漆含粉料多，基料少，成膜粗糙，与钢材粘附力强，中间 漆的作用是增加涂层的厚度以提高整个涂层系统的屏蔽性能，中间漆对于底漆和面漆要有很 好的附着力。面漆则基料多，成膜有光泽，能保护底漆不受大气腐蚀，并能抗风化。选用不 同涂料时要注意它们的相容性。涂层的施工要有适当的温度（538 C之间）和湿度（相对湿度 不大于85%）。涂层的施工环境粉尘要少，构件表面不能有结露。涂装后4小时之内不得淋 雨。涂层一般做45层，干漆膜总厚度可加厚为200300p m。5 阴极保护法。在钢结构表面附加较活泼的金属取代钢材的腐蚀，常用于水下或地下 结构。涂层防护因其施工方便，防腐效果好而得到广泛应用。我国钢桥的防腐一般采用涂层保 护法，并形成了铁路和公路行业各自的行业推荐标准。含稀土热镀锌钢板的耐腐蚀性能研究随着汽车工业的发展，汽车用热镀锌钢板的国产化程度不断提高，轿车的发展对热镀锌板的 质量、品种和规格提出了更高的要求。热镀锌板由于使用需要，长期暴露于大气中，易于受 到大气中潮湿气、SO2以及Cl-等的腐蚀，影响产品质量，缩短产品的使用寿命。在沿海城 市及重工业地区，由于同时受到ph值、no3、固体颗粒等影响，热镀锌板的腐蚀速率也会 加快，对其耐腐蚀性能提出了更高的要求。热镀锌板在盐雾实验中，表面锌层首先被腐蚀，腐蚀产物比较疏松，呈白色絮状覆盖在 钢板表面，称之为“白锈”。随着盐雾喷淋时间的延长，镀层逐渐被腐蚀殆尽，随后基板开 始腐蚀，腐蚀产物为红色，称之为“红锈”。由此可见，镀层的厚度与组成是决定红锈产生 时间，即镀层腐蚀完毕、基板开始腐蚀所需时间的决定因素。本章通过盐雾腐蚀实验和电化学实验比较稀土含量对镀锌板耐腐蚀性能的影响，并运用 XRD 分析腐蚀产物，对实际生产提出指导性意见。1 镀层厚度的测量结果在镀前处理工艺及冷却方式相同的情况下，镀层厚度与热浸镀时间和锌液成分有关。图4-1所示为采用传统镀锌液成分（Zn-O.177A1）浸镀时间与钢板表面镀层厚度之间的关 系。浸镀时间增加，镀层也逐渐增厚。当浸镀时间较短V2mi n）时，镀层的连续性较差，容 易产生漏镀。浸镀时间超过120s后，镀层已完全覆盖钢板。把钢板表面划分为9个区域，用测厚仪 在每个区域内取10个测量点进行测量，计算平均值作为此区域的平均厚度值，得到镀层厚 度曲线（图 4-2）。结合钢板表面宏观形貌来看，传统镀锌液流动性较差，钢板出锌锅后表面锌液向下流动 速率较慢，凝固后表面锌层存在波浪状起伏，两侧厚度差较大，厚度明显不均。由于钢板出锌锅后采用竖直流平冷却的方式，因此靠近钢板底部的7、 8、 9三个点的平均厚度要高于其他各点。整体上看，随着浸镀时间的延长，镀层厚度也呈增加的趋势。34-一口一ZnO 仃了Al32-|.1.1.|.|.1.9012D15016021024D270time(s)252Q15105D123456TB910serial number(b)图 1 镀层平均厚度与浸镀时间的关系( 不含稀土)图 2 镀层不同区域内厚度曲线图（不含稀土）（a）厚度曲线；（b）测量区域由 3.1.2 及 3.3.1 的计算可知，镀锌液中添加稀土元素后，锌液流动性增加，表面张力降 低，锌液与基板间的润湿角减小，因而在样板竖直凝固及冷却过程中，锌液不断向下流动， 甚至滴落，最终样板表面的粘锌量较少。因此，添加稀土元素后，样板表面镀锌层厚度普遍 小于未添加稀土的样板，对四种不同成分镀锌液钢板的镀层厚度测量结果如图4-3 所示。比较四种钢板的镀层厚度曲线(图4-3a)，可以看出，样板A表面镀层最不均匀，厚度 值相差最大；添加稀土后，镀层均匀性较好，镀层厚度曲线比较平缓。随着镀锌液中稀土含 量的增加，在相同浸镀时间(2min)下，镀层的平均厚度逐渐降低，同时镀层也更为平整均匀, 钢板各测量区域内厚度相差不大，具有比较好的表面效果。进一步实验表明，当稀土含量大 于0.1%时，钢板表面镀层很薄，易于出现漏镀现象，影响热浸镀效果。3020ORe0.069Re -A-0.063Re -T-0.11 Reserial numberD.DDa.02D.D40.06a.OSD.1Dweight percent of the Re in Zn-0.177AI(%)图 3 镀层厚度与镀锌液成分的关系(浸镀 120s)(a)各测量点厚度；(b)平均厚度2 含稀土热镀锌板的耐腐蚀性能研究2.1 热镀锌板的盐雾腐蚀行为热镀锌板在盐雾腐蚀实验中，镀层和基板先后发生氧化腐蚀，参照美国ASTMB-8腐蚀 实验方法，记录初次出现红锈的时间，同时根据热镀锌板红色锈点的面积（锈点周围锈迹的 面积不计）来计算样板表面红锈的面积百分比。一般来说，当镀层成分相同时，镀层全部腐蚀所需的时间与镀层的厚度有关。镀层越厚， 全部腐蚀所需的时间越长，基板越难被腐蚀，出红锈时间也越久。表4-1 所示为未添加稀土 的热镀锌板镀层厚度与出红锈时间的关系。表 1 镀层厚度与出红锈时间的关系（不含稀土）镀层厚度（urn）30.4236.4940.7345.964S.2S岀红锈时间（1）911121415四种不同镀层成分钢板的盐雾实验照片如图4 所示：0IA(ORe)C(O.O36Re)E(0.069Re)G(O.llRe)E(0.069Re)(b)G(O.llRe)(b)A(ORe)(b)C(O.O36Re)(b)Ssbi图 4 红锈 (a)11 天； (b)30 天当盐雾实验进行到第11天时，镀层成分为Zn-O.177A1的钢板表面出现红色锈点，约占 样板面积的 4%，而 C、E、G 表面均无红锈产生。最后一块出现红锈的样板 E 成分为 Zn-0.177Al-0.069Re，时间为30天，红锈百分比约为1%。根据镀层中稀土含量的不同，适当调整浸镀时间，使得七种样板的镀层厚度相近，尽量 消除厚度不同对腐蚀时间的影响，进行盐雾实验，此时，镀层表面的成分、结构以及化学活 性是钢板出红锈时间和百分比的决定性因素。其结果如表2 所示。表 2 盐雾腐蚀实验结果试样编号稀土含量wt%镀层平均卩度|uil初岀锈时间红锈百分岀%A31.85114B0.02330.611S3C0.03631.25203D0.04531.08291E0.06930.54301F0.0S329.87231.5G0.1129.4922从实验结果来看，样板 D、E 的盐雾腐蚀实验结果最好，初出锈时间普遍长于其他样板， 红锈百分比也最低；未添加稀土的样板 A 初出锈时间最短，且红锈百分比最高，表明稀土 对镀层的耐盐雾腐蚀性能有显著的提高作用。而稀土含量在0.045wt%0.069wt%区间范围 内时，样板耐腐蚀能力优于其他成分区间内的样板。2.2 盐雾腐蚀产物分析热镀锌板在盐雾实验机内，长期处于高Cl-浓度的湿热环境中，镀层表面纯锌层首先发 生腐蚀，产生白色锈迹，称为“白锈”。镀锌层作为热镀锌板防腐牺牲阳极，在大气环境下 容易发生均匀腐蚀，形成致密的碱式碳酸锌(2ZnCO33Zn(OH)2),这种碱式碳酸锌比较致密， 覆盖在镀层表面起到阻止进一步发生腐蚀的作用。而在盐雾实验中，在NaCl溶液的浸蚀， 局部Cl-逐渐积累并在潮湿气氛共同作用下，难溶、密集的2ZnCO33Zn(OH)2被疏松、易于 溶解的氯盐化合物所取代，腐蚀产物进一步发生反应，生成ZnCl24Zn(OH)2,表面形成的腐 蚀产物比较疏松，对镀层的保护作用有限，镀层表面腐蚀和溶解的过程反复交替进行，镀层 逐渐被腐蚀。对A、C、E、G四种样板的腐蚀产物进行XRD分析，结果表明四种样板表面所产生 的白锈主要成分均为Zn5(CO3)2(OH)6和ZnCl24Zn(OH)2。当镀层局部腐蚀殆尽后，基板在C1-和潮湿气氛作用下发生腐蚀，腐蚀产物为红色锈点， 周围伴随有黄褐色锈迹。经实验测定，四种样板红锈的主要成分均为FeC13、Fe(OH)3等。2.3 极化曲线的测量与计算分析盐雾实验以红锈的出现时间和百分比为评价标准，只有当部分区域内的镀层腐蚀殆尽 时，基板才开始发生腐蚀，产生红锈，是对整个样板表面宏观上耐腐蚀性能的考察，且其腐 蚀条件较为苛刻，腐蚀速率比采用NaCl溶液恒温浸泡等实验方法高。若以出白锈时间和百 分比为依据，根据观察，A、C、E、G四种样板表面在1小时内均被白锈全部覆盖。因此， 盐雾实验不能从微观上体现出这四种样板表层耐腐蚀性能的差异。极化曲线测定的是镀层表面纯锌层在5%NaCl溶液中的极化行为，结合盐雾实验结果, 取A、C、E、G四块样板，用电化学方法测定四种样板极化曲线（图5）。一 VE/AV-2-4-0.036ReORe0.11 Re0.069Re-1.06-1.D4-1L02-1.004198-D96-0.94Ewe/V vs. SCE图 5 四种样板的极化曲线同样采用5%NaCl溶液作为腐蚀介质，溶液中阳极及阴极反应如下：阳极：Zn-2eZn2+阴极：O2+2H2O+4e4OH-其中O2来自于溶解在NaCl溶液中的氧气，镀层表面Zn层在溶液中的腐蚀为吸氧腐蚀, 腐蚀速度受到阴极反应中02的扩散过程控制，图4-6为这种腐蚀速度受到阴极反应扩散控 制的典型极化曲线，可以看出，图4-5中四种样板的极化曲线均属于此种类型。将阳极和阴极曲线延长，根据其延长线交点计算得出该极化反应的自腐蚀电位Ecorr和 腐蚀电流Icorr。结果表明，样板E的自腐蚀电位Ecorr最高，达到-0.9938V,而未添加稀土 的样板A自腐蚀电位最低，仅为-0.9997V,四种样板的自腐蚀电位依次为EEECEG EA（表 4-3）。表 3 四种样板的自腐蚀电位计算值样板A(ORe)C(0.036Re)E(0.069Re)G(O.llRe)自腐蚀电位(V)-0.9997-0.9956-0.9938-0.9963图 6 腐蚀速度受阴极反应扩散控制的典型极化曲线58与盐雾实验生成白锈的机理相似，在 5%NaCl 溶液中，镀层表面致密的碱式碳酸锌 (2ZnCO33Zn(OH)2 )保护膜受到破坏，发生腐蚀。在 Zn-0.177Al 热浸镀液中，不可避免地存在着细微的锌渣和锌灰颗粒，以及一些锌的 氧化物、硫化物等。钢板出锌锅后至镀层完全凝固时，由于不加稀土的热浸镀液黏度较高， 流动性较差，部分杂质颗粒被黏附在镀层中，有些甚至存在于镀层表面。这些杂质破坏了 2ZnCO33Zn(OH)2保护膜的完整性和致密性，周围还可能伴随着许多微孔，在C1-的作用下， 容易发生点蚀，在杂质区域内产生蚀坑。添加稀土元素，利用其强脱氧、脱硫作用下反应生成稀土氧化物、硫化物以及硫氧化物， 使热浸镀液中的杂质大大减少。此外，由于稀土提高了热浸镀液的流动性，钢板出锌锅竖直 冷却时，锌液能够流过整个钢板表面，在底部富集滴落的同时带走一部分杂质颗粒，进一步 减少了镀层中杂质的含量，由图3-1可知，镀层表面光洁平整，其2ZnCO33Zn(OH)2保护膜 也较为完整致密，因而在5%NaCl溶液中腐蚀速率较慢。2.4 Kelvin 探针微区电位分析为进一步研究稀土元素对镀层表面耐腐蚀性能的影响，运用Kelvin探针对未添加稀土 以及添加稀土的两块样板进行微区电位的测量，结果如图7所示。ILLr=rLUJJ.finf 口-m-03fcm-93E2m-8 2fem- EVn -fi 1r&n-B 15m-& 1 m- M7 m-6 MmWiFunrriin (it fv)0OO1JDK 1 SCK 240K 3.IXK 3 EOK 4 2DK J GQK 5 4DK 自 OOK Di 盟 lac 的自 rf (prn)DiMlxemert图 7 微区电位分布图(a)Zn-0.177Al； (b)Zn-0.177Al-0.069ReKelvin探针所反映的是样板表面微小区域(6X4.5mm)内电位的分布情况，具体表现为探 针与腐蚀金属电极表面上的薄水膜之间的伏打电位差。因此，镀层表面的高度差异、晶粒与 晶界的区别、杂质微粒的分布等等都会影响Kelvin探针所测得的功函数值。图7a中，功函数的值较低，且变化幅度较大(-906meV-998meV)。在样板表面测量区 域内，微区电位存在严重的分布不均匀性。而在图 4-7b 中，功函数的值较高，且变化幅度 较小（-803meV-844meV）,样板表面的电位分布较为弥散，没有一定的规律可循。由此可 见，稀土元素的添加，可以提高样板表面的平均电位值，使样板表面电位分布更均匀，极差 更小。从理论上来说，电位较高、分布较均匀的样板，其耐腐蚀性能更好。3 稀土对耐腐蚀性能的影响机理结合第三章中对含稀土热镀锌层的组织结构观察与分析，在热浸镀液中添加稀土元素 能够显著提高热镀锌钢板的耐腐蚀性能，主要有以下一些原因：3.1 添加稀土元素提高了热浸镀液的流动性，使镀层表面更为平整光洁（图 3-1），在大 气条件下，镀层所形成的2ZnCO3Zn（OH）2保护膜更为致密完整，虽然在高Cl-环境中发生 反应生成ZnCl24Zn（OH）2，但一定程度上仍起到了延缓腐蚀的作用；3.2稀土元素易于与O、S等结合，生成的稀土氧化物与硫化物在凝固过程中一部分作 为晶核继续生长，一部分表层的颗粒则随着锌液的滴落而除去，同时抑制了热浸镀液中锌渣 和锌灰的形成。未添加稀土的热浸镀液中，则存在着大量锌渣、锌灰以及锌或铝的氧化物 硫化物颗粒，根据晶间区杂质或第二相选择性溶解理论59，镀层中的夹杂物易于在晶界上 偏析，形成表面活性区域，造成表面能的不均匀性，在表层形成很多微孔，且腐蚀产物不能 在表面形成连续而均匀的覆盖层，反而容易产生蚀坑，加速了腐蚀的进行；3.3 稀土元素抑制了镀层表面胞状组织的生长，镀层平整性、均匀性较好。胞状组织 的形成是由于液相中存在的“成分过冷”，胞状组织发达，边界和组织内部存在着一定的成 分差异，其电极电位分布平衡性、均匀性较差（图7a），易发生局部腐蚀如点蚀、晶间腐蚀等。 添加稀土元素后，胞状组织边界融合成为较浅的沟槽，镀层成分与微区电位分布更为均匀（图 7b）,有效地阻止了局部腐蚀的发生。镀锌钢板的腐蚀和保护技术费料輪号:H-SUUll所雇类型：防腐蚀涂料/海上重防腐涂料；技术资料愉格：0元/平用尸点击：57次录入日期：2007-10-26关键词：海上重防腐涂料（涂料配方网一pcforaula. cob J目前工业上丈量生产使用热浸或热喷涂的钢板或钢材.它们由于锌的牺牲阳极保护作用而丈丈地延底了使用寿命-但 是锌是比较活泼的金雇，与铝不同，它在空气中形成的氧化物膜的致密度和保护性不如氧化铝，在严酷的腐蚀环境中 很客易破坏而失去作用导致锌保护层的迅速降解，因此必须用涂层协以保护-在选择和开发镀锌钢换用底滚时应注意 以下几平问题 由于新的镀锌板的表面相当的光洁，因此涂料附着力不好，客易引起脱落.因此采取机挾打磨、适当的凤化以及 宦蚀剂处理等方式増抑苴表面的粗糙度.但是摄好的结果是采用结晶磷酸锌作为防腐颜料或表面处理剂以増协苴防腐 能力-现在市场上已经有多种牌号的经过磷酸盐表面处理的镀锌钢板，它们与保护涂料的附着力不成问题，不需要作 进一歩的表面处理。 锌是两性金厘元素，对酸和碱都十分敏感.通常在pH值为40的环境中较为稳定-因此涂料配方中从树脂酸值控 制、颜埴料的酸碱度旦及表面处理的清洗剂的碱性控制方面都必须认真加以考虑D