2.6.1 钢材的腐蚀
钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀（锈蚀）。钢材腐蚀的现象普遍存在，如在大气中生锈，特别是当环境中有各种侵蚀性介质或湿度较大时，情况就更为严重。腐蚀不仅使钢材有效截面积均匀减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中；腐蚀会显著降低钢的强度、塑性韧性等力学性能。根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
⑴ 化学腐蚀
化学腐蚀指钢材与周围的介质（如氧气、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接发生化学作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蚀。在干燥环境中化学腐蚀的速度缓慢，但在温度高和湿度较大时腐蚀速度大大加快。
⑵ 电化学腐蚀
钢材由不同的晶体组织构成，并含有杂质，由于这些成分的电极电位不同，当有电解质溶液(如水)存在时，就会在钢材表面形成许多微小的局部原电池。整个电化学腐蚀过程如下：
阳极区：Fe = Fe2+ + 2e
阴极区：2H2O + 2e + 1/2O2 = 2OH- + H2O
溶液区：Fe2++ 2OH-= Fe(OH)2
Fe(OH)2 + O2 + 2H2O= 4 Fe(OH)3
水是弱电解质溶液，而溶有CO2的水则成为有效的电解质溶液，从而加速电化学腐蚀的过程。钢材在大气中的腐蚀，实际上是化学腐蚀和电化学腐蚀共同作用所致，但以电化学腐蚀为主。
2.6.2 钢材的防护
(1)钢材的防腐
钢材的腐蚀既有内因（材质），又有外因（环境介质的作用），因此要防止或减少钢材的腐蚀可以从改变钢材本身的易腐蚀性，隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程三方面入手。具体措施有采用耐候钢、金属覆盖、非金属覆盖和混凝土用钢筋的防锈。
钢材防腐的措施有：
①采用耐候钢
耐候钢即耐大气腐蚀钢。耐候钢是在碳素钢和低合金钢中加入少量铜、铬、镍、钼等合金元素而制成。这种钢在大气作用下，能在表面形成一种致密的防腐保护层，起到耐腐蚀作用，同时保持钢材良好的焊接性能。耐候钢的强度级别与常用碳素钢和低合金钢一致，技术指标也相近，但其耐腐蚀能力却高出数倍。耐候钢的牌号、化学成分、力学性能和工艺性能可参见国家标准GB 4172－84《焊接结构用耐候钢》和GB 4171－84《高耐候性结构钢》。
②金属覆盖
用耐腐蚀性好的金属，以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面，提高钢材的耐腐蚀能力。常用的方法有：镀锌（如白铁皮）、镀锡（如马口铁）、镀铜和镀铬等。根据防腐的作用原理可分为阴极覆盖和阳极覆盖。
A. 阴极覆盖采用电位比钢材高的金属覆盖，如镀锡。所盖金属膜仅为机械地保护钢材，当保护膜破裂后，反而会加速钢材在电解质中的腐蚀。
B. 阳极覆盖采用电位比钢材低的金属覆盖，如镀锌，所覆金属膜因电化学作用而保护钢材。
③非金属覆盖
在钢材表面用非金属材料作为保护膜，与环境介质隔离，以避免或减缓腐蚀。如喷涂涂料、搪瓷和塑料等。
涂料通常分为底漆、中间漆和面漆。底漆要求有比较好的附着力和防锈能力，中间漆为防锈漆，面漆要求有较好的牢度和耐候性以保护底漆不受损伤或风化。一般应用为两道底漆（或一道底漆和一道中间漆）与两道面漆，要求高时可增加一道中间漆或面漆。使用防锈涂料时，应注意钢构件表面的除锈以及低漆、中间漆和面漆的匹配。
常用底漆有：红丹底漆、环氧富锌漆、云母氧化底漆、铁红环氧低漆等。中间漆有：红丹防锈漆、铁红防锈漆等。面漆有：灰铅漆、醇酸磁漆和酚醛磁漆等。
④混凝土用钢筋的防锈
在正常的混凝土中pH值约为12，这时在钢材表面能形成碱性氧化膜（钝化膜），对钢筋起保护作用。若混凝土碳化后，由于碱度降低（中性化）会失去对钢筋的保护作用。此外，混凝土中氯离子达到一定浓度，也会严重破坏表面的钝化膜。
为防止钢筋锈蚀，应保证混凝土的密实度以及钢筋外侧混凝土保护层的厚度，在二氧化碳浓度高的工业区采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，限制含氯盐外加剂掺量并使用混凝土用钢筋防锈剂。预应力混凝土应禁止使用含氯盐的骨料和外加剂。钢筋涂覆下氧树脂或镀锌也是一种有效的防锈措施。
(2)钢材的防火
钢是不燃性材料，但这并不表明钢材能够抵抗火灾。耐火试验与火灾案例表明：以失去支持能力为标准，无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限只有0.25 h，而裸露钢梁的耐火极限为0.15 h。温度在200 ℃以内，可以认为钢材的性能基本不变；超过300 ℃以后，弹性模量、屈服点和极限强度均开始显著下降，应变急剧增大；至达600 ℃时已经失去承载能力。所以，没有防火保护层的钢结构是不耐火的。
钢结构防火保护的基本原理是采用绝热或吸热材料，阻隔火焰和热量，推迟钢结构的升温速率。防火方法以包覆法为主，即以防火涂料、不燃性板材或混凝土和砂浆将钢构件包裹起来。
①防火涂料
防火涂料按受热时的变化分为膨胀型（薄型）和非膨胀型（厚型）两种。
膨胀型防火涂料的涂层厚度一般为2～7 mm，附着力较强，有一定的装饰效果。由于其内含膨胀组分，遇火后会膨胀增厚5～10倍，形成多孔结构，从而起到良好的隔热防火作用，根据准备层厚度可使构件的耐火极限达到0.5—1.5 h。
非膨胀型防火涂料的涂层厚度一般为8～50 mm，呈粒状面，密度小、强度低，喷涂后需再用装饰面层隔护，耐火极限可达0.5～3.0 h。为使防火涂料牢固地包裹钢构件，可在涂层内埋设钢丝网，并使钢丝网与钢构件表面的净距离保持在6 mm左右。
②不燃性板材
常用的不燃性板材有石膏板、硅酸钙板、蛭石板、珍珠岩板、矿棉板、岩棉板等，可通过粘结剂或钢钉、钢箍等固定在钢构件上。
