当前在推行建筑产业现代化及其钢结构建筑中,人们对钢结构的防腐和防火长效性有误区。有人认为,目前我国的现行防腐和防火技术耐久性不够,不能满足钢结构工程的需要,有的甚至认为推广钢结构建筑防腐防火是一个不可逾越的“障碍”.对此误区我们不能沉默,它直接影响钢结构建筑的推广应用,我们在此重温钢材防腐防火基本知识,旨在技术交流。
一、钢结构的腐蚀与环境有关
钢材腐蚀与相对湿度和大气中侵蚀性物质含量密切相关,从“钢材腐蚀与大气相对湿度”关系图1中可见,只有在湿度超过70%时才发生值得重视的腐蚀。大气相对湿度及侵蚀介质(如二氧化硫等)的含量是影响钢材腐蚀的主要因素。根据这些影响因素的程度不同,无保护钢材的年腐蚀速度如表1所示。我国的设计规范要求“设计中一般不应因考虑锈蚀而加大钢材截面的厚度”.
二、钢结构建筑没有维修先例
在人类居住、办公建筑的室内环境中,不存在高湿度的或高含量的侵蚀性气体,属于一类建筑环境,民用建筑钢结构仅做规范规定的一般性防腐即可,再加上防火层和装修层的保护,防腐涂料没有遭到破坏、也没有紫外线照射的老化,防腐涂层得到长期保护,与氧气隔绝,钢材不能被氧化,无需在使用中对防腐层进行维修。世界上也没有维修先例。
美 国 纽 约 帝 国 大 厦(Empire StateBuilding),是位于美国纽约市的一栋着名的摩天大楼,由Shreeve, Lamb, and Harmon建筑公司设计,1930年动工,1931年落成,只用了410天,全钢结构102层、高384米,从1931年建成至今仍正常使用,未曾见到报道这座钢结构建筑每隔几年就要大修一次。
芝加哥的汉考克大厦(John Hancock Center)楼 高343.5米(1,127英 尺), 加 上 天 线 高 达457.2米,地上100层,总楼面面积260,126平方米,1965年开工,1969年完工,是当时纽约之外全世界最高的摩天大楼,主要构件的钢材屈服强度为350MPa.从1969年建成至今仍正常使用,也未曾见报道这座钢结构建筑每隔几年就要大修一次。
北京长富宫饭店于1987年建造,全钢结构,地下2层、地上25层,高91m,纯钢框架结构,主要钢材SM490A(屈服强度为325MPa),标准层高3.3m,主要柱网8m×9.8m,外墙采用带面砖的预制混凝土挂板,是我国早期的钢结构装配式建筑。宾馆建筑每个房间都有用水设备。从1987年建成至今仍正常使用,也未曾见报道这座钢结构建筑每隔几年就要大修一次。
从国外到国内,钢结构建筑从未进行过也没考虑过要在使用中去“维护”钢结构的防腐刷漆问题,若真是那样,钢结构就没有在建筑中使用的价值。
总之,钢结构建筑在人类生存环境中按现行规范一次性做好防腐,就能达到长效防腐的效果,不需要中途把建筑拆除进行维护。要是“信不过”,那就做镀锌防腐,输电钢塔常年在崇山峻岭中屹立,未见钢塔因锈蚀倒塌,钢塔只不过做了镀锌防腐即可长效防腐;要是还“信不过”,那就用舰船防腐涂料吧,潜艇常年浸泡在海水里不是也有办法防腐吗?科学是追求简单化,够用就行了,建筑工程钢结构的防腐采用现行建筑规范做法是完全能满足长效防腐要求的。
三、钢结构的防腐除锈是关键
实践中有些因施工质量问题出现钢结构返锈现象,主要是钢材除锈不彻底或带秀刷漆造成的。我们知道,涂层的防护作用程度和防护时间长短取决于涂层质量,而涂层质量受到表面处理(防锈质量)、涂层厚度(涂装道数)、涂料品种、施工质量等因素的影响,这些因素的影响程度大致为表2所示。钢材只有经过表面彻底清理去除铁锈、轧屑和油类等污染物,底层涂料才能永久地附着于钢材上并对它起有效的保护作用。除锈方法和除锈等级见表3所示。
由于各国制定钢材表面除锈等级时,基本上都是采用美国和瑞典的除锈标准作为蓝本,因此各国的除锈等级大体上是对应采用的,我国与瑞典完全一致。
除锈等级的确定是涂装设计的主要内容。由于钢材表面处理是影响涂层质量的主要因素,所以合理的正确地确定除锈等级对保证涂层质量具有非常重要的作用。确定的除锈等级过高,会造成人力和费用的浪费,过低会降低涂层质量,起不到应有的防护作用,反而是更大的浪费。单纯从除锈等级标准看,Sa3级标准质量最高,但它需要施工条件和费用也最高。据有关文献报道:达到Sa3级的除锈质量,只能在相对湿度不大于55%的条件下才能实现。瑞典除锈标准说明书指出:钢材除锈质量达到Sa3级时,表面清洁度为100%,达到Sa2.5级则为95%.按工时消耗计算,若以Sa2级为100%,Sa2.5级则为130%和Sa3级为200%.因此,不能盲目要求过高的标准,而要根据需要来确定除锈等级。
设计首先要考虑与底漆相适应的除锈等级,我国规范规定了各种底漆或防锈漆要求最低的除锈等级为表4所列。
设计上一般规定干膜总厚度应为100μm~150μm.涂层厚度应适当,过厚虽然可以增加防护能力,但附着力和机械性能有所降低,且费用过高;过薄易产生肉眼看不见的针孔和其他缺陷,起不到隔离环境的作用。涂层厚度用磁性测厚仪测定。
有防火要求的钢结构,钢结构表面可仅涂两遍防锈底漆,再涂两遍保护性面漆,干膜总厚度应在75μm~100μm,然后在其表面涂装防火涂料或防火板包裹,起防火作用,也可保护底漆。