鋼結(jié)構(gòu)的防腐處理

(成都理工大學(xué) 四川 成都 610059)

引言

鋼結(jié)構(gòu)相比于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，材料的強(qiáng)度、塑性、韌性更高，同時(shí)具備質(zhì)量輕，制造簡(jiǎn)便，施工周期短的優(yōu)點(diǎn)。是更加環(huán)保，有利于可持續(xù)發(fā)展的建材，因而鋼材在建筑業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。但鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性差，如果長(zhǎng)期暴露在空氣中受到雨水的侵蝕就會(huì)發(fā)生比較嚴(yán)重的銹蝕，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，也給結(jié)構(gòu)的安全帶來(lái)隱患，因此鋼結(jié)構(gòu)建筑的防腐處理具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

一、常見(jiàn)的鋼結(jié)構(gòu)腐蝕原因

鋼材受腐蝕的原因很多，可根據(jù)環(huán)境介質(zhì)的不同分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類?；瘜W(xué)腐蝕也稱干腐蝕，是指鋼材在常溫或高溫下發(fā)生的氧化或硫化作用。鋼材的氧化是由于它同氧化性介質(zhì)接觸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而形成的。氧化性介質(zhì)有空氣、氧氣、水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫和氯等，反應(yīng)后生成疏松的氧化物。其反應(yīng)速度隨濕度、溫度的增加而加速，特別是干濕交替環(huán)境下腐蝕更為厲害。電化學(xué)腐蝕亦稱濕腐蝕，是由于電化學(xué)現(xiàn)象在鋼材表面產(chǎn)生局部電池作用的腐蝕。鋼材在潮濕的空氣中，由于吸附作用，在其表面覆蓋一層極薄的水膜，由于表面成分或受力變形的不均勻，使鄰近的局部產(chǎn)生電極電位的高低差，形成了許多微電池。在陽(yáng)極區(qū)，鐵被氧化成鐵離子進(jìn)入水膜。水中溶有來(lái)自空氣的氧，在陰極區(qū)，氧被還原成氫氧根離子，兩者結(jié)合成不溶于水的氫氧化亞鐵，并進(jìn)一步氧化生成疏松易剝落的鐵銹氫氧化鐵。鋼材在大氣中的腐蝕，是化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕同時(shí)作用所致，但以電化學(xué)腐蝕為主。

鋼材腐蝕的危害。鋼材腐蝕的危害性在于它是一種不均勻的破壞，損傷發(fā)生在陽(yáng)極表面，一旦出現(xiàn)腐蝕坑，往往向縱深發(fā)展。覆蓋有腐蝕產(chǎn)物的腐蝕坑的低部是小陽(yáng)極，而暴露在大氣中的金屬表面是大陽(yáng)極，陽(yáng)極面積小，電流密度大，因此腐蝕發(fā)展快。腐蝕坑底部由于缺氧而酸化，造成自催化作用，而大大加快坑底向縱深發(fā)展的速度，這就是所謂的閉塞電池現(xiàn)象。從而引起構(gòu)建的應(yīng)力集中，而盈琉璃集中又腐蝕坑底電位變負(fù)，加速腐蝕過(guò)程，這種相互反饋的連鎖反應(yīng)是應(yīng)力腐蝕的一種形式。這會(huì)造成鋼材冷脆性能下降，在無(wú)明顯的變形征兆情況下突然發(fā)生脆性斷裂，尤其在沖擊荷載作用下危險(xiǎn)性更大。

二、鋼結(jié)構(gòu)的防腐方法

采用防護(hù)層是目前防止鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的通用方法，常用的保護(hù)層有以下幾種。

(一)金屬保護(hù)層。金屬保護(hù)層是用具有陰極或陽(yáng)極保護(hù)作用的金屬或合金，通過(guò)電鍍、噴鍍、化學(xué)鍍、熱鍍和滲鍍等方法，在需要防護(hù)的金屬表面形成金屬保護(hù)層(膜)來(lái)隔離金屬與腐蝕介質(zhì)的接觸，或利用電化學(xué)的保護(hù)作用使金屬得到保護(hù)，從而防止腐蝕。

(二)化學(xué)保護(hù)層。通過(guò)化學(xué)或電化學(xué)方法使鋼材表面生成一種具有耐腐蝕性能的化合物薄膜，以隔離腐蝕介質(zhì)與金屬的接觸，來(lái)防止對(duì)金屬的腐蝕。

(三)非金屬保護(hù)層。用涂料、塑料、搪瓷等材料，通過(guò)涂刷和噴涂等 方法，在金屬表面形成保護(hù)膜，使金屬與腐蝕介質(zhì)隔離，從而防止金屬的腐蝕。

(四)鋼材表面處理方式。建筑防腐蝕工程現(xiàn)場(chǎng)施工常采用：噴射或拋射除銹、手工和動(dòng)力工具除銹。建筑構(gòu)配件的車間制作常采用：噴射或拋射除銹、手工和動(dòng)力工具除銹、化學(xué)除銹或火焰除銹。各種處理方法的質(zhì)量要求如下。

1.噴射或拋射除銹噴射或拋射除銹等級(jí)，分為 Sal 級(jí)、Sa2 級(jí)、Sa2.5 級(jí)和 Sa3 級(jí)。Sal 級(jí)：鋼材表面無(wú)可見(jiàn)的油脂和污垢，并且沒(méi)有附著不牢的氧化皮、鐵銹和油漆涂層等。Sa2 級(jí)：鋼材表面無(wú)可見(jiàn)的油脂和污垢，并且氧化皮、鐵銹和涂料涂層等附著物已基本清除，其殘留物是牢固可靠的。Sa2.5 級(jí)：鋼材表面無(wú)可見(jiàn)的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和涂料涂層等附著物任何殘留的痕跡應(yīng)僅是點(diǎn)狀或條紋狀的輕微色斑。Sa3 級(jí)：又稱“出白級(jí)”，是一種較為理想的狀態(tài)。對(duì)化工設(shè)備內(nèi)表面防腐蝕需要有此規(guī)定，建筑防腐蝕鋼結(jié)構(gòu)的處理一般沒(méi)有必要如此嚴(yán)格。

2.手工和動(dòng)力工具除銹手工和動(dòng)力工具除銹等級(jí)，分為 St2 級(jí)和 St3級(jí)。

St2 級(jí)：鋼材表面無(wú)可見(jiàn)的油脂和污垢，并且沒(méi)有附著不牢的氧化皮、鐵銹和涂料涂層等。St3 級(jí)：鋼材表面無(wú)可見(jiàn)的油脂和污垢，并且沒(méi)有附著不牢的氧化皮、鐵銹和料涂層等附著物。

三、防腐案例分析

(一)蘇通大橋

蘇通大橋是交通部規(guī)劃的黑龍江嘉蔭至福建南平國(guó)家重點(diǎn)干線公路跨越長(zhǎng)江的重要通道，主橋結(jié)構(gòu)形式為雙塔雙鎖面鋼箱梁斜拉橋，主跨2088m，在同類型橋梁中舉世界第一。蘇通大橋鋼橋面防腐涂裝過(guò)程中行車道、中分帶面積為69530m2，檢修道涂裝面積為8352m2。行車道、中分帶拋丸除銹要求達(dá)到GB8923-1988的Sa2.5級(jí)，粗糙度Rz為40um～80um,環(huán)氧富鋅底漆干膜厚度60um～80um。

檢修道采用重防腐涂裝體系，拋丸除銹達(dá)到GB8923-1988要求的Sa2.5級(jí)，粗糙度達(dá)到40um～80um，總漆厚度380um。蘇通大橋鋼橋面防腐涂裝工程，主要在施工過(guò)程中對(duì)漆膜表面、漆膜厚度、抗拉拔強(qiáng)度幾方面進(jìn)行了檢測(cè)與控制。油漆表面色澤均勻，漆膜無(wú)流掛、針孔、氣泡、裂紋等缺陷。漆膜厚度按50點(diǎn)/1000m2進(jìn)行了檢測(cè)，共測(cè)3500點(diǎn)，98%的部位均滿足設(shè)計(jì)文件的要求，局部偏薄的地方經(jīng)補(bǔ)涂檢驗(yàn)也符合要求?？估螐?qiáng)度(漆膜7天后)按6點(diǎn)/1000m2進(jìn)行了檢測(cè)，共測(cè)390點(diǎn)，全部滿足要求，最高點(diǎn)達(dá)19MPa以上。

(二)鳥巢防腐技術(shù)

鳥巢外形結(jié)構(gòu)主要有巨大的門式鋼架組成，共有24根桁架柱。國(guó)家體育場(chǎng)建筑頂面呈鞍形，長(zhǎng)軸為3323.3米，短軸為296.4米，最高點(diǎn)高度為68.5米，最低點(diǎn)高度為42.8米。

鳥巢所用鋼材名為Q460EZ235，是頂級(jí)的建筑用鋼，“460”指鋼材的強(qiáng)度，表明這種鋼的強(qiáng)度是普通剛材的 兩倍，“E”是指負(fù)40度的沖擊韌性指標(biāo)，這表明此鋼的韌性十足，而“Z235”則表明“鳥巢”鋼材的性能是最高級(jí)的。鳥巢即便在承受460兆帕的外力后，依然可以恢復(fù)到原有形狀。這意味著如果北京再次遭受到上世紀(jì)70年代唐山大地震一樣的地震波及，鳥巢依然能保持原狀。

鳥巢鋼結(jié)構(gòu)的防腐工程是國(guó)內(nèi)建筑鋼結(jié)構(gòu)加注防腐涂料程序最多的一次。作為目前世界最大的繁體鋼結(jié)構(gòu)工程，鳥巢的鋼結(jié)構(gòu)涂裝面積達(dá)到28.4萬(wàn)平方米。鳥巢將戴6層防腐面具，可以保持25年。鳥巢的鋼制品在原產(chǎn)地就要刷上底漆和封閉漆，分別為黃色和紅色，這是頭兩道防腐面具。然后，再把所有的鋼制品集中到工地，涂上中間漆和氟炭色漆，是第三道和第四道工序。從第四道開(kāi)始，涂料的顏色就變成灰色。之后，喀什鋼結(jié)構(gòu)的上架和組裝，依次上面漆和罩面漆。

四、結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)是環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)質(zhì)建材，在建筑業(yè)中有著廣泛應(yīng)用。但它的承載能力會(huì)隨著腐蝕的影響而退化，造成經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。所以必須要做好鋼結(jié)構(gòu)的防腐處理，延長(zhǎng)它的使用功能和使用壽命，這具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。