Question

钢材生锈的原理是什么？

Answer 1

一、钢材锈蚀的原因
锈蚀可发生于许多引起锈蚀的介质中,如潮湿的空气、土壤、工业废气等.钢材的锈蚀大致可分为两类:
1、化学锈蚀:是指钢材表面与周围介质直接发生化学反映而产生的锈蚀.钢材在高温中氧化形成Fe3O4;在常温下氧化形成FeO.
2、电化学锈蚀:建筑钢材在存放和使用中发生的锈蚀主要属这一类.其锈蚀过程如下:
(1)在潮湿的环境中,钢材表面被一层电解质水膜覆盖,由于表面成分或者受力边形等的不均匀性,使邻近的局部产生电极电位的差别,因而建立许多微电池.
(2)在阳极区,铁被氧化成Fe 离子进入水膜;因为水中溶有来自空气的氧,放在阴极区氧被还原为OHk于;两者结合成为不容于水氢氧化亚铁Fe(OH)2.
(3)进一步氧化,则形成疏松易剥落的红棕色的铁锈氢氧化铁Fe(OH)3.(4)如水膜中有酸的成分,则阴极被还原的将是分离子.由于所形成的氢积存于阴脱产生极化作用,将使锈蚀停止,但水中的溶氧与红结合成水以除去积氢,故锈蚀能继续进行.因为水膜中离于浓度提高.阴极放电快锈蚀进行较快故在工业大气的条件下.钢材较容易锈蚀.
由此可以看出,影响钢材最常见的锈蚀破坏的因素是水和提供溶氧的空气.
在钢筋混凝土中,引起钢筋锈蚀的原因主要有:
(1)埋于混凝土中的钢筋处于碱性介质中(新浇混凝土PH值约为125或更高),而氧化保护膜也为碱性,故不致锈蚀.但这种保护膜易被卤素离子、特别是氯离子所破坏,使锈蚀迅速发展.
(2)浇筑混凝土时水灰比控制不好,游离水过多,水化反应之后,游离水份蒸发,使混凝土表面存在许多细微的小孔,由于毛细现象,周围水分会沿着毛细小孔向混凝土内部渗透,锈蚀钢筋.
(3)混凝土的密实性决定了钢筋锈蚀的快慢,混凝土越密实,钢筋越不易锈蚀,反之,则钢筋锈蚀较快.(4)由于混凝土养护不当或保护层厚度不够以及在荷载作用下混凝土产生的裂缝,也是引起混凝土内部钢筋锈蚀的主要原因.
二、钢筋锈蚀的危害
钢材(比如钢球)在存放中严重锈蚀,不仅截面积减少,材质降低甚至报废,而且除锈工作耗费很大;在使用中则锈蚀不仅使受力面积减少,而且局部锈坑的产生,可造成应力集中,促使结构早期破坏.尤其在反复荷载作用的情况下,将产生锈蚀疲劳现象,使疲劳强度大为降低,出现脆性破坏.
在钢筋混凝土中,由于钢筋的锈蚀,将使混凝土的保护层膨胀出现裂纹,严重时混凝土保护层脱落,钢筋脱离,使钢筋和混凝土之间的粘结应力损失或完全丧失,危急结构的安全,因此钢筋的锈蚀对钢筋混凝土结构的使用寿命有很大的影响.
三、钢材锈蚀的防止
钢材防止锈蚀的方法通常是采用表面刷漆:常用底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆等;常用面漆有灰铅漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等.在钢筋混凝土中,防止钢筋锈蚀的方法主要有:
(1)严格控制氯盐外加剂的掺用量;
(2)限制并合理选用水灰比和水泥用量;
(3)保证钢筋有足够的保护层厚度;
(4)加强混凝土的振捣和养护工作,保护混凝土的密实.
对于预应力配筋,一般含碳量较高,又多系经过变形和冷加工处理,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.所以重要的预应力承重结构,除不能掺用氯盐外,应对原材料进行严格检验.