钢结构容易锈蚀,主要源于其与周围环境发生的化学和电化学作用,具体原因及分析如下:

一、化学锈蚀:直接化学反应的侵蚀
钢结构表面与周围介质(如氧气、水蒸气、二氧化硫、硫化氢等)直接发生化学反应,生成疏松的氧化物(如氧化亚铁FeO、硫化亚铁FeS等)。这种腐蚀过程无需电流参与,但反应速度随温度和湿度的升高而加快。例如:
高温环境:钢在高温中与干燥的氧气、二氧化氮、二氧化硫等气体反应,表面生成钝化能力弱的氧化膜,腐蚀程度随时间增加。
潮湿环境:水蒸气与钢材表面接触,加速氧化反应,形成水化氧化亚铁锈(含大量水分),即使表面不再与空气接触,腐蚀仍会持续发展。
二、电化学锈蚀:微电池作用下的加速腐蚀
在潮湿空气中,钢结构表面因显微组织差异、杂质分布不均或受力变形,导致局部相邻质点间产生电极电位差,形成无数“微电池”。具体过程如下:
阳极区:电极电位较低的铁素体失去电子,生成亚铁离子(Fe²⁺)进入水膜。
阴极区:电极电位较高的渗碳体(或杂质)得到电子,与水膜中的溶解氧反应生成氢氧根离子(OH⁻)。
铁锈形成:亚铁离子与氢氧根离子结合生成氢氧化亚铁(Fe(OH)₂),进一步氧化为红棕色的氢氧化铁(Fe(OH)₃,即铁锈)。
关键条件:电化学腐蚀需同时满足“潮湿环境”(存在电解质水膜)和“充足氧气”(水中溶有氧)。若水膜中溶有酸,阴极区会因氢离子(H⁺)还原而暂时极化,腐蚀停止;但氢离子与溶解氧结合成水后,极化作用消失,腐蚀继续进行。
三、环境因素的加剧作用
湿度影响:
空气湿度低于60%时,钢结构腐蚀轻微。
湿度超过临界值(60%~70%)时,腐蚀速度显著加快。在沿海或污染严重地区,临界湿度更低,钢材表面更易形成水膜。
污染介质:
空气中的盐分(如氯离子)、硫化物、酸雾等会加速腐蚀。例如,氯离子能破坏钢材表面的钝化膜,直接参与电化学腐蚀反应。
温度影响:
高温会加速化学反应和电化学腐蚀速率,同时降低水膜的电阻,促进微电池作用。
四、钢结构自身因素的促进
表面状态:
未处理完全的焊渣、锈层、氧化铁皮等会成为阴极,与钢结构构件(阳极)在水膜中形成电化学腐蚀。
表面粗糙度、划痕或裂纹会成为腐蚀的起始点,加速局部腐蚀。
设计缺陷:
钢结构与墙体距离过近、排水不畅或通风不良,会导致局部湿度升高,促进腐蚀。
材料成分:
普通钢材中含有的杂质(如硫、磷)会降低耐腐蚀性,形成电化学腐蚀的微电池。