深圳建筑钢结构防腐

1浅谈深圳建筑钢结构防腐弓明深圳市建设工程质量检测中心（邮编518310）【内容摘要】深圳地区气候具有降雨量大，湿度大，气温高，酸雨多的特点，是建筑钢结构工程的天敌。如何保证建筑钢结构工程的有效使用，是研究钢结构工程的主要问题。本文通过分析深圳的气候特点、揭示过往钢结构工程使用过程防腐力度不足，对比国内外防腐规范的差距，提出深圳地区钢结构工程的防腐、检测方法，从而使钢结构工程达到或超过设计使用年限，达到安全使用、提高投资效益目的。【关键词】气候条件建筑钢结构防腐防火层检测方法一、深圳地区钢结构防腐的现状深圳地区属亚热带过渡海洋性气候区，气候温和，阳光充沛。夏季长达6个月，风向以西南风为主。春秋冬三季气候温暖，风向仪西南风为主、少时西北风。全年平均气温为23.7℃，夏季最高气温为36.6℃，冬季最低气温为1.4℃，无霜期为355天。年日照时数1975.0个小时，每年夏秋两季均有台风，年平均降雨量为1608.1毫米。深圳地区的降水量大，湿度大，酸雨较多，海洋性气候对钢结构建筑工程有强腐蚀作用。深圳是个高速发展的城市，同时也是内地的窗口，更是一个试验田，我国钢结构建筑工程的质量关注的重点，由最初的关注各种构件焊接、吊装工艺工法难题，逐渐转为提供长期使用的防腐工艺，这是世界建筑工程钢结构质量控制的必经阶段，也是我国建筑工程钢结构2发展的必由之路。以深圳地区在役重点建筑工程钢结构项目为例，我们对现有钢结构的防腐情况做个初步的了解和判断：1、深圳发展中心大厦，钢结构用材：1.1万吨，建筑面积：75120㎡，建于1990年，该工程采用厚度400μm的油漆防腐+厚涂型防火涂料。2012年12月对该工程的10、28、40层的避难层、设备层钢结构质量进行质量鉴定时发现，防火涂层脱落的构件锈蚀严重，剥开防火涂层，防腐涂层保持完好，未发现锈蚀。实际使用寿命15年。2、深圳会展中心钢结构，钢结构用材：3.3万吨，建筑面积：28万平方米。2002年奠基，2005年10月竣工投入使用，该工程采用厚度290～320μm的油漆防腐(内部钢结构：环氧富鑫底漆90μm，环氧云铁中间漆120μm，丙烯酸聚氨酯面漆80μm，外部钢结构：环氧富鑫底漆90μm，环氧云铁中间漆150μm，丙烯酸聚氨酯面漆80μm)，设计年限15年。2011年6月对该项目进行了第一次防腐大修，实际寿命6年。3、深圳机场A、B楼钢结构，钢结构用材2000吨，建筑面积：2004年1月投入使用，该项目采用厚度260μm的油漆防腐，设计年限15年。2011年1月对该项目室外正面，两侧立面涂料翻新，实际寿命7年。4、深圳某检测单位安全网质量检测设备钢架，2010年安装，表面油漆防腐150μm，2013年1月设备表面锈蚀，需进行大修，实际寿命3年。35、深圳某工厂室外消防楼梯，2010年安装，防腐涂层分别为热镀锌80μm和80μm油漆防腐，2013年对其质量进行检查时发现，油漆防腐钢构件锈蚀严重，镀锌钢构件表面如新。钢结构防腐图一二、国家标准及国际标准标准中的防腐等级1．建筑工程钢结构工防腐等级设计，是根据该工程所处的地区及自然环境来确定。依据国家《大气环境腐蚀性分类》GB/T15957-1995规范的要求，自然环境腐蚀等级规定如下：见表一4大气环境腐蚀性分类表一防腐类型腐蚀率（㎜/a）腐蚀环境腐蚀性等级名称大气环境气体类型年平均环境相对湿度（%）大气环境Ⅰ无腐蚀＜0.001A＜60乡村大气Ⅱ弱腐蚀0.001～0.025A60～75乡村大气B＜60城市大气Ⅲ轻腐蚀0.025～0.05A＞75乡村大气B60～75城市大气C＜60工业大气Ⅳ中腐蚀0.05～0.2B＞75城市大气C60～75工业大气D＜60海洋大气Ⅴ较强腐蚀0.2～1.0C＞75工业大气D60～75海洋大气Ⅵ强腐蚀1.0～5.0D＞75海洋大气52.依据国际标准《大气腐蚀环境》ISO/EN12944的要求，自然腐蚀环境的划分如下：C1很低加热的建筑物内部，空气洁净，如办公室、商店、学校和宾馆等C2低低污染水平的大气，大部分是乡村地带，冷凝有可能发生的未加热的建筑（如库房，体育馆等）。C3中等城市和工业大气，中等的二氧化硫污染以及低盐度沿海区域，高湿度和有些空气污染的生产厂房内，如食品加工厂、洗衣场、酒厂、乳制品工厂等。港口区的钢结构，如水闸、锁具、防波堤、码头；海上结构C4高中等含盐度的工业区和沿海区域，化工厂、游泳池、沿海船舶和造船厂等。埋地储罐、钢桩和钢管C5-I很高（工业）高湿度和恶劣大气的工业区域，冷凝和高污染持续发生和存在的建筑和区域。C5-M很高（海洋）高含盐度的沿海和海上区域。冷凝和高污染持续发生和存在的建筑和区域。依据《大气腐蚀环境》划分标准，深圳地区城市大气环境介于C3（Ⅲ）中腐蚀与C4（Ⅳ）高腐蚀之间。三、深圳地区建筑钢结构工程防腐的主要方法根据《钢结构施工规范》（GB50755-2012）的规定，建筑工程钢结构涂装包括：油漆类防腐涂装、金属热喷涂类防腐、热浸镀锌类防6腐和防火涂料涂装类防腐等。1、油漆类防腐涂装：涂料防腐是一种价格适中、施工方便、效果显著、适用性强的防腐蚀方法，在建筑工程钢结构的防腐蚀中应用最为广泛。钢材在干燥的环境下几乎不会腐蚀，由于建筑钢结构多为室内结构，除了处在特殊的海滨或工业环境中之外，腐蚀环境一般不太恶劣，比如，根据国际标准《大气腐蚀环境》ISO/EN12944划分的C1或C2况境，用油漆涂料进行钢结构构件防腐蚀，可以保持20～30年的防护效果。防腐涂料的成膜物质在腐蚀介质中具有化学稳定性，其标准与成膜物质的组成和化学结构有关。主要是看它在干膜条件下是否易与腐蚀介质发生反应或在介质中分解成小分子。无论从防电化学腐蚀，还是从单纯的隔离作用考虑，防腐蚀油漆涂料的屏蔽作用都很重要。目前深圳地区所使用的油漆防腐品种基本为（1）环氧(无机)富锌底漆；(2)环氧云母氧化铁中间漆；(3)环氧聚氨酯、环氧各色面漆或氯化橡胶面漆。其防腐作用机理为：(1)屏蔽作用：油漆涂层将钢铁与腐蚀环境机械隔离开。(2)钝化缓蚀作用：油漆涂装体系中,第一道车间底漆对钢铁有钝化缓蚀作用,增加油漆层附着力,防腐作用很微弱。(3)阴极保护作用：防腐底漆中如添加锌粉(如富锌底漆),对钢铁提供阴极保护。7油漆防腐施工过程图二涂料系统的耐久性可进行下列划分：(1)低耐久性设计寿命5年以下(2)中耐久性设计寿命5～15年(3)高耐久性设计寿命15年以上需要指出的是，预期的耐久性，并非建筑工程钢结构担保的使用时间，因为涂层不可能永远是匀均且完好的。耐久性与涂料配套的设计寿命可以看作是一个概念，是指涂料系统达到所要求的、一直到第一次大修前的使用寿命。在此之前，应该定期对建筑钢结构工程进行小修小补的保养工作。对于漆膜厚度的规定，也是根据腐蚀环境及使用寿命确定。下表列出了国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001和国际标准ISO/EN12944中对于建筑工程钢结构的涂层厚度的规定比较：见表二、表三。GB50205-2001中钢结构防腐涂层厚度（单位：μm）表二构件强腐蚀中等腐蚀弱腐蚀重要构件2001501208一般构件及建筑配件150150120室外或维修困难部件增加20～60ISO/EN12944中钢结构使用寿命和漆膜厚度（单位：μm）表三腐蚀环境使用寿命干膜厚度腐蚀环境使用寿命干膜厚度C2低80C4低160中150中200高200高240（含锌粉）280不含锌粉）C3低120C5IC5M低200中160中280高200高320国际标准防腐厚度几乎比我国防腐标准几乎大了一倍，究其原因：国内标准参考的气候条件多为北方内陆气候（且参考的苏联标准），而国际标准中的指数为沿海海洋性气候标准，应该说，国际标准更适应深圳这样的沿海城市，在建筑钢结构工程防腐应用。希望设计单位，在确定钢结构防腐厚度时，慎重考虑气候对钢构件防腐的影响。油漆涂装和人工喷涂工艺对构件表面质量、环境温度湿度等要求较高，所以，人为因素对质量影响较大。2、金属热喷涂防腐：热喷涂技术，又叫电弧喷涂技术，是通过专用电源，使带电的耐腐蚀金属丝材产生电弧熔化，在1/1000—1/10000秒内，熔融金属的9高温液滴被压缩空气喷吹、雾化、喷涂至预先喷砂除锈的钢构件表面，形成纯度高、结合力强的机械—冶金结合喷涂层，它对活泼的钢构件基体具有阴极保护作用。然后在该喷涂层上均匀涂敷具有抑制腐蚀作用的专用封闭剂，它不仅能进一步隔绝腐蚀介质侵蚀基体钢构件，同时使电弧喷涂金属层与封闭涂层界面阻抗增大，耐腐蚀性能大为增强。电弧喷涂防腐涂层的防腐原理为机械屏蔽和阴极保护联合作用。当涂层发生破损、腐蚀介质存在时，金属喷涂层能够牺牲自己，保护钢构件基体不发生腐蚀。常用的喷涂防腐有：电弧喷铝、电弧喷锌、及电弧喷锌铝合金等。金属热喷涂，适用于严重的腐蚀环境下的钢结构，或者需要特别加强防护防锈的重要承重构件。钢材表面进行热喷涂锌(铝或锌一铝复合层)涂层，外加封闭涂料的方式具有双重保护作用。热喷涂工艺应符合《热喷涂锌及试验方法》GB9793_9794和《热喷涂铝及试验方法》GB9795_9796中规定的要求。热喷涂的总厚度在120～150μm，表面封闭涂层可以选用乙烯、聚氨酯、环氧树脂等进行保护，以保证防腐有效发挥功能。金属热喷涂涂层防腐，主要用于要求20～30年保护寿命的钢结构。最典型的应用为桥梁、广播电视塔和水利设施等钢结构。为了使钢结构达到20年以上的寿命，喷锌涂层的最低厚度在150μm左右，喷铝层在内陆无污染大气中可以降低至120μm左右，其他环境中至少要求在150μm以上。研究表明，锌铝合金(Zn—A115)可10以明显提高防护效果，在钢结构喷涂150μm的厚度，可以达到35年以上的使用寿命。电弧喷涂图三油漆防腐和热喷涂防腐，对钢构件表面粗糙度有严格要求，具体要求详见表四：构件表面粗糙度表四钢材底漆层除锈等级表面粗糙度Ra（μm）备注无机富锌Sa21/2～Sa3级50～80环氧富锌Sa21/2级30～75热喷锌/铝Sa3级60～100热浸镀锌脱脂、酸洗3、热浸镀锌防腐：热镀锌（galvanizing）也叫热浸锌或热浸镀锌（统称镀锌）。热镀锌是由较古老的热镀方法发展而来的。1836年法国人把热镀锌技术用于金属防腐，主要用于工业防腐和金属结构设施防腐。这种防腐方法，是将除锈后的钢构件，浸入500℃左右融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，从而起到防腐的目的。11热镀锌防腐工艺流程：成品物件酸洗-水洗-添加助镀液-烘干-挂镀-冷却-药化-清洗-打磨-热镀锌完工。镀锌的防腐年限久远，但是，在不同的环境中防腐年限是不一样的：重工业区有效期限为13年；海洋区域为50年；城市郊外为104年；城市区内为30年。从前述的数据可以看出，镀锌防腐，持久耐用：在郊区环境下，标准的镀锌防锈厚度可保持50年以上而不必修补；在市区或近海区域，标准的镀锌防锈层则可保持20年而不必修补。采用镀锌防腐蚀效果非常好，现在有很多大型钢结构都采用了金属涂层再加涂料进行长效防腐蚀，即使在恶劣的腐蚀环境中，防腐蚀也可以达到20～30年，而且维修时只要对涂料部分进行维护，而不需要对金属涂层基底进行处理。这种方法造价较高，在资金充裕的大型项目中广泛采用。由于钢构件全部浸入熔化的锌液中，其金属表面即会产生两层锌铁合金及盖上一层厚度均匀的纯锌层，足以隔绝钢构件氧化的可能性。此种保护层异常牢固，与钢构件结成一体，故能承受冲击力而且更具耐磨蚀性，镀锌处理后的钢铁构件，防锈期长达5～20年或以上，毋须经常保养和维修，是目前最佳的钢构件防锈及保护的方法。从镀锌工艺说，钢构件镀锌法在工程施工上有更大的优点，即镀锌加工与风雨无关，天气不佳也能照常按照施工计划进行，而不受影响。使用这种防腐工艺，被广泛应用于电视铁塔、铁路桥梁、公路防护、路灯灯杆、船用构件、建筑钢结构构件、变电站附属设施、轻工业产品的防腐保护等。12热镀锌图四防腐工序完成后，要达到钢结构使用的要求，还必须按照《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95-2005）及图纸的要求，进