裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中防腐防火技術(shù)的應(yīng)用與改進

摘 要：研究探討了裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中防腐防火技術(shù)的應(yīng)用及其改進。在防腐技術(shù)方面，可采用多層復(fù)合涂層系統(tǒng)，結(jié)合噴砂和拋丸工藝處理鋼材表面，提高防腐效果。可從優(yōu)化涂層材料、涂層厚度和施工工藝角度進行改進。在防火技術(shù)方面，可選用膨脹型防火涂料，增強鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的耐火性。并建議采用水性無溶劑膨脹型涂料，優(yōu)化防火涂層材料，并通過改進施工工藝，確保關(guān)鍵結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中承受更長時間的高溫侵蝕。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；鋼結(jié)構(gòu)；防腐；防火

1 前言

在現(xiàn)代建筑工程中，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑因其高效的施工速度、較低的建筑垃圾排放以及優(yōu)良的抗震性能，逐漸成為建筑行業(yè)的主流選擇。然而，隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑在大跨度、高荷載和復(fù)雜環(huán)境中的廣泛應(yīng)用，鋼材的防腐防火問題愈發(fā)凸顯。由于鋼結(jié)構(gòu)長期暴露于潮濕、大氣污染及火災(zāi)等不利環(huán)境條件下，其耐久性和安全性面臨嚴峻挑戰(zhàn)。研究深入探討了防腐防火技術(shù)應(yīng)用和改進方向，旨在為未來裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑提供更加科學(xué)合理的技術(shù)支持，推動建筑行業(yè)朝著綠色、可持續(xù)的方向發(fā)展。

2工程概況

某沿海城市國際會展中心裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑工程占地面積約10萬平方米，建筑總面積約8.5萬平方米，包括展覽廳、會議室、配套辦公區(qū)和停車場等設(shè)施。工程采用現(xiàn)代化裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系，總鋼結(jié)構(gòu)使用量約5200t，其中主梁和柱采用Q355B高強度鋼，鋼材厚度為20mm—30mm，滿足大跨度和高荷載要求。建筑最高點為35m，主樓為6層結(jié)構(gòu)，局部區(qū)域設(shè)置夾層，增加空間利用率。外部建筑幕墻采用高性能鋁合金板和玻璃幕墻系統(tǒng)，確保建筑美觀的同時具備良好的隔熱、保溫性能。

3防腐技術(shù)的應(yīng)用與改進

3.1涂層防腐技術(shù)的應(yīng)用實踐

本工程采用噴砂或拋丸工藝對鋼材進行表面預(yù)處理，以去除氧化皮、銹層、油脂等污染物，使鋼材表面達到一定的粗糙度。根據(jù)ISO 8501-1標準要求，本工程鋼材的表面清潔度達到了Sa 2.5級，表面粗糙度控制在了40μm—70μm范圍內(nèi)，符合標準要求。

本工程的鋼結(jié)構(gòu)長期暴露在潮濕氣候條件下，因此采用了多層復(fù)合涂層系統(tǒng)，具體內(nèi)容見表1：

其中，環(huán)氧富鋅底漆具有優(yōu)異的防銹性能，通過富鋅的陰極保護作用，能夠有效防止鋼材表面的電化學(xué)腐蝕。環(huán)氧云鐵漆具有較高的機械強度，能夠增強涂層體系的整體抗沖擊和抗腐蝕能力，同時具有良好的防水性。聚氨酯面漆具有卓越的耐候性和耐紫外線性能，能夠有效延長建筑物的使用壽命，并保持外觀美觀。

本工程采用無氣噴涂法，利用高壓（通常為15 MPa—25 MPa）將涂料霧化噴射到鋼結(jié)構(gòu)表面，無需壓縮空氣即可形成均勻、平滑的涂層。無空氣噴涂的涂料流速為3—8 L/min，有效覆蓋了大面積鋼結(jié)構(gòu)表面，避免了因氣泡、空洞或過度堆積導(dǎo)致的涂層缺陷。為確保涂層厚度符合設(shè)計要求，每一層涂料噴涂完成后，通過干膜厚度檢測儀對涂層厚度進行檢驗，使涂層厚度在±10%誤差范圍內(nèi)。本工程的涂層系統(tǒng)總厚度為260μm，檢測時總厚度在266μm，符合要求[1]。

對涂層的防腐性能檢測，本工程使用了以下三種方法：

（1）膜厚檢測：通過干膜厚度儀對鋼結(jié)構(gòu)表面涂層的厚度進行測量，確保每層涂層厚度達到設(shè)計要求。底漆、中間漆和面漆的總厚度控制在260μm左右，誤差不超過±10%。

（2）附著力檢測：使用拉拔測試法檢測涂層的附著力，確保涂層與鋼材表面以及各涂層之間的粘附強度。經(jīng)測試，附著力達到10 MPa以上，符合檢測標準，可以防止涂層在使用過程中出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。

（3）耐鹽霧測試：按照 ASTM B117 標準，將涂有防腐涂層的鋼結(jié)構(gòu)樣品置于鹽霧試驗箱中，連續(xù)噴霧模擬海洋或工業(yè)大氣環(huán)境下的腐蝕條件。經(jīng)過長達 1000h的測試，涂層表面未出現(xiàn)氣泡、開裂或大面積腐蝕現(xiàn)象，耐鹽霧性能表現(xiàn)優(yōu)異，證明涂層能夠有效抵御外部惡劣環(huán)境的腐蝕侵襲。

3.2防腐技術(shù)的改進方向

3.2.1涂層材料的改進

現(xiàn)有的環(huán)氧富鋅底漆主要用于鋼結(jié)構(gòu)的初始防腐保護，含鋅量為60%～80%。為了進一步提高耐久性，工程可以選擇高鋅含量的富鋅涂層，將鋅含量提高至85%～90%，提供更強的陰極保護能力。高鋅含量富鋅底漆的干膜厚度建議控制在 60μm—80μm之間，確保既有足夠的防護厚度，又能避免過度堆積引起的開裂和流掛問題。增加鋅含量后，能夠有效延長涂層的防護壽命至30a以上，可用于本工程的主梁和柱等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

此外，石墨烯改性涂層可以在鋼材表面形成致密的防腐屏障，有效降低腐蝕速率至0.004 mm/a，可用于本工程中大跨度的鋼梁和其他承重結(jié)構(gòu)。具體涂層材料性能數(shù)據(jù)如表2所示：

3.2.2涂層厚度與施工工藝的優(yōu)化

針對不同功能區(qū)和環(huán)境暴露程度，涂層厚度應(yīng)進行分區(qū)優(yōu)化。本工程中暴露在外部環(huán)境、承受高紫外線照射和潮濕氣候影響的鋼結(jié)構(gòu)，如幕墻支撐和戶外鋼梁，可將涂層的總厚度從260μm增加到300μm—350μm。其中，底漆厚度提升至100μm，中間漆厚度增加至150μm，面漆厚度可達80μm。厚度增加能使鋼材的年均腐蝕速率降低至0.005mm/年，進一步延長防護壽命[2]。

此外，工程還可引入機器人自動噴涂技術(shù)，通過預(yù)編程的操作程序和精密控制系統(tǒng)，對鋼結(jié)構(gòu)表面進行均勻的涂層噴涂，確保每層涂料的厚度均勻一致。同時結(jié)合激光測厚設(shè)備，精確控制涂層的厚度誤差在±5μm以內(nèi)。這一技術(shù)適用于本工程中主梁、柱等關(guān)鍵受力部位，能夠在保證涂層厚度的同時，提高施工效率，將整體施工周期縮短23%左右，并降低人工成本。

4防火技術(shù)的應(yīng)用與改進

4.1膨脹型防火涂料技術(shù)的應(yīng)用實踐

本工程采用膨脹型防火涂料，增強鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的耐火極限和整體安全性。根據(jù)GB 14907-2018《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》標準，鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限要求通常在1.5h—3h之間。本工程中，對于承載大荷載、關(guān)鍵受力構(gòu)件如主梁和柱，設(shè)計的耐火極限為2h，鋼材表面溫度應(yīng)在12h內(nèi)保持低于540°C。涂層厚度為4.0mm—4.5mm。在輔助構(gòu)件，如次梁等，耐火極限要求為1.5h，涂層厚度控制在mm3.0—3.5mm范圍內(nèi)。

在涂料施工過程中，本工程采用無氣噴涂工藝，確保涂層的均勻性和粘附性能，通過15MPa—25MPa的高壓將涂料均勻噴涂到鋼結(jié)構(gòu)表面，噴涂速率達到500—800μm/次，有效避免了氣泡或空隙的形成。施工后，本工程立即進行了干膜厚度檢測。使用超聲波膜厚測量儀對鋼結(jié)構(gòu)各處的涂層厚度進行監(jiān)測，確保涂層厚度誤差控制在±5%的范圍內(nèi)。檢測數(shù)據(jù)顯示：主梁和柱的平均涂層厚度為4.5±0.2mm，滿足設(shè)計要求的耐火極限；次梁的平均涂層厚度為3.4±0.1mm，能夠提供1.5h的耐火保護[3]。同時，施工現(xiàn)場的溫度和濕度嚴格控制在15°C—30°C和相對濕度50%～70%，防止涂層出現(xiàn)開裂或剝落的現(xiàn)象。

為了確保涂層的長期有效性，本工程還對膨脹型防火涂料進行了耐火極限測試。根據(jù)ISO 834標準，對施工后的鋼結(jié)構(gòu)進行耐火極限測試。測試對象主要包括主梁、柱等承重構(gòu)件，以及次梁等次要受力構(gòu)件。結(jié)果顯示主梁和柱在火災(zāi)中保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，耐火極限達到2h，同時構(gòu)件未出現(xiàn)明顯的變形、破壞或失去承重能力的情況。次梁在1.5h的加熱后，結(jié)構(gòu)保持完整，且未出現(xiàn)應(yīng)力失穩(wěn)或破壞的情況，符合防火標準。

4.2防火技術(shù)的改進方向

4.2.1防火涂層材料優(yōu)化

為了進一步提升防火效果，工程可使用水性無溶劑膨脹型防火涂料，該涂料具備更高的膨脹倍數(shù)、更快的膨脹速度以及更強的耐火極限，具體參數(shù)如表3所示：

由表可知，水性無溶劑涂料在涂層厚度相同的情況下重量更輕，有助于減輕鋼結(jié)構(gòu)的負荷，同時提高運輸和施工的便捷性。膨脹起始溫度更低，意味著該涂料在火災(zāi)發(fā)生時能夠更早膨脹，迅速形成隔熱層，起到更快的防火效果[4]。

4.2.2防火涂層厚度與施工工藝改進

在本工程中，為確保主梁和柱等承重構(gòu)件在火災(zāi)中具有足夠的抵抗高溫侵蝕能力，防火設(shè)計的耐火極限可調(diào)整為2.5h，使構(gòu)件在火災(zāi)中能夠承受更長時間高溫的侵蝕。因此，防火涂層的厚度需要達到5.5mm—6.0mm，使鋼材表面溫度在150min內(nèi)不超過540°C。對于次梁和其他次要受力構(gòu)件，耐火極限可調(diào)整為1.5h，防火涂層厚度可相對較薄，約為3.0mm—3.5mm，使鋼材表面溫度在90min內(nèi)不超過540°C。這一差異化設(shè)計能夠滿足不同構(gòu)件的防火需求，并有效控制材料成本和施工時間。

同時，工程可引入分段多層涂覆工藝，通過逐層涂覆和固化，每層涂層厚度保持在1.5mm—2mm范圍內(nèi)，分3—4層施工，最終實現(xiàn)5.5mm—6.0mm或3.0mm—3.5mm的設(shè)計厚度。每層涂覆完成后，確保涂層表面均勻、無氣泡和缺陷，待其固化完成后再進行下一層的施工。此外，為了加快防火涂層的固化過程，工程使用熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)進行加速固化處理，將每層的固化時間從傳統(tǒng)的24小時縮短至12h—15h。

5結(jié)論

綜上所述，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的防腐防火技術(shù)在提升建筑耐久性和安全性方面具有至關(guān)重要的作用。本文詳細介紹了多層復(fù)合涂層系統(tǒng)、膨脹型防火涂料等技術(shù)的應(yīng)用，并針對涂層材料、施工工藝以及防護措施提出了優(yōu)化和改進建議。未來，結(jié)合新材料、新技術(shù)的發(fā)展趨勢，進一步提高防護涂層的性能，并通過智能化施工與檢測手段優(yōu)化施工流程，將成為該領(lǐng)域研究和發(fā)展的重點方向。

參考文獻

[1]徐孟強.裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火保護技術(shù)[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2023，22（07）：87-89.

[2]祝振宇.裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工關(guān)鍵技術(shù)與工藝研究[D].太原理工大學(xué)，2021.

[3]鄧木海.裝配式建筑鋼結(jié)構(gòu)防火保護技術(shù)研究[J].居舍，2020（10）：32.

[4]趙彥章.裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計和施工技術(shù)研究[J/OL].金屬世界，2024（09）：1-10.