鋼結構銹蝕破壞課件

1、4.6.1概述鋼結構的一大缺點：容易生銹腐蝕。鋼結構的一大缺點：容易生銹腐蝕。生銹腐蝕將會使構件截面減少，腐蝕產生的生銹腐蝕將會使構件截面減少，腐蝕產生的“銹抗銹抗”會引起應力集中，導致構件或結構發(fā)生脆性斷裂破會引起應力集中，導致構件或結構發(fā)生脆性斷裂破壞，所以防止鋼結構銹蝕破壞與防止鋼結構其他形壞，所以防止鋼結構銹蝕破壞與防止鋼結構其他形式的破壞同等重要。式的破壞同等重要。案例 1995年5月25日，廣州海印斜拉橋鋼索因銹蝕突然斷裂 事故原因是因為鋼索上段水泥漿體未充滿，對鋼絲的保事故原因是因為鋼索上段水泥漿體未充滿，對鋼絲的保護少了一道防線，致使鋼索上段鋼絲嚴重銹蝕造成。從護少了一道防線，

2、致使鋼索上段鋼絲嚴重銹蝕造成。從墜落鋼索及全部鋼索檢查分析結果表明，全橋鋼索都處墜落鋼索及全部鋼索檢查分析結果表明，全橋鋼索都處于不穩(wěn)定狀態(tài)，后來對該橋鋼索全部逐一更換為由高密于不穩(wěn)定狀態(tài)，后來對該橋鋼索全部逐一更換為由高密度聚乙烯直接在鍍鋅純化鋼絲上擠壓而成的鋼索度聚乙烯直接在鍍鋅純化鋼絲上擠壓而成的鋼索 海海印斜拉橋是高次超靜定結構，全橋的斜拉索共印斜拉橋是高次超靜定結構，全橋的斜拉索共164164根，根，其中一根斷裂，不至于引起橋梁整體結構的垮塌。其中一根斷裂，不至于引起橋梁整體結構的垮塌。 鋼結構鋼結構的防腐質量的好壞直接影響建筑物和構筑物的壽命。的防腐質量的好壞直接影響建筑物和構筑物

3、的壽命。 1889 1889年建成的埃菲爾鐵塔，歷經一百多年風風雨雨，至年建成的埃菲爾鐵塔，歷經一百多年風風雨雨，至今仍矯健的屹立在巴黎市中心。今仍矯健的屹立在巴黎市中心。 埃菲爾鐵塔鋼結構總面積達埃菲爾鐵塔鋼結構總面積達2020萬平方米，每七年進行一次全面的萬平方米，每七年進行一次全面的防銹涂裝維護，包括清除鳥糞等污垢，防銹涂裝維護，包括清除鳥糞等污垢，嚴格檢查原有涂裝的狀況，并用手錘、嚴格檢查原有涂裝的狀況，并用手錘、便攜砂輪敲除和打磨已經損壞或被腐便攜砂輪敲除和打磨已經損壞或被腐蝕的涂料，然后給塔身上涂兩層防銹蝕的涂料，然后給塔身上涂兩層防銹涂料，最后再涂一層表面涂料。正是涂料，最后再涂

4、一層表面涂料。正是這定期的，規(guī)范的維修養(yǎng)護工作，使這定期的，規(guī)范的維修養(yǎng)護工作，使埃菲爾鐵塔至今容光煥發(fā)。埃菲爾鐵塔至今容光煥發(fā)。 埃菲爾鐵塔所以，鋼結構的安全不僅與設計、施工有關，而且與使用有關。所以，鋼結構的安全不僅與設計、施工有關，而且與使用有關。 鋼結構的腐蝕主要是由于結構表面未加工保護或保護不當而受周鋼結構的腐蝕主要是由于結構表面未加工保護或保護不當而受周圍氧、氯和硫化物等侵襲作用所引起的。圍氧、氯和硫化物等侵襲作用所引起的。鋼結構銹蝕的速度與房屋所處的周圍環(huán)境有關。在空氣中存在有害物質（如硫酸、鹽酸等）的地區(qū)，鋼結構比較容易銹蝕?？諝獾臏囟取穸燃坝泻怏w的含量、結構物所處地區(qū)地勢

5、的高低等對鋼結構腐蝕都有影響，其中空氣濕度和有害氣體濃度的影響最大。 統(tǒng)計資料表明：室外鋼結構的銹蝕速度較快，約為室內統(tǒng)計資料表明：室外鋼結構的銹蝕速度較快，約為室內銹蝕速度的四倍；在重工業(yè)區(qū)和化工工業(yè)區(qū)鋼結構銹蝕速度約銹蝕速度的四倍；在重工業(yè)區(qū)和化工工業(yè)區(qū)鋼結構銹蝕速度約為一般地區(qū)的兩倍，比空氣清潔的田園、山區(qū)甚至高出十倍；為一般地區(qū)的兩倍，比空氣清潔的田園、山區(qū)甚至高出十倍；在同一地區(qū)、同一結構物中，易于積水、積灰的構件銹蝕速度在同一地區(qū)、同一結構物中，易于積水、積灰的構件銹蝕速度快，而不易積水積灰的構件銹蝕速度就慢?？?，而不易積水積灰的構件銹蝕速度就慢。 鋼材的銹蝕主要是電化學腐蝕。鋼材

6、的銹蝕主要是電化學腐蝕。鋼在冶煉過程中，根據(jù)鋼材性能的需要加入了一定量的碳或其它元素。鋼材的主體元素鐵和加入的其它元素的標準電極電位不同，形成了原電池。大氣中的水分、氧等介質使鋼結構內無數(shù)原電池形成通路，鐵成為陽極失去電子而轉變?yōu)殍F銹。大氣中的水分或其他酸性氣體是鋼材銹蝕的根本原因。電化學腐蝕圖片4.6.1.24.6.1.2鋼材的應力腐蝕鋼材的應力腐蝕 應力腐蝕開裂是指受固定拉伸應力作用的金屬材料在某些特定的腐蝕應力腐蝕開裂是指受固定拉伸應力作用的金屬材料在某些特定的腐蝕介質中，由于腐蝕介質與應力的協(xié)同作用而發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象介質中，由于腐蝕介質與應力的協(xié)同作用而發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象，英文簡稱S

7、CC（Stress Corrosion Cracking）。應力腐蝕既不同于沒有應力作用下的純腐蝕，也不同于沒有腐蝕介質中發(fā)生的純力學斷裂。腐蝕介質和機械應力的共同作用并不是簡單的疊加作用，而是一個互相促進的過程，這兩個因素的共同作用遠遠超過單個因素作用之和。 產生應力腐蝕開裂需具備三個基本條件，即敏感材料、特定環(huán)境和拉即敏感材料、特定環(huán)境和拉伸應力伸應力，而且他們具有如下一些共同特征。 （1）每種合金的應力腐蝕開裂只是對某些特定的介質敏感，而在其他的介質中可能就不會發(fā)生應力腐蝕開裂現(xiàn)象。表4.2列出了一些發(fā)生SCC的合金環(huán)境體系組合。合金合金腐蝕介質腐蝕介質低碳鋼 熱銷酸鹽溶液、碳酸鹽溶液、

8、過氧化氫碳鋼和低合金鋼 氫氧化鈉、三氯化鐵溶液、氫氰酸、沸騰的42%氯化鎂溶液、海水高強度鋼 蒸餾水、濕大氣、氯化物溶液、硫化氫奧氏體不銹鋼 氯化物溶液、高溫高壓含氧高純水、海水，含F(xiàn) 、Br 、NaOH-H2S水溶液銅合金 氨蒸氣、汞鹽溶液、含SO2大氣、氨溶液、三氯化鐵、硝酸溶液鎳合金 氫氧化鈉溶液、高純水蒸氣鋁合金 氯化鈉水溶液，海水，水蒸氣，含SO2大氣，熔融氯化鈉，含Br 、I 水溶液鎂合金 硝酸、氫氧化鈉、氫氟酸溶液、蒸餾水、海洋大氣、SO2-CO2濕空氣、NaCl-K2CrO4溶液鈦合金 含Cl 、Br 、I 水溶液，N2O4，甲醇，三氯乙烯，有機酸表表4.2 4.2 發(fā)生發(fā)生S

9、CCSCC的合金環(huán)境體系的合金環(huán)境體系組合組合 （2）發(fā)生應力腐蝕開裂必須有拉應力存在，拉應力越大，則斷裂所需時間越短。斷裂所需應力一般都低于材料的屈服強度。引起應力腐蝕開裂的應力來源首先是工作應力，其次是殘余應力，再次是閉塞裂紋內的腐蝕物因體積膨脹產生的楔入應力。 （3）應力腐蝕開裂是一種典型的滯后破壞，整個破壞過程中可分為孕育期、裂紋擴展期、快速斷裂期三個階段： 孕育期-裂紋萌生階段，是裂紋源成核所需的時間，約占整個時間的90%； 裂紋擴展期-裂紋成核后直至發(fā)展到臨界尺寸所經歷的時間；快速斷裂期-裂紋達到臨界尺寸后，由于純力學作用，裂紋失穩(wěn)瞬間斷裂。案例：年月日宜賓小南門金沙江大橋雙肋拱橋對根較年月日宜賓小南門金沙江大橋雙肋拱橋對根較短的吊索突然發(fā)生斷裂，致使兩岸共根橫梁及相連的橋面板、人行道墜短的吊索突然發(fā)生斷裂，致使兩岸共根橫梁及相連的橋面板、人行道墜落江中。這是一起典型的應力腐蝕開裂事故，該橋的鋼索構造與實例落江中。這是一起典型的應力腐蝕開裂事故，該橋的鋼索構造與實例的海印斜拉橋相似，不過它的事故后果比后者嚴重得多。雖然雙的海印斜拉橋相似，不過它的事故后果比后者嚴重得多。雖然雙肋拱。本身是超靜定結肋拱。本身是超靜定結構