林 偉

（福州外語外貿(mào)學(xué)院 理工學(xué)院，福建 福州 350202）

腐蝕是物質(zhì)與環(huán)境的物理-化學(xué)相互作用，是一種自發(fā)進行的過程，腐蝕的結(jié)果是使物質(zhì)的性能和外表發(fā)生強烈的變化，并導(dǎo)致物質(zhì)、環(huán)境或者由被腐蝕物質(zhì)組成的結(jié)構(gòu)體系的功能受到影響。腐蝕是生活中常見的一種物理-化學(xué)現(xiàn)象，在當(dāng)今社會人們生活、生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，都會遭受到腐蝕的危害，尤其是金屬腐蝕，在工程建筑領(lǐng)域金屬制成結(jié)構(gòu)體系經(jīng)常發(fā)生腐蝕，金屬制成結(jié)構(gòu)體系腐蝕不僅會危害到建筑物的穩(wěn)定性，還會造成巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在世界范圍內(nèi)，工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系腐蝕造成的年度經(jīng)濟損失占年度國民經(jīng)濟總值的2.45%-4.68%之間，這個數(shù)據(jù)是相當(dāng)巨大的，對國民經(jīng)濟的發(fā)展造成了嚴重的不良影響。目前國家正進入大規(guī)模的經(jīng)濟建設(shè)時期，城市化進程不斷加快，在城市基礎(chǔ)工程建筑中，比如橋梁建筑、高層建筑、機場建筑等，工程建筑中需要使用大量的金屬制成結(jié)構(gòu)體系，且這些金屬制成結(jié)構(gòu)體系大部分都裸露在空氣中，當(dāng)處于特殊自然環(huán)境中會出現(xiàn)多種腐蝕性問題，比如酸雨腐蝕、金屬涂層老化等。所以為了保證工程建筑的穩(wěn)定性，需要采取工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系防腐蝕措施，為此提出工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系防腐蝕措施研究。

1 工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系腐蝕機理

工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系的腐蝕影響因素比較多，造成其腐蝕的不僅僅和所處的地質(zhì)條件有關(guān)系，還與外界腐蝕環(huán)境具有密切的關(guān)系，并且金屬的腐蝕程度與腐蝕介質(zhì)、濕度、溫度、空氣的流速、接觸物質(zhì)等有關(guān)，所以金屬制成結(jié)構(gòu)體系的腐蝕性是由所處環(huán)境化學(xué)、物理等多種因素綜合作用下得出的，若要制定合理的防腐蝕措施，必須要了解其腐蝕機理，具體金屬制成結(jié)構(gòu)體系腐蝕機理如下。

（1）物理作用：物理作用是指金屬制成結(jié)構(gòu)體系自身體積的膨脹變化，而沒有與環(huán)境中腐蝕性元素發(fā)生反應(yīng)。任何物質(zhì)都會發(fā)生熱脹冷縮物理反應(yīng)，當(dāng)金屬在高溫環(huán)境下體積發(fā)生增大變化，導(dǎo)致金屬制成結(jié)構(gòu)體系強度、硬度等物理性能降低，結(jié)構(gòu)表面遭到破壞，使空氣中的氧氣更容易進入金屬內(nèi)容，最終發(fā)生腐蝕[1]。物理作用分為侵蝕作用和結(jié)晶作用兩種，其中侵蝕作用是指金屬受到環(huán)境中侵蝕性介質(zhì)（空氣中氧氣成分）的長期作用下，金屬表層中可溶性成分逐漸被空氣中的氧氣溶解，隨著金屬表層被溶解的成分不斷流失，使金屬制成結(jié)構(gòu)體系表面孔隙率發(fā)生變化，進而使周圍環(huán)境中的腐蝕性因素更容易進入到金屬內(nèi)部[2]。結(jié)晶作用是指環(huán)境中一些鹽酸物質(zhì)進入到金屬制成結(jié)構(gòu)體系中，通過空氣中的水分溶解鹽酸結(jié)晶，在長期作用下導(dǎo)致金屬制成結(jié)構(gòu)體系體積不斷增大，產(chǎn)生較大的結(jié)晶壓力，最終使金屬制成結(jié)構(gòu)體系膨脹裂開。

（2）化學(xué)作用：化學(xué)作用是指金屬制成結(jié)構(gòu)體系與環(huán)境中腐蝕性介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成新的化學(xué)物質(zhì)，從而破壞金屬制成結(jié)構(gòu)體系。化學(xué)作用主要分為分解類化學(xué)腐蝕和分解結(jié)晶復(fù)合類化學(xué)腐蝕兩種，其中分解類化學(xué)腐蝕是指腐蝕性介質(zhì)（酸類、鹽類、氧氣等）接觸到金屬表層，與金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，生產(chǎn)氧化物附著在金屬表面，從而降低金屬強度；分解結(jié)晶反復(fù)類化學(xué)腐蝕是指環(huán)境中腐蝕性介質(zhì)與金屬結(jié)構(gòu)中Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，結(jié)晶成鈣鹽，鈣鹽再與金屬表層毛細孔中的水分接觸，被稀釋，然后再結(jié)晶，這樣反復(fù)分解結(jié)晶最終引起金屬制成結(jié)構(gòu)體系膨脹破裂。

2 工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系防腐蝕措施

從以上對工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系腐蝕機理分析得知，造成金屬腐蝕主要是受到周圍環(huán)境的影響，因此此次從金屬制成結(jié)構(gòu)體系與腐蝕性介質(zhì)隔離的角度入手，利用相應(yīng)的措施和手段，將金屬制成結(jié)構(gòu)體系與腐蝕性介質(zhì)分類開來，令兩種東西不發(fā)生接觸，從而起到防腐蝕的作用[3]。根據(jù)以上分析，提出兩種防腐蝕措施，第一種是在金屬制成結(jié)構(gòu)體系表面涂抹防腐涂層，第二種是采取電化學(xué)保護，通過外部電流對金屬的電位進行改變，進而起到對金屬制成結(jié)構(gòu)體系防腐保護的作用，以下將對兩種措施進行詳細說明。

2.1 金屬制成結(jié)構(gòu)體系防腐涂層

2.1.1 防腐涂料選擇

防腐涂層是在金屬表面涂抹一層防腐涂料，利用涂料阻止水分、氧氣等腐蝕性介質(zhì)與金屬表面接觸，從而起到防腐蝕作用，因此要選擇防腐效果好的防腐涂料[4]。防腐涂層材料分為油基漆和樹脂基漆兩類，目前常用的防腐涂層材主要有水性丙烯酸防腐涂料、丙烯酸酯環(huán)氧樹脂涂料、聚丙氨酸樹脂防腐涂料以及石墨烯復(fù)合防腐涂料四種[5]。其中水性丙烯酸防腐涂料、石墨烯復(fù)合防腐涂料為油基漆類，丙烯酸酯環(huán)氧樹脂涂料、聚丙氨酸樹脂防腐涂料為樹脂基漆類，不同種類的防腐涂料其特征也不同，比如附著力、耐高溫性能、成膜速度、環(huán)保性、制備成本、使用壽命以及防腐蝕性，下表為四種防腐涂料對比。

表1 四種防腐涂料對比

由于工程建筑制成結(jié)構(gòu)體系防腐涂層使用壽命至少20年，從表1中可以看出，丙烯酸酯環(huán)氧樹脂涂料各個性能都優(yōu)于其他三種涂料，更適用于工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系防腐，使用壽命較長，且環(huán)保性能良好，具有良好的耐溶劑性和附著力，涂抹后不容易脫落，耐溫可到280℃，涂料透明、無色無味，因此選擇丙烯酸酯環(huán)氧樹脂涂料作為防腐涂層材料。

2.1.2 金屬制成結(jié)構(gòu)體系表面熱噴涂層

選擇完防腐涂料后，利用熱噴涂技術(shù)將丙烯酸酯環(huán)氧樹脂涂料噴涂到金屬制成結(jié)構(gòu)體系表面。首先在噴涂前需要將金屬表面的灰塵、雜質(zhì)等清理干凈，表面清理干凈后，利用砂質(zhì)對金屬表面打磨。另外，金屬制成結(jié)構(gòu)體系的所有焊接、切割、金屬缺陷處都需要利用噴砂清潔處理，要使金屬表面的粗糙度達到一定要求，使丙烯酸酯環(huán)氧樹脂涂料更好的附著到金屬表面[6]。然后將丙烯酸酯環(huán)氧樹脂涂料和水按照3：2的比例配置，將其攪拌均勻，在涂抹時，要將金屬表面溫度控制到10℃-40℃范圍內(nèi)，溫度過低或者溫度過高不利于涂料凝結(jié)，并且周圍大氣相對濕度要低于80%。涂抹方式采用熱噴涂方式，涂抹完2小時后在涂抹一次，涂層厚度為15mm，噴涂的施工不宜在陰天、雨天、雪天或者是大風(fēng)天氣，以此完成金屬制成結(jié)構(gòu)體系防腐涂層施工。

2.2 金屬制成結(jié)構(gòu)體系采取電化學(xué)保護

涂層雖然能夠?qū)⒔饘僦瞥山Y(jié)構(gòu)體系與環(huán)境中腐蝕介質(zhì)隔離，但是涂層也是存在時間限制的，隨著時間變化，體系表面的涂層會逐漸消失，防腐蝕作用也逐漸減小，因此金屬制成結(jié)構(gòu)體系表面噴涂防腐涂層后，還需要對其采取電化學(xué)保護措施。因為金屬具有電化學(xué)腐蝕性能，在與介質(zhì)接觸時會發(fā)生自溶解反映[7]。在這個過程，導(dǎo)致金屬被腐蝕，所以采取電化學(xué)保護措施，能夠更加有效的保證工程建筑質(zhì)量。

電化學(xué)保護技術(shù)的原理主要為金屬具有電化學(xué)腐蝕特性，利用該特性通過外部電流對金屬的電位進行改變，進而起到對金屬材料保護的作用[8]。首先，通過氧化劑獲得電子陽極釋放的過程，得出金屬表面發(fā)生Fe的溶解反映化學(xué)方程式，如公式（1）所示。

而后，通過公式（1）所示的反應(yīng)過程，可以根據(jù)顏色變化的具體情況觀察到金屬腐蝕過程的進行，出現(xiàn)藍色的區(qū)域代表陽極區(qū)；出現(xiàn)紅色的區(qū)域代表陰極區(qū)。在金屬腐蝕過程中，通過電化學(xué)保護技術(shù)能夠使氧向液滴中心部位擴散的難度增加，進而減少紅色區(qū)域的面積，加速鹼化過程[9]。最后，利用電化學(xué)保護技術(shù)保持電荷平衡，將陽極反應(yīng)集中在水滴的中心部位，最大程度上幫助金屬達到穩(wěn)定狀態(tài)。

首先需要計算金屬制成結(jié)構(gòu)體系電化學(xué)保護所需要的電流量，其計算工程為：

公式（2）中，I為金屬制成結(jié)構(gòu)體系電化學(xué)保護所需要的電流量；e為陰極開路電位；c為陰極極化電位；a為陽極開路電位；w為陽極極化電位；E為陽極接地電阻；Q陰極導(dǎo)線電阻；T為回路導(dǎo)線電阻。其次還要計算出所需的陽極數(shù)量，其計算公式如下：

公式（3）中，N為工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系電化學(xué)保護所需要的陽極數(shù)量；f為備用系數(shù)，通常取值為3.5；l為單只陽極輸出電流。

然后根據(jù)建筑工程金屬制成結(jié)構(gòu)體系圖紙，確定金屬制成結(jié)構(gòu)體系中心線，做好標記。最后在金屬制成結(jié)構(gòu)體系兩側(cè)開鑿出一條可以放入導(dǎo)線的渠道，采取鋅合金作為陰極和陽極材料，利用焊接技術(shù)將鋅合金陰極和陽極與金屬制成結(jié)構(gòu)體系兩側(cè)連接，按照鑿出的渠道埋設(shè)導(dǎo)線，最后利用水泥砂漿將渠道封閉，將導(dǎo)線的另一頭連接電源，將金屬制成結(jié)構(gòu)體系保護電位設(shè)定在-0.85v--2.0v，打開電源即可實現(xiàn)對工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系電化學(xué)保護，起到防腐蝕作用，以此完成工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系防腐蝕措施研究。

3 結(jié)束語

此次考慮工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系抗腐蝕需求，并結(jié)合目前最新金屬制成結(jié)構(gòu)體系防腐蝕技術(shù)理論，對其防腐蝕措施進行了研究，并針對性的提出了相應(yīng)的防腐蝕措施意見，對節(jié)約工程建筑資源資金，降低工程建筑施工成本，保證工程建筑質(zhì)量和人民的生命、財產(chǎn)安全都有著重要的現(xiàn)實意義，為工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系防腐蝕提供參考依據(jù)。由于金屬制成結(jié)構(gòu)體系腐蝕性受眾多因素的影響，此次提出的防腐蝕措施不夠全面，沒有從微觀角度分析工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系防腐蝕需求，因此今后仍需要通過大量的調(diào)查數(shù)據(jù)，進一步優(yōu)化工程建筑金屬制成結(jié)構(gòu)體系腐蝕性與腐蝕因素的關(guān)系，進而研究出更加全面、更加有效的防腐蝕措施。