化工建筑中鋼結(jié)構(gòu)防腐及防火策略淺析

佟楚然

摘要：化工建筑具有高火災(zāi)危險(xiǎn)性和高腐蝕性。輕鋼體系在化工建筑中應(yīng)用廣泛，如何有效的防火及防腐成為建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)的一道難關(guān)。本文梳理分析了國內(nèi)外一些具體的防腐防火工程做法，提出了未來一段時(shí)間尚待解決的技術(shù)難題。希望通過本文的拋磚引玉促進(jìn)化工建筑防火防腐工程技術(shù)的突破。

關(guān)鍵詞：化工建筑；鋼結(jié)構(gòu)防腐及防火；策略淺析

1.鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)介紹

隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也變得越來越普遍。在建筑行業(yè)中，鋼結(jié)構(gòu)通常是指：通過焊接、熱軋、冷彎等方法來對(duì)鋼板進(jìn)行加工，使之形成相應(yīng)的鋼型，剛結(jié)構(gòu)的類型主要分為兩種，分別為輕鋼結(jié)構(gòu)和重鋼結(jié)構(gòu)。輕鋼結(jié)構(gòu)有著自重輕、占用面積小等特點(diǎn)，目前主要運(yùn)用在跨度較小的建筑工作中，例如：倉庫、辦公樓、體育館場等。而重鋼結(jié)構(gòu)則主要運(yùn)用在跨度較大的建筑中，例如：電子廠房等。雖然重剛結(jié)構(gòu)的自重要比輕鋼結(jié)構(gòu)的自重要重，但相對(duì)于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土而言，鋼結(jié)構(gòu)的自重要小很多，在其強(qiáng)度、負(fù)載、跨度等因素都相同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的重量只有鋼筋混凝土的三分之一，這也是鋼結(jié)構(gòu)得以廣泛使用的重要原因之一。

2.化工作業(yè)中火災(zāi)及腐蝕對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的危害

2.1腐蝕性危害

2.1.1鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性危害。石油化工產(chǎn)品在生產(chǎn)使用中，出現(xiàn)泄漏或揮發(fā)會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的酸堿性腐蝕。另外，在工藝反應(yīng)過程中也會(huì)釋放熱量，從而危害結(jié)構(gòu)的耐久性。

2.1.2防腐設(shè)計(jì)難點(diǎn)。防腐設(shè)計(jì)主要通過涂料涂刷于結(jié)構(gòu)表面以形成防護(hù)系統(tǒng)。因此，粘結(jié)性成為防腐優(yōu)劣的關(guān)鍵。影響涂膜粘結(jié)性因素包括：涂刷漏洞引起的涂膜脫落，當(dāng)鋼材表面涂刷防腐涂料時(shí)會(huì)存在細(xì)小的縫隙和涂刷漏洞。在施工過程中，防腐材料涂刷漏洞很難杜絕。這些孔洞與潮濕空氣、酸霧等接觸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并依附在鋼材表面，伴隨溫度及潮濕的影響起泡、破碎，最終瓦解防腐體系。潮濕空氣滲透引起有機(jī)漆膜吸水起脹。處于潮濕地區(qū)的建筑物，鋼結(jié)構(gòu)防腐處理如不做好除銹防潮，很容易在干濕交替溫度變化下引起涂膜變形。因此，對(duì)鋼材的防腐保護(hù)策略需從以上幾個(gè)方面加強(qiáng)。

2.2火災(zāi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的危害

鋼材雖屬于不燃材料，但耐火性較差。“普通低碳鋼250℃～300℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值，500℃左右強(qiáng)度下降到常溫的1/2。一般火災(zāi)作用于鋼結(jié)構(gòu)，15min便能達(dá)到500℃的高溫?！被馂?zāi)作用時(shí)間很短就能使鋼結(jié)構(gòu)體系坍塌破壞喪失基本承載力。

2.2.1鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)不易疏散撲救。鋼結(jié)構(gòu)體系在火災(zāi)危險(xiǎn)中易發(fā)生坍塌，不利于撲救和人員疏散。“四邊簡支的鋼筋混凝土樓板高度13em，耐火極限1.9h；現(xiàn)澆的整體式樓板厚度8～12cm，耐火極限1.4～2.65h；而無保護(hù)層的鋼屋架，耐火極限只有0.25h?！笨梢?，鋼屋架在無保護(hù)狀態(tài)下極易被引燃，而且速度之快根本來不及被撲滅火災(zāi)就以發(fā)生蔓延。

2.2.2鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)具有整體破壞性。在工業(yè)建筑中比較常用的鋼結(jié)構(gòu)形式有門式剛架和鋼桁架，屋面一般為金屬屋面。一個(gè)工業(yè)廠房一般由幾榀鋼桁架串聯(lián)拼接而成，這就形成了一個(gè)“類多米諾骨牌”。當(dāng)其中一榀鋼桁架發(fā)生火災(zāi)被破壞，連鎖效應(yīng)便會(huì)發(fā)生，引發(fā)整個(gè)廠房的破壞。而被廣泛應(yīng)用的金屬屋面，整體度好的同時(shí)，整體燃燒的危害更大，一旦失火整個(gè)頂棚的坍塌對(duì)于廠房和廠房內(nèi)的人員打擊都是致命的。

3.防火+防腐蝕結(jié)合策略

3.1涂刷次序之爭

目前對(duì)于防火涂層與防腐涂層涂刷次序的問題，從業(yè)者并未達(dá)成統(tǒng)一。主要包括以下幾種涂刷次序：①基層除銹+防火涂層。②基層除銹+防銹底漆+厚型（薄型）防火涂層。以上涂刷適用于民用型鋼結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)遭受的腐蝕性較弱。須注意的是，基層除銹與防銹底漆是鋼材出廠時(shí)預(yù)作的低級(jí)防腐工作，僅能抵御一般性腐蝕。③底漆+中間漆+防火涂層+面層（防腐）。這種涂刷是在鋼材基本防腐基礎(chǔ)上進(jìn)行防火和防腐。最外層涂刷的防腐材料是針對(duì)化工工藝過程中涉及的酸堿物料進(jìn)行的專業(yè)防腐蝕。是將防腐還是防火涂刷在外表面設(shè)計(jì)界爭論不休。其實(shí)只要明確建筑中危害鋼結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵源是什么，就可以確定采用哪種次序涂刷。化工建筑中的主材每天都受到酸霧等的腐蝕，將防火涂層置于最外層很容易損壞。涂刷次序往往并無一定之規(guī)，需要我們從業(yè)者審時(shí)度勢(shì)的分析。

3.2防火與防腐粘結(jié)性問題

現(xiàn)今，防火與防腐結(jié)合的技術(shù)難題影響著以化工建筑代表的工業(yè)建筑設(shè)計(jì)。重腐蝕型廠房需要“防火涂層+防腐”的模式。然而，防腐與防火的相容性問題造成兩種涂層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或根本無法粘結(jié)極易脫落。在國內(nèi)某一廠家提供的技術(shù)信息中，“富鋅底漆+環(huán)氧云鐵+防火涂料+面漆，需要與防火涂層做相容測(cè)試：云鐵中間漆與防火涂料；防火涂料與面漆，這兩項(xiàng)必須做；還要做綜合涂層配套測(cè)試，主要指標(biāo)是考察綜合涂層的附著力測(cè)試。”建筑設(shè)計(jì)師對(duì)化工涂料的相容性往往知之甚少，選擇涂膜也都根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖集確定。單純的選料能保證防護(hù)的可行陛，但多個(gè)涂膜疊加是否可行還需要更專業(yè)的材料工程師的配合。我們希望在國標(biāo)設(shè)計(jì)中能考慮這方面的缺憾，同時(shí)為建筑師提供一個(gè)學(xué)習(xí)的平臺(tái)更深入的了解涂刷材料的性質(zhì)，優(yōu)化我們的設(shè)計(jì)。

4.結(jié)語

在建筑行業(yè)中，鋼結(jié)構(gòu)之所以受到廣泛的認(rèn)可主要是因?yàn)樗哂蟹€(wěn)定性能高、使用壽命長、內(nèi)部結(jié)構(gòu)牢固等多種特性。在近些年中，人們對(duì)建筑的要求越來越高，為了可以更好的滿足人們的需求，許多建筑施工單位開始對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，這也讓鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)暴露出了不少問題。