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【關鍵詞】建筑 鋼結構 防腐工程 維護
引言
鋼結構有質量輕而強度高,塑性和韌性好,施工周期短等特點,因此在高層建筑、大型工廠、大跨度空間結構、交通能源工程、住宅等建筑中得到了廣泛的應用和發展。
然而,隨著鋼結構建筑的日益增多,鋼結構的保養與維護工作顯得尤為重要,其內容主要包括建筑鋼結構的防腐與防火兩方面。
據不完全統計,國內每年因腐蝕而造成的經濟損失在400億人民幣以上,每年9000萬噸鋼產品中,約30%被各種形式的腐蝕消耗掉,可見鋼結構的防腐工作時多么重要。鋼材受大氣中水、氧氣和其他污染物的作用而被腐蝕。大氣中的水分吸附在鋼材表面形成水膜,是造成腐蝕的決定因素。當大氣相對濕度小于60%時,腐蝕相當輕微;而大于60%~70%時,鋼材的腐蝕速度會突然升高。
鋼材在高溫下,其強度會逐漸降低,通常在450℃~650℃時失去承載能力。此時的鋼結構柱、梁彎曲會因過大的變形而失效。若無外來干涉,大約燃燒7min就可以達到500℃。不加保護的鋼結構耐火極限為15min左右。為此,建筑鋼結構的防腐與防火是鋼結構設計中不容忽視的兩個環節,現就這兩方面分別論述。
一、建筑鋼結構的各種防腐方法及特點
1.采用具有抗腐蝕能力的耐候管
耐候管是在低碳或低合金鋼中添加銅、鉻、鎳等元素制成的一種耐大氣腐蝕的剛材。在大氣作用下,表面自動形成一種致密的防腐薄膜,起到抗蝕作用。其抗腐蝕能力高出一般鋼材2~4倍。這種鋼材不涂裝就可以使用,很適合于露天鋼結構,是極好的結構用材。在日本,耐候鋼自20世紀60年代后期首次在橋梁上應用之后,迄今應用越來越多。在所有的鋼橋中,其應用率占到5%~7%。在美國,則有大約45%的橋梁應用了耐候鋼。在國內,因其價格昂貴,目前應用不多,今后的任務是不斷降低耐候鋼的成本,研究有抗腐能力的焊縫金屬和焊接工藝,使耐候鋼逐步推廣到鋼結構中。
2.熱浸鋅防腐
熱浸鋅防腐是將除銹后的剛才進入600℃高溫熔化的鋅液中,使鋼材表面附著鋅層。實踐表明,為起到防腐蝕的作用,對于厚度5mm以下的薄板,鋅厚度應≮65 ;對于厚板,鋅層厚度應≮86 。在一般的大氣環境下,可以提供10年左右的有效保護,而且質量穩定,因而被大量用于受大氣腐蝕較嚴重且不易維修的室外鋼結構中,如輸電塔、通訊塔等。熱浸鋅發明于18世紀中葉,至今仍是鋼材防腐方法中最普遍、最有效的工藝措施。但是,熱浸鋅防腐工藝由于受渡槽容積所限,不能對較大尺寸的結構進行防腐施工;不能在現場進行熱浸鋅防腐,只能在固定的工廠施工,勢必造成大量的往返運輸費用;熱浸鋅鍍層碰傷后,其自身無法恢復,因此,熱浸鋅方法最適宜于小型鋼構件、輕型鋼構件的防腐。
3.熱噴鋁(鋅)復合涂層防腐
這是一種與熱浸鋅防腐蝕效果相當的長效防腐方法。具體做法是:先對鋼構件表面做噴砂除銹,使其表面露出金屬光澤并打毛。再用乙炔-氧焰或電弧噴涂設備將不斷送出的鋁(鋅)進行加熱,將熔融的粒子霧化、噴射并沉積到基材表面,噴涂層厚度約80~100 。最后用環氧樹脂或氧丁橡膠漆等涂料填充毛細孔,已形成復合涂層。熱噴鋁(鋅)涂層防腐機理為陰極保護,在腐蝕環境下,即使防腐涂層局部破損,仍具有犧牲自身而保護鋼鐵基體的效果。歐美發達國家于20世紀50~70年代開始采用這種方法,幾十年的實踐證明,熱噴鋁(鋅)復合涂層是鋼結構長效防腐的最好方法,這一結論已經得到了工程界的認可。這種工藝的優點是對構件尺寸適應性強,構件形狀尺寸幾乎不受限制。而且這種工藝的熱影響是局部的,受約束的,因而不會產生熱變形。我國于20世紀60年代曾采用火焰噴涂防腐,10多年后檢查效果良好。但火焰噴涂的生產效率較低,噴砂噴鋁(鋅)的勞動強度大,嚴重制約著鋼結構的加工工期,可能會出現防腐施工效率與工期的矛盾。
4.涂(噴)油漆防腐
油漆防腐具有外表美觀、涂裝工藝簡單等特點,多年來一直被廣泛采用。涂(噴)油漆防腐首先要徹底除銹(人工除銹或噴砂除銹),然后涂(噴)油漆。涂層的選擇要考慮周圍的環境,不同涂層對不同的腐蝕條件有不同的耐受性。涂層一般有底漆與面漆之分,底漆一般采用環氧鐵紅底漆、環氧煤瀝青底漆或氟碳底漆等,面漆采用環氧聚氨酯、丙烯酸聚氨酯或氟碳涂料等。但由于尤其涂層的老化、粉化會使這種保護作用減弱或失去作用。同時尤其涂層本身有無數的微針孔,長期處在鹽霧、潮濕環境下,cl-離子、水分子等會通過針孔腐蝕基體金屬,導致油漆層剝落。因此,涂(噴)油漆防腐必須定期維護。氟碳涂料含氟樹脂三氟氯乙烯,由于氟樹脂分子中有化學結合力特別強的CF鍵存在,在受熱、光(包括紫外線)、各種化學介質溶劑作用下,CF鍵難以斷裂,使得氟樹脂具有超強的耐候性、耐磨性及耐腐蝕性等。經試驗驗證,氟碳涂料的預期防腐壽命可達50年,使用于室外或潮濕環境的鋼結構,是目前較為理想、有發展前途的一種長效防腐方法。
5.重防腐油漆防腐
重防腐油漆防腐涂裝工藝由底漆、中間漆和面漆組成的多層涂裝體系,油漆品種為環氧(無機)富鋅底漆、環氧云母氧化鐵中間漆和環氧聚氨酯或氯化橡膠面漆等組成。其作用機理為:第一道車間底漆對剛才有鈍化緩蝕作用,增加油漆層附著力,其防腐作用很微弱;防腐底漆中添加鋅粉,對鋼材提供陰極保護作用;中間漆增強底漆、面漆之間結合力,增加涂層厚度,增補底材表面的微小缺陷,提高底漆、面漆的耐腐蝕性和耐候性等,同時也提高了面漆的外觀裝飾性。起陰極保護作用的鋅粉是靠油漆中有機物的結合才能與鋼材結合,隨著有機物的裂解、老化,鋅粉無法與鋼材相結合,這樣陰極保護作用自然消失。此外,在陰極保護效果方面,由于電弧噴涂涂層(陽極)與鋼鐵基體(陰極)的面積比1,而富鋅涂料(陽極)與鋼鐵基體(陰極)的面積比1,因此,富鋅底漆的陰極保護效果和結合遠低于電弧噴漆防腐涂層。
二、建筑鋼結構的防火
1.水冷卻法
水冷卻法是一種主動保護方法,即在火焰、煙氣作用與鋼結構之前,系統主動去降低火焰、煙氣的溫度,從而保護鋼結構不受損害。其特點是造價相對較低,施工簡單,但防腐效果不好,一旦水噴淋強度不足或火焰溫度上升過快,鋼結構將失去系統保護;而且該系統受結構幾何形狀的限制,對于結構復雜的鋼結構起不到保護作用;另外,該系統受環境因素影響大,對于室外或室內溫度過高、過低的建筑無法使用。
2.包封法
包封法是目前廣泛使用的一種鋼結構防火方法,該方法施工簡便,造價低,防護效果好,在實際工程中應用非常廣泛,特別是在對鋼柱、鋼梁、樓板保護中,多數采用此方法。但此方法增加了結構的重量,占用空間,影響美觀,因此對于一些特殊部位,如屋蓋。中庭、大跨度空間、有裝飾需要的場所無法使用此方法。
3.單面屏蔽法
單面屏蔽法主要是在鋼構件的迎火面設置阻火屏障,將構件與火焰隔開。如在鋼外住內側,梁底下吊頂設置防火板。但對施工工藝要求較高,接縫、孔洞處要封閉嚴密,而且大空間、大跨度的鋼結構無法使用,應用范圍狹窄。
4.涂抹防火涂料
涂抹防火涂料是將防火涂料刷涂或噴涂在鋼結構表面,起防火隔熱作用,防止鋼材在火災中迅速升溫為降低強度,避免鋼結構失去支撐能力而導致結構物倒塌。這種防火方法現場施工方便,可選擇性大,而且不受構件形狀限制,經濟性和使用性比較好。但是存在粘結和防火性的耐久問題,噴涂溫度、濕度環境問題,基材處理問題。防火涂料主要有氨基、丙稀酸類的厚型、薄型、超薄型等。
5.防火外包層法
外包層保護方法即用輕質板材、龍骨外包在鋼構件表面的保護方法。采用耐火輕質板材作為主要材料的有:FC板、TK板等水泥纖維增強板,石膏板,硅酸鈣板。該方法具有表面平整、裝飾性好,且能根據防火時限要求適當調整厚度的有點,但是也存在施工難度度、造價高的缺點,用在住宅、寫字樓比較適合。
三 結束語
隨著建筑鋼結構用鋼的國產化,我國鋼結構的發展迎來新的機遇,同時各種技術上的難題也將會相機出現。筆者對鋼結構的有點做了介紹,提出了鋼結構防腐與防火問題,列出了相應的解決方法,并對這些方法做了詳細的介紹。進一步完善了鋼結構理論,確保鋼結構的經濟、安全、可靠。
參考文獻:
[1]王海榮. 建筑鋼結構防腐技術綜述[J].四川工業學院學報.2004(23)
[2]李佳寧.對目前的鋼結構建筑防腐保護工程淺析[J].中國建筑金屬結構.2013(12)
【關鍵詞】建筑工程;輕鋼結構;防腐;防火
隨著建筑市場的發展,鋼結構廣泛運用于各類大跨度、多層和高層建筑中,大跨度工業廠房、倉庫、橋梁、體育場館;超高度鋼與混泥土組合結構的現代化的辦公樓,高聳的電視塔、還有結構復雜得建筑造型等。
一、鋼結構的缺點
鋼材是一種不會燃燒的建筑材料,它具有抗震,抗彎等特性。在實際應用中,鋼材既可以相對增加建筑物的荷載能力,也可以滿足建筑設計美感造型的需要;還避免了混凝土等建筑材料不能彎曲,拉伸的缺陷。普通建筑用鋼受熱為300℃ 后,剛體強度開始急劇下降; 鋼材料將會失去穩定性的臨界溫度大約為540℃所以鋼材一旦受熱,其諸多力學性能如屈服強度、彈性模量、抗壓能力以及荷載能力都會明顯降低。當鋼材火燒十幾分鐘后,其力學性能會低于建筑工程結構的承載許用應力,甚至軟落下來,就會發生重大的事故,造成慘重損失,此外,鋼結構容易受工業大氣和海洋大氣的腐蝕,在自然環境中的鋼結構受雨雪、風霜、陽光、溫度和濕度的影響,大氣中的水分和氧是造成戶外鋼結構腐蝕的主要原因,易引起電化學腐蝕。鋼結構在抗腐蝕以及耐火性等方面的缺陷制約了鋼結構的進一步發展及運用。
二、輕鋼結構的防腐技術
(一)輕鋼結構的防腐技術應用要求
要加強建筑的防腐性,就要對建筑的年限、裝飾等方面提出也要求,對于不同的環境,采用的防腐措施也是不一樣的,因此要進行一定的說明,而且要加強建筑的防腐性能,還要對施工的環境進行控制,不利于防腐工作的施工環境會對防腐的效果產生較大的影響。一般的防腐措施中,最為基本的就是要對于需要做防腐處理的結構的表面進行清潔,減少污染,加裝適當的防腐材料或者防腐涂漆等。目前針對鋼材腐蝕有很多防腐的措施,都能起到較好的效果,但是這些不同的措施都是針對某一種特定的腐蝕原理來采用的,因此,在是實際的防腐工作當中,應當針對不同的情況選擇合適的防腐措施來加強建筑的防腐性能。
(二)輕鋼結構的涂層法防腐技術
這種方法是較為常見的一種防腐方法,而且也是被采用較為廣泛的方法,但是在使用過程中,不能持續較長的時間,優點是成本低,經濟性較強。在對輕鋼結構采用這種方法進行防腐的時候,一般要經過基層處理和涂層施工這兩個階段。對基層進行處理,就是要將鋼結構表面的毛刺、污染物、銹跡等清除掉,使輕鋼結構恢復本色的光澤,這個步驟對后面的施工是有影響的,要想達到最好的防腐效果,要在基層處理的時候盡可能的徹底。
涂層施工就是給鋼材涂裝一些防腐材料。涂層結構的形式有三種。底漆―中漆―面漆;底漆―面漆;底漆面漆為同一種漆。其中底漆主要起附著和防銹作用;面漆主要起防腐蝕和防老化作用;中漆的作用于介于底、面漆之間,并能增加漆膜厚度。它們只有配套使用才能發揮最佳的作用,取得最佳效果。合理的涂刷方式,對保證涂裝質量、施工進度、節約材料和降低成本有很大的作用,常用的涂刷方式有手工刷涂法、手工滾涂法、浸涂法、空氣噴涂法和無氣噴涂法等。
三、輕鋼結構的防火技術
輕鋼結構的防火最常用的方法為防火涂料保護法。
(一)防火涂料的選擇
輕鋼結構的防火涂料主要按燃燒性能特點、噴涂對象環境或噴涂厚度的不同分類。在這里,只討論根據其噴涂厚度不同的分類,具體性能特點如下。
(1)厚型8―50。缺陷:1厚型防火涂料的涂層厚、有較大的自重、當涂料的黏結力差時極易剝落。另外,在涂裝施工時,需要使用金屬絲網加固施工,易造成施工成本的增加和施工周期的延長;2涂層的表面也較為粗糙,美觀性差;3需養護水泥基涂料。優勢:1厚型防火涂料具有較高的耐火極限,實驗證明可達3h;2因其主要組分為無機材料,所以具有相對較好的耐久性。而且,無機材料易得、來源廣、價格便宜,涂料價格比其他的低;3涂料遇火后,不會放出任何損害人體健康的有毒煙氣;涂料運輸方便,為袋裝出廠。
(2)薄型4―7。缺陷:1涂料的耐火極限比厚型涂料的低,最高可達2h;2因其主要組成為有機材料,耐老化和耐久性較差。涂料遇火時,可能會釋放出有害煙氣,需改進;3涂料大多用于室內鋼結構,需向室外的產品研究開發。優勢:1薄型防火涂料的涂層薄、自重小、黏結力好、不易剝落、涂裝施工較為簡單,無需金屬絲網加固,干燥較快;2涂層的表面光滑、裝飾性好、可調配出多種顏色,3單位面積消耗涂料的量少,施工成本低;4涂料的抗震性能與抗撓曲性強。
(3)超薄型≤3。缺陷:1超薄型防火涂料與薄型涂料具有相同的缺陷;2超薄型防火涂料未能應用于室外鋼結構,目前無此類產品。優勢:1超薄型防火涂料的涂層更薄,裝飾性更好,可調配顏色更豐富;2具備薄型涂料的所有優點。
(二)基層處理
在噴涂防火涂料前,必須做好基層處理。在輕鋼結構的表面應根據使用要求,做好防銹工作。對大多數建筑工程中輕鋼結構而言,需要噴涂不與防火涂料發生化學反應的防銹底漆。另外,如果試驗證明選用的防火涂料也具有一定的防銹功能,可不做防銹處理。
(三)涂裝施工
由經過培訓且合格的專業施工人員進行防火涂料的涂裝施工;還需遵循廠家的說明書進行防火涂料的調配,并及時攪拌使調配好的涂料稠度適中,確保在涂料噴涂后不發生剝落與流淌現象。目前常使用的涂刷方式為噴涂法、手工刷涂法等。
四、耐候鋼的應用
建筑工程中輕鋼結構采用耐火耐候鋼,可有效做到防腐與防火。因為耐火耐候鋼具有優良的耐大氣腐蝕性與防火性。目前在建筑工程中,耐火耐候鋼是使用較多的Q235與Q345鋼的替代鋼種。在力學性能上,它與普通建筑用鋼具備相差無幾的焊接性能、屈服強度、抗壓能力等室溫力學性能。在施工時,耐火耐候鋼的應用可以避免或減少防腐涂料與防火涂料的涂裝,有效地節約成本,也可以減少涂料的環境污染。另外,在輕鋼結構中采用耐火耐候鋼,可有效減薄鋼材厚度,能節約一大部分成本。同時,耐火耐候鋼自身還具備永久性和自愈性能,也就是說此類鋼材在在使用過程中,無論受到擠壓、表面擦撞或火災,都會保持其耐火耐候性不變,這從根本上做到了建筑工程中輕鋼結構的防腐及防火工作。
輕鋼結構是我國建筑工程鋼結構體系中極具發展潛力的一種,具有諸多優勢: 構造較為簡單、重量輕、有效地節約鋼材與成本、現場安裝簡單快速、節能環保,材料可以回收、結構抗震性能強等。但因鋼材料自身有著耐腐蝕性差、怕火的缺陷,所以加強對建筑工程輕鋼結構的防腐及防火技術的研究十分必要。做好防腐防火技術工作,可有效提高輕鋼結構的使用性能,使之有更廣闊的發展空間。
參考文獻:
[1]王華勇.探討建筑工程中輕鋼結構的防腐及防火技術[J].江西建材,2015,05
關鍵詞:鋼結構建筑;防腐保護工程;質量控制;建筑行業;鋼材腐蝕 文獻標識碼:A
中圖分類號:TU511 文章編號:1009-2374(2016)25-0121-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.25.059
建筑業作為我國的一個支撐產業,變成了加快我國經濟發展的新方面,因為鋼結構建筑具備良好的抗震能力,在工業化方面具有較高的程度,施工的周期較短,在工業乃至民用建筑當中,鋼結構成為了普遍運用的承重方式。就傳統砌體構造、混凝土構造來講,鋼結構建筑具有顯著的綜合經濟效益,而且與其相符的維護構造體系能夠經由具有環保、節能效果的建筑材料反復進行使用。從標準方面而言,這一建筑與我國的可持續發展戰略相符。以鋼結構建筑的建造和應用角度分析,鋼材容易腐蝕的狀況在鋼結構建筑的發展和運用方面具有較大的制約性。
鋼結構工程是否能夠解決防腐蝕問題,通常會對新材料新工藝乃至新技術的運用造成影響。特別對于當前鋼結構建筑構件的等效性而言,構件運用的年限并不相同,通常對建筑的使用年限具有較大的影響。現代化的高壓、高溫以及處于繁瑣腐蝕介質的設施,其腐蝕問題無法處理得當,會對正常的生產造成影響。鋼結構防腐普遍運用的方式還存在噴鋁或噴鋅的狀況,且通過防腐涂料形成長期防腐涂層或通過配套防護的防腐涂料。
1 當前鋼結構發展迅速的原因
1.1 鋼結構在發展過程中的市場需求
對于國外的鋼結構而言,在新技術以及新產品的投入當中,人們逐步改變了傳統的理念。對于單層工業廠房來講,輕鋼結構體系的工程總造價比鋼筋混凝土結構乃至磚混結構體系要小。在人們對鋼結構認知的改變下,令鋼結構的市場所需量逐漸加大,以此加快鋼結構的發展。住宅鋼結構體系產業非常具有潛能,會成為未來投入使用的一個主要方面。
1.2 鋼結構的發展政策
在我國的鋼材使用歷程中,由節約鋼材演變到合理使用鋼材,由限制使用鋼結構轉變為極力發展鋼結構。對于我國建筑行業推廣的10項新技術而言,應當先規劃到鋼結構的新技術當中,有效展現出我國鋼結構的發展具有的良好前景。
1.3 鋼結構發展的物質基礎
隨著我國鋼鐵工業的高速發展,鋼產量逐漸增加,我國在全球中已經成為鋼鐵大國,鋼鐵市場也從原本的賣方市場成為了買方市場,為極力推動運用鋼結構打造了穩固的物質根基。
1.4 鋼結構建筑的優點
1.4.1 延性良好,抗震性乃至塑性變形能力較佳,可以較大地提升建筑物的安全穩定性。
1.4.2 相較于傳統建筑,能夠與建筑大開間及靈活分隔標準相符,并且可以經由減少柱截面面積和使用輕質墻板提高使用面積。
1.4.3 構件易于標準化,將建筑技術提升為集成化、產業化,對減少成本十分有利。施工符合環保建筑的標準。
1.4.4 施工周期較短,相對于傳統施工的工期,能夠縮減三分之一左右,可以較大程度提升投資的效益,令資金周轉更加迅速。
1.4.5 自重較輕,約為混凝土結構質量的50%,可以顯著減少基礎造價。
1.4.6 鋼結構材料可以反復運用,與可持續發展的標準相符。
2 鋼材腐蝕的特點
鋼材腐蝕存在電化學腐蝕以及化學腐蝕兩個特點,電化學腐蝕是指鋼材在保存與應用中與周圍環境介質相互間具有的氧化還原反應,從而形成了腐蝕。化學腐蝕是指鋼材表層與周圍介質直接形成的化學反應而促成的腐蝕,此類腐蝕會隨著時間與溫度的提升而加深。對于潮濕的空氣而言,因為鋼材表面纖維組織有異、繁瑣分布不均,還會被外力所影響而導致變形,使得建筑鋼結構表面的局部相鄰質點形成了電極電位差。在電極電位較低的陽極范疇,鐵不具備電子后會變成Fe2+融入電解質水膜當中。陰極區在獲得的電子與水膜內融入了氧作用后,變成了OH-,通過結合變成了Fe(OH)2,從而不斷被氧化為Fe2O3,這是因為變成微電子以及電子流動而促成鋼腐蝕則屬于電化學腐蝕。大部分建造的鋼結構建筑以及運用均在常溫當中進行,也就是在大氣環境當中,所以對于鋼結構建筑的腐蝕則為電化學腐蝕。
鋼結構的腐蝕現象是一個尤為繁瑣的化學物理過程,不僅表現于材料腐蝕方面,更加關鍵的則為減弱建筑結構的穩定性,因此會影響到建筑的安全以及運用。腐蝕會對鋼結構的建筑形成以下影響:
鋼結構產生腐蝕以后,會在構件的表層產生眾多細小的損傷,并且這些損傷會由于時間的延長而繼續發展,所以降低了構件的截面面積,令建筑結構的性能以及承載能力減少。腐蝕令鋼材大量耗損,而其中大多數可以透過正確的防腐蝕方式免除。腐蝕會影響到鋼結構的外層,對于大部分鋼結構的件數而言,其外表層在涂裝當中應當對構件表層進行處理,構件的表層在銹蝕以后,會產生出凹凸不平的狀態,不僅加大了解決構件的成本,還需對構面表層防腐涂料的涂裝量進行加大。鋼結構形成的腐蝕由于表層特征造成了較大的改變,雖然并不嚴重,但依舊會對建筑物的使用人員造成過大的心理壓力,因此會影響到自身的身體狀況。
3 鋼結構在防腐方面的保護方法
3.1 盡可能挑選簡單有效的鋼結構形狀與形式
通過圓柱形鋼結構形式有利于解決并檢修防腐問題,圓柱形鋼結構形式的結構較為簡單,表面積較小,較易進行鋼結構的防腐處理。對于處理鋼結構防腐時,需簡單處理鋼結構主體部分的完整性。鋼結構分段結構的銜接位置并不具備良好的抗腐蝕性,處在最易被腐蝕的環節,所以需要盡可能挑選總體性的鋼結構。在鋼結構不能簡化時,需要分離腐蝕位置與其他部位,并且也需確保鋼結構利于拆除,便于維護和防腐。
3.2 鋼結構在最大限度中免除產生縫隙與死角的問題
鋼結構的縫隙與死角會時常產生腐蝕的狀況,特別對于鋼結構的銜接與支撐之處而言,較易令鋼結構產生縫隙與死角的狀況。所以對于鋼結構的設計而言,打造鋼結構的過程中應當將其焊牢,也可以通過堵縫劑填堵鋼結構的縫隙及死角,以便減少鋼結構縫隙產生的腐蝕狀況。
3.3 降低鋼結構產生磨損腐蝕的狀況
鋼結構處在流動系統當中,需盡可能免除因為湍流、渦旋乃至流體等對鋼結構的沖擊,以此降低鋼結構產生磨損腐蝕的狀況。對流速進行有效的設定,保障流速的方位與截面積不會發生突變的狀況。在鋼結構管道被液體內含有的氣泡沖擊時,會加大鋼結構磨損腐蝕的力度,所以需分離和排除鋼結構。如果鋼結構無法免除湍流及沖擊,則能夠相應加大鋼結構承載湍流位置的厚度。
3.4 選擇有效的防腐材料
對于防腐材料的選擇,應當對鋼結構所受腐蝕的濃度、性質乃至作用條件給予仔細分析,并且需對材料的防腐性能、物理力學性能、重要性能乃至材料提供的次數進行融合,之后判斷防腐蝕的材料。防腐蝕材料在被不同介質混合作用中,會影響到防腐蝕材料的性能,所以需要對防腐材料采取良好的試驗,以便能夠判斷防腐材料。在涂抹鋼結構防腐材料時,需要對鋼結構的表層、底端乃至中間給予涂抹,需有效地融合圖層的
配置。
3.5 鍍層保護
為了有效提升鋼結構在抗腐蝕方面的性能,可以通過金屬鍍層如電鍍乃至熱鍍鋅等方式,從而對鋼結構的表層進行施加。在解決鋼結構表層的過程中,可以通過熱鍍鋅、加噴鋁而對鋼結構的表層進行復合涂層。對于鋼結構表面運用熱鍍鋅或加噴鋁時,即便鋼結構處在露天狀態下,也可以延續鋼結構的防腐時間。通過噴涂油漆乃至防腐涂料而處理鋼結構表層時,為了確保鋼結構不會被有害物質所影響,大多在室內進行鋼結構的防腐工作。
3.6 在鋼結構防腐保護當中,可以通過有機涂料進行搭配
對于鋼結構的防腐保護措施而言,對處于特殊氛圍內的鋼結構材料,例如處于沿海地區的鋼結構,大多被海洋空氣所影響,鋼結構的金屬部位大多會產生腐蝕的狀況。鋼結構金屬位置被腐蝕時大多會被溫度、濕度乃至含鹽量等因素所作用,令鋼結構受到十分嚴重的腐蝕狀況,所以可以通過有機涂料搭配體系的方案,能夠防止并控制鋼結構的腐蝕狀況,以便提升鋼結構的防腐
性能。
4 結語
綜上所述,由于鋼結構建筑的持續升溫,鋼結構的防腐性能愈發被學者所重視。在防腐的方法方面,涂料的防腐體系在最初時期會投入較少的資金,經過十年左右,則需在鋼構件的表層再次進行涂抹,對于鋼結構建筑使用的時間當中,需要維護涂料的防腐體系,但是熱浸鍍鋅防腐體系在開始的時期會投入較大的力度,但是在服務期限以內,大多無需進行維護。通過具備良好工業化能力的體系,作為鋼結構建筑進行長時間防腐,愈發受到工程設計人員以及建筑業主的重視,也會在鋼結構的建筑范圍被廣泛運用。
參考文獻
[1] 李佳寧,吳二強.對目前的鋼結構建筑防腐保護工程
淺析[J].中國建筑金屬結構,2013,(6).
[2] 楊洪敏.建筑鋼結構防腐及防火涂裝質量問題的預防
[J].江蘇建材,2010,(1).
[3] 左華.鋼結構建筑防腐保護工程的質量控制[J].浙江
【關鍵詞】建筑;鋼結構;防腐施工技術
中圖分類號:TU74文獻標識碼: A
一、前言
目前,我國建筑鋼結構設計的過程中,并沒有重視防腐設計,導致部分鋼結構建筑在使用過程中出現了不同程度的腐蝕問題。因此,有必要對建筑鋼結構的防腐設計進行研究。
二、鋼結構腐蝕概述
當前,在建筑工程中,鋼結構所占比例日益增多,充分發揮了其高強輕質、抗震性能好、工業化程度高、施工周期短、對城市環境影響小等優點,但鋼結構也有一個明顯弱點——易腐蝕。據不完全統計,國內每年因腐蝕而造成的經濟損失在400億人民幣以上,每年9000萬t鋼產量中,約30%被各種形式的腐蝕消耗掉,給國家和人民帶來巨大的損失和安全隱患。
鋼材的腐蝕,一種是化學腐蝕,即鋼材表面與周圍介質直接起化學反應而產生的腐蝕,其腐蝕的程度隨時間和溫度的增加而增加;二是電化學腐蝕,即鋼材在存放和使用中與周圍介質之間發生氧化還原反應而產生的腐蝕。鋼腐蝕對工程危害極大,而要有效地選擇防腐體系,須先對自然環境下鋼材料腐蝕的規律性作深入了解,以揭示腐蝕行為的一些規律性,為防腐措施提供相關依據。
三、建筑工程中鋼結構防腐技術的應用
1、鋼結構防腐技術要求
(一)表面處理
通過表面處理應清除原有存在于鋼結構表面的污物和生銹層,尤其是殘留在鋼結構表面的黑氧化皮,一定要按照相關要求處理干凈,它是鋼鐵生銹的根源
(二)材料選擇
鋼結構材料的質量直接體現了鋼結構防腐技術的水平,也直接關系到防腐的質量,防腐材料的運用是目前鋼結構防腐的主要手段。
(三)涂層的厚度
涂層的厚度要求很嚴格,涂層的厚度要根據鋼結構的位置以及生銹程度進行確定,切記不可只憑個人的主觀意識進行判定,涂層要均勻,不可漏涂。
2、鋼結構的防腐方法
鋼結構的防腐方法也有很多種類,目前最常用的鋼結構防腐方法是涂層法。這種方法的應用范圍很廣,有很強的適應性,而且成本較低,也易于操作。涂層法防腐防銹原理是對鋼結構表面涂上一層特殊的金屬涂層,使鋼結構制品與腐蝕介質隔離,從而起到防腐保護作用。目前,最常用的涂層方法有兩種,一種是通過電鍍、熱鍍等手段在鋼結構表面鍍上一層保護層起到防腐防銹的效果,另一種是在鋼結構制品表面涂上機油、凡士林等抗腐蝕的非金屬材料,從而達到防腐保護的目的。
三、當前我國鋼結構防腐工程中存在的問題
當前鋼結構的腐蝕問題已引起越來越多相關學者的關注,并取得一定研究進展,但總體來說,防腐工程中仍存在一些問題,筆者主要從設及施工兩方面進行概述:
1.防腐設計不合理
鋼結構防腐設計需綜合考慮工業大氣腐蝕環境、防腐年限、涂裝場所的溫度和溫度、室內或室外、裝飾性要求、保光保色性要求、是否易于維修等條件。因沒有制定鋼結構防腐相關技術標準,一些設計人員僅憑經驗設計,選用涂料與腐蝕環境不相適應,耐腐蝕性能不滿足要求,有時檔次過高,有時過低,品種多樣、顏色各異,經濟合理性較差。
2.施工質量控制不嚴
基層處理未達到應有的標準,特別是老結構,大部分除銹不滿足要求,有的連表面浮銹和灰塵也未清理干凈。在涂裝前鋼鐵基層必須除銹,鋼鐵基層的除銹等級應符合相關國家標準的要求。新建工程重要構件的除銹等級不應低于Sa2.5,噴射或拋射除銹后的表面粗糙度宜為40~75m,并不應大于涂層厚度的1/3。國外許多研究表明涂裝質量中,約60%以上取決于基層處理質量,可見基層處理質量的重要性。
擅自減少涂刷遍數,涂膜厚度不足,據測定一般為設計要求的80%,多數工程存在偷工減料現象。涂層厚度是增加防腐效果的有效途徑,金屬構件外防腐蝕涂層的噴涂厚度對被保護金屬的使用壽命起著重要作用,涂層薄起不到應有的保護作用。
涂裝施工時很少考慮施工環境條件,為加快施工進度,涂裝施工可能在沒有封閉廠房的情況下,又未能避開雨天,使得涂裝時鐵銹還未除凈的鋼結構表面又產生了結露水珠,為防腐工作留下了隱患。如果環境相對濕度過高(>80),有可能導致鋼結構表面產生結露,在這種條件下涂裝,一方面由于水的存在而使涂料附著力下降,另一方面水分的存在,將使銹蝕反應向生成銹蝕物一方進行,且水在溫度升高時由于體積膨脹而導致破壞過程加速。
四、腐蝕環境分類及涂裝要求
1.鋼結構腐蝕環境分類
在國際標準ISO12944《鋼結構利用油漆涂裝系統進行防腐保護》中,對環境的分類進行了明確的規定。它是利用低碳鋼樣塊和鋅樣塊在經過一年大氣環境的暴露后,計算其單位面積上的質量、厚度的損失來定義環境的腐蝕級別(有關樣板的制作及試驗的方法可參見國際標準ISO9226)。
2.涂裝要求
在確定環境的類別之后即可考慮涂裝配套的耐久性。按照國際標準ISO12944《鋼結構利用油漆涂裝系統進行防腐保護》中的規定,涂裝的耐久性是指涂裝系統在進行第一次大修之前所期望保護的年限。它是有關各方在油漆進行第一次大修之前,根據國際標準ISO4628-1至ISO4628-5(或其他協議)的規定來判斷油漆的損壞程度,從而確定是否要進行大修。油漆的耐久性可分為3個范圍,即低:2~5年;中:5~15年;高:15年以上。
五、鋼結構防腐處理措施
涂料對鋼結構的腐蝕保護作用主要有3種:屏蔽作用、緩蝕作用和陰極保護作用。
1、氯磺化聚乙烯由氯和二氧化硫混合氣體對聚乙烯進行氯化和磺化而制得。具有耐臭氧、耐候性和抗老化性能。耐酸堿性優良,物理力學性能良好,耐水耐油性好:抗寒耐濕熱,耐化學品性能十分好。但是因為固體含量低,須多道施工才能達到規定膜厚。
氯磺化聚乙烯防腐漆由氯磺化聚乙烯樹脂、顏料、助劑及有機溶劑經研磨分散而成,另外配置固化劑。其主要特性是漆膜有良好的彈性、柔韌性、耐寒性及耐久性,并有抗氧化、臭氧作用。主要適用于混凝土設施及普通鋼鐵結構的表面防護及裝飾。不宜在濕度大于85%條件下施工。氯磺化聚乙烯防腐面漆和底漆的基本性能指標如表1所示。
2、高氯化聚乙烯防腐漆由高氯化聚乙烯、防銹顏料、填料、助劑等組成。高氯化聚乙烯發展有富鋅涂料、防銹漆、中間漆、面漆和清漆等系列產品,其主要特性是水蒸汽和氧氣對漆膜的滲透率低,具有優異的耐水性和防腐蝕性能:干燥快,具有良好的耐候性、耐臭氧化和耐久性;與氯化橡膠防腐涂料相比具有較好的耐熱性:具有優良的低溫施工性能,可在-10~50℃環境下施工;漆膜對鋼鐵有良好的附著力,漆膜層間溶為一體,具有優良層聞附著力;在本類涂料舊漆膜上重新涂裝時,不必除掉舊漆膜,維修方便。適用于化工設備金屬防銹、船舶金屬表面、橋梁鋼鐵結構,地下管道金屬表面及其他鋼鐵結構的防腐涂裝。高氯化聚乙烯防腐面漆和底漆的基本性能指標如表2所示。
3、氯化橡膠防腐面漆由氯化橡膠樹脂、顏料、助劑經研磨分散而成。”其主要特性是漆膜干燥快,附著力好,機械強度高、施工方便、防腐蝕性和耐候性良好。適合在鋼鐵構件等表面用作防腐保護面漆;不宜在高溫條件下使用,涂裝前道漆應完全干透,除盡漆膜上所有油污和雜物,氯化橡膠防腐面漆的基本性能指標如表3所示。
另外氯化橡膠防腐面漆、丙烯酸聚氨醋面漆、醇酸防銹底漆、醇酸磁漆、環氧漆等也有應用,并得以試驗驗證,達到明顯效果。
六、結束語
總而言之,在今后鋼結構的設計過程中,應該要將防腐施工技術作為鋼結構施工技術的一個重點環節,不斷提高建筑鋼結構的防腐工藝水平,從而提高建筑鋼結構的使用效果。
【參考文獻】
[1]岳松平.試論建筑鋼結構的防腐技術[J].科技資訊.2009(15)
關鍵詞:鋼結構;
中圖分類號: TU391文獻標識碼: A
引言
鋼結構工程量大、結構復雜、質量要求高,同時鋼結構體系具有自重輕、安裝容易、施工周期短、抗震性能好的特點,因此,在建筑工程中被廣泛的使用。當前我國鋼結構建筑己經工業化、商品化,特別是在高層建筑的運用中有一定的歷史。
1、鋼結構的優點與缺點
1.1、鋼結構的優點
(1)材質均勻,可靠性高。鋼材的組織比較均勻,近似于各向同性均勻質體。鋼材通常是由鋼廠生產的,對質量有著嚴格的控制,因此質量比較穩定。鋼結構的實際工作性能與當前采用的理論計算結果符合,所以說鋼結構可靠性較高。
(2)強度高,重量輕。鋼材強度比較高,彈性模量也很高,所以鋼結構構件小而輕。目前有種類比較多的強度等級的鋼材,即便是強度相對較低的鋼材,它的密度與強度的比值通常也會比混凝土和木材小,進而在同一受力情況下,鋼結構自重小,能夠應用在跨度較大的結構中。由于桿件小,所占空間少,亦便于運輸和安裝。
(3)塑性和韌性好。鋼結構的抗壓和抗拉強度一致,韌性和塑性都非常好,比較適合動力荷載和承受沖擊,抗震性能非常好。
(4)有利于機械化制造。鋼結構是工程結構中工業化程度最高的一種結構,它是由軋制型材和鋼板在工廠所制,有利于機械化制造,同時有著生產速度快、效率高的特點,質量有保證。
(5)耐熱性能較好。結構表面的通常在溫度在 200℃范圍之內時,鋼材強度變化不大,所以比較適合使用在熱車間。但要注意的是,結構表面若是長期受輻射熱,當達到150℃的時候,就應該選用隔熱板進行保護。
1.2、鋼結構的缺點
(1)耐火性比較差。當鋼材的表面溫度達到 300~400℃的范圍值時,它的強度和彈性模量就會發生明顯的降低,當達到600℃的時候將近下降到零。如果有著比較高的耐火要求時,需要選擇相對應的保護措施,例如在構件表面噴涂一層隔熱材料和化學助劑等的防火涂料,或在鋼結構外面包混凝土或其他防火板材,進而提高耐火等級。
(2)耐銹蝕性較差。這一點表現比較明顯的是在潮濕或者有腐蝕性介質的環境中,鋼材非常容易銹蝕,因此,一定要定期進行維護。
2、鋼結構在高層建筑結構設計中的應用分析
2.1、鋼材加工要點
2.1.1、鋼柱拼接應注意的事項
建筑樓層過高時要對鋼柱的標高進行準確控制,對鋼柱加工誤差要盡量控制在最小范圍。所以鋼柱的切割、焊接、組對就尤其重要。鋼柱拼接要注意一下幾點。
(1)針對焊接要求使用正確的焊接方式,比如在安裝十字柱柱腳螺栓時為了保證混凝土和鋼柱的結合強度,最好摒棄手工焊接的方式,而采用專門的栓釘焊槍進行焊接。
(2)在現場進行螺栓固定能夠加快鋼柱安裝拼裝速度,還能減少拼裝誤差。所以在加工時提前把中間鋼柱的兩端點焊做好定位和鉆孔,等到現場再拼裝。
2.1.2、焊接
焊接是鋼結構施工的重要工序,能夠對工程的工期、質量、成本產生重大影響。所以焊接方法一定要結合工程特點和鋼材特點進行合理選擇和搭配。
(1)手工電弧焊手工電弧焊是設備簡單、操作簡單的電焊方式,能夠適合很多焊接位置,但是焊接效率低、質量差。所以在鋼結構焊接中一般用于焊縫打底。焊接中要根據不同材質的母材進行不同材質的焊條選擇。比如強度較低、抗拉力較低的母材或者結構韌性要求較高時可以選用塑性和韌性較好、含氫量低、抗裂性好的堿性焊條。弧坑能夠使焊縫處產生縮孔、應力集中,還影響美觀,所以焊縫收尾在保持正常熔池溫度的同時填滿弧坑,主要有畫圈收尾、反復斷弧收尾、回焊收尾三種方法。
(2)自動埋弧焊焊劑熱法或焊劑—銅熱法埋弧自動焊對焊絲和焊劑的要求較高,所以焊絲和焊劑的選擇一定要符合《鋼結構高層建筑設計與施工規程》。自動埋焊弧的方法有單面焊和雙面焊兩種。手工焊封底埋弧在無法使用襯熱焊縫時,可以先用手工焊進行封底,再用埋弧焊。
(3)CO2氣體保護焊以 CO2作為保護氣體來融化金屬是焊接中一種常用的方式。主要分為平焊和橫焊。
(4)電渣焊電渣焊適用于中碳鋼和中高強度碳鋼結構豎向對接焊接。焊接時要隨時檢查焊件的熾熱狀態,滿足 800℃以上的熔合熱度。
2.2、螺栓連接
螺栓連接分為高強螺栓和普通螺栓.高強度螺栓是將螺帽擰緊,利用螺桿的預拉力壓緊構件接觸面。高強度螺栓變形小、抗剪變形大,適用于靜力荷載和間接承受動力荷載結構中。不得作為臨時安置螺栓,應該在初期就有相應的安置.高強度螺栓應該自由穿入,不得敲打和擴孔,擰完進行檢測,對欠擰、超擰的情況進行補擰或替換。普通螺栓分為精制和粗制兩種。精制螺栓精度和成本都比粗制高,但是抗拉力和抗剪力都會增強。普通螺栓不能使用氣割擴孔,螺栓擰緊后外露螺紋不得少于2個螺距。
2.3、吊裝
吊裝是鋼結構高層建筑施工的關鍵環節,其速度和質量關系著整個施工工程的質量。它主要包括鋼柱的吊裝和鋼梁的吊裝。具體來講,鋼柱是決定建筑物層高和總高度的主要豎向構件。鋼柱的吊裝首先要劃分吊裝作業區域,其吊裝順序為從整體的框架梁柱結構到樓板結構,從主梁到次梁。吊裝前,在在預埋的地腳螺栓上加上保護套防止絲牙被碰壞。在吊裝第一節鋼柱時,要注意吊點的選擇。吊點的設置應該在柱連接耳板螺旋孔,并且將墊板以及鋼楔校正好。當鋼柱吊起后將M22大六角高清螺栓擰緊,再調節標高,誤差不能超過6mm調整上下柱接頭錯邊。在實行鋼梁的吊裝前,要先檢查標高和柱子的間距。為保證施工人員的安全,須在吊裝主梁之前,裝好扶手桿和繩。并根據鋼梁的跨度選擇吊點。鋼梁吊起后進行安裝,焊縫收縮量在2-3mm之間,并及時檢查柱垂直度、傾斜度,保證構件位置準確。
2.4、防火工程
防火工程也是鋼結構施工過程中需要注意的一大環節。在選擇鋼材的時候就應該選擇絕熱性好的鋼材,防火涂料選擇國家檢測機構認證的材料。在物理性質、力學、耐火極限上都有一定的檢測報告.
鋼結構主要是運用噴涂的方式進行防火。噴涂的方式有一定的參數,不過可以根據需求進行相應的控制,施工時間間隔18-24h,施工環境溫度控制在0~40℃,基材溫度為4~45℃濕度小于90%,風速小于5m/s.防火工程噴涂對技術精細要求比較高,噴涂的環境參數不僅要得到控制,噴涂時的氣壓、噴距、噴槍速度等也要根據實際情況制定最優的參數。
2.5、防腐工程
鋼結構的防腐特性較弱,當大氣濕度超過70%時,會產生銹蝕。所以在鋼結構的施工工程中要做好防腐工程。先要確定鋼材的除銹質量和等級,表面粗糙度等,再在鋼材表面進行涂層設計和涂層施工.①在結構表面現澆一定厚度的混凝土進行視蓋,或者噴涂水泥砂漿層。②在表面涂一層保護性的金屬鍍金,比如鍍鋅是鋼結構中較小構件防腐的常用方法.主要分為熱浸鍍法和噴鍍法。③用涂一層油漆進行防護。
3、高層鋼結構建筑中的安全施工問題
高層鋼結構建筑施工是一項非常危險的作業,它有著比較多的施工主體,并且大部分的作業都是要在懸空或高空中進行的,所以在施工中有著很多的不確定因素,一不注意就有可能致使發生安全事故。因此在高層鋼結構建筑施工中,應重視施工安全,將具體細化安全責任,并貫徹落實到具體的個人。除此以外,在施工前要做好各項安全防范措施,在施工過程中將各項作業的安全性控制好,進而避免發生將安全事故。
結語
總而言之,高層建筑鋼結構體系是一項多樣化和復雜系統工程,因此,在施工前必須制定周密,詳細的施工組織方案和施工計劃。當前,我們要重視鋼結構在建筑結構設計中的應用,不斷地完善改進鋼結構的應用技術,進而提升我國的建筑業整體水平。
參考文獻:
[1]徐博,梁中南.淺析鋼結構建筑的優越性[J].商品與質量,2012,S1:174-175.
關鍵詞:鋼結構;建筑:防腐:措施
中圖分類號:TU473.3
文獻標識碼:B
文章編號:1008-0422(2010)06-0193-03
1 引言
鋼材作為現代建筑中重要的結構材料。其強度高、性能穩定、韌性好、加工制作方便、適合于批量生產、易于控制質量,安裝迅速。鋼結構在建筑結構中的使用越來越多,許多大型的會展中心、體育場館、機場航站等,都采用了鋼結構體系作為主要的結構形式。但是,鋼結構處于潮濕的大氣和污染環境中,必然遭受腐蝕,需定期進行防腐,維護費用高。據最新的統計報告表明,迪拜阿拉伯大酒店地處中東炎熱地區,又在海洋性腐蝕環境下,為防止鋼結構的腐蝕,延長其使用壽命,保持其華麗的外觀,每年需投入上百萬美元。確保鋼結構的完整性,展現鋼結構的藝術感染力,采用重防腐材料進行涂料保護或金屬熱噴涂與重防腐材料雙重保護是十分經濟有效的方法。
隨著建筑用鋼量的迅速增加,鋼材的腐蝕造成的經濟損失也是巨大的。全世界每年因鋼結構腐蝕造成的損失是火山、洪水、地震等自然災害損失的總和的6倍。據統計,每年由于腐蝕原因使全球大約損失10%~20%的金屬,約合7000多億美元。以下幾項我國鋼結構腐蝕的調查數據可以清楚地說明鋼結構腐蝕危害的嚴重性。每年我國由于腐蝕造成的經濟損失約占國民經濟總產值的4%;每年因腐蝕而造成的金屬結構、設備及材料損失量大約是當年鋼產量的10~20%。若以我國2005年產粗鋼3.494億噸計算,則一年的最低腐蝕量為0.3494億噸,相當于一家大型鋼鐵企業的年產量。本文主要就鋼鐵金屬材料的工業大氣腐蝕與防護問題進行探討。
2 鋼結構腐蝕狀況
從2009年以來曾對某地區鋼鐵公司焦化區、焦爐區、高爐區、煉鋼廠、軋鋼廠等22處室內外鋼結構(平臺、扶梯、管架)進行了腐蝕情況調查和統計分析。從調查情況來看。該鋼鐵公司廠區內平臺、扶梯、管架等室內外鋼結構量大面廣,由于工業大氣腐蝕,涂層脫落、起泡、銹蝕現象普遍,大部分鋼結構腐蝕較嚴重,露天鋼結構腐蝕尤其嚴重。為防止大氣腐蝕。大多采用有機涂層防護,但對涂裝金屬的腐蝕破壞一般重視不夠。無非是“銹了就漆,漆了再蝕,爛了即換”的“勞民傷財。的管理模式,為了提高涂裝金屬結構使用壽命,有必要對涂層金屬的腐蝕破壞情況以及成因進行分析,以便采取必要的對策。
該鋼鐵公司鋼結構以及鋼設備因鋼鐵冶煉而產生的有害腐蝕性成分及廠區周圍各種環境因素的影響,造成了高爐區、焦化區、燒結區等戶外鋼結構(包括操作平臺、扶梯、欄桿及管架、鋼管等)均出現不同程度的腐蝕。除了生產過程中排放出來的腐蝕性成分或外部環境引人的大氣腐蝕因素(如空氣中粉塵、S02、NOx、H2S、CO2、CI-、NH4+等)影響外,還受當地氣象因素(如氣溫、濕度、降雨量,風速、風向、日照時間等)影響:附著于鋼結構涂層表面上的粉塵及其及其他物質。在潮濕氣候情況下,界面pH值、溶存氧、溶存鹽類等作用,都直接影響鋼結構涂層腐蝕速度,另外,鋼結構選用的涂層及其施工技術水平、使用時間、防腐措施、科學管理水平等都與鋼結構涂層腐蝕速度有著不同程度的關系。引起鋼結構腐蝕是一個多因素、多變量和多邊界的復雜系統,各種腐蝕因素隨時隨地都在變化,如空氣中腐蝕介質濃度、氣溫、濕度等在不同季節、不同時間、不同地點都不是恒定的,而是不斷變化,有時差別很大,這些多變因素對探討腐蝕介質與鋼結構涂層腐蝕程度相關性帶來一定困難。
據調查,雖經涂層防護,很多鋼結構往往不到2a(甚至1a),涂層起泡脫落、甚至喪失殆盡,嚴重的是鋼板鋼粱壁厚減薄,點蝕穿孔,甚至斷裂。如煉鐵高爐出鐵場屋架;上科通廊,焦化區通廓、管道、支架。寬厚板一線煉鋼廠房等嚴重銹蝕,其中3#、4#高爐出鐵場鋼屋架銹蝕厚度約2mm。2009年8-9月期間。1#高爐上料通廊及寬厚板煉鋼廠房通風器多次發生彩板瓦高空掉落。該鋼鐵公司廠內鋼結構防腐周期短、效果差,大部分鋼結構平均防腐周期不足3a,最短的1a不到,4#高爐出鐵場屋面彩板瓦平均使用壽命僅1.5a。部分鋼結構現有防腐周期一覽如表1所示。
焦化區鋼結構銹蝕厚度普遍在1~2mm左右,承重構件截面受到削弱,結構承載力降低,已嚴重影響到結構安全使用,萊些鋼縫構如焦化區、高爐渣石區、煉鋼轉爐區等區域的鋼結構涂裝修復僅2年。其戶外鋼結構涂層脫落已達40%,銹蝕非常嚴重,雖經多次涂裝。鋼板明顯減薄,甚至開裂,型鋼斷面有所削弱,鋼結構腐蝕等級達到中腐蝕與強腐蝕程度。部分腐蝕情況的調查照片如圖1~4所示,
3 防腐工程存在的問題以及原因分析
3.1 防腐設計不合理
鋼結構防腐設計需綜合考慮工業大氣腐蝕環境、防腐年限、涂裝場所的溫度和濕度、室內或室外、裝飾性要求、保光保色性要求,是否易于維修等等條件。由于沒有制定鋼結構防腐相關技術標準。設計人員憑經驗設計,選用涂料與腐蝕環境不相適應,耐腐蝕性能不滿足要求,有時檔次過商,有時過低,品種多樣、顏色各異。防腐設計缺乏統一標準,各設計單位選用涂料千差萬別,涂料種類繁多、檔次差別懸殊。沒有針對腐蝕環境選用涂料,沒有進行技術經濟比較,經濟合理性較差。
3.2 涂裝材料質量不達標
材料的選擇。應根據腐蝕性介質的性質、濃度和作用條件,結合材料的耐腐蝕性能和物理力學性能、使用部位的重要性、材料供應等因素確定。當材料受多種介質混合作用、交替作用及非常溫介質作用時。其耐腐蝕性能除有使用經驗外,應通過試驗確定。防腐蝕涂料的底涂料、中間涂料和面涂料等,應選用相互間結合良好的涂層配置。
該鋼鐵公司鋼結構防腐工程項目一般采用包工包料的方式招募施工隊伍,但施工單位所購涂料大多屬于低質價廉產品。質量不合格。因缺乏必要的檢驗手段和方法,材料進場前沒有進行檢查驗收。原有鋼結構防腐涂層多用醇酸漆,也有采用氯磺化乙烯漆與氯化橡膠漆,從局部腐蝕情況分析,部分涂裝材料并不符合防腐環境的要求以及區域鋼結構使用部位的需求,一方面是涂底與涂面之間的相容性差,不可能產生牢固的附著,投產短期內即產生大面積自然剩落;另一方面是所用防腐涂料質量差。沒有足夠的防銹能力,利候性也很差,廠房投產短期內即產生嚴重的粉化現象。涂膜表面出現肉眼可見的微裂紋。多處產生大面積基層返銹。
3.3 施工質量控制不嚴
基層處理未達到應有的標準。特g0是老結
構,大部分除銹不滿足要求。有的連表面浮銹和灰塵也未清理干凈。在涂裝前鋼鐵基層必須除銹。鋼鐵基層的除銹等級應符合相關國家標準的要求。新建工程重要構件的除銹等級不應低于Sa2.5,噴射或拋射除銹后的表面粗糙瘦宣為40~7μm,并不應大于涂層厚度的1/3,國外許多研究表明涂裝質量中,約60%以上取決于基層處理質量。可見基層處理質量的重要性。由于任何涂膜都不可能完全阻止外界H2O、O2及腐蝕介質等向鋼結構表面的滲透。未除凈鐵銹的存在。一方面影響涂層在鋼表面的附著力。遇外力作用易脫粘:另一方面,這部分銹蝕物將和滲入的O2、H2O及腐蝕介質相互作用,導致涂膜下腐蝕反應的產生,最終導致涂裝防腐失敗。銹層發展到一定程度,即產生涂膜開裂。制作的鋼結構,未進行徹底除銹,使得新鋼結構廠房還未投產,就出現大面積基層返銹?為通過驗收,只好再涂罩一層面漆,這樣雖然一時過關,但在短期內又產生大量銹泡,舊鋼結構則產生基層返銹和銹泡。
擅自減少涂刷遍數。漆膜厚度不足,據測定一般為設計要求的80%,多數工程存在偷工減料現象?涂層摩度是增加防腐效果的有效途徑。金屬構件外防腐蝕涂層的噴涂厚度對被保護金屬的使用壽命起著重要作用,涂層薄起不到應有的保護作用,
涂裝施工時很少考慮施工環境條件。為加快施工進度。涂裝施工可能在沒有封閉廠房的情況下,又未能避開雨天。使得涂裝時鐵銹還未除凈的鋼結構表面又產生了結露水珠。為防腐工作留下了隱患?如果環境相對濕度過高(>80),有可能導致鋼結構表面產生結露,在這種條件下涂裝,一方面由于水的存在而使涂料附著力下降:另一方面水分的存在,將使銹蝕反應向生成銹蝕物一方進行,并且水在溫度升高時由于體積膨脹而導致破壞過程加速。
3.4 管理方面的因素
近幾年來,該鋼鐵公司防腐維修及大修費用投入不足,防腐不及時,導致防腐效果不佳。盡管維修和大修資金投入逐年有所增加。絕大部分項目均是待鋼結構嚴重銹蝕后才申報立項。錯過了最佳防腐時機。造成除銹難度加大。施工質量不能保證。
設備管理部門多重視生產工藝流程的有關設備,而忽視戶內外鋼結構防腐蝕問題。這是鋼鐵等生產企業管理中常見的通病,由于檢修經費逐年增加,屢感不足,不僅對生產設備,而且對鋼結構更是。頭痛醫頭,腳痛醫腳”,鋼結構外防腐蝕往往對底面草草除銹,再用廉價涂料刷涂應付,甚至每年重涂一次,此外。對施工隊伍資質審查不嚴,甚至存在轉包現象,因此工程質量較難保證。
裝置缺乏專業防腐蝕管理人員,由于兼職較多,無暇監檢施工質量(尤其是隱蔽工程質量),只能由施工單位自檢,這樣對表面除銹質量、所用涂料質量、每道涂層質量控制等心中無數。總之。鋼結構涂層早期失效與企業防腐蝕管理不嚴有一定關系。
3.5 針對性防腐技術研究欠缺
針對該鋼鐵公司各生產區腐蝕環境下的防腐技術研究不夠,防腐設計和施工缺乏技術支持。總體來說,通過選擇合適的材料、防腐產品設計、降低環境的腐蝕性和采用合適的防護層覆蓋產品,能夠獲得大氣腐蝕防護,合適的腐蝕防護方法篩選由幾個步驟組成。涉及產品的特性、設計壽命,與其用途有關的其他要求、腐蝕環境和腐蝕體系以外的其他因素,如費用。確定最佳防護方法需進行一系列的研究優化。
鋼結構大氣防腐技術研究是一項系統工程,每一項工作對鋼結構的防腐蝕都是極其重要的。有區域針對性地進行鋼鐵等金屬的腐蝕與防護研究,對于該鋼鐵公司鋼結構的應用和維護具有重要的意義。
4 結構防腐處理措施
涂料對鋼結構的腐蝕保護作用主要有3種:屏蔽作用、緩蝕作用和陰極保護作用。
4.1 幾種常用防腐涂料抗腐蝕性能
4.1.1氯磺化聚乙烯由氯和二氧化硫混合氣體對聚乙烯進行氯化和磺化而制得。具有耐臭氧、耐候性和抗老化性能。耐酸堿性優良,物理力學性能良好,耐水耐油性好:抗寒耐濕熱,耐化學品性能十分好。但是因為固體含量低,須多道施工才能達到規定膜厚。
氯磺化聚乙烯防腐漆由氯磺化聚乙烯樹脂、顏料、助劑及有機溶劑經研磨分散而成,另外配置固化劑。其主要特性是漆膜有良好的彈性、柔韌性、耐寒性及耐久性,并有抗氧化、臭氧作用。主要適用于混凝土設施及普通鋼鐵結構的表面防護及裝飾。不宜在濕度大于85%條件下施工。氯磺化聚乙烯防腐面漆和底漆的基本性能指標如表2所示。
4.1.2高氯化聚乙烯防腐漆由高氯化聚乙烯、防銹顏料、填料、助劑等組成。高氯化聚乙烯發展有富鋅涂料、防銹漆、中間漆、面漆和清漆等系列產品,其主要特性是水蒸汽和氧氣對漆膜的滲透率低,具有優異的耐水性和防腐蝕性能:干燥快,具有良好的耐候性、耐臭氧化和耐久性;與氯化橡膠防腐涂料相比具有較好的耐熱性:具有優良的低溫施工性能,可在-10~50℃環境下施工;漆膜對鋼鐵有良好的附著力,漆膜層間溶為一體,具有優良層聞附著力;在本類涂料舊漆膜上重新涂裝時,不必除掉舊漆膜,維修方便。適用于化工設備金屬防銹、船舶金屬表面、橋梁鋼鐵結構,地下管道金屬表面及其他鋼鐵結構的防腐涂裝。高氯化聚乙烯防腐面漆和底漆的基本性能指標如表3所示。
4.1.3氯化橡膠防腐面漆由氯化橡膠樹脂、顏料、助劑經研磨分散而成。”其主要特性是漆膜干燥快,附著力好,機械強度高、施工方便、防腐蝕性和耐候性良好。適合在鋼鐵構件等表面用作防腐保護面漆;不宜在高溫條件下使用,涂裝前道漆應完全干透,除盡漆膜上所有油污和雜物,氯化橡膠防腐面漆的基本性能指標如表4所示。
另外氯化橡膠防腐面漆、丙烯酸聚氨醋面漆、醇酸防銹底漆、醇酸磁漆、環氧漆等也有應用,并得以試驗驗證,達到明顯效果。
關鍵詞:橋梁鋼結構;防腐蝕技術;橋梁建設和維護
隨著交通需求的不斷增長,橋梁的建設越來越多,而橋梁鋼結構的使用頻率也越來越頻繁。主要包括鋼箱梁,鋼拱,鋼線等等。橋梁承載著一定的載荷,其處于自然環境下,其結構受到外界環境的制約,最明顯的表現形式就是腐蝕。尤其是在環境條件特殊的地方,如濱海地區,由于海洋環境下的腐蝕性物質比較多,對于橋梁造成的腐蝕程度會更加嚴重,將會直接影響橋梁的安全性。由此,橋梁的腐蝕問題將會成為未來橋梁建設的重點話題。
一、現階段橋梁鋼結構腐蝕的三種種類
由于所處環境的不同,施工條件,施工質量,設計的方案以及維護的制度不用,現階段的橋梁鋼結構腐蝕主要表現為以下幾種類型:
1.氣體腐蝕的現象
在橋梁鋼結構的腐蝕中,首當其沖的就是大氣腐蝕,即鋼結構與水分,氧氣的接觸而產生的化學反應。大氣中水分會以電解液體的形式附著在金屬表面,大氣中的氧氣會發揮著陰極去極劑的作用.由此兩者的配合,就會與鋼結構構成基本的腐蝕原電池,一旦形成銹層,便會產生一系列的電極反應。
2.局部部位的腐蝕現象
局部腐蝕,是鋼結構自身方面出現的腐蝕現象,也是鋼結構中最普遍的問題。其表現為電偶腐蝕和縫隙腐蝕。其一,電偶腐蝕主要產生的區域在鋼結構結合處,這里往往是不同金屬的交合處,往往是電位屬性會影響其腐蝕的速度,如果電位為負極,其腐蝕的速度就會快些,在電位為正極的時候,金屬相對就會處于被保護的狀態。由此形成了腐蝕原電池,將會以電極反應的形式腐蝕橋梁。其二,縫隙腐蝕發生的部位在于不同的構件之間,當縫隙達到一定的限度,可以是液體在其間形成停滯.其表現的形式有:鉚接縫隙,襯墊縫隙,這樣施工過程中的縫隙是難以完全避免的。其作用的對象就是降低鋼結構強度,使得吻合度難以達到理想的狀態。
3.應力作用下的腐蝕現象
在一定的介質作用下,鋼結構處于無應力狀態下,去腐蝕的影響是最小的。但是一旦相應的應力超過其承受的界限的時候,構建部位就會發生斷裂。此類型的由于應力而導致的腐蝕現象具有較強的隱蔽性,往往難以及時地發現,其造成的后果是很惡劣的,帶來的損失也是巨大的。
二、 橋梁鋼結構腐蝕現象產生的主要原因
橋梁鋼結構腐蝕現象產生的原因是多方面的,主要涉及的有自然環境因素,鋼結構自身構造因素和人為的主觀因素,往往在橋梁的腐蝕現象中,可能是其中一種誘因其主導作用,其他的因素也在起作用。由此要對于橋梁鋼結構腐蝕現象產生的主要原因做好了解,以便有針對性的展開橋梁建設。
1.自然環境方面的影響
自然環境方面的影響主要來自于工業污染,其排放的氣體中有腐蝕性的氣體,盡管含量很小,但是其對于鋼結構的腐蝕作用是巨大的。尤其是S0,其影響是最大的。一旦氧化膜被破壞,非金屬氧化物與水分結合就會演變為酸,其H濃度就會提升,導電性就會顯著。另外,橋面下部多半是水域,其水分的蒸發都會使得橋梁鋼結構周圍的空氣質量發生變化,主要表現為濕度提高,這恰恰是酸性氣體產生的溫床,導致電解質形成,加速了化學反應,其腐蝕的效率也會加大。在一定的四季變化的條件下,其效果將會變得更加的明顯。
2.鋼梁結構自身構造產生的影響
鋼梁結構多數是由鉚接或者是拴焊工藝結構形成的,板材之間形成一定的縫隙,一定的縫隙區間會發生強烈的反應,在發生類似的腐蝕的時候,縫隙內部的反應程度會明顯高于其外部。這是因為縫隙內部空氣缺乏,形成了縫隙內外的電極差異,由此導致催化反應。類似的腐蝕會不斷發展的話,其縫隙的間距會不斷的被擴大,鉚釘及綴板銹變現象就是其導致的結果。在鋼梁的一些部位,在水分,塵土等物質的作用下,造成上下部位的電極差異,也會誘發鋼板的腐蝕現象。在機械作用下,鋼梁節點要承受的應力還不斷增大,不能自行消除的應力就會誘發電池的腐蝕,導致裂紋和開裂。
3.人為方面的主觀影響
人為方面的影響主要體現在橋梁的施工和維護上,往往都是因為操作不當造成的。主要由:其一,橋面的漏水現象。其二,鋼梁部位堆積過多的有腐蝕性的物質;其三,涂料的配套不當,層次不足,施工的質量不到位等。
三、橋梁鋼結構的防腐蝕技術
1.熱鍍鋅防腐技術
熱鍍鋅防腐技術,它是防腐蝕技術中最普遍,也是最有效的措施之一。將經過除銹處理過的鋼板浸入高溫的鋅液中,在其表面上產生一定厚度的鋅層。其厚度的大小將會影響其防腐蝕的效果,一般情況下,5ram以下薄板,其層要保持在65 m以上的范圍,這是質量穩定的保證.但是由于加工環境的特殊,部分較大尺寸的防腐蝕技術要在特定的工廠才可以完成,其運輸過程中的損傷也是時有發生的,由此帶來的成本也是很大的。
2.熱噴涂防腐技術
由于使用的技術要素不同,這里的技術應用主要涉及到兩個方面:其一,火焰噴涂,是指借助可燃氣體融化金屬制材,將其附著在鋼結構的表面,以起到防腐蝕的效果。最早見于歐洲北美地區,是采用的乙炔火焰噴涂,效果明顯。其二,電弧噴涂,借助電弧設備,對于金屬材質加熱,是指融化,涂在金屬的表面,再加上長效防腐復合涂層,兩者相互結合構成的防腐技術,將會極大的延長其使用壽命,保證在一定期限內不出現脫落或者是起皮的現象,以電極保護的形式來保護鋼鐵的整體性能。
3.使用抗腐蝕性的鋼材
只用抗腐蝕性的鋼材,主要涉及到就是耐候鋼。隸屬于特種鋼材的耐候鋼,是在低碳鋼或者是合金鋼的基礎上,在其中添加其他具有防腐蝕性能的金屬元素,此類鋼材會在大氣作用下,在其表面就會想成一層完美的防腐蝕保護膜,其防腐蝕的功能將會高于普通材質的很多倍。另外此類鋼材不用開展涂裝的加工,適宜露天的場所,使用與橋梁的建設再合適不過了。但是其價格往往比較高,在國內的使用不是很廣泛,基于此情況,降低其成本就成了此類材料使用的關鍵。
四、結束語
綜上所述,橋梁鋼結構發生腐蝕現象是由其緣由的,無論是客觀的自然條件,還是人為的主觀原因,或者是鋼結構自身的缺陷,都是可以有針對性開展相關的措施的,由此我們要集合其產生的原因,做出充分的分析,盡量以最好的防腐蝕措施,確保橋梁鋼結構的安全性。唯有如此,才能確保鋼橋的長久壽命,確保交通事業的穩定發展。
參考文獻:
[1]雪竹.環氧厚漿涂料在金屬防腐工程中運用fJ1.建筑工業信息,2005,