鋼結(jié)構(gòu)的防銹和防火

趙書寶

在當(dāng)今社會(huì)中，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)力的提高，出現(xiàn)了越來越多鋼結(jié)構(gòu)建筑，使現(xiàn)代的建筑越來越堅(jiān)固。但關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)建筑的維護(hù)和保養(yǎng)越來越受到人們的重視，銹蝕和火災(zāi)就是兩種危害鋼結(jié)構(gòu)建筑安全的重要因素。因此，我們就鋼結(jié)構(gòu)的防銹與防火進(jìn)行一下討論。

鋼結(jié)構(gòu)的防銹，除了采用不銹鋼和耐大氣腐蝕兩類特殊鋼材的鋼結(jié)構(gòu)以外，通常必須采取防銹措施，以保證其使用壽命。鋼結(jié)構(gòu)的破壞，往往是由于鋼材的腐蝕引起的。鋼材的腐蝕現(xiàn)象是鋼材與周圍介質(zhì)相互起化學(xué)或電化學(xué)（短路微電池）作用，使其表面遭受逐步破壞的過程。組成電池的基本條件是鋼材兩點(diǎn)之間的電位差。鋼材某兩點(diǎn)材質(zhì)的不同、受力和變形程度不同、環(huán)境濕度和溫度不同、氧的供給條件不同等，都將導(dǎo)致電位差，成為組成電池的重要因素。組成電池或決定腐蝕反應(yīng)的根本條件是電位差、水和氧。鋼材受腐蝕后，將在表面產(chǎn)生鐵銹，其體積比未銹蝕鋼材的體積大2倍以上。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的環(huán)境濕度較高，或干濕反復(fù)變化時(shí)，都容易促進(jìn)銹蝕的發(fā)展。溫度對(duì)于鋼材銹蝕的發(fā)展也有很重要的影響，溫度在10攝氏度以下時(shí)，腐蝕過程很緩慢；當(dāng)溫度上升至20攝氏度、30攝氏度甚至于更高后，腐蝕速度的增長(zhǎng)極為顯著。

金屬的腐蝕快慢用腐蝕速度來表示；有的用單位時(shí)間內(nèi)金屬在單位面積上的重量損失；有的用單位時(shí)間內(nèi)金屬表面被腐蝕深度來表示。

當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)處于某些高溫高濕或有介質(zhì)環(huán)境時(shí)，銹蝕問題非常突出。例如，黑色冶金工廠在冶煉生產(chǎn)各個(gè)階段中，排人大氣層的氧化物、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫等有害氣體，對(duì)柱、屋架、吊車梁等鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均有可能產(chǎn)生嚴(yán)重銹蝕。據(jù)資料介紹，冶金廠的煉鋼車間、軋鋼車間的鋼結(jié)構(gòu)銹蝕速度為0.06-0.07mm/年，而鑄鐵機(jī)車間最大的銹蝕速度達(dá)0.7mm/年。不同的構(gòu)件，遭受銹蝕的破壞程度也是不同的，如桁架上、下旋弦桿銹蝕速度較快，斜桿較上下弦小10-20%，豎桿較上下弦小40-50%。

為防止鋼結(jié)構(gòu)遭受銹蝕而破壞，構(gòu)件必須涂刷防腐涂料保護(hù)屋，并在涂防腐保護(hù)層前，采用酸洗、噴砂或用鋼絲刷等工具在構(gòu)件的表面徹底除銹。如采用酸洗，應(yīng)使構(gòu)件表面呈鐵灰色，并保證表面呈白色，不得存在局部黃色。用鋼絲刷除銹，應(yīng)刷至露出金屬表面為止。構(gòu)件表面在清除鐵銹和污垢后，應(yīng)立即涂刷防腐涂料，否則應(yīng)采取措施，以防再生銹。防腐涂料的規(guī)格和涂刷厚度均符合設(shè)計(jì)要求。涂刷時(shí)工作地點(diǎn)的溫度應(yīng)為5-30攝氏度，相對(duì)濕度不大于85%，雨天或構(gòu)件表面有結(jié)露時(shí)不宜作業(yè)，涂后4小時(shí)內(nèi)嚴(yán)防雨淋。施工圖中注明不涂刷的部位均不得涂刷。安裝焊縫處應(yīng)留出30-50mm寬范圍暫不涂刷。

火災(zāi)是建筑物在使用期間可能遇到的危險(xiǎn)之一。鋼材是一種不燃材料，然而它的機(jī)械性能，如屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度及彈性模量畢竟還是溫度的函數(shù)，溫度在300攝氏度以上時(shí)，鋼材的機(jī)械性能開始顯著下降。發(fā)生火災(zāi)后的某一瞬間的溫度下，使鋼材的屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和彈性模量均降至零，這時(shí)的溫度稱為臨界溫度。3號(hào)鋼和16錳鋼的臨界溫度約在560～580攝氏度。當(dāng)建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，構(gòu)件表面溫度可達(dá)到900-950攝氏度，在這樣的高溫下鋼結(jié)構(gòu)將完全喪失承載能力而塌落。如在2001年美國(guó)紐約發(fā)生的“9·11”事件中，紐約世貿(mào)大廈發(fā)生大火時(shí)的室內(nèi)溫度達(dá)到1000攝氏度以上，使得這幢世界著名的建筑物在很短的時(shí)間內(nèi)就完全倒塌。因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，考慮防火是設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。

一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在達(dá)到臨界溫度前所能經(jīng)歷的時(shí)間，是依據(jù)構(gòu)件吸熱比值確定的。一般一個(gè)大截面的構(gòu)件要達(dá)到某一確定的溫度，必須吸收較多的熱量；而相對(duì)來說，小截面構(gòu)件吸收熱量就少一些。倘若體積相當(dāng)，但某一構(gòu)件的表面積較大，熱傳導(dǎo)就比較快，既吸熱較快。這樣，細(xì)而長(zhǎng)的構(gòu)件，其吸熱比升熱比就高。標(biāo)志吸熱性能用構(gòu)件截面周長(zhǎng)/件截面積的比值表示，比值越小，對(duì)防火越有利。根據(jù)實(shí)用性質(zhì)及其重要性，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件需具備防火規(guī)范所要求的耐火等級(jí)。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防火保護(hù)方法有有以下幾類：

（1）外包層：

外包層包括所有保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件以抵御火災(zāi)的材料和方法。常用的方法有：用現(xiàn)澆混凝土封閉構(gòu)件。采用這種方法時(shí)，構(gòu)件表面清除鐵銹后不涂防銹漆；采用阻燃板材材料外包層封閉構(gòu)件。板材要固定在構(gòu)件上，接頭必需嚴(yán)密。采用這種方法，構(gòu)件表面也要按要求做防銹處理；噴涂防火涂料。這種方法操作簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，目前已被廣泛應(yīng)用于各類剛結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)。這種涂料噴涂于構(gòu)件表面，待自然干燥后形成防火層，其厚度根據(jù)耐火要求、及涂料性能等條件確定。采用這種方法，構(gòu)件也需按要求作防銹處理。

（2）充水：

空心型鋼構(gòu)件內(nèi)充水，并將水在這類構(gòu)件中循環(huán)，以達(dá)到防火的目的。這類方法很少使用，而且主要用于剛柱構(gòu)件，為了柱內(nèi)防銹，水中摻有專門的外加劑。

（3）屏蔽：

屏蔽方法是把不加防火保護(hù)層的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件包藏在耐火材料構(gòu)成的墻體或頂棚內(nèi)，這種方法最經(jīng)濟(jì)。用耐火材料包遮一般可以達(dá)到防火要求，但頂棚往往接縫不嚴(yán)，其內(nèi)常有電線管道和通風(fēng)管道通行，一旦發(fā)生火災(zāi)。頂棚內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件很難與高溫隔絕。因此，防火要求高的工程不宜采用這種方法。

隨著人類科技水平的不斷提高，我們相信對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防火和防銹問題，一定能找到更高效更經(jīng)濟(jì)的好方法。 [科]