鋼結構縱然有許多的優點，但生鏽腐蝕是乙個致命的缺點。國內外因鏽蝕導致的鋼結構事故時有發生。生鏽腐蝕將會引起構件截面減小，承載力下降，尤其是腐蝕產生的「鏽坑」將使鋼結構的脆性破壞的可能性增大。
再者，在影響安全性的同時，也將嚴重影響鋼結構的耐久性，使得維護費用昂貴。據有關資料統計，世界鋼結構產量約十分之一因腐蝕而報廢，據某些先進工業國家對鋼鐵腐蝕損失的調查，因腐蝕所損耗的費用約佔總生產值的2%～4.2%。
我國台灣僅2023年鋼結構和建築工業防腐費用約為30～40億新台幣，其中塗層維護費佔62.55%。因此，開展鋼結構鏽蝕事故的分析研究有重要意義。
8.1 鏽蝕的型別
通常，我們將鋼材由於和外界介質相互作用而產生的損壞過程稱為「腐蝕」，有時也叫「鋼材鏽蝕」。鋼材鏽蝕，按其作用可分為以下兩類：
（1）化學腐蝕
化學腐蝕是指鋼材直接與大氣或工業廢氣中含的氧氣、碳酸氣、硫酸氣或非電介質液體發生表面化學反應而產生的腐蝕。
（2）電化學腐蝕
電化學腐蝕是由於鋼材內部有其他金屬雜質，具有不同電極電位，在與電介質或水、潮濕氣體接觸時，產生原電池作用，使鋼材腐蝕。
實際工程中，絕大多數鋼材鏽蝕是電化學腐蝕或化學腐蝕與電化學腐蝕同時作用。
8.2 腐蝕的機理及影響因素
8.2.1電化學腐蝕的機理
鋼材的電化學腐蝕是最重要的腐蝕型別，簡單來講是指鐵與周圍介質之間發生氧化還原反應的過程。腐蝕的原因與鋼材並非絕對純淨有關，它總是含有各種雜質，其化學組成除鐵(fe)外，還含有少量其它金屬(如mn，v,ti)和非金屬(如si，c，p，s，o,n)元素並形成固溶體、化合物或機械混合物的形態共存於鋼材結構中。同時，還存在晶介面和缺陷。
因此，當鋼材表面從空氣中吸附溶有c02，02或s02的水分時，就產生了一層電解質水膜，這層水膜的形成，使得鋼材表層的不同成分或晶介面之間構成了千千萬萬個微電池，稱為腐蝕電池。此時，鐵按圖8.1模式和下列方程式反應。
圖8.1 電化學腐蝕示意
陽極：(放出電子，氧化反應)
fe→fe2++2e-
40h→o2+2h2o+4e-
陰極：(接收電子，還原反應)
o2+2h2o+4e-→4oh-
2h++2e-→h2
整個腐蝕過程由陽極和陰極反應構成。結果生成的氫氧化亞鐵fe(oh)2以下列方程式沉積於鋼材表面。
2fe+o2+2h2o→2fe2++4oh-→2fe(oh)2
在富氧條件下，fe(oh)2又進一步被氧化成氫氧化鐵fe(oh)3：
4fe(0h)2+02+2h20→4fe(oh)3
fe(oh)3脫水後變成疏鬆、多孔、非共格結構的fe2o3(紅鏽)：
4fe(0h)+6h2o→fe2o3
鋼材中的fe變成fe2o3體積膨脹4倍。在少氧條件下，fe(oh)2氧化不很完全的部分形成fe3o4(黑鏽)，其體積約膨脹2倍。
8.2.2不同環境下的腐蝕機理及因素分析
一．大氣腐蝕
鋼材暴露在大氣環境條件下，由於大氣中水和氧等物質的作用而引起的腐蝕，稱為大氣腐蝕。
1．機理
腐蝕反應為
fe+2h20＝fe(0h)2+h2
2fe(oh)2+o2+h2o=2fe(oh)3
腐蝕特點與完全浸沒在電解液內的腐蝕過程有所不同，因大氣腐蝕的鋼材表面含水分，相對濕度達70%時，還會在鋼材表面結露，因此，使得上述反應易於進行。
2．影響因素
（1）濕度。濕度是決定大氣腐蝕型別和速度的基本因素，相對濕度達60％(臨界濕度)以上時，鐵的腐蝕急速增加。濕度越大，一般大氣的腐蝕性越強。
（2）降水量。雨水的沖刷從沖掉腐蝕介質而言，起有利作用；但雨水又能破壞腐蝕產物的保護層，促進腐蝕的進行。
（3）溫度。日氣溫變化越大，腐蝕越嚴重。
（4）日照量。日照使鋼材保護層塗料老化，起間接的破壞作用。
（5）大氣汙染物質。大氣中若存在so2、海鹽粒子、固體塵粒，則腐蝕加重。因此，一般來說工業區腐蝕最嚴重，沿海地區次之，而內陸無汙染工業的地區腐蝕最小。
3．防治措施
（1）採用耐蝕鋼材。如摻銅、鉻、鎳等合金組合的低合金鋼，耐蝕性較好。
（2）使用塗層和金屬鍍層保護。
（3）降低大氣濕度。降低大氣濕度的措施很多，如鋼結構構造設計、防止縫隙中存水、除塵、加入吸濕劑、空調等等。
二．淡水腐蝕
指不含鹽、鹼和酸等水的腐蝕。腐蝕機理原則上講，與大氣腐蝕相同。
重要影響因素有溫度、氧氣濃度和水流。淡水中常溶解有鈣、鎂等礦物，其含量高時，稱為硬水。在硬水中，鋼材的腐蝕速度有所減慢，因為碳酸鈣等沉積在鋼材表面會阻礙氧氣通過，因而使腐蝕減慢。
三．酸腐蝕
1．腐蝕機理
在非氧化性酸中(鹽酸、稀硫酸、醋酸等)鋼材與這些酸中的氫發生置換反應，形成可溶性的金屬鹽而被腐蝕。
主要化學反應為：
2fe+6hcl=2fecl3+3h2
2fe+3h2so4=fe2(so4)3+3h2
在氧化性酸中(硝酸、濃硫酸等)，濃度低時也極易腐蝕，若濃度高，則產生不溶
性氧化物，有一定保護作用。
2fe+6hno3＝fe2o3+3n204+3h2o
2fe+3h2s04＝fe2o3+3s02+3h2o
2．影響因素
（1）氫離子濃度；（2）酸的型別；（3）溫度
四．鹼腐蝕
1．腐蝕機理
室溫下水溶液的ph值在10～14範圍內時，碳鋼鈍化而使腐蝕速度下降。ph值大
於14時，由於生成不溶性的fe2o3，fe3o4,其腐蝕速度也不大。
但在高溫、高壓鹼水溶液中，鋼材產生溶解性腐蝕，稱為鹼裂、鹼脆化等。如鍋爐的鹼腐蝕。
其反應式為(在濃鹼溶液中)
2fe+6naoh+3h20＝fe203+6naoh+3h2
在高溫、高壓鹼水溶液中，其反應式為
2fe+4naoh+4h20＝2na2feo4+6h2
2．影響因素
主要有溫度、壓力、ph值和鹼金屬種類(一般認為鹼金屬的原子量越大、腐蝕性越強)。
五．鹽類腐蝕
1．腐蝕機理
（1）改變溶液的ph值。
（2）發生氧化還原反應，如fe置換銅的反應，鐵被溶解。
fe+cus04＝feso4+cu
（3）增加溶液的導電性，使電化學腐蝕加劇。
（4）某些鹽類的陰、陽離子對腐蝕的特殊影響。
2．影響因素
鹽的種類、濃度、溫度。
六．海水腐蝕
1．腐蝕機理
隨著海洋事業的發展，海洋中的鋼結構越來越多，但海洋中腐蝕介質複雜，其機理也複雜，一般來說主要有鹽類腐蝕、電化學腐蝕、海生物腐蝕等。
2．影響因素
（1）與海水介質的接觸深度。按浸入海水的深度可分海泥區、全浸區、潮差區、飛濺區、海洋大氣腐蝕區。一般來說，飛濺區最嚴重，因為飛濺區金屬表面常被空氣海水所潤濕，並受到海水運動的衝擊，該處的保護塗層易於脫落破壞。
圖8.2為鋼柱在上述不同區域的腐蝕情況。
（2）海水流速。隨流速加大腐蝕速度加快。
（3）海生物。
（4）海水溫度。
圖8.2 鋼柱的腐蝕情況
3．防治措施
（1）正確確定腐蝕程度。例如海上建築物的樁柱在不同位置的腐蝕程度有所不同，
應採用不同的厚度。
（2）減少水流的滯流度以避免衝擊腐蝕。
（3）盡可能消除不必要的縫隙。
（4）減少產生電化學腐蝕的條件(如不同金屬連線)。
（5）減少物件的應力集中現象。
（6）注意焊接加工雜散電流的影響
（7）塗覆防護。
（8）電化學保護。
七．土壤腐蝕
鋼結構埋入土壤中所受的腐蝕稱為土壤腐蝕。
1．機理
遵循電化學腐蝕基本理論，但腐蝕電池的形成與土壤自身特性有關，一般來說有下列一些腐蝕電池。
（1）長距離腐蝕巨集電池。常發生在地下長距離的鋼結構上。
鋼∣土壤(i)∣土壤(ⅱ)∣鋼
（2）因土壤的區域性不均勻引起的腐蝕巨集電池。一般由回填土密實度、夾雜物的不同引起。
（3）埋沒深度不同及邊緣效應引起腐蝕巨集電池。
（4）鋼結構所處狀態的差異引起腐蝕巨集電池。由溫差、應力、不同種類的鋼材引起。
2．影響因素
（1）土壤性質(孔隙率和孔隙結構、含水量、電阻率、酸鹼度、含鹽量)。
（2）雜散電流。
（3）微生物
3．防治措施
（1）覆蓋層保護。
（2）陰極保護。
（3）改變土壤環境。如降低水位、選擇腐蝕小的回填土、在酸性土壤中物件周圍充填石灰石碎塊等。
八．有機系淡水溶劑的腐蝕
非水溶劑包括無機系和有機系兩類。無機系主要有純硫酸、發煙硝酸等不含水的酸類，熔融氫氧化鈉及碳酸鈉等熔鹽，在低溫下成為液態的液氨等物質。鑑於工業建築中有機係非水溶劑的腐蝕較多，如有機藥品工業、食品工業、發酵工業、石油化工、紡織工業等，本節主要涉及有機係非水溶劑所引起的腐蝕。
1．機理
（1）極性非水溶劑(如酒精、醛、羧酸、酚類、硝基化合物)腐蝕遵從電化學機理。
（2）非極性非水溶劑(如鎖狀或環狀結構的碳氫化合)中的腐蝕既有電化學腐蝕也有化學腐蝕。一般來說，非極性溶劑本身腐蝕性很小，但當溶劑置於大氣中時，所生成的氧化物具有極性。例如，燃料油和潤滑油被氧化後生成了羧酸，能促進金屬在這些油中的腐蝕。
另外，有機氯化合物和有機溴化合物的腐蝕作用，是由於它們分解後生成鹽酸和氫溴酸所致。
（3）非水溶劑的腐蝕與水也密不可分。水的**有大氣等。油類本身含有一定的水分。
2．防治措施
（1）隔絕水的侵入。如油中加入皂類的防蝕措施，就是為了把油中水分同金屬面隔離，以抑制腐蝕。
（2）新增防止非水溶劑變成腐蝕介質的外加劑。
九．高溫腐蝕
在高溫時，鋼材表面會產生一層黑皮(如軋制過程中，鋼材也會產生一層黑皮)，黑皮為高溫氧化物，對鋼材有一定保護作用，但有水分存在時，由於鋼材黑皮的電位不同，從而構成了原電池，使鋼材產生電化學腐蝕。
高溫腐蝕防護，可從下列方面著手。
第7章鋼結構失穩事故
7.1 失穩概念 失穩也稱為屈曲，是指鋼結構或構件喪失了整體穩定性或區域性穩定性，屬承載力極限狀態的範圍。由於鋼結構強度高，用它製成的構件比較細長，截面相對較小，組成構件的板件寬而薄，因而在荷載作用下容易失穩成為鋼結構最突出的乙個特點。因此在鋼結構設計中穩定比強度更為重要，它往往對承載力起控制作用。...
鋼結構第6章
第六章鋼結構施工安裝 第一節鋼結構工程安裝方案的編制 鋼結構工程安裝方案著重解決鋼結構工程安裝方法，安裝工藝順序及流水段劃分，安裝機械的選擇和鋼構件的運輸和擺放等問題。一 鋼結構工程安漩方法選擇 鋼結構工程安裝方法有分件安裝法 節間安裝法和綜合安裝法。1 分件安裝法 分件安裝法是指起重機在帶間內每開...
第1章鋼結構緒論
51.2 鋼結構發展的歷史 現狀和趨勢鋼結構發展的歷史 我國是最早用鐵建造結構的國家之一，比較典型的應用是鐵鍊橋，主要有雲南省永平與保山之間跨越瀾滄江的霽虹橋以及四川瀘定大渡河上的瀘定橋 其次是一些紀念性建築，如建於967年的廣州光孝寺的東鐵塔和建於963年的西鐵塔，以及建於1061年的湖北當陽玉泉...