建筑鋼材防腐方式探討

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本文作者：楊衛(wèi)忠、樊濬、董廣萍 單位：鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院、河南省勘察設(shè)計注冊工程師管理委員會、河南省科學(xué)技術(shù)信息研究院

鋼結(jié)構(gòu)腐蝕是一個復(fù)雜的化學(xué)物理過程，它不僅僅表現(xiàn)為材料的銹蝕，更重要的是使建筑結(jié)構(gòu)的可靠度降低，從而影響建筑的安全和使用。腐蝕對鋼結(jié)構(gòu)建筑的影響主要有以下3個方面，首先，鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕后，在構(gòu)件的表面會產(chǎn)生許多很細微的損傷，更為不利的是這些損傷會隨時間連續(xù)不斷地而發(fā)展，因而也就減小了構(gòu)件的截面面積，直接導(dǎo)致建筑的結(jié)構(gòu)性能和承載能力降低；其次，腐蝕造成了鋼材的大量損耗。根據(jù)有關(guān)方面的統(tǒng)計，美國由于鋼材腐蝕而產(chǎn)生的損失每年就達3千億美元，而中國每年鋼材因腐蝕造成的損失約占鋼產(chǎn)量的7%，這其中的大部分可通過恰當(dāng)?shù)?a href="http://m.saumg.com/lunwen/jzyjlw/26742.html" target="_blank">防腐蝕方法加以避免；最后，腐蝕影響鋼結(jié)構(gòu)表面外觀，大部分鋼結(jié)構(gòu)建筑的表面裝修或涂裝都要求對構(gòu)件表面進行處理，而銹蝕后的構(gòu)件表面會形成凹凸不平，這樣，不僅增加了處理構(gòu)件的成本，而且還要增大構(gòu)件表面防腐涂料的涂裝工程量。此外，鋼構(gòu)件產(chǎn)生腐蝕后，由于其表面特征的發(fā)生了明顯的改變，即使很輕微，但它也會對建筑物的使用者產(chǎn)生很大的心理壓力，從而影響他們的身體健康。

鋼結(jié)構(gòu)建筑的防腐方法

鋼材的防腐方法主要有3類，一是在其表面涂刷防止腐蝕的材料，將鋼材與腐蝕介質(zhì)隔離；二是采用陰極保護方法來防止鋼材腐蝕，使可能發(fā)生的腐蝕出現(xiàn)在預(yù)先設(shè)置的物體而不是鋼結(jié)構(gòu)上；三是依靠材料本身的固有屬性來抵御腐蝕，即采用耐候鋼材來延緩腐蝕的發(fā)展。以上3類腐蝕防止方法都有各自的優(yōu)缺點，而且各自在某些范圍內(nèi)最為有效。另外，還有些防腐體系是以上3種類型的綜合，其目的是為了更好地防止鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕發(fā)生。防腐體系中的關(guān)鍵是構(gòu)件的表面處理，由于不充分的或不恰當(dāng)?shù)谋砻嫣幚硭鸬姆栏w系失效約占失效總數(shù)的70%。采用不同的防腐體系，對鋼材表面的處理要求也有各不相同，而鋼材表面的處理方法主要有噴射或拋射除銹（Sa）和手工和動力除銹（St），每一種除銹方法則又可分為不同等級，對使用期內(nèi)難以維修的承重構(gòu)件，其除銹等級宜適當(dāng)提高，各類構(gòu)件所采用的除銹方法和等級可參考我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205）和《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹標(biāo)準(zhǔn)》（GB8923）。

按我國現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的要求，除臨時性結(jié)構(gòu)外，普通房屋和構(gòu)筑物的設(shè)計使用年限為50年，而紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑則要達到100年的使用年限，因此，在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)建筑時就要考慮鋼材的腐蝕特性，使鋼結(jié)構(gòu)建筑在設(shè)計使用年限內(nèi)不發(fā)生腐蝕或把腐蝕程度控制在合理范圍之內(nèi)，且不需要維護防腐體系或以較少次數(shù)地對防腐體系進行維護，這就需要鋼結(jié)構(gòu)建筑中所采用的防腐體系能夠起到良好的防腐效果。一般而言，普通的防腐涂層較長效的防腐涂層價格低，但普通防腐的維護周期也短，綜合經(jīng)濟效益不如長效的防腐涂層，所以，鋼結(jié)構(gòu)建筑選擇長效的防腐體系較優(yōu)。目前，鋼結(jié)構(gòu)建筑的長效防腐體系主要有富鋅涂料體系、熱噴鋅（鋁）體系和熱浸鍍鋅體系3類，其中，富鋅涂料體系又可分為兩類，即以硅酸鹽作為黏結(jié)劑結(jié)合鋅粉的無機富鋅涂料和基于各種有機物載體（包括環(huán)氧樹脂、丙烯酸、氯化橡膠、乙烯基和氨基甲酯）的有機富鋅涂料。熱噴鋅（鋁）體系為多層次復(fù)合涂層，即復(fù)合涂層加上涂料，第一層為鋅層打底，第二層為鋁中間層，第三層為鋅涂層，通過噴射對鋁層封孔，再加上涂料封閉，組成多層次復(fù)合涂層，這樣的涂層防腐抗蝕能力很強。熱浸鍍鋅體系則是通過酸洗和鍍鋅等工藝在鋼構(gòu)件表面形成一層鋅與鐵的合金層，從而達到防止腐蝕目的，但是，在酸性環(huán)境中，熱浸鍍鋅防腐層會很快腐蝕而影響其防腐效果，因而，一般不推薦在地下環(huán)境中使用。

上述介紹的幾種長效防腐體系的原理基本相同，都是通過金屬鋅層來阻止環(huán)境中的濕氣及腐蝕物質(zhì)與鋼材表面的接觸，從而達到防止或減輕鋼材腐蝕的目的。一旦鋅金屬層出現(xiàn)損壞或裂縫（通常在鋼構(gòu)件的運輸和安裝過程中容易發(fā)生），鋅就會起陰極保護作用而阻力鋼材腐蝕的發(fā)生，而在電鍍鋅的防腐體系中，鋅比鐵活潑的多，一旦同時處于腐蝕環(huán)境中時，鋅就成為銹蝕循環(huán)中的陽極而先于鋼材發(fā)生腐蝕，而當(dāng)鋅產(chǎn)生銹蝕后，鋅銹蝕反應(yīng)的生成物不僅是不溶體，而且還可以起到密封涂層中的裂縫及已有的裂隙，從而進一步阻止銹蝕的發(fā)生。已有資料表明，以上3種防腐體系的長效防腐效果均較為理想，一般能達40年以上。其中，以熱浸鍍鋅體系最為突出，在澳大利亞，熱浸鍍鋅體系有記載的最長服務(wù)期限為110年，能滿足絕大多數(shù)的鋼結(jié)構(gòu)建筑的防腐要求。

鋼結(jié)構(gòu)建筑防腐設(shè)計和施工注意點

鋼結(jié)構(gòu)建筑工程設(shè)計中，應(yīng)有防銹涂裝設(shè)計的內(nèi)容，并嚴格遵守現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》（GB50046）的相關(guān)規(guī)定。鋼結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計應(yīng)綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)的重要性、設(shè)計使用壽命、環(huán)境介質(zhì)條件、維護條件、施工水平及綜合工程造價等因素，合理確定鋼材表面的初始銹蝕等級、除銹方法與等級，根據(jù)建筑所處位置、相對濕度、周圍環(huán)境等因素來確定鋼結(jié)構(gòu)建筑的環(huán)境侵蝕作用類別，從而采用不同的防腐設(shè)計要求。此外，進行鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計和防腐施工時，下列事項應(yīng)予以重視。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)處于弱蝕侵蝕性及中等強度侵蝕性環(huán)境中，以及重要的承重結(jié)構(gòu)和使用中難以維護的承重結(jié)構(gòu)，不應(yīng)使用表面原始銹蝕等級低于B級的鋼材。在中等強度侵蝕性環(huán)境中的承重結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量選用質(zhì)量與表面積比較大的管形封閉截面，以及簡單、規(guī)則而易于涂裝和圍護的實腹式截面，節(jié)點及連接構(gòu)造應(yīng)避免形成易于積灰、積濕的死角，連接零件之間一般應(yīng)留有不小于120mm的凈空供檢查和維護。鋼柱腳埋入地下部分應(yīng)采用強度等級不低于C10的混凝土包裹，其保護厚度不小于50mm，并包出地面150mm，柱埋入部分的表面應(yīng)做除銹處理，可不做涂料涂裝。經(jīng)過表面處理并檢查合格后的鋼構(gòu)件，應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)及時涂裝，以免影響防腐材料的效果。需做防火涂層的鋼構(gòu)件表面，可在表面除銹后僅刷底層涂料。

展望

隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的不斷升溫，鋼結(jié)構(gòu)的防腐也越來越受到更多學(xué)者的關(guān)注。就目前常用的防腐方法中，涂料防腐體系的初期投資小，大約10年左右就要在鋼構(gòu)件表面再涂一次，即在鋼結(jié)構(gòu)建筑使用年限內(nèi)，涂料防腐體系需要維護，而熱浸鍍鋅防腐體系的初期投資要大，但在其服務(wù)期限之內(nèi)通常不需要維護。隨著熱浸鍍鋅廠家的增加以及較大尺寸鍍鋅槽的不斷建成，采用具有較高工業(yè)化程度的熱浸鍍鋅防腐體系來作為鋼結(jié)構(gòu)建筑的長效防腐體系將越來越被工程設(shè)計人員和建筑業(yè)主所青睞，也必將在鋼結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。