钢结构防腐与防火技术

钢结构的防腐与防火技术

[摘要] 本文着重对钢结构工程的特点、影响钢结构防腐与防火技术的质量因素介绍;钢结构工程防腐与防火设计、施工的重点;钢结构工程防腐与防火施工方法、质量控制。

[关键词] 钢结构工程防腐防火施工技术

1 钢结构的防腐与防火技术概要

随着社会的不断发展进步,钢结构建筑日益增多,从民用建筑到

工业建筑再到市政建设;从一般建筑到重点工程都能看到钢结构的应用。钢结构建筑有许多优点,主要是:重量轻、强度高、施工速度快、质量易控制、建筑美观、可进行工厂化成批生产等优点,在重庆钢铁集团公司环保搬迁、重庆市人事局办公大楼等工程项目被大量采用。但钢结构建筑同时也有存在不足之处,钢结构的腐蚀性快、耐火性能差,需要进行防腐和防火处理等。

钢结构腐蚀是一种不可避免的自然现象,是影响钢结构使用寿命的重要因素。腐蚀不仅造成经济损失,并且影响结构的安全。因此防止结构过早腐蚀,提高其使用寿命,是设计、制作、安装和使用单位共同关心的问题。在钢结构表面涂刷防护涂层,是目前钢结构防腐的主要措施之一。

钢结构的防火,钢材是一种不燃烧材料,但耐火性能差,它的机械性能,诸如屈服点、抗拉强度以及弹性模量,随温度的升高而降低,因而出现强度下降、变形加大等问题。研究表明,钢材在500℃时尚有一定的承载力,而到700℃时则基本失去承载力,故700℃被认为

是低碳钢失去强度的临界温度。所以钢结构应采取防火保护措施。钢结构防火保护的目的是使结构在发生火灾时,能满足防火规定的耐火极限时间。

2 钢结构的防腐

2.1 钢结构腐蚀的特点

钢结构构件只要与水分和氧气同时直接接触,就会在表面形成许多微小的阴极区和阳极区,使钢材的表面产生电化学腐蚀,这是钢材的材料性质所决定的。钢材表面的电化学腐蚀物的产物中,最初生成的是二氧化铁,二氧化铁在空气中进一步氧化,生成钢材腐蚀的最终产物三氧化铁。由于二氧化铁与三氧化铁均为疏松物质,在钢材表面不能形成完整的保护层,无法阻止水分和氧气的侵入,所以,钢材的锈蚀是连续不断的。另一面,由于钢材在锈蚀过程中形成的许多锈坑,进一步增加了钢材与水分及氧气的接触表面积,加剧了锈蚀的速度,所以,钢材的锈蚀具有扩散性。

空气湿度、空气中存在的硫化物、灰尘、煤尘及盐分的污染物等,均对钢结构的腐蚀速度有影响。其中,空气相对湿度是影响钢结构腐蚀速度的主要因素。受紫外线和酸雨作用的外露结构与室内结构不同,要有所区别,这就要求在防腐设计时充分考虑环境影响,同时又要满足使用年限、维护措施、涂装方法和综合造价等要求。

2.2 钢结构的防腐措施

钢结构的防腐方法很多,包括改善钢材材性的防腐蚀方法、电化学防腐蚀方法,以及使用金属或非金属涂层的防腐蚀方法等。

在钢结构表面涂刷防腐涂层,是目前钢结构防腐的主要措施之一,也是最经济和最简便的防腐方法。根据涂层组成材料的不同,其防护作用可以是阻隔性、电化学性及阻隔—电化学复合性,通过涂刷或喷涂油漆的办法,在钢材表面形成保护膜,在涂料中加入锌粉、铝粉,或在钢构件上喷镀锌、铝,能起到对钢材电化学保护的作用,使促进腐蚀的各种外界条件如水分、氧气等尽可能与钢材表面隔离开来,从而阻止钢材锈蚀的产生。

2.3 涂料防腐的几个重点

涂层对钢结构的防护程度和防护时间的长短,取决于涂层质量,

涂层质量又取决于涂装设计与涂装施工。涂装设计的主要内容包括:钢材表面处理、除锈方法的选择、除锈质量等级的确定、涂料品种的选择、涂层结构和涂层厚度的设计以及涂装工艺和施工环境等。钢材在轧制过程中表面会产生一层氧化皮;在贮存过程中由于大气的腐蚀而生锈;在加工过程中在其表面往往产生焊渣、毛刺、油污等污物,这些氧化皮、铁锈和污染物如不认真处理,则会影响到涂层的附着力和使用寿命。钢材的表面处理,是涂装工程的重要一环,其质量的好坏直接影响整个涂装的质量。国内外一些文献资料统计认为,钢材表面处理质量在影响涂装质量诸因素中占50%以上。如果除锈不彻底,漆膜下的金属表面继续生锈扩展,使涂层破坏失效。钢结构的除锈方法有:手工和动力工具除锈、喷射或抛射除锈、火焰除锈以及酸洗除锈等。

对于手工除锈,我国分为两个等级。st2级(彻底的手工和动力工

具除锈):钢材表面应无可见的油脂和污垢,并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈等附着物,;st3级(非常彻底的手工和动力工具除锈):除锈等级比st2级更为彻底,表面呈现金属光泽。

对于喷射或抛射除锈,我国分为四个除锈等级。sa1级(轻度的喷射或抛射除锈):除去浮锈及氧化皮;sa2级(彻底的喷射或抛射除锈):中度喷射磨料,除去大部分锈、氧化皮等,清除灰尘后表面呈金属灰色,适用于一般除锈涂装;sa2.5级(非常彻底的喷射或抛射除锈):彻底喷射磨料,完全除去所有锈及氧化皮,清除灰尘后表面呈现近白金属光泽,仅有微小瘢痕(5%面积以下),此级最广泛应用于重防腐涂装;sa3级(使钢材表观洁净的喷射或抛射除锈):彻底喷射磨料,完全除去所有锈及氧化皮,不留任何微小斑点,表面呈均匀银白金属光泽,为最高级标准。

火焰除锈以字母“fi’’表示,只有一个等级。火焰除锈前,厚的锈层应铲除,火焰除锈应包括在火焰加热作业后以动力钢丝刷清加热后附着在钢材表面的产物。火焰除锈仅适用于清除涂层或无法利用抛丸机进行除锈的大型厚板构件,应控制火焰温度(约200℃),及移动速度(2.5～3m/min),防止构件因受热不均而变形。

除锈要求首先是针对底层涂料的附着力而言的,所以,确定除锈等级不仅要依据设计要求,而且应该与所使用的涂料相适应,对于低档次的涂料可以采用较低的除锈标准。

防腐涂料涂层结构形式有:底漆一中漆一面漆;底漆一面漆。底漆主要起附着和防锈作用;中漆的作用是介于底漆和面漆两者之间,

能增加漆膜总厚度;面漆保护底漆,并起防腐蚀耐老化作用。涂料的品种繁多,性能和用途各异,涂料选用的正确与否,对钢材防护效果影响很大。在选用涂料时,应注意涂层的配套性,不仅要求底漆与钢材表面的附着力好,面漆与底漆的粘结力强,且要求漆层间作用配套、性能配套、硬度配套,各漆层之间不能发生互溶或咬底现象。一个完整的涂层结构一般由多层防锈底漆和面漆组成。设计上应对涂料、涂装遍数、涂层厚度作出规定,对腐蚀较低或中等大气环境的工业与民用钢结构,当对涂装厚度无要求时,涂层干漆膜总厚度:室外应为150um,室内应为125um,允许偏差为-25um。每遍涂层干漆膜厚度的允许偏差为-5um。涂层厚度应适当,过厚虽然可以增加防护能力,但附着力和机械性能则降低,且费用过高;过薄易产生肉眼看不见的针孔和其他缺陷,起不到隔离环境的作用。涂装后的漆膜外观应均匀、平整、丰满而有光泽,不允许有咬底、裂纹、剥落、针孔等缺陷。涂层厚度用磁性测厚仪测定,总厚度应达到设计规定的要求。

2.4 涂装方案

必须重视防腐涂装设计,确定合理的涂装方案,可以满足不同的环境条件和使用年限要求。

对腐蚀程度严重的环境,室外、酸碱严重区域,如游泳池、化工厂等,使用年限要求较长,可按表2.3.1所列方案选用。

涂装方案表2.3.1