? 高性能建筑用钢的大气环境腐蚀试验研究*李远鹏 张 杰 刘 昕 江社明 张启富 (中国钢研科技集团有限公司先进金属材料涂镀国家工程实验室， 北京 100081) 摘 要：对建筑用钢中典型的Q235、Q345、耐候钢(09CuPCrNi)以及建筑用镀层板镀锌板、镀铝锌板、镀锌铝镁板进行环境腐蚀试验。选取代表我国大气环境的北京、沈阳、青岛、万宁、江津、格尔木等6个城市或地区对上述钢材进行大气暴晒试验。持续4年的大气暴晒，获得了一批材料的环境腐蚀数据，可为钢结构建筑选材和寿命评估提供基础资料。 关键词：建筑用钢； 钢结构建筑； 大气环境腐蚀； 寿命评估 目前，我国已进入快速城镇化时期，建筑市场规模巨大。我国公共建筑、城镇住宅、农村住宅的建设面积每年约20亿m2。由于钢结构建筑具有较多优点：自重轻、强度高、安装便捷、施工周期短、抗震性能好，钢材报废后可实现100%废品再回收利用，钢结构建筑在我国正快速发展[1-8]。 随着钢铁材料在建筑行业应用量的增加，材料的腐蚀问题越来越引起人们的重视，钢铁材料的失效不仅影响钢结构建筑的安全性能，造成资源的浪费，而且还会污染环境。因此，开展建筑用钢材的耐蚀性研究，对建筑安全性评估和寿命预测具有重要意义。 我国各地的环境和气候差异较大，而钢铁材料在不同环境中的腐蚀形式和失效过程差异较大。在科技部支撑计划的支持下，本项目选取了我国6个典型的气候环境，开展建筑用钢在不同环境下的大气暴晒试验，获得建筑用钢材的腐蚀数据。 1 材料和试验方法选取6个代表我国典型气候环境的地点为暴晒试验点，分别是北京、沈阳、青岛、万宁、江津、格尔木，其气候类型如表1所示。 表1 大气暴晒试验地点及气候类型  序号地点气候1北京北温带亚湿润半乡村大气2沈阳北温带受季风影响的半湿润大陆性气候3青岛北温带湿润型海洋性气候4万宁湿热海洋大气环境5江津亚热带湿润型城郊酸雨环境气候6格尔木高原山地气候 选取建筑用钢材中用量较大，较为典型的Q235、Q345、耐候钢(09CuPCrNi)、建筑用镀锌板、镀铝锌板以及耐蚀性极好、建筑上具有潜在应用价值的镀锌铝镁板。 所有试样均制作成100 mm×50 mm大小，每种材料制作3块平行试样，以减少试验的偶然误差。试样在暴晒点的投放方法按照国家材料环境腐蚀试验站网的《材料大气腐蚀试验规程》进行。 试样每隔1年取回进行失重分析，试验周期为4年。腐蚀产物的去除和试样失重分析方法按照GB/T 16545—1996 《金属和合金的腐蚀 腐蚀试样上腐蚀产物的清除》进行。 2 结果与分析图1和图2分别为Q235、Q345、耐候钢(09CuPCrNi)、镀锌板、镀铝锌板、镀锌铝镁板等6种建筑用钢材分别在北京和沈阳的暴晒试验结果。 从图1、图2可以看出，北方典型的工业城市环境，北温带受季风影响的半湿润大陆性气候，3种镀层的腐蚀速率整体相差不大。Q235、Q345、耐候钢(09CuPCrNi)的耐蚀性明显要差于镀层板，因此在建筑中采用上述钢材时，最好进行防腐处理。  图1 北京暴晒试验结果  图2 沈阳暴晒试验结果 图3是青岛的暴晒试验结果。青岛作为北温带湿润型海洋性气候，市区年平均气温12.7 ℃，3种镀层的腐蚀速率较北京和沈阳的腐蚀速率明显减小，说明镀锌硅板、镀铝锌板和镀锌铝镁钢板在比较温和的北温带海洋性气候腐蚀速率相对较低，在这种环境条件下能够长期适用。  图3 青岛暴晒试验结果 图4是万宁暴晒试验结果。万宁作为湿热海洋大气环境，由于年平均气温24 ℃，较青岛温度明显升高，腐蚀速率较青岛也是明显增加，但是较北京沈阳两地的腐蚀速率增幅不大，可能是由于北京沈阳两地为工业大气环境，存在酸性物质，而在青岛和万宁两个海洋性气候环境下3种镀层腐蚀速率反而没有明显增加。  图4 万宁暴晒试验结果 图5是江津暴晒试验结果。江津区属亚热带季风气候，光照充足，气候温和，雨量充沛。日照时数年均1 207.9 h，常年平均气温18.2 ℃，年平均降雨量为1 034.7 mm。湿热环境使3种镀层的腐蚀速率相对较大，其腐蚀速率已经较青岛海洋气候稍大，因此在此种环境最好选用镀铝锌硅或镀锌铝镁镀层钢材，以提高建筑物使用寿命。  图5 江津暴晒试验结果 图6是格尔木暴晒试验结果。格尔木市辖区属大陆高原气候，少雨、多风、干旱。由于格尔木气候干燥，风沙较大，镀层表面生成腐蚀产物后易被风沙冲洗掉，从而始终难形成稳定的保护膜(层)，因此，在这种环境下镀层钢材的腐蚀速率相对较大，甚至较青岛等海洋性气候的腐蚀速率还要大。因此，在选择结构钢材时应特别注意此种环境的腐蚀消耗情况。  图6 格尔木暴晒试验结果 从6个不同气候环境的大气暴晒结果可知，湿热海洋大气环境的万宁各种材料腐蚀速率均最高，Q235钢最大腐蚀速率达到0.5 mm/a，因此在湿热海洋环境下各种钢材腐蚀速率很大，而具有镀层保护的如镀锌硅板、镀铝锌板和镀锌铝镁板腐蚀速率则明显降低，因此，在这种腐蚀环境下，要相对“苛刻”地选材，至少进行镀层保护，以大大延长材料的使用寿命。 具有亚热带湿润型城郊酸雨环境气候的江津地区的各种材料的腐蚀速率也较大，仅次于万宁的腐蚀速率。 耐候钢在内陆地区除格尔木外的其他城市包括北京、沈阳、江津地区的腐蚀速率相对于沿海地区的青岛、万宁地区的腐蚀速率更高一些。这表明，耐候钢在工业环境大气下的耐蚀性不及海洋气候环境。在上述地区进行建筑用钢选材时需引起注意。 3 结束语对建筑用钢中典型的Q235、Q345、耐候钢(09CuPCrNi)以及建筑用涂镀层板镀锌硅板、镀铝锌板、镀锌铝镁板进行大气暴晒试验，获取环境腐蚀数据。选取代表我国大气环境的北京、沈阳、青岛、万宁、江津、格尔木等6个城市或地区进行大气暴晒试验。 试验结果表明：无镀层的Q235、Q345、耐候钢(09CuPCrNi)的腐蚀速率明显高于镀层板，在建筑中采用时需要进行防腐处理。在海洋环境和湿热酸雨环境下，材料的腐蚀速率明显高于干燥环境，在海洋环境和湿热酸雨环境下的钢材需要进行进一步的防腐处理。 通过4年的暴晒试验，获得了建筑用钢在我国典型气候环境下的真实腐蚀数据，可为钢结构建筑选材和寿命评估提供基础资料。 参考文献 [1] 何一民, 史万春. 关于发展新型轻钢结构建筑的建议[J]. 钢结构, 1996, 11(3): 29-33. [2] 陶忠, 何保康. 发展我国新型轻钢结构建筑体系[J]. 中国工程科学, 2000, 2(3): 77-81. [3] 弓晓芸. 轻钢结构建筑的应用及发展[J]. 现代钢结构, 2000, 30(5): 53-57. [4] 韦清权. 轻钢结构建筑的特点及材料选择[J]. 中国建设信息, 2005, 20(10): 38-40. [5] 张磊, 李子清. 钢结构腐蚀与涂层防护[J]. 全面腐蚀控制, 2014, 28(11): 25-28. [6] 张广亮, 张广宇, 刘向峰. 钢结构腐蚀检测技术探析[J]. 四川建材，2010, 36(5): 56-57. [7] 张启富, 郝晓东. 钢结构腐蚀防护现状和发展[J]. 中国建筑金属结构, 2006, 28(9): 22-26. [8] 鲁开英. 钢结构腐蚀及其防腐保护[J]. 河南建材, 2008, 23(6): 28-29. EXPERIMENTAL STUDY ON ATMOSPHERIC CORROSION OF HIGH-PERFORMANCE CONSTRUCTION STEELSLi Yuanpeng Zhang Jie Liu Xin Jiang Sheming Zhang Qifu (National Engineering Lab of Advanced Coating Technologies for Metals, China Iron & Steel Research Institute Group,Beijing 100081, China) ABSTRACT：The environment corrosion tests for Q235 steel, Q345 steel, weathering steel (09CuPCrNi), galvanized steel sheet, galvanized steel sheet and Zn-Al-Mg coated steel sheet were carried out. The atmospheric exposure tests for construction steels were conducted in Beijing, Shenyang, Qingdao, Wanning, Jiangjin and Geermu. Through the 4-year atmospheric exposure tests, the atmospheric corrosion date of the mentioned steels was obtained, which provided a basis for materials selection and lifetime evaluation of steel buildings. KEY WORDS：construction steel; steel building; atmospheric corrosion; lifetime evaluation DOI:10.13206/j.gjg201602024 收稿日期：2015-11-05 *“十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAJ13B03)。 第一作者：李远鹏，男，1983年出生,高级工程师。 Email:liyupeng9999@163.com |
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