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2012年结构工程师考试复习题之钢材的防护

www.zige365.com 2011-12-7 14:17:33 点击:发送给好友 和学友门交流一下 收藏到我的会员中心
一、钢材的锈蚀
 

  钢材的锈蚀:指其表面与周围介质发生化学作用或电化学作用而遭到破坏。

  钢材锈蚀不仅使截面积减小,性能降低甚至报废,而且因产生锈坑,可造成应力集中,加速结构破坏。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。

  根据锈蚀作用机理,钢材的锈蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀两种。

  1、化学锈蚀:化学锈蚀:指钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀。

  这种锈蚀多数是氧化作用,使钢材表面形成疏松的氧化物。在常温下,钢材表面形成一薄层氧化保护膜FeO,可以起一定的防止钢材锈蚀的作用,故在干燥环境中,钢材锈蚀进展缓慢。但在温度或湿度较高的环境中,化学锈蚀进展加快。

  2、电化学锈蚀:电化学锈蚀:指钢材与电解质溶液接触,形成微电池而产生的锈蚀。

  潮湿环境中钢材表面会被一层电解质水膜所覆盖,而钢材本身含有铁、碳等多种成分,由于这些成分的电极电位不同,形成许多微电池。在阳极区,铁被氧化成为Fe2+离子进入水膜;在阴极区,溶于水膜中的氧被还原为OH-离子。随后两者结合生成不溶于水的Fe(OH)2,并进一步氧化成为疏松易剥落的红棕色铁锈Fe(OH)3.电化学锈蚀是钢材锈蚀的最主要形式。

  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,特别是氯离子能破坏保护膜,促进锈蚀反应,使锈蚀迅速发展。

  二、防止钢材锈蚀的措施

  1、采用耐候钢:即耐大气腐蚀钢,在钢中加入一定量的铬、镍、钛等合金元素,可制成不锈钢。通过加入某些合金元素,可以提高钢材的耐锈蚀能力。

  2、金属覆盖:镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面,提高钢材的耐腐蚀能力。薄壁钢材可采用热浸镀锌(白铁皮)、镀锡(马口铁)、镀铜、镀铬或镀锌后加涂塑料涂层等措施。

  3、非金属覆盖:钢结构防止锈蚀通常采用表面刷漆、喷涂涂料、搪瓷、塑料等方法。常用的底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆等,面漆有调和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。

  4、混凝土用钢筋的防锈:混凝土配筋的防锈措施,根据结构的性质和所处环境等,考虑混凝土的质量要求,主要是提高混凝土的密实度,保证足够的钢筋保护层厚度,限制氯盐外加剂的掺入量。混凝土中还可掺用阻锈剂。

  钢材锈蚀时,伴随体积增大,最严重的可达原体积的6倍,在钢筋混凝土中会使周围的混凝土胀裂。埋入混凝土中的钢材,由于混凝土的碱性介质(新浇混凝土的pH值为12左右),在钢材表面形成碱性保护膜,阻止锈蚀继续发展,故混凝土中的钢材一般不易锈蚀。

  预应力钢筋一般含碳量较高,又多是经过变形加工或冷加工的,因而对锈蚀破坏较敏感,特别是高强度热处理钢筋,容易产生锈蚀现象。所以,重要的预应力混凝土结构,除了禁止掺用氯盐外,还应对原材料进行严格检验。

  三、钢在火灾中的表现

  钢是不燃性材料,但这并不表明钢材能够抵抗火灾。耐火试验与火灾案例调查表明:以失去支持能力为标准,无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限仅为0.25h,而裸露钢梁的耐火极限仅为0.15h.温度在200℃以内,可以认为钢材的性能基本不变;超过300℃以后,弹性模量、屈服点和极限强度均开始下降,应变急剧增大;到达600℃时已失去承载能力。所以,没有防火保护层的钢结构是不耐火的。

  四、防火

  钢结构防火保护的基本原理是采用绝热或吸热材料,阻隔火焰和热量,推迟钢结构的升温速率。防火方法以包覆法为主即以防火涂料、不燃性板材或混凝土和砂浆将钢构件包裹起来。

  1、防火涂料

  防火涂料按受热时的变化分为膨胀型(薄型)和非膨胀型(厚型)两种。

  膨胀型防火涂料的涂层厚度一般为2~7mm,附着力很强,有一定的装饰效果。由于其内含膨胀组分,遇火后会膨胀增厚5~10倍,形成多孔结构,从而起到良好的隔热防火作用,根据涂层厚度可使构件的耐火极限达到0.5~1.5h.非膨胀型防火涂料的涂层厚度一般为8~50mm,呈粒状面,密度小、强度低,喷涂后需再用装饰面层隔护,耐火极限可达0.5~3.0h.为使防火涂料牢固地包裹钢构件,可在涂层内埋设钢丝网,并使钢丝网与钢构件表面的净距离保持在6mm左右。

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