鋼鐵結構如何防銹堪用百年? 認識熱浸鍍鋅技術(上)

   日期:2021-10-21     瀏覽:352    
核心提示:建築物除了追求美感設計,還要能持久、少維修,雖然建築結構大多採鋼筋混凝土,但要追求造型,就必須使用鋼構材,而且以目前的廠房建造趨勢來看,也大多採用H型鋼或箱型樑為主結構,並搭配基礎螺帽、C型鋼等,甚至外露鋼構的大樓、制震器、帷幕牆、機械設備、消防配管、藝術欄柵、大型空調系統的冷卻水塔支架,這些都會使用到鋼材,同時也是最常接觸接觸大氣、最容易有銹蝕問題的材料,但都可以事前透過熱浸鍍鋅技術來防止銹蝕。

文 / 918建材庫

▲ 示意圖 (照片來源 / 付費圖庫)

 

建築物除了追求美感設計,還要能持久、少維修,雖然建築結構大多採鋼筋混凝土,但要追求造型,就必須使用鋼構材,而且以目前的廠房建造趨勢來看,也大多採用H型鋼或箱型樑為主結構,並搭配基礎螺帽、C型鋼等,甚至外露鋼構的大樓、制震器、帷幕牆、機械設備、消防配管、藝術欄柵、大型空調系統的冷卻水塔支架,這些都會使用到鋼材,同時也是最常接觸接觸大氣、最容易有銹蝕問題的材料,但都可以事前透過熱浸鍍鋅技術來防止銹蝕。

 

|鋼為什麼也會銹蝕


▲ 示意圖 (照片來源 / 付費圖庫)

 

很多人會覺得很奇怪,鋼跟鐵不一樣為什麼會銹蝕?那使用不鏽鋼就不用擔心生鏽了吧?事實上,銹蝕是金屬與大氣環境出現化學或電化學反應而產生破壞的一種現象,因為金屬是透過礦石吸收能量治煉而成,所以本身在自然界中就處於不穩定的狀態,當接觸大氣環境後便會出現氧化或化合物來降低能量,以獲得更大的安定性,這種過程就是腐蝕。

 

而金屬出現腐蝕需伴隨電荷轉移,這過程就是電化學反應,必須要在陰極、陽極、電解質及金屬路徑等條件下才會產生電化學反應。所以,這就是為什麼金屬接觸大氣環境會出現化學或電化學反應後會出現銹蝕的原因。

 

然而,防止鋼鐵銹蝕的方式有很多,絕大部分的人想到的防銹蝕技術就是上漆塗裝,這是以覆蓋遮斷的方式來防止銹蝕,但效果會因時間而逐漸變弱,要能做到遮斷,也要能防止鋼鐵基材表面減少電池發生,甚至覆蓋的材料安定性足夠,才能真正地防止銹蝕。

 

|熱浸鍍鋅為什麼能真正防銹蝕


▲ 示意圖 (照片來源 / 付費圖庫)

 

覆蓋材料要夠安定,目前只有「鋅」可以做到,而要將鋅覆蓋在金屬表面上,可透過熱浸鍍、電鍍或溶射等方式。

 

而熱浸鍍鋅的特色是什麼?這種防銹蝕技術簡言之是一種表面覆蓋金屬的方式,並在4、5百度的高溫下,將金屬與鋅包覆煉結成合金層,而鋅之所以能防蝕是因鋅的電化學活性較高,在鋼材表面上可形成「犧牲陽極」以保護鋼材。

 

⏩犧牲陽極TIPS:

所謂的「犧牲陽極」是指當鍍鋅層表面有損傷或剝離時,鍍鋅層會先氧化,產生電子與氧作用,來抑制鋼材釋放鐵離子的電化學犧牲保護作用,以防止腐蝕的發生。相較一般塗裝防蝕,如果塗料表面受損,鋼材反而會直接與大氣接觸,一旦鋼材發生銹蝕就會造成體積膨脹,使塗裝表面起泡,甚至開始剝離,進而擴大銹蝕範圍。

 

|熱浸鍍鋅作業流程


▲ 示意圖 (照片來源 / 付費圖庫)

 

01 檢查表面缺陷或汙染

在熱浸鍍鋅的作業流程上,會依照CNS8503為準,鋼料在進行作業前會先檢查表面狀態是否有缺陷或汙染,如果鋼材設計有孔洞或隔板也須依照規定設計,以利鋅流通;

 

02 脫脂

再來,鋼材會先進行「脫脂」,清潔表面汙染物,其清潔會採用加熱的矽酸鈉或氫氧化鈉溶液進行,或是其他有機溶劑;

 

02 水洗

清潔完畢後,會以「水洗」洗淨表面的脫脂溶液。

 

03 酸洗

接著,就是「酸洗」,會採用硫酸除去鋼材表面的氧化物

 

04 再水洗

之後再「水洗」一次

 

05 浸泡助熔劑

再浸泡助熔劑,其目的是為了幫助鋼材表面能與鋅產生合金的熔劑,這種熔劑可以使用氯化鋅、氯化銨或氯化鋅銨

 

06 浸泡鋅池

完成助熔劑浸泡後,再將鋼材浸泡在熔解的鋅浴中

 

07 空冷或水冷

最後再進行空冷或水冷來結束合金反應

 

08 去除鋅垂滴

冷卻後會修整合金後留下的鋅垂滴,以研磨機或銼刀去除。

 

以上是熱浸鍍鋅的基本作業流程,但要實際應用在建築工程中,仍會遇到一些問題,我們將在下一篇進行討論。

 

參考文獻:《鋼鐵結構物-熱浸鍍鋅問答集》,中華民國熱浸鍍鋅協會出版

 

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