浅谈建筑钢结构的防腐及耐火处理
胡楠楠，戚 燕
广州化工2012年10月
摘 要:对近几年建筑钢结构防腐处理及耐火处理的现状及研究进展进行了综述，并指出，研究和开发同时具有耐蚀、耐火、耐候性能的新钢材将成为未来建筑结构钢的研究方向。
关键词:钢结构; 防腐处理; 耐火处理
钢结构建筑与传统的混凝土结构相比，具有重量轻、强度高、塑形和韧性高、抗震性好、易修复、施工时间短、造价低、可回收等优点，可以达到节能减排的环保效果，因为也被称为 “绿色建筑”，在建筑工程中得到了广泛的应用［1 －4］。虽然钢结构的优点有很多，但是钢结构的耐腐蚀性差及防火性差是其致命的缺点。
1 建筑钢结构的防腐措施
腐蚀是钢结构的常见现象。钢结构长期暴露在大气中必要要受到大气中水、氧气和环境中其他污染物的作用而被腐蚀。建筑钢结构的腐蚀不仅可以造成巨大的经济损失，同时也给钢结构带来很大的安全隐患［5 －6］。因此，不管是从节约能源的角度还是从钢结构安全性能的角度考虑，钢结构的防腐工作都是科研工作人员必须高度重视的重要技术课题。现有的建筑钢结构防腐措施主要有以下几种:
1. 1 热浸锌防腐处理
热浸锌防腐是将除锈后的钢材浸入 600 ℃高温融化的锌液中，使钢材中表面附着锌层。锌层对钢材起到保护作用，在一般大气环境下可以提供 10 年左右的有效保护，质量较为稳定。但是，热浸锌工艺具有一定的局限性，由于受到镀槽容积的限制，只能对小尺寸钢构进行防腐处理，且只能在固定的工厂里进行施工。
1986 年，张超等［7］对热浸锌钢结构在青海西部益湖地区土壤与大气中的耐腐蚀性能进行了研究，采用人工加速腐蚀试验方法以提高介质温度与含水量作为加速腐蚀的手段，用范 － 豪夫公式计算加速系数，用阿里尼斯公式建立拟合方程，用外推方法作长期腐蚀数据的计算。研究结果表明: 裸铁试片在各种腐蚀介质中的失重量比热浸锌层的失重量大得多，在青海盐湖地区，热浸锌层对钢结构具有明显的防腐保护作用。
2004 年，华南理工大学材料学院的孔纲等［8］对热镀锌层组织形貌特点及生长动力学，以及钢中元素 ( C、Si、P、S、Mn、V、Nb、Ti、Al、Cr、Ni 等) 对 Fe － Zn 反应的影响进行了综述，研究表明: 钢中元素 C、Si 或 P 均对 Fe － Zn 反应有促进作用，S 对反应无影响，合金元素 Mn、Cr 或 Ni 可以促进镀层生长，而 Ti、V 或 Nb 对钢结构件热镀锌基本无影响。因而得出结论，对不同成分的钢材应采用不同的热浸镀锌工艺。
1. 2 热喷涂技术
热喷涂技术是利用热源对喷涂材料进行加热，将熔融的粒子雾化、喷射并沉积到基材表面上，形成一层 8 ～ 10 mm 的特殊表面保护涂层的方法。热喷涂的方法主要有火焰喷涂法、电弧喷涂法、等离子喷涂法、爆炸喷涂法和激光喷涂法等。其中应用于钢结构腐蚀防护主要是电弧喷涂法和火焰喷涂法［9］。用于钢结构长效防腐的喷涂材料主要有 Zn、Al 及 Zn － Al 合金涂层，对钢结构起到物理隔离和电化学保护的双重作用。与热浸锌技术相比，热喷涂技术具有不受物体体积限制、施工方便等优点。
中国矿业大学江苏中矿大正表面工程技术有限公司的康壮苏等［10］针对广州新电视塔钢结构的腐蚀环境和表面防护要求，通过对比分析现有钢结构的防腐技术，为广州新电视塔设计了一个合理的热喷涂方案。中交公路规划设计院有限公司的王麒等［11］在 2010 年对钢结构进行热喷涂，获得高性能的热喷涂 Zn85Al 合金涂层。通过我国典型自然大气和海水、淡水环境下的曝露腐蚀试验，获得热喷涂 Zn85Al 合金涂层在不同大气环境下 1、2、4 a 的大气腐蚀数据，并与同时试验的传统热喷涂 Zn、Al 涂层进行了对比。在实验室条件下采用中性盐雾加速试验方法和电化学方法，对 3 种涂层的耐蚀性及其对钢基构件的电化学保护性能进行了比较。研究发现: 与热喷涂 Zn － 15Al 合金涂层与 Zn、Al涂层相比，既具有热喷涂 Zn 涂层优良的电化学保护特优点，又同时兼具热喷涂 Al 涂层的高耐蚀的优点。
1. 3 涂 ( 喷) 油漆防腐
涂 ( 喷) 油漆是使钢结构免遭环境侵蚀，同时赋予建筑钢结构美丽外观的有效手段。传统上将油漆分为底漆、中间漆和面漆。底漆主要提供钢结构的防锈功能，中间漆主要是增加漆膜厚度以加强防护能力，面漆则既可封闭腐蚀介质渗入钢材表面，同时又起着装饰美化作用［12］。马钢股份公司设计研究院有限责任公司的甘月玫等［13］从钢结构喷涂油漆施工的基本操作着手，提出了喷涂油漆的施工要点，并阐述了原材料、机具、施工方法的选择重点。
沈建荣等［12］对建筑钢结构使用的防锈底漆、面漆、防火漆进行了简单的介绍。并介绍了国外建筑钢结构常用的脂肪族聚氨酯面漆、无机富锌漆和环氧硅氧烷的油漆配套及它们的配套材料费指数情况。
2 建筑钢结构的耐火性能的改善方法
钢材虽然是一种不燃材料，但其耐火性能非常差，随着温度的升高，其强度及弹性模量等力学性能指标会发生很大的改变。通常，温度超过 260 ℃时，钢的极限强度与屈服点就会显著下降，当温度高于 600 ℃时，钢材的强度就会约等于零而失去承载能力，从而导致建筑物发生垮塌。因此，一旦遇到高温，钢结构的变形甚至失效是难以避免的，为了确保建筑钢结构的安全性，我们必须要对钢结构建筑采取有效的防火措施，提高钢材料的耐火极限。
浙江工业大学的徐伟良等［14］对建筑钢材的耐火耐候性能和生产机理进行了分析。试验研究表明: 混合组织，尤其是细小、弥散分布的 M － A 组织，合金元素 Mo 等的固溶强化作用和高温下 MC，Mo2C 的析出强化作用，是耐火钢获得良好高温性能的主要原因。在碳素钢中加入 Cu、Cr、Mo 和 Ti 等微合金元素就可形成耐火耐候钢。
武汉科技大学材料与冶金学院的童明伟等［15］研究了钼、铌元素含量对耐火结构钢组织和性能的影响，尤其是对高温强度的影响。试验结果表明: 随着钼含量的增加，结构钢的室温屈服强度、抗拉强度和 600 ℃时的屈服强度都随之提高，韧性则有所下降; 钢中贝氏体的数量随铂含量的增加而增多; 在高温时，稳定细小的铌的碳化物可有效改善钢的高温强度; 钼、铌的复合加入对提高钢的高温强度具有更好的效果。
3 结 语
随着我国经济与技术的发展，人们对建筑的安全重视程度也越来越高，只有采取有效的措施提高钢结构的耐腐蚀性与防火性能，才能有效的避免因钢结构腐蚀或高温失效而引起的安全隐患。因而，我们必须重视建筑钢结构的防腐及防火处理，不断的研究、探索、开发出同时具有耐蚀、耐火、耐候功能的新材料和新工艺，这样才能够扬长避短，可以使钢结构的建筑得到更为广泛的应用。
参考文献略
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