鋼材

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目錄

什麼是鋼材[1]

  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。

鋼材的分類[2]

  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。

鋼材的腐蝕與防止[3]

  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O2CO2SO2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。

參考文獻

  1. 梅月植主編.第七章 市政工程質量檢測基礎知識 市政工程質量監督手冊.中國建築工業出版社,2006年1月.
  2. 谷定來主編.模塊一 冷作鈑金工必備的基本知識 視聽圖解冷作鈑金工入門.機械工業出版社,2012.01.
  3. 李偉華,梁媛主編.模塊7 建築鋼材的進場驗收及性能檢測 建築材料及性能檢測.北京理工大學出版社,2011.08.
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