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第9章 建筑钢材
9.1 概述
9.2 钢材的主要性能
9.3 建筑钢材的标准与分类
9.4 钢材的锈蚀与维护
9.1　概　　述
　　1.按化学成分分
　　(1)碳素钢。碳素钢的主要化学成分是铁，其次是碳，此外还含有少量的硅、锰、磷、硫、氧、氮等微量元素。碳素钢根据含碳量的高低，分为低碳钢(含碳量<0.25％)、中碳钢(含碳量为0.25％~0.60％)、高碳钢(含碳量＞0.60％)。
　　(2)合金钢。合金钢是在碳素钢的基础上加入一种或多种改善钢材性能的合金元素，如锰、硅、钒、钛等。合金钢根据合金元素的总含量，又分为低合金钢(合金元素总量?＜5％)?、中合金钢(合金元素总量为5％~10％)、高合金钢(合金元素总量＞10％)。
　　2.按冶炼时脱氧程度分
　　在炼钢过程中，钢水中尚含有大量以FeO形式存在的氧，FeO与碳作用生成CO从而在凝固的钢锭内形成许多气泡，降低了钢材的性能。为了除去钢中的氧，必须加入脱氧剂锰铁、硅铁及铝锭等，使之与FeO反应生成MnO、SiO2、Al2O3等钢渣而被除去，这—过程称为“脱氧”。根据脱氧程度的不同，钢可分为镇静钢、沸腾钢、半镇静钢和特殊镇静钢。
　　(1)镇静钢。镇静钢是脱氧较完全的钢，钢液浇注后平静地冷却凝固，基本无CO气泡产生。镇静钢均匀密实，各种力学性能优于沸腾钢，用于承受冲击荷载或其他重要结构。其代号为“Z”。
　　(2)沸腾钢。沸腾钢脱氧很不完全，钢液冷却凝固时有大量CO气体外逸，引起钢液剧烈沸腾，故称为沸腾钢，其代号为“F”。沸腾钢内部气泡和杂质较多，致密程度较差，化学成分和力学性能不均匀，因此钢的质量较差。但因其成本低、产量高，被广泛应用于一般的建筑结构中。
　　(3)半镇静钢。半镇静钢用少量的硅进行脱氧，钢的脱氧程度和性能介于镇静钢和沸腾钢之间,其代号为“B”。
　　(4)特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度更彻底的钢，称为特殊镇静钢。特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的建筑工程中，其代号为“TZ”。
　　3.按品质(杂质含量)分
　　(1)普通钢。含硫量≤0.050％，含磷量≤0.045％。
　　(2)优质钢。含硫量≤0.035％，含磷量≤0.035％。
　　(3)高级优质钢。含硫量≤0.025％，含磷量≤0.025％，高级优质钢的钢号后加“高”或“A”。
　　(4)特级优质钢。含硫量≤0.015％，含磷量≤0.025％，特级优质钢的钢号后加“E”。
　　4.按用途分类
　　(1)结构钢。主要用于建筑构件及机械零件，一般属于低碳钢或中碳钢。
　　(2)工具钢。主要用于各种刀具、量具及磨具，一般属于高碳钢。
　　(3)特殊钢。具有特殊物理、化学或机械性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等，一般为合金钢。
　　建筑钢材一般分为型材、板材、线材和管材等几类。型材有钢结构用的角钢、槽钢、工字钢、方钢、钢板桩等。线材包括钢筋混凝土和预应力混凝土用的钢筋、钢丝与钢绞线等。板材包括用于桥梁、房屋和建筑机械的中厚钢板以及屋面、墙面、楼板中适用的薄钢板。管材主要用于钢构架及供水、供气管线等。
　　建筑上常用的钢种主要是普通碳素钢中的低碳钢和普通合金钢中的低合金钢。
9.2　钢材的主要性能
9.2.1　力学性能
　　1.抗拉性能
　　拉伸是建筑钢材的主要受力形式，因而抗拉性能是建筑钢材最重要的力学性能。钢材受拉时，在产生应力的同时，相应地产生应变。低碳钢拉伸时的应力-应变曲线如图9.1所示，低碳钢从受拉开始至断裂经历了4个阶段。
　　1)弹性阶段
　　曲线上的OA段应力应变呈线性关系，在此阶段内，若去除外力，试件恢复原状。应力应变呈比例的最高点(A点)所对应的应力称为比例极限，用σp表示。在OA段应力与应变的比值为常数，即弹性模量E（E＝σ/ε）。弹性模量反映钢材抵抗弹性变形的能力，是钢材重要的力学指标。建筑工程中常用钢材的弹性模量为(2.0~2.1)×105MPa。
图9.1　低碳钢拉伸应力—应变图
　　2)屈服阶段
　　应力超过弹性极限后，材料开始出现塑性变形，材料暂时失去了对变形的抵抗能力，应变增长很快而应力变化很小，这种现象称为屈服。
　　屈服阶段的B上点、B下点分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点比较稳定且容易测定，因此，工程上采用下屈服点的应力作为钢材的屈服极限，用σs表示。由于钢材受力达到屈服极限后已不能满足正常使用要求，因此结构设计中以屈服强度作为钢材强度取值的依据。
　　3)强化阶段
　　过了屈服阶段材料恢复了对变形的抵抗能力，应力增加,变形增大，曲线上最高点C对应的应力称为强度极限，用σb表示。强度极限是钢材抵抗断裂破坏能力的一个重要?指标。?
　　屈服强度与强度极限之比称为屈强比，屈强比是评价钢材使用可靠性和强度利用率的一个参数。屈强比越小，结构的可靠性越高，但屈强比过小时，钢材强度的利用率偏低，造成浪费。建筑结构用钢的合理屈强比一般为0.60~0.75。
　　4)颈缩断裂阶段
　　应力达到强度极限后，试件在薄弱处的断面产生“颈缩”现象，直至断裂。
　　如图9.2所示，将拉断后的试件拼合起来，测定出标距范围内的长度L1，试件的绝对变形（L1-L0）与原标距L0之比称为伸长率，用δ表示
(9－1)
式中：L0——试件原始标距长度（mm）；
　　?L1——试件断裂拼合后标距长度（mm）。
图9.2　试件拉伸前和断裂后标距的长度
　　伸长率是衡量钢材塑性的一个重要指标，δ越大说明钢材塑性越好。钢材的塑性大，不仅便于进行各种加工，而且可将结构上的局部高峰应力重新分布，避免应力集中。钢材在塑性破坏前，有很明显的变形和较长的变形持续时间，便于人们发现和补救，从而保证钢材在建筑上的安全使用。
　　塑性变形在试件标距内的分布是不均匀的，颈缩处的变形最大，离颈缩部位越远其变形越小。所以，原始标距与直径之比越小，则颈缩处伸长值在整个伸长值中所占的比重越大，计算出的δ值越大。通常以?δ5?(L0=5d0时的伸长率，d0为钢材的直径)或δ10(L0＝10d0时的伸长率)为基准。对同一种钢材，δ5?小于δ10。某些钢材的伸长率是采用定标距试件测定的，如标距L0=100mm或L0＝200mm，则伸长率分别用δ100或δ200表示。
　　中碳钢和高碳钢的拉伸曲线与低碳钢不同，其抗拉强度高，无明显屈服阶段，伸长率小，难以测定屈服点。如图9.3所示，规定产生残余变形为原标距长度的0.2％时所对应的应力值为屈服强度，称为条件屈服强度，用σ0.2表示。
图9.3　中碳钢、高碳钢的应力－应变图
　　2.冲击韧性
　　冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用而不破坏的能力。冲击韧性指标通过冲击试验来确定，如图9.4所示。用试验机摆锤冲击带有“V”形缺口标准试件的背面，试件缺口处受冲击破坏后，缺口处单位面积所消耗的功(J／cm2)即为冲击韧性指标，以αk表示：
式中：αk——冲击韧性（J/cm2）；W——摆锤所做的功（J）；
　　?P?——摆锤重量（N）；
　　?H?——冲击前摆锤扬起的高度（m）；
　　?h?——冲击后摆锤向后摆动的高度（m）；
　　?A?——标准试件缺口处的截面面积（cm2）。
图9.4　冲击韧性试验图（单位：mm）
影响钢材冲击韧性的因素很多。当钢材中的磷、硫含量较高时，化学成分不均匀，含有非金属夹杂物以及焊接中形成的微裂纹等都会使冲击韧性显著降低。温度对钢材冲击韧性的影响也很大。某些钢材在常温(20℃)条件下呈韧性断裂，而当温度降低到一定程度时，αk值急剧下降而使钢材呈脆性断裂，这一现象称为低温冷脆性，这时的温度称为脆性临界温度。脆性临界温度越低，说明钢材抗低温冲击性能越好。另外，钢材随时间的延长，强度会逐渐提高，冲击韧性下降，这种现象称为时效。时效敏感性越大的钢材，经过时效以后其冲击韧性降低越显著。为了保证安全，对于承受动荷载的重要结构，应选用时效敏感性小的钢材。
　　对于重要的结构以及承受动荷载作用的结构，特别是处于低温条件下的结构，应保证钢材具有一定的冲击韧性。
　　3.耐疲劳性
　　钢材在承受交变(数值和方向都有变化的)荷载的反复作用时，在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象，称为钢材的疲劳破坏。一般把钢材在交变应力循环次数N=10×106次时不破坏的最大应力定义为疲劳强度或疲劳极限。在设计承受反复荷载作用的结构时，应了解所用钢材的疲劳极限。
　　钢材的疲劳破坏，一般认为是由拉应力引起的。首先在局部开始形成细小裂纹，随后由于裂纹尖角处的应力集中而使裂纹迅速扩展直至钢材断裂。因此，钢材疲劳强度不仅取决于其内部组织，而且也取决于应力最大处的表面质量及内应力大小等因素。钢材的抗拉强度高，其疲劳极限也高。
9.2.2　工艺性能
1.冷弯性能
　　冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。衡量钢材冷弯性能的指标有两个，一个是试件的弯曲角度(α)，另一个是弯心直径(D)与钢材的直径或厚度(a)的比值(D／a)?(见图9.5)。冷弯试验是将钢材按规定的弯曲角度和弯心直径进行弯曲，若弯曲后试件弯曲处无裂纹、起层及断裂现象，即认为冷弯性能合格，否则为不合格。试验时采用的弯曲角度越大，弯心直径与钢材的直径或厚度的比值越小，即对冷弯性能的要求越高。
　　建筑构件在加工和制造过程中，常要把钢筋、钢板等钢材弯曲成一定的形状，这就需要钢材有较好的冷弯性能。钢材在弯曲过程中，受弯部位产生局部不均匀塑性变形，更有助于暴露钢材的某些内在缺陷。相对伸长率而言，冷弯是对钢材延性更严格的检验，更能反映钢材内部是否存在组织不均匀、夹杂物和内应力等缺陷。
图9.5　钢筋冷弯
2.冷加工强化及时效
　　钢材在常温下冷拉、冷拔和冷轧，其塑性、韧性降低,强度提高的现象称为钢材的冷加工强化。通常冷加工变形越大，则强度提高越多，而塑性和韧性下降也越大。
　　钢材经过冷加工后，在常温下放置(15~20)d，或加热到100℃~200℃保持一段时间(2h左右)，钢材的强度和硬度将进一步提高，塑性和韧性进一步下降,这种现象称为时效。前者称为自然时效，后者称为人工时效。通常对强度较低的钢筋采用自然时效，对强度较高的钢筋宜采用人工时效。
　　钢材在冷拉前后及时效处理后的性能变化规律，可在图9.6所示的σ－ε图中得到反映。图中OABCD为未经冷拉和时效试件的σ－ε曲线。将钢筋拉伸超过屈服强度σｓ(B点对应的应力值)的任意一点K，然后缓慢卸去荷载，则曲线沿KO′下降，其大致与AO平行；若卸载后重新加载，曲线将沿O′KCD变化，屈服点由B点提高至K点；如果在K点卸荷后进行时效处理，然后再拉伸，则曲线将沿O′K1C1D1变化。由此表明钢筋经冷拉时效后，屈服强度和抗拉强度均得到提高，而塑性和韧性相应降低。
图9.6　钢筋冷拉时效后应力－应变曲线
3.焊接性能
　　焊接是各种型钢、钢板、钢筋的重要联结方式。建筑工程中的钢结构90％以上是焊接结构。焊接的质量取决于焊接工艺、焊接材料及钢材的焊接性能。
　　钢材的焊接性能(又称可焊)，是指钢材在通常的焊接方法和工艺条件下获得良好焊接接头的性能。可焊性好的钢材焊接后不易形成裂纹、气孔、夹边等缺陷，焊头牢固可靠，焊缝及其附近受热影响区的性能不低于母材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材，硬脆倾向小。
　　钢材的可焊性主要取决于钢材的化学成分。一般含碳量越高，可焊性越低。含碳量小于0.25％的低碳钢具有优良的可焊性，高碳钢的焊接性能较差。钢材中加入合金元素如硅、锰、钛等，将增大焊接硬脆性，降低可焊性。特别是，当硫含量较多时，会使焊口处产生热裂纹，严重降低焊接质量。
9.2.3　钢的化学成分对钢材性能的影响
　　钢材中所含的元素很多，除了主要成分铁和碳外，还含有少量的硅、锰、硫、磷、氧、氮以及一些合金元素等，它们的含量决定钢材的性能和质量。
　　(1)碳。碳是钢材中的主要元素，是决定钢材性能的重要因素。当含碳量小于0.8％时，随着含碳量的增加，钢材的抗拉强度和硬度提高,而塑性和冲击韧性降低。当含碳量超过1％时，随着含碳量的增加，除硬度继续增加外，钢材的强度、塑性、韧性都降低。同时，含碳量增加，还将使钢的冷弯性能、耐腐蚀性和可焊性降低，冷脆性和时效敏感性增大。
　　(2)硅。硅是炼钢时为了脱氧而加入的元素。当钢材中含硅量在1％以内时，硅能增加钢材的强度、硬度、耐腐蚀性，且对钢材的塑性、韧性、可焊性无明显影响。当钢材中含硅量过高(大于1％)时，将会显著降低钢材的塑性、韧性、可焊性，并增大冷脆性和时效敏感性。
　　(3)锰。锰是炼钢时为了脱氧而加入的元素，是我国低合金结构钢的主要合金元素。在炼钢过程中，锰和钢中的硫氧化合成MnS和MnO，入渣排除，起到了脱氧排硫的作用。锰的作用主要是能显著提高钢材的强度和硬度，消除钢的热脆性，改善钢材的热加工性能和可焊性，几乎不降低钢材的塑性、韧性。
　　(4)铝、钒、铌、钛。它们都是炼钢时的强脱氧剂，也是最常用的合金元素。适量加入钢内能改善钢材的组织，细化晶粒，显著提高强度，改善韧性和可焊性。
　　(5)硫。硫是钢材中极有害的元素，多以FeS夹杂物的形式存在于钢中。由于FeS熔点低，易使钢材在热加工时内部产生裂痕，引起断裂，形成热脆现象。硫的存在，还会导致钢材的冲击韧性、可焊性及耐腐蚀性降低，故钢材中硫的含量应严格控制。
　　(6)磷。磷是钢中的有害元素，以FeP夹杂物的形式存在于钢中。磷会使钢材的塑性、韧性显著降低，尤其在低温下，冲击韧性下降更为明显，是钢材冷脆性增大的主要原因。磷还使钢的冷弯性能降低，可焊性变差。但磷可使钢材的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性提高。
　　(7)氧、氮、氢。这3种有害气体都会显著降低钢材的塑性和韧性，应加以限制。氧大部分以氧化物夹杂形式存在于钢中，使钢的强度、塑性和可焊性降低，氮随着含量增加，能使钢的强度、硬度增加，但使钢的塑性、韧性、可焊性大大降低，还会加剧钢的时效敏感性、冷脆性和热脆性。钢中溶氢会引起钢的白点(圆圈状的断裂面)和内部裂纹，断口有白点的钢一般不能用于建筑结构。
9.3　建筑钢材的标准与分类
9.3.1　钢结构用钢
　　钢结构用钢按《钢结构设计规范》(GB50017—2003)选用：保证承重结构承载力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用适合的钢材牌号和材性。承重结构的钢材宜选用Q235、Q345、Q390和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》(GB／T700)和《低合金高强度结构钢》(GB／T1591)的规定。当采用其他牌号的钢材时，应符合相应的有关标准规定和要求。
　　承重结构采用的钢材应具有高抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构还应具有含碳量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。需要验算疲劳的焊接结构钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证；当结构工作温度不高于0℃但高于零下20℃时，Q235和Q345钢应具有0℃的冲击韧性的合格保证；当结构的工作温度不高于零下20℃时，Q235和Q345钢应具有零下20℃的冲击韧性的合格保证；Q390和Q420钢应具有零下40℃的冲击韧性的合格保证。需要验算疲劳的非焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证；当结构工作温度不高于零下20℃时，Q235和Q345钢应具有0℃的冲击韧性的合格保证；Q390和Q420钢应具有零下20℃的冲击韧性的合格保证。
　　1.碳素结构钢
　　《碳素结构钢》(GB／T700—2006)中规定，碳素结构钢的牌号由代表屈服强度的字母、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法符号四部分按顺序组成。
　　例如Q345AF，其中，Q为屈服强度的“屈”字汉语拼音首位字母；345为屈服强度数值，A为钢材的质量等级，碳素结构钢有A、B、C、D四个等级；F为沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母(镇静钢用“Z”表示，特殊镇静钢用“TZ”表示，在牌号组成表示方法中，“Z”和“TZ”可以省略)。
　　碳素结构钢的牌号和化学成分如表9－1所示，力学性能如表9－2所示。
　　Q195、Q215钢强度低，塑性和韧性好，易于冷弯加工，常用于制造钢钉、铆钉、螺栓及钢丝等。
表9－1　碳素结构钢的化学成分
表9－2　碳素结构钢的力学性能
　　2.优质碳素结构钢
　　《优质碳素结构钢》(GB／T699—1999)规定，优质碳素结构钢的化学成分含量应符合表9－3要求。
表9－3　优质碳素结构钢的化学成分
　　3.低合金高强度结构钢
　　按《低合金高强度结构钢》(GB／T1591—2008)的规定，钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音字母、屈服强度数值、质量等级符号三部分组成。如Q345D，其中Q代表钢材的屈服强度，345代表屈服强度的数值(MPa)，D为质量等级。当钢材需要厚度方向性能的要求时，则在规定的牌号后面加上代表厚度方向(Z向)性能级别的符号，例如Q345DZ15。低合金高强度结构钢的拉伸力学性能应符合表9－4规定。
表9－4　低合金高强度结构钢的拉伸力学性能
表9－4　低合金高强度结构钢的拉伸力学性能
　　低合金高强度结构钢的含碳量都不超过0.2％，多为氧气转炉、平炉或电炉冶炼的镇静钢，有害杂质少，质量稳定，具有良好的塑性、韧性和适当的可焊性。低合金高强度结构钢的力学性能优于碳素结构钢，和碳素结构钢相比，采用低合金高强度结构钢可以减少结构自重，加大结构跨度，节约钢材，经久耐用，适用于高层建筑或大跨度结构。
　　4.建筑结构用钢板
　　建筑结构用钢板适用于制造高层建筑结构、大跨度结构及其他重要建筑结构。建筑结构用钢板的厚度为6mm~100mm，钢板的牌号由代表屈服强度的汉语拼音字母(Q)、屈服强度数值、代表高性能建筑结构用钢的汉语拼音字母(GJ)、质量等级符号(B、C、D、E)组成，如Q345GJC；对于厚度方向性能钢板，在质量等级后面加上厚度方向性能级别(Z15、Z25或Z35)，如Q345GJCZ25。
9.3.2　钢筋混凝土结构用钢
　　1.热轧钢筋
　　1)热轧光圆钢筋
　　《钢筋混凝土用钢第1部分：热轧光圆钢筋》(GB14991—2008)由屈服强度特征值确定为235级。钢筋的牌号由钢筋代号HPB及屈服强度数值等级构成。H代表热轧，P代表光圆，B代表钢筋，其技术性能见表9－5。
表9－5　热轧光圆钢筋技术要求
2)热轧带肋钢筋
　　《钢筋混凝土用钢第2部分：带肋钢筋》(GB14992—2007)中包括：普通热轧钢筋和细晶粒热轧钢筋。钢筋的牌号由钢筋代号HRB、HRBF及屈服强度数值等级构成。H代表热轧，R代表光圆，B代表钢筋，F代表细晶粒，其技术性能如表9－6所示。目前HRB335级的热轧带肋钢筋已限制使用。
表9－6　热轧带肋钢筋的分级及相应的技术要求
　　2.余热处理钢筋
　　指钢筋热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，利用芯部余热自身完成回火处理所得到的成品钢筋。钢筋的形状通常为月牙肋(横肋的纵截面呈月牙形，且与纵肋不相交)。《钢筋混凝土用余热处理钢筋》(GB13014—91)中余热处理的钢筋级别为Ⅲ，强度等级代号为KL400。
　　3.冷轧带肋钢筋
　　冷轧带肋钢筋是将热轧圆盘条冷轧成表面上沿长度方向均匀分布三面或两面横肋的钢筋。《冷轧带肋钢筋》(GB13788—2008)的牌号由CRB和钢筋抗拉强度最小值构成，冷轧带肋钢筋分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970四个牌号。CRB550为普通混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土用钢筋。冷轧带肋钢筋力学性能和工艺性能见表9－7。
表9－7　冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能
4.预应力混凝土用钢丝和钢绞线
　　预应力混凝土用钢丝为高强度钢丝，采用优质碳素结构钢经过冷拔或再回火等工艺处理制成。根据《预应力混凝土用钢丝》(GB／T5223—2002)，该种钢丝按加工状态分为冷拉钢丝(代号WCD)和消除应力钢丝两类。消除应力钢丝按松弛性能又分为低松弛级钢丝(代号WLR)和普通松弛级钢丝(代号WNR)。钢丝按外形可分为光圆(P)、螺旋肋(H)、刻痕(I)3种。
　　经低温回火消除应力后钢丝的塑性比冷拉钢丝要高，刻痕钢丝是经压痕轧制而成，刻痕后与混凝土握裹力大，可减少混凝土裂缝。上述钢丝力学性能见表9－8、表9－9。
表9－8　预应力混凝土用冷拉钢丝的力学性能
表9－9　预应力混凝土用消除应力钢丝的力学性能
表9－10　钢绞线按结构分类
　　5.预应力混凝土用热处理钢筋
　　预应力混凝土用热处理钢筋是用热轧螺纹钢筋经淬火和回火调制热处理而成，代号为RB150，按其螺纹外形分为有纵肋和无纵肋两种。根据《预应力混凝土用热处理钢筋》(GB／T463—84)的规定，其力学性能的要求为屈服强度σ0.2≥1325MPa，抗拉强度σb≥1470MPa，伸长率σ10≥6％，1000h的松弛值不大于3.5％，有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三个牌号。
　　预应力混凝土用热处理钢筋不能冷拉和焊接，且对应力腐蚀及缺陷敏感性较强。这种钢筋特点是塑性降低不大，强度提高很多，因此，可以代替高强钢丝使用。另外又因其锚固性好，预应力值稳定，所以主要用于预应力混凝土梁、预应力混凝土轨枕或其他各种预应力混凝土结构。
9.4　钢材的锈蚀与维护
9.4.1　钢材锈蚀的种类及原因
　　钢材表面与周围介质发生化学反应遭到破坏的现象称为钢材的锈蚀。钢材锈蚀的现象普遍存在，特别是当周围环境有侵蚀性介质或湿度较大时，锈蚀情况就更为严重。锈蚀不仅会使钢材有效截面面积减小，浪费钢材，而且会形成程度不等的锈坑、锈斑，造成应力集中，加速结构破坏，还会显著降低钢材的强度、塑性、韧性等力学性能。
　　根据钢材表面与周围介质的作用原理，锈蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀。
　　（1)化学锈蚀。化学锈蚀是指钢材表面直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀。这种锈蚀多数是氧化作用，使钢材表面形成疏松的氧化物FeO。FeO钝化能力很弱，易破裂，有害介质可进一步进入而发生反应，造成锈蚀。在干燥环境下，化学锈蚀的速度缓慢。但在温度和湿度较高的环境条件下，化学锈蚀的速度大大加快。
　　（2)电化学锈蚀。电化学锈蚀是由于金属表面形成了原电池而产生的锈蚀。钢材本身含有铁、碳等多种成分，由于这些成分的电极电位不同，形成许多微电池。在潮湿空气中，钢材表面吸附是极薄的水膜。在阳极区，铁被氧化成Fe2+进入水膜，因为水中溶有氧，故在阴极区氧被还原成OH-，两者结合成不溶于水的Fe(OH)2，并进一步氧化成疏松易剥落的红棕色的铁锈Fe(OH)3。
　　钢材在大气中的锈蚀，是化学锈蚀和电化学锈蚀共同作用所致，以电化学锈蚀为主。
9.4.2　钢材的防锈
　　为了防止钢材生锈，确保钢材的良好性能和延长建筑物的使用寿命，工程中必须对钢材做防锈处理。建筑工程中常用的防锈措施如下：
　　(1)在钢材表面施加保护层。在钢材表面施加保护层，使钢材与周围介质隔离，从而防止钢材锈蚀。保护层可分为金属保护层和非金属保护层。
　　金属保护层是用耐腐蚀性较好的金属，以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面，从而提高钢材的耐锈蚀能力。常用的金属保护层有镀锌、镀锡、镀铬、镀铜等。
　　非金属保护层是用无机或有机物质做保护层。常用的是在钢材表面涂刷各种防锈涂料。防锈涂料通常分底漆和面漆2种。底漆要牢固地附着在钢材表面，隔断其与外界空气的接触，防止生锈；面漆保护底漆不受损伤或侵蚀。也可采用塑料保护层、沥青保护层、搪瓷保护层等。
　　（2)制成耐候钢。耐候钢是在碳素钢和低合金钢中加入铬、铜、钛、镍等合金元素而制成的，如在低合金钢中加入铬可制成不锈钢。耐候钢在大气作用下，能在表面形成致密的防腐保护层，从而起到耐腐蚀作用。
　　对于钢筋混凝土中钢筋的防锈，可采取保证混凝土的密实度及足够的混凝土保护层厚度、限制原材料中氯的含量等措施，也可掺入防锈剂。

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