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热镀锌制品的白锈现象

热镀锌件(桁架、柱子、檩条、彩钢板等)在运输和储存的过程中,如果堆放不当且周围空气流通不畅,很容易产生“白锈”,英文名称“Wet Storage Stain”,这经常造成供需双方针对商品质量的争执。本文以某工程镀锌方管桁架为例,尝试对这一现象进行分析,并提出了建议的解决方案,水平有限难免有误,欢迎各位批评指正。

    1.  问题描述

 

    在施工过程中,堆放在现场的热镀锌方管桁架发生了生白锈的情况,具体如下图所示:

 

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    2.  原因分析

 

    锌是非常活泼的金属,锌的表面与周围的潮湿空气接触,会首先与潮湿水气发生化学反应,生成一层多孔的、胶粘状的Zn(OH)2腐蚀产物。随后,Zn(OH)2会进一步与大气中CO2反应,生成一层薄的、致密的、有一定粘附性的碱式碳酸锌2ZnCO3·3Zn(OH)2腐蚀产物,可以阻止镀层进一步腐蚀。


    当镀锌件紧密得堆积并置于潮湿的空气中时,由于镀件的表面没有自由流动的空气,镀层的局部表面将不能发生形成上述腐蚀产物保护膜的化学反应,而是发生电化学腐蚀,形成白锈。白锈的形成机理实际上就是“氧浓差腐蚀电池”原理。


    在本工程中,方管桁架一直是成捆紧密贴合在一起打包运输,并且在存放过程中遇到过下雨天气,所以会存在发生在紧密贴合的弦杆之间被压扁的水珠中的反应,如下图所示。

 

 

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    这水珠仅有很小的表面暴露在空气中,接近水珠中心的锌表面和在水珠周边的锌表面的氧的供给量是不同的,这就导致两处锌的电位不同,从而形成氧浓差腐蚀电池。


    阴极(边缘区域)反应:O2 + 4e- +2H2O→4OH-

 

    阳极(中心区域)反应:Zn→Zn2+ + 2e-

 

    即:Zn + O2 +2H2O→2Zn(OH)2 (白色、疏松)

 

    电化学腐蚀速度远高于化学反应腐蚀的速度,阳极区的锌会很快被腐蚀,腐蚀产物为没有保护能力的,相对易溶的氢氧化锌。由于空气中的CO2很难进入阳极区,这就阻止了氢氧化锌向起保护性作用的碱式碳酸锌转变,而在部分脱水后主要以Zn(OH)2和ZnO的混合物形式(又称碱式氧化锌)存在。在这种情况下的腐蚀产物不能抑制反应的继续进行。


    3.   对白锈的处理

 

    由于金属锌转变为氧化锌或氢氧化锌时体积增大3~5倍,形成的白锈体积较大,使得腐蚀程度看起来往往要比实际情况严重许多。


    根据美国镀锌协会出版的Wet Storage Stain(白锈)这篇指南,白锈可以分为四个等级:轻度(Light)、中度(Medium)、重度(Heavy)和极重度(Extreme),针对每个等级美国镀锌协会推荐了不同的处理方法:


    1)   如果镀锌件产生了轻度或者中度的白锈,应该马上将其打开干燥和通风,保证空气在其周围自由流动,在这种情况下,白锈成分中的氢氧化锌会很快和空气中的氧气和二氧化碳生成对基体具有保护作用的腐蚀产物碱式碳酸锌。但如果有下列情形之一的话,则应该立即用硬质尼龙刷刷去白锈粉末:使用环境无法保证空气自由流通、使用环境在水下。


    2)   如果镀锌件产生了重度或极重度的白锈甚至红锈,则应立即清除锈迹,且应在清除锈迹后对锌层厚度进行重新检测,看是否仍能满足设计要求;如若不能满足设计要求,则应按照ASTM-A 780M的要求来进行补锌。


    针对本项目现场的白锈情况,我们认为应该属于轻度和中度白锈情况,根据美国镀锌协会出版的Cleaning Wet Storage Stain From Galvanized Surfaces(从镀锌层表面清除白锈)这篇指南,我们在现场用干抹布、硬质尼龙刷、醋等物品进行了实验,绝大多数白锈可用干抹布轻松抹去,少数地方需要用醋配合尼龙刷来清除,清除后再用清水将桁架冲洗晾干。以下为部分现场操作的照片:

 

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    可见处理之后已无白锈的痕迹,根据我们测试的结果,擦除白锈之后的锌层厚度仍然能达到原设计要求,故我们推荐使用此方式进行处理。


    4.   对白锈的预防

 

    一般来说,可以从以下几个方面入手,来预防热镀锌方管白锈的产生:


    1)   在热镀锌钢卷的生产过程中延长干燥时间,并加入钝化和涂油的过程;

 

    2)   不要将热镀锌方管紧密堆叠在一起;

 

    3)   确保热镀锌钢管及其制成品存放在通风良好且干燥的地方;

 

    4)   倾斜堆放热镀锌钢管,以便其能快速排尽无论什么原因产生的水;

 

    5)   在运输过程中,上部用防雨毡布阻止雨水淋入,但下部要留有通风口,确保不会产生冷凝水;

 

    6)   严禁将热镀锌钢管及其制成品堆放在泥土上或者草丛中,应在其下铺设垫木,将其与下部腐蚀环境隔绝开;

 

    7)   要经常检查仓库中或工地上的热镀锌钢管及其制成品,如果一旦发现有雨水进入成捆的包装之中,应立即打开包装,进行通风干燥;

 

    5.   各国规范对白锈现象的规定

 

    中国国家标准GB/T 13912-2002《金属覆盖层钢铁制件热镀锌层技术要求及试验方法》第6.1条“外观:潮湿条件下储存的镀锌工件, 表面允许有白锈(以碱式氧化锌为主的白色或灰色腐蚀产物)存在”。


    国际标准组织ISO 1461-2009Hot dip galvanized coatings on fabricated iron and steel articles --Specifications and test methods,6.1 Appearance: The occurrence of darker orlighter areas (e.g. cellular pattern or dark grey areas) or some surfaceunevenness shall not be a cause for rejection. The development of wet storagestaining, primarily basic zinc oxide (formed during storage in humid conditionsafter hot dip galvanizing), shall not be a cause for rejection, providing thecoating thickness remains above the specified minimum value.


    6.   小结

 

    体积膨胀3~5倍之后的氢氧化锌很容易给人造成误解,使得热镀锌构件的白锈情况经常成为供需双方就产品质量争论的焦点,然而,正如白锈的英文翻译Wet Storage Stain(White Rust)一样,这个只是会出现在热镀锌构件运输、储存的过程中,因为到了正常的使用环境,我们基本能满足充足的空气流通这个条件,使得锌在生成氢氧化锌之后,能够迅速和空气中的二氧化碳还有氧气继续生成颜色偏深的、能够起到阻止进一步腐蚀作用的碱式碳酸锌。


    我们在购入钢管原材料的时候对其进行了检查,确保了化学成分、锌层厚度和表观质量满足要求,但是在加工、成品运输和工地堆放的过程中没有足够重视干燥和通风的问题,导致了部分桁架出现了轻度和中度的白锈现象。


    虽然根据文献和资料显示,轻度和中度白锈几乎不会对防腐造成什么影响,但出于给客户提供更好的服务考虑,我们仍需要高度关注此问题,采取科学合理的运输和储存方案,避免由此而产生客诉。

 

来源:A确实比C低