鋼結構的防腐與防火技術

1、鋼結構的防腐與防火技術1鋼結構的防腐與防火技術概要隨著社會的不斷發(fā)展進步，鋼結構建筑日益增多，從民用建 筑到 工業(yè)建筑再到市政建設；從一般建筑到重點工程都能看到鋼結構的應 用。鋼結構建筑有許多優(yōu)點，主要是:重量輕、強度高、施工速度快、 質量易控制、建筑美觀、可進行工廠化成批生產等 優(yōu)點,在重慶鋼鐵集 團公司環(huán)保搬遷、重慶市XX局辦公大樓等工程項目被大量采用。但鋼 結構建筑同時也有存在不足之處，鋼結構的腐蝕性快、耐火性能差，需 要進行防腐和防火處理等。鋼結構腐蝕是一種不可避免的自然現(xiàn)象，是影響鋼結構使用 壽命 的重要因素。腐蝕不僅造成經濟損失,并且影響結構的安全。因此防 止結構過早腐蝕，提高其使

2、用壽命,是設計、制作、安裝和使用單 位共同關心的問題。在鋼結構表面涂刷防護涂層，是目前 鋼結構防腐 的主要措施之一。鋼結構的防火，鋼材是一種不燃燒材料，但耐火性能差，它的機 械性能，諸如屈服點、抗拉強度以及彈性模量，隨溫度的升高而降低, 因而出現(xiàn)強度下降、變形加大等問題。研究表明，鋼材在500C時尚有 一定的承載力，而到700C時則基本失去承載力，故700 C被認為是 低碳鋼失去強度的臨界溫度。所以鋼結構應采取防火保護措施。鋼結構 防火保護的目的是使結構在發(fā)生火災時，能滿足防火規(guī)定的耐火極限時 間。2鋼結構的防腐2.1鋼結構腐蝕的特點鋼結構構件只要與水分和氧氣同時直接接觸，就會在表面形成許多微

3、小的陰極區(qū)和陽極區(qū)，使鋼材的表面產生 電化學腐蝕,這是鋼材的材料性質所決定的。鋼材表面的電化學腐蝕 物的產物中，最初生成的是二氧化鐵，二氧化鐵在空氣中進一步氧化，生 成鋼材腐蝕的最終產物三氧化鐵。由于二氧化鐵與三氧化鐵均為疏松 物質，在鋼材表面不能形成完整的保護層,無法阻止水分和氧氣的侵 入，所以，鋼材的銹蝕是連續(xù)不斷的。另一面，由于鋼材在 銹蝕過程中 形成的許多銹坑，進一步增加了鋼材與水分及氧氣的接觸表面積，加劇 了銹蝕的速度，所以，鋼材的銹蝕具有擴散性?？諝鉂穸?、空氣中存在的硫化物、灰塵、煤塵及鹽分的污染物等, 均對鋼結構的腐蝕速度有影響。其中，空氣相對濕度是影響鋼結構腐 蝕速度的主要因素

4、。受紫外線和酸雨作用的外露結構與室內結構不同， 要有所區(qū)別，這就要求在防腐設計時充分考慮環(huán)境影響，同時又要滿足 使用年限、維護措施、涂裝方法和綜合造 價等要求。2.2鋼結構的防腐措施鋼結構的防腐方法很多，包括改善鋼材材性的防腐蝕方法、電化 學防腐蝕方法，以及使用金屬或非金屬涂層的防腐蝕方法在鋼結構表面涂刷防腐涂層，是目前鋼結構防腐的主要措施之一， 也是最經濟和最簡便的防腐方法。根據涂層組成材料的不同，其防護作 用可以是阻隔性、電化學性及阻隔一電化學復合性，通過涂刷或噴涂 油漆的辦法，在鋼材表面形成保護膜，在涂料中加入鋅粉、鋁粉，或 在鋼構件上噴鍍鋅、鋁，能起到對鋼材電化學 保護的作用，使促進腐

5、 蝕的各種外界條件如水分、氧氣等盡可能與鋼材表面隔離開來，從而 阻止鋼材銹蝕的產生。2.3涂料防腐的幾個重點涂層對鋼結構的防護程度和防護時間的 長短，取決于涂層質量，涂層質量又取決于涂裝設計與涂裝施工。涂 裝設計的主要內容包括：鋼材表面處理、除銹方法的選擇、除銹質 量等級的確定、涂料品種的選擇、涂層結構和涂層厚度的設計以及涂 裝工藝和施工環(huán)境等。鋼材在軋制過程中表面會產生一層氧化皮；在貯存過程中由于大 氣的腐蝕而生銹；在加工過程中在其表面往往產生焊渣、毛刺、油污 等污物,這些氧化皮、鐵銹和污染物如不認真處理，則會影響到涂層 的附著力和使用壽命。鋼材的表面處理,是涂裝工程的重要一環(huán),其 質量的好

6、壞直接影響整個涂裝的質量。國內外一些文獻資料統(tǒng)計認為， 鋼材表面處理質量在影響涂裝質量諸因素中占50%以上。如果除銹不 徹底，漆膜下的金屬表面繼續(xù)生銹擴展，使涂層破壞失效。鋼結構的除 銹方法有：手工和動力工具除銹、噴射或拋射除銹、火焰除銹以及酸洗 除銹等。對于手工除銹,我國分為兩個等級。st2級（徹底的手工和動力 工具除銹）：鋼材表面應無可見的油脂和污垢,并且沒有附著不牢的 氧化皮、鐵銹等附著物,；st3級（非常徹底的手工和動力工具除銹）： 除銹等級比st2級更為徹底，表面呈現(xiàn)金屬光澤。對于噴射或拋射除銹，我國分為四個除銹等級。sal級（輕度的 噴射或拋射除銹）：除去浮銹及氧化皮；sa2級（徹

7、底的噴射或拋射除 銹）：中度噴射磨料，除去大部分銹、氧化皮等，清除灰塵后表面呈 金屬灰色,適用于一般除銹涂裝；sa2.5級（非常徹底的噴射或拋射除 銹）：徹底噴射磨料，完全除去所有銹及氧化皮，清除灰塵后表面呈 現(xiàn)近白金屬光澤，僅有微小瘢痕（5%面積以下），此級最廣泛應用于 重防腐涂裝；Sa3級（使鋼材表觀潔凈的噴射或拋射除銹）：徹底噴射 磨料，完全除去所有銹及氧化皮，不留任何微小斑點，表面呈均勻銀白 金屬光澤，為最高級標準?；鹧娉P以字母 FI表示，只有一等級。火焰除銹前，厚的 銹層應鏟除,火焰除銹應包括在火焰加熱作業(yè)后以動力鋼絲刷清加熱 后附著在鋼材表面的產物?；鹧娉P僅適用于清除涂層或無法

8、利用拋 丸機進行除銹的大型厚板構件，應控制火焰溫度（約200C ），及移動速 度（2.5 3m/min），防止構件因受熱不均而變形。除銹要求首先是針對底層涂料的附著力而言的，所以，確定除銹 等級不僅要依據設計要求，而且應該與所使用的涂料相適應對于低檔 次的涂料可以采用較低的除銹標準。防腐涂料涂層結構形式有：底漆一中漆一面漆；底漆一面漆。 底漆主要起附著和防銹作用；中漆的作用是介于底漆和面漆兩者之間, 能增加漆膜總厚度；面漆保護底漆，并起防腐蝕耐老化作用。涂料的品 種繁多，性能和用途各異，涂料選用的正確與否，對鋼材防護效果影響 很大。在選用涂料時，應注意涂層的配套性，不僅要求底漆與鋼材表面 的附

9、著力好，面漆與底漆的粘結力強，且要求漆層間作用配套、性能配 套、硬度配套，各漆層之間不能發(fā)生互溶或咬底現(xiàn)象。一個完整的涂層結構一般由多層防銹底漆和面漆組成。設計上應 對涂料、涂裝遍數(shù)、涂層厚度作出規(guī)定，對腐蝕較低或中等大氣環(huán)境 的工業(yè)與民用鋼結構，當對涂裝厚度無要求時，涂層干 漆膜總厚度:室 夕I、應為150um,室內應為125um，允許偏差為-25u m。每遍涂層干漆膜 厚度的允許偏差為-5u m。涂層厚度應適當，過厚雖然可以增加防護能 力，但附著力和機械性能則降低，且費用過高；過薄易產生肉眼看不見 的針孔和其他缺陷，起不到隔離環(huán)境的作用。涂裝后的漆膜外觀應均 勻、平整、豐滿而有光澤,不允許

10、有咬底、裂紋、剝落、針孔等缺陷。 涂層厚度用磁性測厚儀測定，總厚度應達到設計規(guī)定的要求。2.4涂裝方案必須重視防腐涂裝設計,確定合理的涂裝方案,可以滿足不同的 環(huán)境條件和使用年限要求。對腐蝕程度嚴重的環(huán)境，室外、酸堿嚴重區(qū)域，如游泳池、化工 廠等，使用年限要求較長,可按表2.3.1所列方案選用涂裝方案表2.3.1對腐蝕中等的環(huán)境，如城市和受工業(yè)大氣污染的廠區(qū)，室內，維護 修理周期較短，可按表2.3.2所列方案選用。涂裝方案 表 2.3.2隨著科學技術不斷進步，近年來開發(fā)研制了多種新型涂料，它們具 有優(yōu)良的性能.2.5涂裝施工 2.5.1環(huán)境溫度。在室內無陽光直接照射的情況下，涂裝時的溫度以5

11、38C為宜；若在陽光直接照射下，鋼材表面溫度能比氣 溫高8 12C ,涂裝時漆膜的耐熱性只能在40C以下，當超過43C時,鋼材表面上涂裝的漆膜就容易產生氣泡而局部鼓起，使附著力降低。低于0C時，在室外鋼材表面涂裝容易使漆膜凍結 而不易 固化。2.5.2環(huán)境濕度。相對濕度超過85%時,鋼材表面有露點凝結,漆 膜附著力差。2.5.3必須采取防護措施的施工環(huán)境。在有雨、霧、雪和較 大灰 塵的環(huán)境下施工；涂層可能受到油污、腐蝕介質、鹽分等腐蝕的環(huán)境 下施工；沒有安全措施和防火、防爆工具條件下施工均需備有可靠的 防護措施。2.5.4防腐涂料的準備。涂料及輔助材料進廠后，應檢查有無產 品合格證和質量檢驗報

12、告單，如沒有，則不應驗收入庫。施工前應對 涂料型號、名稱和顏色進行校對,是否符合設計規(guī)定要求。同時檢查制造日期，如超過貯存期，重新取樣檢驗，質量合格后才能 使用，否則禁止使用。2.5.5涂裝時間間隔的確定。間隔時間控制適當，可增強涂層間 的附著力和涂層的綜合防護性能，否則可能造成“咬底”或大面積脫 落和返銹現(xiàn)象，可根據涂料產品說明書設定時間間隔。2.5.6禁止涂漆的部位和涂裝前的遮蔽。鋼結構工程有一些部位, 是禁止涂裝的。如地腳螺栓和底板、高強度螺栓接合面、與混凝土緊貼 或埋人的部位等。2.5.7二次涂裝的表面處理和補漆。二次涂裝是指構件在加工工 廠制作，并按設計作業(yè)分工涂裝完后，運至現(xiàn)場進行

13、的涂裝，或者涂裝 間隔時間超過最后間隔時間，再進行的涂裝。對二次涂 裝的表面，應 進行處理后才可進行現(xiàn)場涂裝。進行二次涂裝前,要對損壞的部位進行 補漆。2.5.8修補涂裝。涂裝結束后，安裝之前，經自檢或專檢涂層有缺 陷時，應找出原因，并及時修補，其方法與要求應與完好涂層部分一樣。整個工程安裝完成后，除需要進行修補漆外，還應對以下部位進行補漆: 接合部的外露部分和緊固件等；安裝時焊接及燒損的部位；組裝符號和 漏涂的部位；運輸和組裝時損壞的部位。3鋼結構的防火3.1鋼結構防火保護技術原理應用鋼結構防火涂料涂覆在鋼基材表面，其目的在于進行防火隔熱保護，防止鋼結構在火中迅速升溫撓曲變形倒塌。防火原理有

14、 三個：一是涂層對鋼基材起屏蔽作用，隔離了火焰，使鋼構件不至于直 接暴露在火焰或高溫之中；二是涂層吸熱后，部分物質分解出水蒸氣或 其他不燃氣體，起到消耗熱量、降低火焰溫度和燃燒速度、稀釋氧氣 的作用；三是涂層本身多孔輕質或受熱膨脹后形成炭化泡沫層，熱導 率均在0.233W/(m?K)以下，阻止了熱量迅速向鋼基材傳遞，推遲了鋼 基材受熱后溫度升到極限溫度的時 間。從而提高了鋼結構的耐火極限。3.2建筑構件的耐火極限根據建筑設計防火規(guī)范.(GBJ 16)、高層民用建筑設計防火規(guī)范(GB 50045)等，國家規(guī)范對各類建筑構件的燃燒性能耐火極 限的要求，當采用鋼材作相應的構件時，鋼構件的耐火極限不應

15、低于表3.2.1的規(guī)定：表 3.2.l3.3防火保護材料鋼結構常用的防火保護材料有：3.3.1防火涂料。鋼結構防火涂料是專門用于噴涂鋼構件表面,能形成耐火隔熱保護層，以提高鋼結構耐火極限的一種耐火材料。按其 阻燃作用的原理及涂層厚度可分為膨脹型和非膨脹型 兩種。膨脹型防火涂料又稱為薄涂型涂料，涂層一般為27mm有一定 的裝飾效果,所含樹脂和防火劑只有在受熱時才起防護作用。當溫度 升高至150350C時，涂層能迅速膨脹510倍，從而形成 適當?shù)谋Ｗo層，這種涂料的耐火極限一般為11.5h。在薄涂型防火涂 料下面，鋼構件應做好全面的防腐措施，包括底漆和面漆涂膨脹型防火涂料中，有一類涂料的構成與性能特

16、點介于飾面型防 火涂料和薄涂型鋼結構膨脹防火涂料之間，稱為超薄型鋼結構膨脹防火涂料，其中的多數(shù)品種屬于溶劑型，因此又叫鋼結構防火漆。非膨脹型涂料為厚涂型防火涂料,它由耐高溫硅酸鹽材料、高效 防火添加劑等組成,是一種預發(fā)泡高效能的防火涂料。涂層呈粒狀面， 密度小，導熱率低。涂層厚度一般為850mm通過改變涂層厚度可 以滿足不同耐火極限的要求。3.3.2由厚板或薄板構成的外包防火層,這種防護板材常用的有 石膏板、水泥蛭石板、硅酸鈣板和巖棉板等。使用時通過膠結劑或緊固 件固定在鋼構件上。采用外包金屬板時，應內襯隔熱材料。3.3.3外包混凝土保護層。它可以現(xiàn)澆成型，也可以用噴涂法。 通常要求在外包層內

17、埋設鋼絲網或用小截面鋼筋加強，以限制收縮裂縫和遇火爆裂?，F(xiàn)澆外包混凝土的重度大，應用上受到一定的限制。3.4選用防火保護材料的基本原則3.4.1現(xiàn)代建筑對防火材料的阻燃性提出越來越高的要求， 應具有良好的絕熱性,其導熱系數(shù)小或熱容量大。3.4.2在火災升溫過程中不開裂、不脫落、能牢固地附著在構 件上,本身又有一定的強度和粘結度，連接固定方便。3.4.3不腐蝕鋼材，呈堿性且氯離子的含量低。3.4.4不含有危害人體健康的石棉等物質。3.5防火保護層的厚度防火保護材料選好后，確定保護層的厚度就顯得十分重要。影響 保護層厚度的因素較多,如鋼構件的種類、截面形狀和尺寸大小，以及 要求的耐火極限等，可參照

18、有關規(guī)范或規(guī)程選用。3.6防火措施與構造3.6.1鋼柱鋼柱一般采用厚涂型鋼結構防火涂料,其涂層厚度應滿足構件的 耐火極限要求。施工噴涂時,節(jié)點部位宜作加厚處理。對噴涂的技術 要求和驗收標準均應符合國家標準鋼結構防火涂料應用技術規(guī)程 （CECS24）的規(guī)定。防火板材包裹保護：當采用石膏板、蛭石板、硅酸鈣板、巖棉板 等硬質防火板材保護時,板材可用膠粘劑或緊固鐵件固定,膠粘劑應在 預計耐火時間內受熱而不失去粘結作用。若柱子為開口截面（如工字 形截面），則在板的接縫部位，在柱翼緣之間嵌入一塊厚度較大的防火 材料作橫隔板。當包覆層數(shù)等于或大于兩層時，各層板應分別固定，板 的水平縫至少應錯開500mm。外

19、包混凝土保護層:可采用C20混凝土或加氣混凝土，混凝土內 宜用細箍筋或鋼筋網進行加固，以固定混凝土，防止遇火剝 落。鋼絲網抹灰保護層：其作法是在柱子四周包以鋼絲網,纏上細鋼 絲，外面抹灰，邊角另加保護鋼筋。鋼柱包以礦棉氈（或巖棉氈）,并用金屬板或其他不燃性板材包裹 起來。3.6.2鋼梁鋼梁的防火保護措施可參照鋼柱的作法。當采用噴涂 防火涂料時，遇下列情況應在涂層內設置與鋼構件相連的鋼絲網：受 沖擊振動荷載的梁；涂層厚度等于或大于40mm勺梁;腹板高度超過1.5m 的梁；粘結強度小于0.05MPa的鋼結構防火涂料。3.6.3樓蓋樓蓋的防火措施可參見高層民用建筑設計防火規(guī)范 （GB 50045-9

20、5）附錄A的有關規(guī)定。3.6.4屋蓋與中庭屋蓋與中庭采用鋼結構承重時，其吊頂、望板、保溫材料等均應 采用不燃燒材料，以減少發(fā)生火災時對屋頂鋼構件的威脅。屋頂鋼構 件應采用噴涂防火涂料、外包不燃燒板材或設置自動噴水滅火系統(tǒng)等 保護措施，使其達到規(guī)定的耐火極限要求。3.7防火涂裝施工鋼結構防火涂料是一類重要消防安全材料, 防火噴涂施工質量好壞，直接影響防火性能和使用要求。根據國家有 關法規(guī)規(guī)定，鋼結構防火施工，應由有施工資質的專業(yè)施工隊施工，以 確保工程質量。噴涂前，鋼結構表面應除銹，并根據使用要求確定防銹 處理。對大多數(shù)鋼結構而言，需要涂防銹底漆。防銹底漆與防火涂料 不應發(fā)生化學反應。噴涂前，鋼

21、結構表面的灰土、油污、雜物等應清 除干凈。3.7.1薄型鋼結構防火涂料施工施工工具與方法：噴涂底層涂料，宜采用重力（或噴斗）式噴槍， 配能夠自動調壓的0.60.9m3/min的空壓機。噴嘴直徑為46mm空氣 壓力為0.40.6MPa。面層裝飾涂料，可以刷涂、噴涂或滾涂，一般 采用噴涂施工。噴底層涂料的噴槍，將噴嘴直徑換為12mm空氣壓 力調為0.4MPa左右,即可用于噴面層裝飾涂料。局部修補或小面積施 工,或者機器設備已經安裝好的廠房，不具備噴涂條件時，可采用抹 灰刀等工具進行手工抹涂。涂料的攪拌與調配：運送到施工現(xiàn)場的鋼結構防火涂料，應采用 便攜式電動攪拌器予以適當攪拌，使均勻一致，方可用于

22、噴涂。雙組 分包裝的涂料,應按照說明書規(guī)定的配比進行現(xiàn)場調配，邊配邊用。攪 拌和調配好的涂料，應稠度適宜，噴涂后不發(fā)生流淌和下墜現(xiàn)象。底層施工操作與質量：底涂層一般應噴涂23遍，每遍間隔4 24h，待前遍基本干燥后再噴后一遍。頭遍噴涂以蓋住基底面70%即可, 二、三遍噴涂每遍厚度不超過2.5mm為宜。每噴Imm厚的涂層，約 耗濕涂料1.21.5kg/m2。噴涂時手握噴槍要穩(wěn)，噴嘴與鋼基材面垂直 或成70角，噴口到噴面距離為4060cm要求回旋轉噴涂，注意搭 接處顏色一致，厚薄均勻，要防止漏噴、流淌。噴涂過程中，操作人 員要攜帶測厚計隨時檢測涂層厚度,確保各部位涂層達到設計規(guī)定的 厚度要求。噴涂

23、形成的涂層是粒狀表面當設計要求涂層表面要平整光 滑時，待噴完最后一遍應采用抹灰刀或其他使用的工具作抹平處理，使 之表面均勻平整。面層施工操作與質量：當?shù)讓雍穸确显O計規(guī)定，并基本干燥后, 方可施工面層噴涂了。面層涂料一般涂飾12遍，若頭遍是從左至右 噴，二遍則應從右至左噴，以確保全部覆蓋住底涂層。面涂用料為 0.51.0kg/m2即可。對于露天鋼結構的防火保護，噴好防火的底涂層 后，也可選用適合建筑外墻用的面層涂料作為防水裝飾層，用量為 1.0kg/m2即可。面層施工應確保各部分顏色均勻一致，接茬平整。3.7.2厚型鋼結構防火涂料施工施工方法與機具：一般采用噴涂施工，機具可為壓送式噴涂 機或 擠壓機，配能自動調壓的0.60.9m3/min的空壓機，噴槍口徑為6 12mm空氣壓力為0.40.6MPa。局部修補可采用抹灰刀等工具手工 抹涂。涂料的攪拌與配置：由工廠制造好的單組分濕涂料,現(xiàn)場應采用 便攜式攪拌器攪拌均勻；由工廠提供的干粉料，現(xiàn)場加水或其他稀釋劑 調配，應按照涂料說明書規(guī)定配比混合攪拌，邊配邊用；由工廠提供的 雙組分涂料，按配制涂料說明書規(guī)定的配比混合攪拌，邊配邊用。特別是化學固化干燥的涂