建筑鋼結(jié)構(gòu)的防腐與防火措施研究

1、    建筑鋼結(jié)構(gòu)的防腐與防火措施研究    范利英王堯全趙正富摘要：鋼結(jié)構(gòu)桁架建筑中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件能在工廠大批量生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化和工廠化程度高，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，因此鋼結(jié)構(gòu)析架建筑具有廣闊的應(yīng)用前景。本文主要探討了鋼結(jié)構(gòu)建筑的防腐和防火的問題，并提出了相應(yīng)的解決辦法。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)桁架 防腐 防火0 引言我國建筑鋼結(jié)構(gòu)的良好發(fā)展，也促進(jìn)了我國冶金工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，推進(jìn)了我國鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，建設(shè)和冶金行業(yè)的相互促進(jìn)，將使我國的建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。鋼結(jié)構(gòu)住宅裝配化程度高，所用構(gòu)配件輕巧，運(yùn)輸安裝十分方便同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑所用構(gòu)配件可以在工廠制作，現(xiàn)場安裝

2、，適合工廠的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和工業(yè)化生產(chǎn)，商品化程度高，有利于降低成本，實(shí)現(xiàn)住宅建筑的集成化。住宅產(chǎn)業(yè)化必然要求大力發(fā)展住宅鋼結(jié)構(gòu)。我國鋼結(jié)構(gòu)住宅目前所要研究的問題，己不是要不要做的問題，也不是回答能不能做的問題，而是要研究解決如何把它做好的問題，是要完整的、配套的、高品質(zhì)的全新的把它研究好并如何推向市場的問題1，2。本文面對鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展趨勢，針對鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的防腐和防火問題進(jìn)行相關(guān)研究。1 鋼結(jié)構(gòu)桁架的防腐鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差，裸露的鋼結(jié)構(gòu)在大氣作用下會(huì)產(chǎn)生銹蝕。腐蝕不僅造成自身的經(jīng)濟(jì)損失，并且使結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面減小，承載力降低，影響結(jié)構(gòu)的安全。因此，防止結(jié)構(gòu)過早腐蝕，提高其使用壽命，是具有

3、重要意義的，也是設(shè)計(jì)、制造和使用單位共同關(guān)心的課題。并且，就我國家庭來說，購買一套住房意味著傾其一生的積蓄，對鋼結(jié)構(gòu)住宅采取良好的防腐措施可以更好的吸引購房者，推動(dòng)住宅鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。1.1 腐蝕原理 鋼結(jié)構(gòu)腐蝕原理，鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種?；瘜W(xué)腐蝕是干燥氣體及非電解質(zhì)液體作用于金屬表面而產(chǎn)生；也可以是空氣中的co2、so2作用而生成的feo或fes，從而使得鋼結(jié)構(gòu)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是鋼材表面與電解質(zhì)溶液中產(chǎn)生電流，形成腐蝕電池，使鋼材產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象。鋼材在冶煉時(shí)，常常加入碳元素及其它一些合金元素，于是由于基體鐵元素與其他合金元素各自的標(biāo)準(zhǔn)電極電位的不同，而形成腐蝕微電池的兩極，

4、當(dāng)大氣中的水分、氧氣等介質(zhì)被吸附于鋼材表面時(shí)，無數(shù)個(gè)腐蝕微電池的兩極被接通了，因而發(fā)生腐蝕的電化學(xué)反應(yīng)。促進(jìn)腐蝕的外因，是由于鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕與相對濕度及大氣中侵蝕性物質(zhì)的含量有密切的關(guān)系。通常相對濕度在60%以下時(shí)，鋼材的大氣腐蝕是微弱的。在干燥的亞熱帶氣候或在溫帶氣候的建筑物室內(nèi)，鋼材的腐蝕只可能在極有限的范圍內(nèi)發(fā)生。1.2 鋼結(jié)構(gòu)桁架的防腐措施 從能量變化的觀點(diǎn)看問題，金屬遭受腐蝕之后，把存在于內(nèi)部的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能電化學(xué)腐蝕或熱能化學(xué)腐蝕而放出。顯然，這是一個(gè)自發(fā)發(fā)生的過程，因此，要防止鋼材生銹，就必須設(shè)法阻止其表面腐蝕電池的電化學(xué)反應(yīng)過程，或者以另一種電極更低的金屬原子代替鐵原子作為陽極

5、，而鐵原子受到保護(hù)不發(fā)生電極反應(yīng)。根據(jù)以上原理，鋼材的防腐方法主要有以下幾種：物理屏蔽作用的防銹漆。這類防銹漆的防銹顏料有良好的屏蔽作用，能阻擋水分等化學(xué)介質(zhì)滲到鋼鐵表面，因而減緩電化學(xué)反應(yīng)的速度延遲發(fā)生銹蝕的時(shí)間。其特點(diǎn)是價(jià)格便宜防銹期限僅在五年左右，不適合用于鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑中。依靠化學(xué)鈍化作用，使鋼材表面形成一層鈍化膜。如磷化膜或具有阻蝕性的絡(luò)合物，這些在鋼材表面形成的鈍化膜或絡(luò)合物的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較鐵為正，從而能延緩鋼材的腐蝕過程。這類防銹漆防銹性能好，價(jià)格便宜，但鉛系防銹漆和鉛酸鹽防銹漆的毒性大，亦不適合用在住宅建筑中。陰極保護(hù)型防銹漆一富鋅底漆。當(dāng)防銹漆整層漆膜的電極電位比鐵元素更負(fù)時(shí)

6、，鋼結(jié)構(gòu)中的鐵成分便變成陰極，受到電化學(xué)保護(hù)不會(huì)腐蝕。金屬鍍層保護(hù)，在鋼材表面施加金屬保護(hù)層，以提高鋼材表面的抗腐蝕能力。最常用的是鍍鋅。鍍鋅主要是通過形成致密的保護(hù)膜和鋅置換作用來防腐蝕。2 鋼結(jié)構(gòu)的防火2.1 鋼結(jié)構(gòu)防火重要性 鋼材雖為非燃燒性材料，但鋼材不耐火，溫度400時(shí)，鋼材的屈服強(qiáng)度將降至常溫下強(qiáng)度的一半，溫度達(dá)到600，鋼材基本喪失全部強(qiáng)度和剛度。一般常用建筑鋼材的臨界溫度（即喪失支撐能力時(shí)的溫度）為540。對于建筑火災(zāi)，火場溫度多在8001200之間。在火災(zāi)發(fā)生的10分鐘內(nèi)，火場溫度即可高達(dá)700以上，對于裸露的鋼材構(gòu)件，在這樣的火場溫度下，只要幾分鐘其溫度就可上升到500而達(dá)

7、到其臨界值，進(jìn)而失去載荷能力，導(dǎo)致建筑物倒塌。由上可見，鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)非常重要，這對于減輕火災(zāi)損失，減少傷亡具有重要意義。而對于鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑來說，直接與人的生活起居有關(guān)，目居住建筑內(nèi)一般都有較多的易燃物品，因此，住宅鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)有其特殊的意義。2.2 鋼結(jié)構(gòu)桁架防火保護(hù)處理措施 火災(zāi)是火失去控制而蔓延的一種災(zāi)害性燃燒現(xiàn)象。一般地，火災(zāi)的發(fā)生必須具備存在能燃燒的物質(zhì)，能提供持續(xù)燃燒的空氣、氧氣或其他氧化劑，以及能使可燃物質(zhì)燃燒的著火源，這樣三個(gè)條件。為此，考慮破壞以上三個(gè)條件，現(xiàn)今鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火保護(hù)一般有以下一些措施：沖水冷卻保護(hù)法。該方法是在空心封閉的鋼構(gòu)件中充滿水，火災(zāi)時(shí)構(gòu)件把從火

8、場中吸收的熱量給水，依靠水的蒸發(fā)消耗能量或通過循環(huán)把熱量帶走，構(gòu)件溫度可控制100左右，從理論上講，這是鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)最有效的方法。這種方法由于對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有專門要求，目前實(shí)際很少應(yīng)有；單面屏蔽法，在鋼構(gòu)件中的迎火面設(shè)置阻火屏障，將構(gòu)件與火焰隔開，如果建筑物內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)，火焰也燒不到鋼構(gòu)件。這種在特殊部位設(shè)置的防火屏障措施不失一種較經(jīng)濟(jì)的鋼構(gòu)件防火方法； 包封法，包封法是最常見也是最基本的鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)方法，它是用耐火材料把構(gòu)件包裹起來，一般有澆筑混凝土或砌筑防火磚和防火板材包覆，特別注意防火用板材基本應(yīng)是不燃材料，對結(jié)構(gòu)能起防火保護(hù)作用的板材，還應(yīng)該具有寫耐高溫特性功能；噴涂無機(jī)防火涂料。早在50

9、年代歐美、日本等先進(jìn)國家就廣泛采用防火涂料保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)。80年代初期，國內(nèi)在一些重要鋼結(jié)構(gòu)建筑中也開始采用。發(fā)展至今，噴涂防火涂料已是使用最廣泛的建筑鋼結(jié)構(gòu)防火法。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的品種較多，通常根據(jù)高溫下涂層的變化情況分膨脹型和非膨脹型兩大系列。其中，膨脹型防火涂料，又稱薄型防火涂料，其基料為有機(jī)樹脂，配方中還含有發(fā)泡劑等成分，用于鋼結(jié)構(gòu)防火，耐火極限可達(dá)0.51小時(shí)，非膨脹型防火涂料，主要成分為無機(jī)絕熱材料，遇火不膨脹，自身具有良好的隔熱性，故又稱隔熱防火涂料，對應(yīng)耐火極限可達(dá)0.53小時(shí)以上。2.3 鋼管混凝土柱的耐火性能 根據(jù)國內(nèi)外大量試驗(yàn)證明，鋼管混凝土的抗火性能明顯高于鋼結(jié)構(gòu)，但國內(nèi)對

10、鋼管混凝土的防火基本上還是遵循鋼結(jié)構(gòu)的防火要求。這必然導(dǎo)致建筑材料的浪費(fèi)和結(jié)構(gòu)造價(jià)的偏離。鋼管混凝土柱的耐火性能主要依賴以下幾個(gè)因素柱的截面尺寸和形狀、柱的有效計(jì)算長度、荷載大小、混凝土強(qiáng)度、混凝土骨料成分等。在火災(zāi)情況下，隨著火災(zāi)現(xiàn)場溫度的提高，鋼迅速失去承載力，但鋼管壁對核心混凝土仍起著“套箍”作用。雖然柱內(nèi)混凝土的強(qiáng)度也逐漸喪失，但由于混凝土的熱傳導(dǎo)率很低，其強(qiáng)度喪失的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼的強(qiáng)度喪失，原本由組合構(gòu)件承受的荷載逐漸能轉(zhuǎn)移到核心混凝土上。最終，在鋼管喪失強(qiáng)度的情況下，核心混凝土必須來承擔(dān)全部荷載。鋼管混凝土柱的耐火性能不能簡單等同于鋼結(jié)構(gòu)的耐火。當(dāng)然，對于不同形式的鋼管混凝土柱及不同的受力情況，其耐火時(shí)限會(huì)有