建筑鋼結構的防腐與防火措施研究

摘要：鋼結構桁架建筑中的結構構件能在工廠大批量生產，標準化和工廠化程度高，易于實現產業化，因此鋼結構析架建筑具有廣闊的應用前景。本文主要探討了鋼結構建筑的防腐和防火的問題，并提出了相應的解決辦法。

關鍵詞：鋼結構桁架 防腐 防火

0 引言

我國建筑鋼結構的良好發展，也促進了我國冶金工業的技術進步，推進了我國鋼結構的結構調整，建設和冶金行業的相互促進，將使我國的建筑鋼結構進入一個嶄新的階段。鋼結構住宅裝配化程度高，所用構配件輕巧，運輸安裝十分方便同時，鋼結構住宅建筑所用構配件可以在工廠制作，現場安裝，適合工廠的標準化、系列化和工業化生產，商品化程度高，有利于降低成本，實現住宅建筑的集成化。住宅產業化必然要求大力發展住宅鋼結構。我國鋼結構住宅目前所要研究的問題，己不是要不要做的問題，也不是回答能不能做的問題，而是要研究解決如何把它做好的問題，是要完整的、配套的、高品質的全新的把它研究好并如何推向市場的問題[1，2]。本文面對鋼結構建筑的發展趨勢，針對鋼結構在建筑工程中的防腐和防火問題進行相關研究。

1 鋼結構桁架的防腐

鋼結構耐腐蝕性差，裸露的鋼結構在大氣作用下會產生銹蝕。腐蝕不僅造成自身的經濟損失，并且使結構構件截面減小，承載力降低，影響結構的安全。因此，防止結構過早腐蝕，提高其使用壽命，是具有重要意義的，也是設計、制造和使用單位共同關心的課題。并且，就我國家庭來說，購買一套住房意味著傾其一生的積蓄，對鋼結構住宅采取良好的防腐措施可以更好的吸引購房者，推動住宅鋼結構的發展。

1.1 腐蝕原理 鋼結構腐蝕原理，鋼結構的腐蝕分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩種。化學腐蝕是干燥氣體及非電解質液體作用于金屬表面而產生；也可以是空氣中的CO2、SO2作用而生成的FeO或FeS，從而使得鋼結構腐蝕。電化學腐蝕是鋼材表面與電解質溶液中產生電流，形成腐蝕電池，使鋼材產生腐蝕的現象。鋼材在冶煉時，常常加入碳元素及其它一些合金元素，于是由于基體鐵元素與其他合金元素各自的標準電極電位的不同，而形成腐蝕微電池的兩極，當大氣中的水分、氧氣等介質被吸附于鋼材表面時，無數個腐蝕微電池的兩極被接通了，因而發生腐蝕的電化學反應。促進腐蝕的外因，是由于鋼結構的腐蝕與相對濕度及大氣中侵蝕性物質的含量有密切的關系。通常相對濕度在60%以下時，鋼材的大氣腐蝕是微弱的。在干燥的亞熱帶氣候或在溫帶氣候的建筑物室內，鋼材的腐蝕只可能在極有限的范圍內發生。

1.2 鋼結構桁架的防腐措施 從能量變化的觀點看問題，金屬遭受腐蝕之后，把存在于內部的化學能轉變成電能電化學腐蝕或熱能化學腐蝕而放出。顯然，這是一個自發發生的過程，因此，要防止鋼材生銹，就必須設法阻止其表面腐蝕電池的電化學反應過程，或者以另一種電極更低的金屬原子代替鐵原子作為陽極，而鐵原子受到保護不發生電極反應。根據以上原理，鋼材的防腐方法主要有以下幾種：①物理屏蔽作用的防銹漆。這類防銹漆的防銹顏料有良好的屏蔽作用，能阻擋水分等化學介質滲到鋼鐵表面，因而減緩電化學反應的速度延遲發生銹蝕的時間。其特點是價格便宜防銹期限僅在五年左右，不適合用于鋼結構住宅建筑中。②依靠化學鈍化作用，使鋼材表面形成一層鈍化膜。如磷化膜或具有阻蝕性的絡合物，這些在鋼材表面形成的鈍化膜或絡合物的標準電極電位較鐵為正，從而能延緩鋼材的腐蝕過程。這類防銹漆防銹性能好，價格便宜，但鉛系防銹漆和鉛酸鹽防銹漆的毒性大，亦不適合用在住宅建筑中。③陰極保護型防銹漆一富鋅底漆。當防銹漆整層漆膜的電極電位比鐵元素更負時，鋼結構中的鐵成分便變成陰極，受到電化學保護不會腐蝕。④金屬鍍層保護，在鋼材表面施加金屬保護層，以提高鋼材表面的抗腐蝕能力。最常用的是鍍鋅。鍍鋅主要是通過形成致密的保護膜和鋅置換作用來防腐蝕。

2 鋼結構的防火

2.1 鋼結構防火重要性 鋼材雖為非燃燒性材料，但鋼材不耐火，溫度400℃時，鋼材的屈服強度將降至常溫下強度的一半，溫度達到600℃，鋼材基本喪失全部強度和剛度。一般常用建筑鋼材的臨界溫度（即喪失支撐能力時的溫度）為540℃。對于建筑火災，火場溫度多在800~1200℃之間。在火災發生的10分鐘內，火場溫度即可高達700℃以上，對于裸露的鋼材構件，在這樣的火場溫度下，只要幾分鐘其溫度就可上升到500℃而達到其臨界值，進而失去載荷能力，導致建筑物倒塌。由上可見，鋼結構的防火保護非常重要，這對于減輕火災損失，減少傷亡具有重要意義。而對于鋼結構住宅建筑來說，直接與人的生活起居有關，目居住建筑內一般都有較多的易燃物品，因此，住宅鋼結構的防火保護有其特殊的意義。

2.2 鋼結構桁架防火保護處理措施 火災是火失去控制而蔓延的一種災害性燃燒現象。一般地，火災的發生必須具備存在能燃燒的物質，能提供持續燃燒的空氣、氧氣或其他氧化劑，以及能使可燃物質燃燒的著火源，這樣三個條件。為此，考慮破壞以上三個條件，現今鋼結構建筑的防火保護一般有以下一些措施：①沖水冷卻保護法。該方法是在空心封閉的鋼構件中充滿水，火災時構件把從火場中吸收的熱量給水，依靠水的蒸發消耗能量或通過循環把熱量帶走，構件溫度可控制100℃左右，從理論上講，這是鋼結構保護最有效的方法。這種方法由于對結構設計有專門要求，目前實際很少應有；②單面屏蔽法，在鋼構件中的迎火面設置阻火屏障，將構件與火焰隔開，如果建筑物內部發生火災，火焰也燒不到鋼構件。這種在特殊部位設置的防火屏障措施不失一種較經濟的鋼構件防火方法； ③包封法，包封法是最常見也是最基本的鋼結構防火保護方法，它是用耐火材料把構件包裹起來，一般有澆筑混凝土或砌筑防火磚和防火板材包覆，特別注意防火用板材基本應是不燃材料，對結構能起防火保護作用的板材，還應該具有寫耐高溫特性功能；④噴涂無機防火涂料。早在50年代歐美、日本等先進國家就廣泛采用防火涂料保護鋼結構。80年代初期，國內在一些重要鋼結構建筑中也開始采用。發展至今，噴涂防火涂料已是使用最廣泛的建筑鋼結構防火法。鋼結構防火涂料的品種較多，通常根據高溫下涂層的變化情況分膨脹型和非膨脹型兩大系列。其中，膨脹型防火涂料，又稱薄型防火涂料，其基料為有機樹脂，配方中還含有發泡劑等成分，用于鋼結構防火，耐火極限可達0.5~1小時，非膨脹型防火涂料，主要成分為無機絕熱材料，遇火不膨脹，自身具有良好的隔熱性，故又稱隔熱防火涂料，對應耐火極限可達0.5~3小時以上。

2.3 鋼管混凝土柱的耐火性能 根據國內外大量試驗證明，鋼管混凝土的抗火性能明顯高于鋼結構，但國內對鋼管混凝土的防火基本上還是遵循鋼結構的防火要求。這必然導致建筑材料的浪費和結構造價的偏離。鋼管混凝土柱的耐火性能主要依賴以下幾個因素柱的截面尺寸和形狀、柱的有效計算長度、荷載大小、混凝土強度、混凝土骨料成分等。在火災情況下，隨著火災現場溫度的提高，鋼迅速失去承載力，但鋼管壁對核心混凝土仍起著“套箍”作用。雖然柱內混凝土的強度也逐漸喪失，但由于混凝土的熱傳導率很低，其強度喪失的速度遠遠低于鋼的強度喪失，原本由組合構件承受的荷載逐漸能轉移到核心混凝土上。最終，在鋼管喪失強度的情況下，核心混凝土必須來承擔全部荷載。鋼管混凝土柱的耐火性能不能簡單等同于鋼結構的耐火。當然，對于不同形式的鋼管混凝土柱及不同的受力情況，其耐火時限會有不同，但充分考慮鋼管混凝土柱本身的耐火性能，盡可能降低防火被覆的厚度，降低工程造價。對于大力發展本文中所言及的輕鋼住宅是極為有利的。

參考文獻：

[1]田琳，楊彬，韓秀華.鋼結構住宅體系的發展及展望[J].山西建筑.2009.03.

[2]胡建虹.電廠主廠房鋼結構建筑防火設計[J].江西煤炭科技.2009.01.