钢材

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目录

什么是钢材[1]

  钢材是指以铁为主要元素,含碳量在2%以下,并含有其他元素的金属材料。

钢材的分类[2]

  1)板材:板材包括冷轧钢板、热轧钢板。标记为δ×B×L(厚度×宽度×长度)。

  2)管材:管材包括无缝钢管、有缝钢管。标记为D×δ×L(外径×厚度×长度)

  3)型材:有简单断面型钢(圆钢、方钢、角钢)和复杂断面型钢(槽钢、工字钢)。

  4)线材:按断面分圆形和椭圆形,按尺寸分粗和细,按成分分低、中、高碳钢。

钢材的腐蚀与防止[3]

  钢材的锈蚀,指其表面与周围介质发生化学反应而遭到破坏。锈蚀可发生在许多引起锈蚀的介质中,如湿润空气、土壤、工业废气等。温度升高,化学反应加速,引起锈蚀的程度加速。

  钢材在存放中严重锈蚀,不仅截面积变小,材质降低甚至报废,而且除锈工作耗费很大。使用中除锈不仅使得受力面积减小,而且局部锈坑的产生可造成应力集中,促使结构早期破坏。尤其是当结构承受反复荷载时,钢材将产生锈蚀疲劳现象,使疲劳强度大为降低,出现脆性断裂。

  1.按钢材表面与周围介质的不同作用将锈蚀分类

  1)化学腐蚀

  化学腐蚀是由钢材与使用环境中的电解质溶液或各种干燥气体(如O2CO2SO2等)发生化学反应所引起的一种纯化学性质的腐蚀,腐蚀过程无电流作用。这种腐蚀多数是氧化作用,在钢材表面形成疏松的氧化物。这种腐蚀受环境影响较大,在干燥环境下进展较缓慢,但在温度和湿度较高的环境,这种腐蚀进展很快。

  2)电化学腐蚀

  钢材与电解质溶液相接触而产生电流,形成原电池作用而发生的腐蚀,称为电化学腐蚀。由于钢材中不同成分的电极电位不同,从而很容易形成电极的两个极。如钢材与潮湿空气、水、土壤接触时,表面覆盖一层水膜,水中溶有来自空气中的各种离子,这样便形成了电解质。通过一系列的物理和化学作用,钢中的铁素体被氧化成氢氧化铁及氧化铁等,从而产生腐蚀。

  实际工程中发生的腐蚀,主要是电化学腐蚀。

  2.钢材锈蚀的防护

  在实际工程中,钢材锈蚀的防护方法主要有三种。

  1)保护膜法

  利用保护膜使钢材与周围介质隔离,从而避免或减缓外界腐蚀性介质对钢材的破坏作用。如在钢材的表面喷刷涂料、搪瓷、塑料等;或以金属镀层作为保护膜,如锌、锡、铬等。

  2)电化学保护法

  根据发生腐蚀的具体原因,分为无电流保护法和外加电流保护法。

  无电流保护法也叫牺牲阳极法,是在钢铁结构上接一块较钢铁更为活泼的金属,如锌、镁,因为锌、镁比钢铁的电位低,锌、镁成为腐蚀电池的阳极而遭到破坏(牺牲阳极),而钢铁结构得到保护。这种方法对于那些不容易或不能覆盖保护层的地方,如蒸汽锅炉、轮船外壳、地下管道、港工结构、道桥建筑等常被采用。

  外加电流保护法是在钢铁结构附近,安放一些废钢铁或其他难熔金属,如高硅铁及铅银合金,将外加直流电源的负极接在被保护的钢铁结构上,正极接在难熔的金属上,通电后则难熔金属成为阳极而被腐蚀,钢铁结构成为阴极而被保护。

  3)合金化

  在碳素钢中加入能提高抗腐蚀能力的合金元素,如镍、铬、钛、铜等,制成不同的合金钢。

  防止钢筋混凝土中钢筋的腐蚀可以采用上述的方法,但最经济而有效的方法是提高混凝土的密实度和碱度,并保证钢筋有足够的保护层厚度。

  在水泥水化产物中,由于存在1/5左右的氢氧化钙,介质的pH值达13左右,氢氧化钙的存在使钢筋表面产生一层钝化膜,形成保护层。同时,氢氧化钙也可以与大气中CO2作用而降低混凝土的碱性,钝化膜可能被破坏,使钢材表面呈活化状态。在潮湿环境中,钢筋表面即开始发生电化学腐蚀作用,导致混凝土顺筋开裂。因此,应通过提高混凝土的密实性,来提高其抗碳化的性能。

  另外,氯离子(C1)有破坏钝化膜的作用,因此,在配制钢筋混凝土时,应限制氯盐的使用量。

  3.钢材的除锈

  钢材锈蚀时,随着体积的增大,在钢筋混凝土中的钢筋将使混凝土胀裂。

  目前一般的除锈方式有以下三种。

  1)钢丝刷除锈

  可采取人工用钢丝或半自动钢丝刷将钢材表面的铁锈全部刷去,直至露出金属表面为止。这种方法工作效率低,除锈质量得不到保证

  2)酸洗除锈

  将生锈的钢材放入酸洗槽内,分别除去油污、铁锈,直至构件表面全部呈铁灰色,并清除干净,保证表面无残余酸液。这种方法较人工除锈彻底,工效高,效果好。

  3)喷砂除锈

  将钢材通过喷砂机将其表面的铁锈清除干净,直至构件表面呈灰白色为止,不得存在黄色。这种方法是一种较为先进的除锈方法。

  混凝土配筋的防锈措施,主要是根据结构的性质和所处的环境条件等,考虑混凝土的质量要求,即限制水灰比和水泥用量,并加强施工管理,以保证混凝土的密实性及足够的保护层厚度,限制氯盐外加剂的掺量。

  对于预应力配筋,一般含碳量较高,又多系经过变形加工或冷拉,因而对锈蚀破坏较敏感,特别是高强度热处理钢筋,容易产生应力锈蚀现象。故重要的预应力承重构件,除不能产用氯盐外,应对原材料进行严格检验。对配筋的除锈措施,还有掺用除锈剂(如重铬酸盐等)的方法。

参考文献

  1. 梅月植主编.第七章 市政工程质量检测基础知识 市政工程质量监督手册.中国建筑工业出版社,2006年1月.
  2. 谷定来主编.模块一 冷作钣金工必备的基本知识 视听图解冷作钣金工入门.机械工业出版社,2012.01.
  3. 李伟华,梁媛主编.模块7 建筑钢材的进场验收及性能检测 建筑材料及性能检测.北京理工大学出版社,2011.08.
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