裝配式鋼結構建筑中防腐防火技術的應用與改進

摘 要：研究探討了裝配式鋼結構建筑中防腐防火技術的應用及其改進。在防腐技術方面，可采用多層復合涂層系統，結合噴砂和拋丸工藝處理鋼材表面，提高防腐效果。可從優化涂層材料、涂層厚度和施工工藝角度進行改進。在防火技術方面，可選用膨脹型防火涂料，增強鋼結構在火災中的耐火性。并建議采用水性無溶劑膨脹型涂料，優化防火涂層材料，并通過改進施工工藝，確保關鍵結構在火災中承受更長時間的高溫侵蝕。

關鍵詞：裝配式建筑；鋼結構；防腐；防火

1 前言

在現代建筑工程中，裝配式鋼結構建筑因其高效的施工速度、較低的建筑垃圾排放以及優良的抗震性能，逐漸成為建筑行業的主流選擇。然而，隨著鋼結構建筑在大跨度、高荷載和復雜環境中的廣泛應用，鋼材的防腐防火問題愈發凸顯。由于鋼結構長期暴露于潮濕、大氣污染及火災等不利環境條件下，其耐久性和安全性面臨嚴峻挑戰。研究深入探討了防腐防火技術應用和改進方向，旨在為未來裝配式鋼結構建筑提供更加科學合理的技術支持，推動建筑行業朝著綠色、可持續的方向發展。

2工程概況

某沿海城市國際會展中心裝配式鋼結構建筑工程占地面積約10萬平方米，建筑總面積約8.5萬平方米，包括展覽廳、會議室、配套辦公區和停車場等設施。工程采用現代化裝配式鋼結構體系，總鋼結構使用量約5200t，其中主梁和柱采用Q355B高強度鋼，鋼材厚度為20mm—30mm，滿足大跨度和高荷載要求。建筑最高點為35m，主樓為6層結構，局部區域設置夾層，增加空間利用率。外部建筑幕墻采用高性能鋁合金板和玻璃幕墻系統，確保建筑美觀的同時具備良好的隔熱、保溫性能。

3防腐技術的應用與改進

3.1涂層防腐技術的應用實踐

本工程采用噴砂或拋丸工藝對鋼材進行表面預處理，以去除氧化皮、銹層、油脂等污染物，使鋼材表面達到一定的粗糙度。根據ISO 8501-1標準要求，本工程鋼材的表面清潔度達到了Sa 2.5級，表面粗糙度控制在了40μm—70μm范圍內，符合標準要求。

本工程的鋼結構長期暴露在潮濕氣候條件下，因此采用了多層復合涂層系統，具體內容見表1：

其中，環氧富鋅底漆具有優異的防銹性能，通過富鋅的陰極保護作用，能夠有效防止鋼材表面的電化學腐蝕。環氧云鐵漆具有較高的機械強度，能夠增強涂層體系的整體抗沖擊和抗腐蝕能力，同時具有良好的防水性。聚氨酯面漆具有卓越的耐候性和耐紫外線性能，能夠有效延長建筑物的使用壽命，并保持外觀美觀。

本工程采用無氣噴涂法，利用高壓（通常為15 MPa—25 MPa）將涂料霧化噴射到鋼結構表面，無需壓縮空氣即可形成均勻、平滑的涂層。無空氣噴涂的涂料流速為3—8 L/min，有效覆蓋了大面積鋼結構表面，避免了因氣泡、空洞或過度堆積導致的涂層缺陷。為確保涂層厚度符合設計要求，每一層涂料噴涂完成后，通過干膜厚度檢測儀對涂層厚度進行檢驗，使涂層厚度在±10%誤差范圍內。本工程的涂層系統總厚度為260μm，檢測時總厚度在266μm，符合要求[1]。

對涂層的防腐性能檢測，本工程使用了以下三種方法：

（1）膜厚檢測：通過干膜厚度儀對鋼結構表面涂層的厚度進行測量，確保每層涂層厚度達到設計要求。底漆、中間漆和面漆的總厚度控制在260μm左右，誤差不超過±10%。

（2）附著力檢測：使用拉拔測試法檢測涂層的附著力，確保涂層與鋼材表面以及各涂層之間的粘附強度。經測試，附著力達到10 MPa以上，符合檢測標準，可以防止涂層在使用過程中出現脫落現象。

（3）耐鹽霧測試：按照 ASTM B117 標準，將涂有防腐涂層的鋼結構樣品置于鹽霧試驗箱中，連續噴霧模擬海洋或工業大氣環境下的腐蝕條件。經過長達 1000h的測試，涂層表面未出現氣泡、開裂或大面積腐蝕現象，耐鹽霧性能表現優異，證明涂層能夠有效抵御外部惡劣環境的腐蝕侵襲。

3.2防腐技術的改進方向

3.2.1涂層材料的改進

現有的環氧富鋅底漆主要用于鋼結構的初始防腐保護，含鋅量為60%～80%。為了進一步提高耐久性，工程可以選擇高鋅含量的富鋅涂層，將鋅含量提高至85%～90%，提供更強的陰極保護能力。高鋅含量富鋅底漆的干膜厚度建議控制在 60μm—80μm之間，確保既有足夠的防護厚度，又能避免過度堆積引起的開裂和流掛問題。增加鋅含量后，能夠有效延長涂層的防護壽命至30a以上，可用于本工程的主梁和柱等關鍵結構。

此外，石墨烯改性涂層可以在鋼材表面形成致密的防腐屏障，有效降低腐蝕速率至0.004 mm/a，可用于本工程中大跨度的鋼梁和其他承重結構。具體涂層材料性能數據如表2所示：

3.2.2涂層厚度與施工工藝的優化

針對不同功能區和環境暴露程度，涂層厚度應進行分區優化。本工程中暴露在外部環境、承受高紫外線照射和潮濕氣候影響的鋼結構，如幕墻支撐和戶外鋼梁，可將涂層的總厚度從260μm增加到300μm—350μm。其中，底漆厚度提升至100μm，中間漆厚度增加至150μm，面漆厚度可達80μm。厚度增加能使鋼材的年均腐蝕速率降低至0.005mm/年，進一步延長防護壽命[2]。

此外，工程還可引入機器人自動噴涂技術，通過預編程的操作程序和精密控制系統，對鋼結構表面進行均勻的涂層噴涂，確保每層涂料的厚度均勻一致。同時結合激光測厚設備，精確控制涂層的厚度誤差在±5μm以內。這一技術適用于本工程中主梁、柱等關鍵受力部位，能夠在保證涂層厚度的同時，提高施工效率，將整體施工周期縮短23%左右，并降低人工成本。

4防火技術的應用與改進

4.1膨脹型防火涂料技術的應用實踐

本工程采用膨脹型防火涂料，增強鋼結構在火災中的耐火極限和整體安全性。根據GB 14907-2018《鋼結構防火涂料》標準，鋼結構的耐火極限要求通常在1.5h—3h之間。本工程中，對于承載大荷載、關鍵受力構件如主梁和柱，設計的耐火極限為2h，鋼材表面溫度應在12h內保持低于540°C。涂層厚度為4.0mm—4.5mm。在輔助構件，如次梁等，耐火極限要求為1.5h，涂層厚度控制在mm3.0—3.5mm范圍內。

在涂料施工過程中，本工程采用無氣噴涂工藝，確保涂層的均勻性和粘附性能，通過15MPa—25MPa的高壓將涂料均勻噴涂到鋼結構表面，噴涂速率達到500—800μm/次，有效避免了氣泡或空隙的形成。施工后，本工程立即進行了干膜厚度檢測。使用超聲波膜厚測量儀對鋼結構各處的涂層厚度進行監測，確保涂層厚度誤差控制在±5%的范圍內。檢測數據顯示：主梁和柱的平均涂層厚度為4.5±0.2mm，滿足設計要求的耐火極限；次梁的平均涂層厚度為3.4±0.1mm，能夠提供1.5h的耐火保護[3]。同時，施工現場的溫度和濕度嚴格控制在15°C—30°C和相對濕度50%～70%，防止涂層出現開裂或剝落的現象。

為了確保涂層的長期有效性，本工程還對膨脹型防火涂料進行了耐火極限測試。根據ISO 834標準，對施工后的鋼結構進行耐火極限測試。測試對象主要包括主梁、柱等承重構件，以及次梁等次要受力構件。結果顯示主梁和柱在火災中保持結構穩定性，耐火極限達到2h，同時構件未出現明顯的變形、破壞或失去承重能力的情況。次梁在1.5h的加熱后，結構保持完整，且未出現應力失穩或破壞的情況，符合防火標準。

4.2防火技術的改進方向

4.2.1防火涂層材料優化

為了進一步提升防火效果，工程可使用水性無溶劑膨脹型防火涂料，該涂料具備更高的膨脹倍數、更快的膨脹速度以及更強的耐火極限，具體參數如表3所示：

由表可知，水性無溶劑涂料在涂層厚度相同的情況下重量更輕，有助于減輕鋼結構的負荷，同時提高運輸和施工的便捷性。膨脹起始溫度更低，意味著該涂料在火災發生時能夠更早膨脹，迅速形成隔熱層，起到更快的防火效果[4]。

4.2.2防火涂層厚度與施工工藝改進

在本工程中，為確保主梁和柱等承重構件在火災中具有足夠的抵抗高溫侵蝕能力，防火設計的耐火極限可調整為2.5h，使構件在火災中能夠承受更長時間高溫的侵蝕。因此，防火涂層的厚度需要達到5.5mm—6.0mm，使鋼材表面溫度在150min內不超過540°C。對于次梁和其他次要受力構件，耐火極限可調整為1.5h，防火涂層厚度可相對較薄，約為3.0mm—3.5mm，使鋼材表面溫度在90min內不超過540°C。這一差異化設計能夠滿足不同構件的防火需求，并有效控制材料成本和施工時間。

同時，工程可引入分段多層涂覆工藝，通過逐層涂覆和固化，每層涂層厚度保持在1.5mm—2mm范圍內，分3—4層施工，最終實現5.5mm—6.0mm或3.0mm—3.5mm的設計厚度。每層涂覆完成后，確保涂層表面均勻、無氣泡和缺陷，待其固化完成后再進行下一層的施工。此外，為了加快防火涂層的固化過程，工程使用熱風循環系統進行加速固化處理，將每層的固化時間從傳統的24小時縮短至12h—15h。

5結論

綜上所述，裝配式鋼結構建筑的防腐防火技術在提升建筑耐久性和安全性方面具有至關重要的作用。本文詳細介紹了多層復合涂層系統、膨脹型防火涂料等技術的應用，并針對涂層材料、施工工藝以及防護措施提出了優化和改進建議。未來，結合新材料、新技術的發展趨勢，進一步提高防護涂層的性能，并通過智能化施工與檢測手段優化施工流程，將成為該領域研究和發展的重點方向。

參考文獻

[1]徐孟強.裝配式鋼結構建筑的防火保護技術[J].中國建筑金屬結構，2023，22（07）：87-89.

[2]祝振宇.裝配式鋼結構建筑施工關鍵技術與工藝研究[D].太原理工大學，2021.

[3]鄧木海.裝配式建筑鋼結構防火保護技術研究[J].居舍，2020（10）：32.

[4]趙彥章.裝配式鋼結構建筑設計和施工技術研究[J/OL].金屬世界，2024（09）：1-10.