钢结构的防腐与防火技术.docx
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钢结构的防腐与防火技术
钢结构的防腐与防火技术
1钢结构的防腐与防火技术概要
随着社会的不断发展进步,钢结构建筑日益增多,从民用建筑到工业建筑再到市政建设;从一般建筑到重点工程都能看到钢结构的应用。
钢结构建筑有许多优点,主要是:
重量轻、强度高、施工速度快、质量易控制、建筑美观、可进行工厂化成批生产等优点,在重庆钢铁集团公司环保搬迁、重庆市XX局办公大楼等工程项目被大量采用。
但钢结构建筑同时也有存在不足之处,钢结构的腐蚀性快、耐火性能差,需要进行防腐和防火处理等。
钢结构腐蚀是一种不可避免的自然现象,是影响钢结构使用寿命的重要因素。
腐蚀不仅造成经济损失,并且影响结构的安全。
因此防止结构过早腐蚀,提高其使用寿命,是设计、制作、安装和使用单位共同关心的问题。
在钢结构表面涂刷防护涂层,是目前钢结构防腐的主要措施之一。
钢结构的防火,钢材是一种不燃烧材料,但耐火性能差,它的机械性能,诸如屈服点、抗拉强度以及弹性模量,随温度的升高而降低,因而出现强度下降、变形加大等问题。
研究表明,钢材在500C时尚有一定的承载力，而到700C时则基本失去承载力，故700C被认为是低碳钢失去强度的临界温度。
所以钢结构应采取防火保护措施。
钢结构防火保护的目的是使结构在发生火灾时,能满足防火规定的耐火极限时间。
2钢结构的防腐
2.1钢结构腐蚀的特点钢结构构件只要与水分和氧气同时直接接触,就会在表面形成许多微小的阴极区和阳极区,使钢材的表面产生电化学腐蚀,这是钢材的材料性质所决定的。
钢材表面的电化学腐蚀物的产物中,最初生成的是二氧化铁,二氧化铁在空气中进一步氧化,生成钢材腐蚀的最终产物三氧化铁。
由于二氧化铁与三氧化铁均为疏松物质,在钢材表面不能形成完整的保护层,无法阻止水分和氧气的侵入,所以,钢材的锈蚀是连续不断的。
另一面,由于钢材在锈蚀过程中形成的许多锈坑,进一步增加了钢材与水分及氧气的接触表面积,加剧了锈蚀的速度,所以,钢材的锈蚀具有扩散性。
空气湿度、空气中存在的硫化物、灰尘、煤尘及盐分的污染物等,均对钢结构的腐蚀速度有影响。
其中,空气相对湿度是影响钢结构腐蚀速度的主要因素。
受紫外线和酸雨作用的外露结构与室内结构不同,要有所区别,这就要求在防腐设计时充分考虑环境影响,同时又要满足使用年限、维护措施、涂装方法和综合造价等要求。
2.2钢结构的防腐措施
钢结构的防腐方法很多,包括改善钢材材性的防腐蚀方法、电化学防腐蚀方法,以及使用金属或非金属涂层的防腐蚀方法
在钢结构表面涂刷防腐涂层,是目前钢结构防腐的主要措施之一,也是最经济和最简便的防腐方法。
根据涂层组成材料的不同,其防护作用可以是阻隔性、电化学性及阻隔―电化学复合性,通过涂刷或喷涂油漆的办法,在钢材表面形成保护膜,在涂料中加入锌粉、铝粉,或在钢构件上喷镀锌、铝,能起到对钢材电化学保护的作用,使促进腐蚀的各种外界条件如水分、氧气等尽可能与钢材表面隔离开来,从而阻止钢材锈蚀的产生。
2.3涂料防腐的几个重点涂层对钢结构的防护程度和防护时间的长短,取决于涂层质量,涂层质量又取决于涂装设计与涂装施工。
涂装设计的主要内容包括:
钢材表面处理、除锈方法的选择、除锈质量等级的确定、涂料品种的选择、涂层结构和涂层厚度的设计以及涂装工艺和施工环境等。
钢材在轧制过程中表面会产生一层氧化皮;在贮存过程中由于大气的腐蚀而生锈;在加工过程中在其表面往往产生焊渣、毛刺、油污等污物,这些氧化皮、铁锈和污染物如不认真处理,则会影响到涂层的附着力和使用寿命。
钢材的表面处理,是涂装工程的重要一环,其质量的好坏直接影响整个涂装的质量。
国内外一些文献资料统计认为,钢材表面处理质量在影响涂装质量诸因素中占50%以上。
如果除锈不彻底,漆膜下的金属表面继续生锈扩展,使涂层破坏失效。
钢结构的除锈方法有:
手工和动力工具除锈、喷射或抛射除锈、火焰除锈以及酸洗除锈等。
对于手工除锈,我国分为两个等级。
st2级（彻底的手工和动力工具除锈）:
钢材表面应无可见的油脂和污垢,并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈等附着物,;st3级（非常彻底的手工和动力工具除锈）:
除锈等级比st2级更为彻底,表面呈现金属光泽。
对于喷射或抛射除锈,我国分为四个除锈等级。
sa1级（轻度的喷射或抛射除锈）:
除去浮锈及氧化皮;sa2级（彻底的喷射或抛射除锈）:
中度喷射磨料,除去大部分锈、氧化皮等,清除灰尘后表面呈金属灰色,适用于一般除锈涂装;sa2.5级（非常彻底的喷射或抛射除锈）:
彻底喷射磨料,完全除去所有锈及氧化皮,清除灰尘后表面呈现近白金属光泽,仅有微小瘢痕（5%面积以下）,此级最广泛应用于重防腐涂装;Sa3级（使钢材表观洁净的喷射或抛射除锈）:
彻底喷射磨料,完全除去所有锈及氧化皮,不留任何微小斑点,表面呈均匀银白金属光泽,为最高级标准。
火焰除锈以字母“FI''表示,只有一个等级。
火焰除锈前,厚的锈层应铲除,火焰除锈应包括在火焰加热作业后以动力钢丝刷清加热后附着在钢材表面的产物。
火焰除锈仅适用于清除涂层或无法利用抛丸机进行除锈的大型厚板构件,应控制火焰温度（约200C）,及移动速度（2.5〜3m/min）,防止构件因受热不均而变形。
除锈要求首先是针对底层涂料的附着力而言的,所以,确定除锈等级不仅要依据设计要求,而且应该与所使用的涂料相适应对于低档次的涂料可以采用较低的除锈标准。
防腐涂料涂层结构形式有:
底漆一中漆一面漆;底漆一面漆。
底漆主要起附着和防锈作用;中漆的作用是介于底漆和面漆两者之间,能增加漆膜总厚度;面漆保护底漆,并起防腐蚀耐老化作用。
涂料的品种繁多,性能和用途各异,涂料选用的正确与否,对钢材防护效果影响很大。
在选用涂料时,应注意涂层的配套性,不仅要求底漆与钢材表面的附着力好,面漆与底漆的粘结力强,且要求漆层间作用配套、性能配套、硬度配套,各漆层之间不能发生互溶或咬底现象。
一个完整的涂层结构一般由多层防锈底漆和面漆组成。
设计上应对涂料、涂装遍数、涂层厚度作出规定,对腐蚀较低或中等大气环境的工业与民用钢结构,当对涂装厚度无要求时,涂层干漆膜总厚度:
室外应为150um,室内应为125um,允许偏差为-25um。
每遍涂层干漆膜厚度的允许偏差为-5um。
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则降低,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。
涂装后的漆膜外观应均匀、平整、丰满而有光泽,不允许有咬底、裂纹、剥落、针孔等缺陷。
涂层厚度用磁性测厚仪测定,总厚度应达到设计规定的要求。
2.4涂装方案
必须重视防腐涂装设计,确定合理的涂装方案,可以满足不同的环境条件和使用年限要求。
对腐蚀程度严重的环境,室外、酸碱严重区域,如游泳池、化工厂等,使用年限要求较长,可按表2.3.1所列方案选用
涂装方案表2.3.1
对腐蚀中等的环境,如城市和受工业大气污染的厂区,室内,维护修理周期较短,可按表2.3.2所列方案选用。
涂装方案表2.3.2
随着科学技术不断进步,近年来开发研制了多种新型涂料,它们具有优良的性能.
2.5涂装施工
2.5.1环境温度。
在室内无阳光直接照射的情况下,涂装时
的温度以5〜38C为宜；若在阳光直接照射下，钢材表面温度能比气温高8〜12C,涂装时漆膜的耐热性只能在40C以下，当超过43C时,钢材表面上涂装的漆膜就容易产生气泡而局部鼓起，使
附着力降低。
低于0C时,在室外钢材表面涂装容易使漆膜冻结而不易固化。
2.5.2环境湿度。
相对湿度超过85%时,钢材表面有露点凝结,漆膜附着力差。
2.5.3必须采取防护措施的施工环境。
在有雨、雾、雪和较大灰尘的环境下施工;涂层可能受到油污、腐蚀介质、盐分等腐蚀的环境下施工;没有安全措施和防火、防爆工具条件下施工均需备有可靠的防护措施。
2.5.4防腐涂料的准备。
涂料及辅助材料进厂后,应检查有无产品合格证和质量检验报告单,如没有,则不应验收入库。
施工前应对涂料型号、名称和颜色进行校对,是否符合设计规定要求。
同时检查制造日期,如超过贮存期,重新取样检验,质量合格后才能使用,否则禁止使用。
2.5.5涂装时间间隔的确定。
间隔时间控制适当,可增强涂层间的附着力和涂层的综合防护性能,否则可能造成“咬底”或大面积脱落和返锈现象,可根据涂料产品说明书设定时间间隔。
2.5.6禁止涂漆的部位和涂装前的遮蔽。
钢结构工程有一些部位,是禁止涂装的。
如地脚螺栓和底板、高强度螺栓接合面、与混凝土紧贴或埋人的部位等。
2.5.7二次涂装的表面处理和补漆。
二次涂装是指构件在加工工厂制作,并按设计作业分工涂装完后,运至现场进行的涂装,或者涂装间隔时间超过最后间隔时间,再进行的涂装。
对二次涂装的表面,应进行处理后才可进行现场涂装。
进行二次涂装前,要对损坏的部位进行补漆。
2.5.8修补涂装。
涂装结束后,安装之前,经自检或专检涂层有缺陷时,应找出原因,并及时修补,其方法与要求应与完好涂层部分一样。
整个工程安装完成后,除需要进行修补漆外,还应对以下部位进行补漆:
接合部的外露部分和紧固件等;安装时焊接及烧损的部位;组装符号和漏涂的部位;运输和组装时损坏的部位。
3钢结构的防火
3.1钢结构防火保护技术原理应用钢结构防火涂料涂覆在钢基材表面,其目的在于进行防
火隔热保护,防止钢结构在火中迅速升温挠曲变形倒塌。
防火原理有三个:
一是涂层对钢基材起屏蔽作用,隔离了火焰,使钢构件不至于直接暴露在火焰或高温之中;二是涂层吸热后,部分物质分解出水蒸气或其他不燃气体,起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用;三是涂层本身多孔轻质或受热膨胀后形成炭化泡沫层，热导率均在0.233W/（m?
K）以下，阻止了热量迅速向钢基材传递,推迟了钢基材受热后温度升到极限温度的时间。
从而提高了钢结构的耐火极限。
3.2建筑构件的耐火极限
根据《建筑设计防火规范》.（GBJ16）、《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045）等,国家规范对各类建筑构件的燃烧性能耐火极限的要求,当采用钢材作相应的构件时,钢构件的耐火极限不应低于表3.2.1的规定:
表3.2.l
3.3防火保护材料钢结构常用的防火保护材料有:
3.3.1防火涂料。
钢结构防火涂料是专门用于喷涂钢构件表面,能形成耐火隔热保护层,以提高钢结构耐火极限的一种耐火材料。
按其阻燃作用的原理及涂层厚度可分为膨胀型和非膨胀型两种。
膨胀型防火涂料又称为薄涂型涂料，涂层一般为2~7mm有一定的装饰效果,所含树脂和防火剂只有在受热时才起防护作用。
当温度升高至150〜350C时，涂层能迅速膨胀5〜10倍，从而形成
适当的保护层,这种涂料的耐火极限一般为1~1.5h。
在薄涂型防火涂料下面,钢构件应做好全面的防腐措施,包括底漆和面漆涂
膨胀型防火涂料中,有一类涂料的构成与性能特点介于饰面型防火涂料和薄涂型钢结构膨胀防火涂料之间,称为超薄型钢结
构膨胀防火涂料,其中的多数品种属于溶剂型,因此又叫钢结构防火漆。
非膨胀型涂料为厚涂型防火涂料,它由耐高温硅酸盐材料、高效防火添加剂等组成,是一种预发泡高效能的防火涂料。
涂层呈粒状面，密度小，导热率低。
涂层厚度一般为8〜50mm通过改变涂层厚度可以满足不同耐火极限的要求。
3.3.2由厚板或薄板构成的外包防火层,这种防护板材常用的有石膏板、水泥蛭石板、硅酸钙板和岩棉板等。
使用时通过胶结剂或紧固件固定在钢构件上。
采用外包金属板时,应内衬隔热材料。
3.3.3外包混凝土保护层。
它可以现浇成型,也可以用喷涂法。
通常要求在外包层内埋设钢丝网或用小截面钢筋加强,以限制收缩裂缝和遇火爆裂。
现浇外包混凝土的重度大,应用上受到一定的限制。
3.4选用防火保护材料的基本原则
3.4.1现代建筑对防火材料的阻燃性提出越来越高的要求,
应具有良好的绝热性,其导热系数小或热容量大。
3.4.2在火灾升温过程中不开裂、不脱落、能牢固地附着在构件上,本身又有一定的强度和粘结度,连接固定方便。
3.4.3不腐蚀钢材,呈碱性且氯离子的含量低。
3.4.4不含有危害人体健康的石棉等物质。
3.5防火保护层的厚度
防火保护材料选好后,确定保护层的厚度就显得十分重要。
影响保护层厚度的因素较多,如钢构件的种类、截面形状和尺寸大小,以及要求的耐火极限等,可参照有关规范或规程选用。
3.6防火措施与构造
3.6.1钢柱
钢柱一般采用厚涂型钢结构防火涂料,其涂层厚度应满足构件的耐火极限要求。
施工喷涂时,节点部位宜作加厚处理。
对喷涂的技术要求和验收标准均应符合国家标准《钢结构防火涂料应用技术规程》（CECS24）的规定。
防火板材包裹保护:
当采用石膏板、蛭石板、硅酸钙板、岩棉板等硬质防火板材保护时,板材可用胶粘剂或紧固铁件固定,胶粘剂应在预计耐火时间内受热而不失去粘结作用。
若柱子为开口截面（如工字形截面）,则在板的接缝部位,在柱翼缘之间嵌入一块厚度较大的防火材料作横隔板。
当包覆层数等于或大于两层时,各层板应分别固定,板的水平缝至少应错开500mm。
外包混凝土保护层:
可采用C20混凝土或加气混凝土，混凝土内宜用细箍筋或钢筋网进行加固,以固定混凝土,防止遇火剥
落。
钢丝网抹灰保护层:
其作法是在柱子四周包以钢丝网,缠上细钢丝,外面抹灰,边角另加保护钢筋。
钢柱包以矿棉毡（或岩棉毡）,并用金属板或其他不燃性板材包裹起来。
3.6.2钢梁钢梁的防火保护措施可参照钢柱的作法。
当采用喷涂防火涂料时,遇下列情况应在涂层内设置与钢构件相连的钢丝网:
受冲
击振动荷载的梁；涂层厚度等于或大于40mm勺梁;腹板高度超过1.5m的梁；粘结强度小于0.05MPa的钢结构防火涂料。
3.6.3楼盖楼盖的防火措施可参见《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）附录A的有关规定。
3.6.4屋盖与中庭
屋盖与中庭采用钢结构承重时,其吊顶、望板、保温材料等均应采用不燃烧材料,以减少发生火灾时对屋顶钢构件的威胁。
屋顶钢构件应采用喷涂防火涂料、外包不燃烧板材或设置自动喷水灭火系统等保护措施,使其达到规定的耐火极限要求。
3.7防火涂装施工钢结构防火涂料是一类重要消防安全材料,防火喷涂施工质量好坏,直接影响防火性能和使用要求。
根据国家有关法规规定,钢结构防火施工,应由有施工资质的专业施工队施工,以确保工程质量。
喷涂前,钢结构表面应除锈,并根据使用要求确定防锈处理。
对大多数钢结构而言,需要涂防锈底漆。
防锈底漆与防火涂料不应发生化学反应。
喷涂前,钢结构表面的灰土、油污、杂物等应清除干净。
3.7.1薄型钢结构防火涂料施工
施工工具与方法:
喷涂底层涂料,宜采用重力（或喷斗）式喷枪,配能够自动调压的0.6~0.9m3/min的空压机。
喷嘴直径为4~6mm空气压力为0.4〜0.6MPa。
面层装饰涂料，可以刷涂、喷涂或滚涂,一般采用喷涂施工。
喷底层涂料的喷枪,将喷嘴直径换为1〜2mm空气压力调为0.4MPa左右,即可用于喷面层装饰涂料。
局部修补或小面积施工,或者机器设备已经安装好的厂房,不具备喷涂条件时,可采用抹灰刀等工具进行手工抹涂。
涂料的搅拌与调配:
运送到施工现场的钢结构防火涂料,应采用便携式电动搅拌器予以适当搅拌,使均匀一致,方可用于喷涂。
双组分包装的涂料,应按照说明书规定的配比进行现场调配,边配边用。
搅拌和调配好的涂料,应稠度适宜,喷涂后不发生流淌和下坠现象。
底层施工操作与质量:
底涂层一般应喷涂2〜3遍,每遍间隔4〜24h,待前遍基本干燥后再喷后一遍。
头遍喷涂以盖住基底面70%即可,二、三遍喷涂每遍厚度不超过2.5mm为宜。
每喷Imm厚的涂层，约耗湿涂料1.2〜1.5kg/m2。
喷涂时手握喷枪要稳，喷嘴与钢基材面垂直或成70°角，喷口到喷面距离为40〜60cm要求回旋转喷涂,注意搭接处颜色一致,厚薄均匀,要防止漏喷、流淌。
喷涂过程中,操作人员要携带测厚计随时检测涂层厚度,确保各部位涂层达到设计规定的厚度要求。
喷涂形成的涂层是粒状表面当设计要求涂层表面要平整光滑时,待喷完最后一遍应采用抹灰刀或其他使用的工具作抹平处理,使之表面均匀平整。
面层施工操作与质量:
当底层厚度符合设计规定,并基本干燥后,方可施工面层喷涂了。
面层涂料一般涂饰1~2遍,若头遍是从左至右喷,二遍则应从右至左喷,以确保全部覆盖住底涂层。
面涂用料为0.5~1.0kg/m2即可。
对于露天钢结构的防火保护,喷好防火的底涂层后,也可选用适合建筑外墙用的面层涂料作为防水装饰层,用量为1.0kg/m2即可。
面层施工应确保各部分颜色均匀一致,接茬平整。
3.7.2厚型钢结构防火涂料施工
施工方法与机具:
一般采用喷涂施工,机具可为压送式喷涂机或挤压机,配能自动调压的0.6~0.9m3/min的空压机,喷枪口径为6〜12mm空气压力为0.4〜0.6MPa。
局部修补可采用抹灰刀等工具手工抹涂。
涂料的搅拌与配置:
由工厂制造好的单组分湿涂料,现场应采用便携式搅拌器搅拌均匀;由工厂提供的干粉料,现场加水或其他稀释剂调配,应按照涂料说明书规定配比混合搅拌,边配边用;由工厂提供的双组分涂料,按配制涂料说明书规定的配比混合搅拌,边配边用。
特别是化学固化干燥的涂料,配制的涂料必须
在规定的时间内用完。
搅拌和调配涂料,使稠度适宜,即能在输送管道中畅通流动。
喷涂后不会流淌和下坠。
施工操作:
喷涂应分若干次完成,第一次喷涂以基本盖住钢材基面即可，以后每次喷涂厚度为5〜10mm一般以7mn左右为宜。
喷涂次数与涂层厚度应根据防火设计要求确定。
喷涂时,持枪手紧握喷枪,注意移动速度,不能在同一位置久留,造成涂料堆积流淌;输送涂料的管道长而笨重,应配置一名助手帮助移动和托起管道;配料及往挤压泵加料均要连续进行,不得停顿。
施工过程中操作者应采用测厚针检测涂层厚度,直到符合设计规定的厚度,方可停止喷涂。
对明显的乳突,应采用抹灰刀等工具剔除,以确保涂层表面均匀。
质量要求:
涂层应在规定时间内干燥固化,各层间粘结牢固,不出现粉化、空鼓、脱落和明显裂纹;钢结构的接头、转角处涂层均匀一致,无漏涂出现;涂层厚度应达到设计要求。
钢结构的防腐与防火处理，通过重庆市XX局办公大楼改造工程的应用,其钢结构采用sa2.5级抛丸除锈,刷红丹醇酸底漆二遍,漆膜厚度70卩m,丙烯酸聚氨酯面漆二遍，漆膜厚度85卩m;钢结构防火等级二级,钢柱选用薄型钢结构膨胀防火涂料,涂层厚度为7mm梁选用超薄型钢结构膨胀防火涂料，涂层厚度5mm施工中经过严格的质量管理和过程检查验收,防腐和防火材料与基层粘接牢固,表面美观,符合设计和施工规范规定,本工程的防腐与防火一次通过重庆市质监站和重庆市消防总局验收,质量合格。
4结束语
随着我国经济的快速发展,国家经济实力不断加强,钢结构工程的应用将越来越多,其钢结构的防腐与防火质量关系到广大人民的生命财产安全,关系到社会长远发展,是百年大计。
因此在钢结构建筑中如何提高钢结构的防腐与防火技术是我们工程技术人员的重大课题,更值得我们在工作中不断总结创新,建造更多美观、放心建筑工程。
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