鋼材

出自 MBA智库百科(https://wiki.mbalib.com/)

　　鋼材是指以鐵為主要元素，含碳量在2％以下，並含有其他元素的金屬材料。

　　1)板材：板材包括冷軋鋼板、熱軋鋼板。標記為δ×B×L(厚度×寬度×長度)。

　　2)管材：管材包括無縫鋼管、有縫鋼管。標記為D×δ×L(外徑×厚度×長度)

　　3)型材：有簡單斷面型鋼(圓鋼、方鋼、角鋼)和複雜斷面型鋼(槽鋼、工字鋼)。

　　4)線材：按斷面分圓形和橢圓形，按尺寸分粗和細，按成分分低、中、高碳鋼。

　　鋼材的鏽蝕，指其錶面與周圍介質發生化學反應而遭到破壞。鏽蝕可發生在許多引起鏽蝕的介質中，如濕潤空氣、土壤、工業廢氣等。溫度升高，化學反應加速，引起鏽蝕的程度加速。

　　鋼材在存放中嚴重鏽蝕，不僅截面積變小，材質降低甚至報廢，而且除銹工作耗費很大。使用中除銹不僅使得受力面積減小，而且局部銹坑的產生可造成應力集中，促使結構早期破壞。尤其是當結構承受反覆荷載時，鋼材將產生鏽蝕疲勞現象，使疲勞強度大為降低，出現脆性斷裂。

　　1．按鋼材錶面與周圍介質的不同作用將鏽蝕分類

　　1)化學腐蝕

　　化學腐蝕是由鋼材與使用環境中的電解質溶液或各種乾燥氣體(如O₂、CO₂、SO₂等)發生化學反應所引起的一種純化學性質的腐蝕，腐蝕過程無電流作用。這種腐蝕多數是氧化作用，在鋼材錶面形成疏鬆的氧化物。這種腐蝕受環境影響較大，在乾燥環境下進展較緩慢，但在溫度和濕度較高的環境，這種腐蝕進展很快。

　　2)電化學腐蝕

　　鋼材與電解質溶液相接觸而產生電流，形成原電池作用而發生的腐蝕，稱為電化學腐蝕。由於鋼材中不同成分的電極電位不同，從而很容易形成電極的兩個極。如鋼材與潮濕空氣、水、土壤接觸時，錶面覆蓋一層水膜，水中溶有來自空氣中的各種離子，這樣便形成了電解質。通過一系列的物理和化學作用，鋼中的鐵素體被氧化成氫氧化鐵及氧化鐵等，從而產生腐蝕。

　　實際工程中發生的腐蝕，主要是電化學腐蝕。

　　2．鋼材鏽蝕的防護

　　在實際工程中，鋼材鏽蝕的防護方法主要有三種。

　　1)保護膜法

　　利用保護膜使鋼材與周圍介質隔離，從而避免或減緩外界腐蝕性介質對鋼材的破壞作用。如在鋼材的錶面噴刷塗料、搪瓷、塑料等；或以金屬鍍層作為保護膜，如鋅、錫、鉻等。

　　2)電化學保護法

　　根據發生腐蝕的具體原因，分為無電流保護法和外加電流保護法。

　　無電流保護法也叫犧牲陽極法，是在鋼鐵結構上接一塊較鋼鐵更為活潑的金屬，如鋅、鎂，因為鋅、鎂比鋼鐵的電位低，鋅、鎂成為腐蝕電池的陽極而遭到破壞(犧牲陽極)，而鋼鐵結構得到保護。這種方法對於那些不容易或不能覆蓋保護層的地方，如蒸汽鍋爐、輪船外殼、地下管道、港工結構、道橋建築等常被採用。

　　外加電流保護法是在鋼鐵結構附近，安放一些廢鋼鐵或其他難熔金屬，如高硅鐵及鉛銀合金，將外加直流電源的負極接在被保護的鋼鐵結構上，正極接在難熔的金屬上，通電後則難熔金屬成為陽極而被腐蝕，鋼鐵結構成為陰極而被保護。

　　3)合金化

　　在碳素鋼中加入能提高抗腐蝕能力的合金元素，如鎳、鉻、鈦、銅等，製成不同的合金鋼。

　　防止鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕可以採用上述的方法，但最經濟而有效的方法是提高混凝土的密實度和鹼度，並保證鋼筋有足夠的保護層厚度。

　　在水泥水化產物中，由於存在1／5左右的氫氧化鈣，介質的pH值達13左右，氫氧化鈣的存在使鋼筋錶面產生一層鈍化膜，形成保護層。同時，氫氧化鈣也可以與大氣中CO₂作用而降低混凝土的鹼性，鈍化膜可能被破壞，使鋼材錶面呈活化狀態。在潮濕環境中，鋼筋錶面即開始發生電化學腐蝕作用，導致混凝土順筋開裂。因此，應通過提高混凝土的密實性，來提高其抗碳化的性能。

　　另外，氯離子(C1 ⁻ )有破壞鈍化膜的作用，因此，在配製鋼筋混凝土時，應限制氯鹽的使用量。

　　3．鋼材的除銹

　　鋼材鏽蝕時，隨著體積的增大，在鋼筋混凝土中的鋼筋將使混凝土脹裂。

　　目前一般的除銹方式有以下三種。

　　1)鋼絲刷除銹

　　可採取人工用鋼絲或半自動鋼絲刷將鋼材錶面的鐵鏽全部刷去，直至露出金屬錶面為止。這種方法工作效率低，除銹質量得不到保證。

　　2)酸洗除銹

　　將生鏽的鋼材放入酸洗槽內，分別除去油污、鐵鏽，直至構件錶面全部呈鐵灰色，並清除乾凈，保證錶面無殘餘酸液。這種方法較人工除銹徹底，工效高，效果好。

　　3)噴砂除銹

　　將鋼材通過噴砂機將其錶面的鐵鏽清除乾凈，直至構件錶面呈灰白色為止，不得存在黃色。這種方法是一種較為先進的除銹方法。

　　混凝土配筋的防鏽措施，主要是根據結構的性質和所處的環境條件等，考慮混凝土的質量要求，即限制水灰比和水泥用量，並加強施工管理，以保證混凝土的密實性及足夠的保護層厚度，限制氯鹽外加劑的摻量。

　　對於預應力配筋，一般含碳量較高，又多系經過變形加工或冷拉，因而對鏽蝕破壞較敏感，特別是高強度熱處理鋼筋，容易產生應力鏽蝕現象。故重要的預應力承重構件，除不能產用氯鹽外，應對原材料進行嚴格檢驗。對配筋的除銹措施，還有摻用除銹劑(如重鉻酸鹽等)的方法。