1、第 42 卷 第 3 期2012 年 3 月建 筑 结 构Building StructureVol. 42 No. 3Mar 2012建筑钢结构防腐蚀技术规程设计使用介绍胡伦基( 总参通信工程设计研究院 ， 沈阳 110005) 摘要 介绍了 建筑钢结构防腐蚀技术规程 ( JGJ/T 2512011) 有关的防腐蚀机理和防腐蚀设计的主要内容 。主要包括 : 腐蚀性等级的判定 ， 腐蚀裕量 ， 防腐蚀构造措施 ， 除锈方法和等级划分 ， 防腐蚀保护层的设计原则 、厚度选定 ， 防腐涂装的配套使用 ， 金属热喷涂的使用环境 、热喷金属选择 、热喷涂层封闭处理 ， 钢结构防腐与防火 。并通过算例介
2、绍建筑钢结构防腐蚀的设计 。 关键词 建筑钢结构 ; 防腐蚀 ; 技术规程 ; 设计使用 ; 腐蚀裕量 ; 金属热喷涂 ; 平均腐蚀速率中图分类号 : TU318. 4 文献标识码 : A 文章编号 : 1002-848X( 2012) 03-0144-08Introduction of design application of Technical specification for anticorrosion of building steel structureHu Lunji( Communication Engineering Design Research Institute of
3、 General Staff， Shenyang 110005， China)Abstract: Major contents of relevant anticorrosion mechanism and anticorrosion design of Technical specification foranticorrosion of building steel structure were introduced It included the judgement of corrosivity grade; corrosion allowance;anticorrosion struc
4、ture measure; rust-clearing method and grade classification; design principle and thickness ofanticorrosion covering layer; cooperation use of anticorrosive painting; applied environment， metal selection of metalthermal spraying and occlude treatment of heat spraying layer; anticorrosive and firepro
5、ofing of steel structure Anticorrosiondesign examples of building steel structure were also givenKeywords: building steel structure; anticorrosion; technical specification; design application; corrosion allowance; metelthermal spraying; average corrosion rate作者简介 : 胡伦基 ， 一级注册建筑师 ， 高级工程师 ， Email: hul
6、unjisina com。0 概述在建筑钢结构广泛使用过程中 ， 钢结构防腐蚀性能差的缺陷显现尤为突出 ( 图 1， 2) ， 其防腐蚀日益受到重视 。我国 钢结构设计规范 ( GB 500172003) 1长期以来一直延用的 工业建筑防腐设计规范 ( GB 500462008) 中的防腐蚀措施 ， 已不完全适应目前建筑钢结构既要防腐蚀又要有良好装饰性的使用要求 ， 有必要制定一个能够指导建筑钢结构防腐蚀设计 、施工 、验收和围护的技术性规范 。图 1 钢结构构件腐蚀 图 2 钢结构节点腐蚀按照住房和城乡建设部 2009 年工程建设标准规范制订 、修订计划 的通知 ( 建标 2009 88 号
7、 ) 的要求 ， 在河南省地方标准 建筑钢结构防腐蚀技术规程 ( DBJ41 /T 0952009) 的工程实践基础上 ， 由河南省第一建筑工程集团有限责任公司会同 8 个单位共同编制完成了国家行业标准 建筑钢结构防腐蚀技 术 规 程 ( JGJ/T 2512011) ( 以 下 简 称 规程 ) 。规程 自 2012 年 3 月 1 日起实施 。规程 由正文 、附录和条文说明三部分组成 ，共有 7 章及 5 个附录 。正文包括总则 、术语和符号 、设计 、施工 、验收 、安全 、卫生和环境保护 、维护管理 。1 规程的设计使用本文介绍 规程 有关的防腐蚀机理和在建筑钢结构防腐蚀设计中的使用原
8、则 、方法和步骤 。1. 1 适用范围规程 在 1. 0. 2 条规定 “本规程适用于大气环境中的新建建筑钢结构的防腐蚀设计 、施工 、验收和维护 。”腐蚀介质按存在形态分为气态介质 、液态介质和固态介质 ， 相应的腐蚀类型分别为气态腐蚀 、液态腐蚀和固态腐蚀 。建筑钢结构大部分是应用于地面上 、大气环境中的房屋 ， 也有用于水面建筑的水下钢柱和地面建筑物土中的钢桩 。由于对建筑钢结构液态腐蚀 、固态腐蚀的研究还不够充分 ， 积累的数据有限 ， 还不足第 42 卷 第 3 期 胡伦基 建筑钢结构防腐蚀技术规程 设计使用介绍以支持可靠的 、科学的技术规定 。因而 ， 规程 对建筑钢结构的液态腐蚀
9、和固态腐蚀未做详细的规定 ， 只是要求 “当钢结构可能与液态腐蚀性物质或固态腐蚀性物质接触时 ， 应采取隔离措施 。”另外 ， 建筑钢结构一旦建成 ， 其构造缺陷就不易改变 ， 比如 : 加劲肋没有按规定切角 、磨光顶紧 ， 双角钢组合水平倒 T 形截面积尘 、积水等 。所以 ， 规程 没有规定适用于建筑钢结构的改建 。1. 2 一般规定1. 2. 1 腐蚀性等级的判定建筑钢结构防腐蚀设计中 ， 确定腐蚀性等级是首要的基础性工作 。腐蚀性等级决定了受力构件的形式 、钢结构单面腐蚀裕量的厚度 、防腐蚀保护层的保护效率和最小厚度等 。规程 3. 1. 2 条给出了大气环境对建筑钢结构长期作用下的腐
10、蚀性等级判定表 ( 表 1) 。大气环境对建筑钢结构长期作用下的腐蚀性等级 表 1腐蚀类型腐蚀性等级名称腐蚀速率/mm/a腐蚀环境大气环境气体类型年平均环境相对湿度 /%大气环境 无腐蚀 0. 001 A 60 乡村大气 弱腐蚀 0. 00l 0. 025A 60 75 乡村大气B 60 城市大气 轻腐蚀 0. 025 0. 05A 75 乡村大气B 60 75 城市大气C 60 工业大气 中腐蚀 0. 05 0. 20B 75 城市大气C 60 75 工业大气D 60 海洋大气 较强腐蚀 0. 20 1. 00C 75 工业大气D 60 75 海洋大气 强腐蚀 1. 00 5. 00 D 7
11、5 海洋大气注 : 1) 在特殊场合与额外腐蚀负荷作用下 ， 应将腐蚀类型提高等级 ; 2) 处于潮湿状态或不可避免结露的部位 ， 环境相对湿度应取大于 75% ; 3) 大气环境可根据大气环境气体类型 ( 规程 附录 A)进行划分 。表 1 提供了两种腐蚀性等级判定法 : 实际腐蚀速率判定法和腐蚀环境判定法 。一般情况下使用腐蚀环境判定法确定腐蚀性等级 。有条件时 ， 可同时用两种判定法共同确定腐蚀性等级 ; 当两种判定法有出入时 ， 应取腐蚀性等级较高的结果作为防腐蚀设计的依据 。( 1) 实际腐蚀速率判定法表 1 中的腐蚀速率是指碳钢在不同大气环境下暴露第一年的腐蚀速率 。这种方法适用于
12、 ， 级腐蚀速率的实际测定 ，低于 0. 20mm/a 的腐蚀速率 ， 很难用测量工具计量试件的腐蚀厚度 ， 只能通过试件除锈后的重量损失 /( 容重 表面积 ) 的商来确定 。实际腐蚀速率判定法具有针对性 ， 可信度高 。要以当地近年来的实测数据为依据 ， 或至少历时一年的实际试验为依据 。( 2) 腐蚀环境判定法这种方法理应根据大气环境气体类型 、年平均环境相对湿度来划分腐蚀性等级 。由于大气环境气体类型要依据大气中二氧化碳 、二氧化硫 、氟化氢 、硫化氢 、氮的氧化物 、氯 、氯化氢等 6 种或 7 种腐蚀性物质的含量来判定 ， 目前环保部门还不能提供建设区域的这些腐蚀性物质含量的全部资
13、料 ， 设计单位又不具备测量这些数据的设备 ， 致使按大气环境气体类型精确地做腐蚀环境判定不够方便 。然而 ， 按大气环境对腐蚀环境做宏观判定却简便得多 。就腐蚀环境而言 ， 大气环境分为乡村大气 、城市大气 、工业大气 、海洋大气 2。建筑钢结构防腐蚀设计中 ， 一旦确定了大气环境 ， 再结合年平均环境相对湿度 ， 就可做出腐蚀性等级判定 。在确定大气环境时 ， 应考虑所在区域的发展和特点 。目前为乡村 ， 近期可能变为城区的 ， 应按城市大气选取 ; 近期可能变为工业开发区的 ， 应按工业大气选取 。处于乡村的高速公路收费站 ， 虽在乡村 ， 但通过的汽车数量大 ， 并且发动机处于怠速状态
14、 ， 汽车尾气产生的二氧化硫 、硫化氢 、二氧化碳 、氮的氧化物浓度高 ， 应按城市大气选取 。远郊的机场候机楼 ，同样由于汽车数量大 ， 加上飞机的尾气 ， 二氧化硫 、硫化氢 、二氧化碳 、氮的氧化物浓度高 ， 也应按城市大气选取 。年平均环境相对湿度的取值分室内和室外 。室内 ， 按实际工况 ( 例如 : 立体仓库 、冷库 、游泳馆 、温室 、纺织车间 、肉类加工厂等 ) 取年平均相对湿度 ;室外 ， 取 建筑气候区划标准 ( GB 5017893) 附表2. 1-3 全国主要城镇气候参数表 ( 三 ) 最热月相对湿度与最冷月相对湿度的平均值 。1. 2. 2 腐蚀裕量( 1) 腐蚀裕量
15、的概念与计算规程 所述的腐蚀裕量是指设计钢结构构件时 ， 考虑使用期内可能产生的腐蚀损耗而增加的相应厚度 。规程 3. 1. 5 条规定 “设计使用年限不小于 25年 、环境腐蚀性等级大于 级且使用期间不能重新涂装的钢结构部位 ， 其结构设计应留有适当的腐蚀裕量 。”应注意 ， 不是所有的钢结构构件都要预留腐蚀裕量 ， 只是那些设计使用年限不小于 25 年 、处于中腐蚀环境以上 、使用期间不能重新涂装的钢结构构件 。并且 ， 腐蚀裕量要适当 ， 不宜过厚 。一般单面541建 筑 结 构 2012 年腐蚀裕量不应大于构件结构计算厚度的 1 /4。钢结构的单面腐蚀裕量可按下式计算 : = K( 1
16、 P) tl+ ( t tl) ( 1)式中 : 为钢结构单面腐蚀裕量 /mm; K 为钢结构单面平均腐蚀速率 /mm/a， 碳钢单面平均腐蚀速率可按表 1 取 值 ， 也 可 现 场 实 测 确 定 ; P 为 保 护 效率 /% ， 在防腐蚀保护层的设计使用年限内 ， 保护效率可按表 2 取值 ; tl为防腐蚀保护层的设计使用年限 /a; t 为钢结构的设计使用年限 /a。保护效率 P/% 表 2腐蚀性等级 室外 95 90 85 80 70 60室内 95 95 90 85 80 70以概率的观点 ， P 代表保护概率 ， 则 1 P 代表失效概率 。因而 ， 式 ( 1) 的物理意义是
17、防腐蚀保护层失效时间与防腐蚀保护层设计使用年限低于钢结构设计使用年限的时间之和 ， 这期间钢结构的单面腐蚀量 。式 ( 1) 经简化整理后得出下式 : = K( t Ptl) ( 2)式 ( 2) 的物理意义是防腐蚀保护层有效设计使用年限低于钢结构设计使用年限期间钢结构的单面腐蚀量 。显然 ， 在计算钢结构的腐蚀裕量时 ， 式 ( 2)更简便 。( 2) 与 钢结构设计规范 的关系钢结构设计规范 ( GB 500172003) 第 8. 9. 1条规定 “除有特殊需要外 ， 设计中一般不应考虑锈蚀而加大钢材截面的厚度 。”但没有完全禁止因防锈而加大钢材截面的厚度 。其第 8. 9. 2 条 “
18、设计使用年限大于或等于 25 年的建筑物 ， 对使用期间不能重新油漆的结构部位应采取特殊的防锈措施 。”既明确了 8. 9. 1 条 “特殊需要 ”的部分内容 ， 又允许“采取特殊的防锈措施 。”从其 8. 9. 2 条的条文说明“所谓采取特殊的防锈措施是指 : 在作防锈考虑时 ，应改进结构构造形式 ， 减少零部件的数量 ， 选用抗锈能力强的截面 ， 即截面面积与周长之比值较大的形式 ， 如用封闭截面等 ， 避免采用双角钢组成的 T 形截面 ， 此外 ， 亦可选择抗锈能力强的钢材或针对侵蚀性介质的性质选用相应的质量高的油漆或其他有效涂料 ， 必要时也可适当加厚截面的厚度 。”可见 ， 加大构件
19、的截面厚度 ， 是钢结构防腐蚀不得已时采取的措施 。1. 2. 3 构造措施在大气腐蚀环境下 ， 建筑钢结构设计应采取必要的防腐蚀构造措施 。防腐蚀构造措施的基本原则是 : 有利于提高结构自身的抗腐蚀能力 ， 能有效避免腐蚀介质在构件表面的积聚 ， 方便防护层施工和使用过程中的维护 、检查 。为提高结构自身的抗腐蚀能力 ， 建筑钢结构构件应采用实腹式 、端部封闭的闭口截面 。在腐蚀性等级 ， ， 级的环境中 ， 柱 、主梁 、桁架等重要的受力构件不应采用格构式构件和冷弯薄壁型钢 ， 杆件截面不应采用由双角钢组成的 T 形截面和由双槽钢组成的工字形截面 。构件截面应满足最小厚度限值要求 : 钢板
20、组合截面不小于 6mm， 角钢截面不小于 5mm， 闭口截面不小于 4mm。尽量采用成品型钢 ; 采用钢板组合或型钢组合截面时 ， 应采用双面连续焊缝 ， 使焊缝的正反面完全密闭 。角焊缝的焊角尺寸不应小于 8mm; 当杆件厚度小于 8mm 时 ， 焊角尺寸不应小于杆件厚度 。网架结构宜采用管形杆件 、球形节点 ， 避免采用角钢杆件 、钢板节点 ; 在腐蚀性等级 ， ， 级的环境中 ， 应采用焊接空心球节点 ， 避免采用螺栓球节点 。焊条 、螺栓 、垫圈 、节点板等连接零部件的耐腐蚀性能 ， 不应低于主体材料 。螺栓直径不应小于 12mm。为避免缝隙腐蚀 ， 不应采用弹簧垫圈 ， 而应采用双螺
21、帽防松紧定 。不同金属材料接触部位 ， 应采取绝缘隔离措施 ， 避免电化学腐蚀 。考虑到摩擦传力是高强螺栓连接传力的重要组成部分 ， 构件高强螺栓连接处的接触面除锈等级不应低于 Sa21/2， 此时 Q235 钢构件对应的摩擦面抗滑移系数 =0. 45; 当不计较摩擦传力时 ， 可在接触面除锈后涂无机富锌涂料 ， 则 = 0. 35 1。在腐蚀性等级 级的环境中 ， 重要的构件宜选用耐大气腐蚀的耐候钢 。为避免腐蚀介质在构件表面的积聚 ， 钢构件不宜采用倒 T 形 、开口向上的槽形截面 。加劲肋应切角 ， 避免形成集尘积水的死角 。钢柱脚应置于混凝土基础上 ， 基础顶面宜高出地面 300mm。
22、为方便防护层施工和使用过程中的维护 、检查 ，构件之间 、构件与连接件间要有适当的净距 ， 以适应除锈 、涂装 、热喷涂工具的作业空间需要 。现场连接螺栓 ， 宜设在构件的侧面 ， 避免设在顶面 、底面 。屋面 、外墙面应预留拉环 、吊钩 ， 以便检修设备的临时固定 ， 确保维护人员的人身安全 。1. 3 表面处理表面处理是钢结构防腐涂装重要的基础性工作 。表面处理得当 ， 防腐保护层才能长久 、牢固地附着于构件表面 ; 否则 ， 防腐保护层仅能短暂地虚浮在构件表面 ， 很快会脱落 ， 丧失防腐功能 。因此 ， 防腐641第 42 卷 第 3 期 胡伦基 建筑钢结构防腐蚀技术规程 设计使用介绍
23、蚀设计文件应提出表面处理的质量要求 ， 应对表面除锈等级做出明确规定 。1. 3. 1 除锈等级划分除锈等级是表示涂装前钢材表面锈层等附着物清除程度的分级 。其表示方法由代表除锈方法的英文字母和代表清除程度的阿拉伯数字组合构成 ( 无数字表示清除程度不分级 ) 。除锈有 3 种方法 ， 分 7个除锈等级 3。除锈方法为 : 火焰除锈 ( FI) 、喷射或抛射除锈( Sa) 、手工和动力工具除锈 ( St) 。就表面除锈的效果而言 ， 火焰除锈最佳 ， 喷射或抛射除锈彻底 ， 手工和动力工具除锈一般 。除锈等级分为 : FI 火焰除锈 、Sa1 轻度的喷射或抛射除锈 、Sa2 彻底的喷射或抛射除
24、锈 、Sa21/2非常彻底的喷射或抛射除锈 、Sa3 使钢材表面洁净的喷射或抛射除锈 、St2 彻底的手工和动力工具除锈 、St3非常彻底的手工和动力工具除锈 。1. 3. 2 除锈等级和粗糙度的选定涂层与基体金属的结合力主要依靠涂料极性基团与金属表面极性分子之间的相互吸引 。因而对于不同的底涂料 、所需的使用年限 ， 应有针对性地选用合适的除锈等级 。图 3 列出了几种底涂料耐用年限与除锈等级的关系曲线 。不同涂料表面最低除锈等级见 规程 表 3. 2. 4。对于新建工程中重要构件的除锈等级不应低于 Sa2。图 3 底材除锈等级与涂膜耐用年限钢材表面的粗糙度对涂层的附着力有比较重要的影响 。
25、粗糙度增加 ， 可显著加大金属的表面积 ， 从而提高涂膜的附着力 。一定的粗糙度也有利于提高金属热喷涂层与钢材的机械结合力 。但粗糙度过大也有不利影响 ， 当涂料层厚度不足时 ， 轮廓峰顶常会成为早期腐蚀的起点 。因此 ， 一般情况下表面粗糙度不宜超过涂装系统总干膜厚度的 1 /3。1. 4 涂层防护1. 4. 1 涂层设计原则涂层一般由油性漆 、树脂漆形成的漆膜 ， 粉末 、颗粒形成的微粒膜构成 ， 其主要功能是防护 、装饰 ，特殊的具有防腐蚀 、绝热 、防潮 、电绝缘 、防辐射等功能 。在钢结构防腐蚀中 ， 主要关注的是涂层的防腐蚀性能 ， 即涂层通过漆膜和微粒膜隔绝 、阻止空气中的腐蚀介
26、质与钢材表面接触并且发挥中和腐蚀介质的效能 。成膜物质的性质 、配比不同 ， 决定了涂层的适用环境 、适用基材和防腐蚀寿命 ， 决定了涂层在涂装系统中适合做底层 、中间层还是面层的用途 。因此 ， 涂层设计时应遵循下列原则 :( 1) 按照涂层配套进行设计 。不同的底层涂料只适用于特定的一些中间层涂料和面层涂料 ， 这是涂料的相容性决定的配套使用要求 。涂装系统一般都应有底层和面层 ， 是否有中间层与采用的涂料品种 、施工工艺有关 。底层的主要作用是与基材的结合 ， 面层主要侧重装饰和特殊功能 ， 中间层的功能是底层和面层性能的平滑过渡 。一般面层的价格较高 ， 在同样使用年限里 ， 有中间层
27、的涂装系统比没有中间层的涂装系统要经济 。涂层设计要按照涂装材料的相容性 ， 标明底层 、中间层 、面层 ， 合理配套 。( 2) 满足腐蚀环境 、工况条件和防腐蚀年限的要求 。每种涂装材料都有其特性 ， 适用于黑色金属的不一定适用于有色金属 ; 防潮的不一定耐高温 ; 材料 、厚度一样的涂装系统 ， 在甲环境中可使用 10 年 ，在乙环境中只能使用 2 年 。故而 ， 涂层设计要因地制宜 ， 选用合适的品种 ， 满足使用要求 。( 3) 综合考虑底涂层与基材的适应性 ， 涂料各层之间的相容性和适应性 ， 涂料品种与施工方法的适应性 。同为酚醛底漆 ， 铁红纯酚醛底漆只适用于黑色金属 ， 锌黄
28、纯酚醛底漆只能用于铝镁合金等轻金属 ，而锶钙黄纯酚醛底漆既可以用于黑色金属 、又可以用于轻金属 ， 这是底涂层颜料的化学和物理性质决定的适应性 。一般面涂层与底涂层宜采用同一品种成膜物质的涂料 ， 例如醇酸磁漆的配套品种是醇酸底漆 、醇酸腻子 、油性腻子 ， 底漆和面漆相容 ， 不会产生咬底现象 ; 再如氯磺化聚乙烯防腐涂料为芳烃类强溶剂涂料 ， 对多种涂料的涂膜有溶解 、溶胀作用 4， 在与其他种类涂料配套使用时 ， 若没有工程配套使用的成功经验 ， 应做相容性试验 。但烘干的铁红醇酸底漆也可作为硝基漆的底漆 ， 二者之间相互适应 。施工时醇酸磁漆喷涂 、刷涂均可 ; 而醇酸无光磁漆 ， 只
29、能喷涂 ， 不能刷涂 。在不具备喷涂条件的场合 ， 除非能够容忍刷涂形成的明显刷痕 ， 否则不应选用醇酸无光磁漆作面漆 5。741建 筑 结 构 2012 年1. 4. 2 防腐蚀保护层厚度选定建筑钢结构防腐蚀保护层的厚度应根据防护层使用年限 、构件所处环境的腐蚀性等级确定 。显而易见 ， 需要防护年限越长 ， 防护层就要越厚 ; 所处环境腐蚀性等级越高 ， 防腐层也越厚 。室外工程的涂装厚度应大于室内 。建筑钢结构防腐蚀保护层的厚度应满足表 3 的最小厚度要求 。钢结构防腐蚀保护层最小厚度 /m 表 3防护层使用年限 /a腐蚀性等级级 级 级 级 级2t 5 120 140 160 180
30、2005t 10 160 180 200 220 24010t15 200 220 240 260 280注 : 1) 防腐蚀保护层厚度包括涂料层的厚度或金属层与涂料层复合的厚度 ; 2) 室外工程的涂层厚度宜增加 20 40m。从表 3 可以看出 ， 一次防腐涂装的总厚度适当大一些比较合理 。以设计使用年限 30 年 、在腐蚀性等级 级的中等腐蚀环境中的钢结构为例 ， 按防护层使用年限 10 年 ， 防腐保护层最小厚度 200m， 30年内要涂装 3 次 ， 累计涂装厚度 600m; 按防护层使用年限 15 年 ， 防腐保护层最小厚度 240m， 30 年内要涂装 2 次 ， 累计涂装厚度
31、480m。前者比后者累计涂装厚度大 120m， 还多 1 次脚手架搭拆等施工费用 、多 1 次对正常使用的干扰 。从经济上 、管理上 、使用上 ， 一次防腐涂装的总厚度适当大一些显然合理 。1. 4. 3 配套使用涂层配套是指在涂装系统中 ， 底层 、中间层 、面层各用什么材料 ， 每层做几遍 。配套使用是涂装系统的基本技术要求 。涂装材料品种繁多 ， 每种材料各有特性 ， 这种特性决定了相对应的使用条件 。例如各种树脂涂料所用的溶剂各不相同 ， 与其他树脂涂料的混溶性有严格的选择 。因此 ， 不同类型的涂装材料不能随意混合使用 ， 只有配套使用才能发挥涂装的防护 、装饰作用 。否则 ， 性能
32、降低 ， 质量无法保证 ， 甚至损伤基材 。规定涂装中每层材料做几遍 ， 实质是控制每遍的成膜厚度 。一遍做得厚了 ， 液体涂层会起皱 、立面流坠 ， 粉末 、颗粒涂层会脱落 。防腐涂装同一配套中的底层 、中间层和面层材料应该有良好的相容性 。由于各层涂装材料的作用不同 ， 各个厂家同类产品的成分配比也有所差别 。如果一个涂装系统采用不同厂家的产品 ， 配套性能难以保证 。因此 ， 防腐涂装系统宜选用同一厂家的产品 。涂装配套不仅是涂装材料物理 、化学性能的分析试验结果 ， 也是长期工程实践经验的总结 。在选用新产品时 ， 不仅要参考厂家提供的技术数据 ， 还应进行必要的实验室检验和小范围工程
33、试用 。建筑钢结构常用防腐蚀保护层配套 ， 可以按 规程 附录 B选用 。1. 5 金属热喷涂金属热喷涂技术是利用热源将喷涂固体金属加热至溶化或半溶化状态 ， 借助高速气流的雾化作用使其形成微细熔粒 ， 并且以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成金属涂层的方法 。金属热喷涂按热喷材料的不同 ， 分为喷锌 、喷铝 、喷铜 、喷青铜 、喷不锈钢 、喷铝镁合金 、喷锌铝合金 、喷镍 、喷钼等 ; 按热喷工艺的不同 ， 分为燃烧法的火焰喷涂 、爆炸喷涂和电加热法的电弧喷涂 、等离子喷涂 、激光喷涂 、线爆喷涂 。在建筑钢结构防腐中 ， 金属热喷涂主要使用的是喷铝和喷锌 ， 使用的热喷工艺主要是
34、线材火焰喷涂和线材电弧喷涂 。1. 5. 1 使用环境金属热喷涂技术 ， 自 1910 年由瑞士工学博士M U Schoop 发明以来 ， 在世界范围内钢结构 、冶金 、能源 、水工 、船舶 、石化 、机械 、生物 、国防 、交通运输 、航空航天等多个领域广泛使用 。1952 年 ， 对淮南电厂从田家庵到蚌埠的 246 座 35kVA 输电铁塔进行喷锌防护 ， 涂层至今 ( 2006 年 ) 完好 ， 这是国内热喷涂长效防护工程最典型的应用实例 6。尽管金属热喷涂层使用寿命长 ， 长期经济效益好 ， 但金属热喷涂作业速度慢 ， 施工标准高 ， 初投资相对较高 ， 因而并不普遍适用于所有环境和工
35、程 。只有处在中腐蚀以上环境中的重要工程才有必要采用金属热喷涂 。所以 规程 3. 4. 1 条规定 “在腐蚀性等级为 ， 或 级腐蚀环境类型中的钢结构防腐蚀宜采用金属热喷涂 。”如果工程很重要 ， 为了有效延长结构的使用寿命 ， 并且经费允许 ， 腐蚀性等级 级以下环境 ， 钢结构防腐蚀也可采用金属热喷涂 。1. 5. 2 热喷金属选择为了满足防腐蚀年限要求 ， 并取得良好的经济效益 ， 应科学合理地选择热喷金属 。金属热喷涂层与被保护的钢材之间会发生电化学反应 ， 只有对铁呈现阳极性的金属才能用于钢材的防腐蚀 。热喷青铜 、铜 、不锈钢只有在弱腐蚀环境下才能作为美观的装饰层使用 。在阳极性
36、金属铬 、锌 、铝中 ， 铬的价格是铝的 5 倍 ， 成本太高 ， 并有毒 ， 所以只有锌和铝是理想的工程结构热喷金属 。锌作为一种传统的钢结841第 42 卷 第 3 期 胡伦基 建筑钢结构防腐蚀技术规程 设计使用介绍构防腐涂层 ， 在大气中具有良好的防腐蚀性能 ， 但比起铝来稍有逊色 ( 表 4) 。大气环境中锌和铝的腐蚀速率 /m/a 表 4材料 乡村大气 城市大气 工业大气 海洋大气锌 0. 53 1. 00 1. 00 1. 50 2. 00 2. 50 0. 50 5. 00铝 0 0. 10 0 1. 00 0 1. 00 0. 40 0. 60铝的抗腐蚀性很强 ， 尤其是对氧的
37、亲和力极强 ，在大气中常温下易与氧反应形成致密坚固的氧化膜( Al2O3) 。这层氧化膜阻止铝的继续氧化 ， 而且氧化膜的稳定性较高 ， 可以一直延伸到 pH 值为 2. 5处 ， 即使在 SO2污染的城市和工业大气中 ， 氧化膜也具有保护作用 。另外 ， 铝的电极电位 1. 660V 比锌电极电位 0. 762V 更低 ， 因此铝涂层对钢铁具有比锌更好的阴极保护作用 。从锌和铝在不同环境介质下的腐蚀速率来讲 ， 铝的年腐蚀率低于锌 。从价格成本讲 ， 由于铝比锌轻 ， 虽然铝材 ( 17 000 元 /t) 比锌材 ( 15 000 元 /t) 贵 15% 左右 ， 但就单位面积相同厚度的两
38、种涂层而言 ， 它们价格的差别很小 。总而言之 ， 如果没有特殊要求 ， 金属热喷选用铝应当是最理想 、科学 、合理的选择 。1. 5. 3 封闭处理封闭处理是使用渗透性强 、不加颜料的液态有机封闭剂 ， 涂刷在金属热喷涂层表面上 ， 使封闭剂渗入金属颗粒之间 ， 最大限度地排除热喷涂层内部气孔中的气体 ， 并使热喷涂层表面的气孔封闭 。封闭处理是金属热喷涂后续的重要防腐工序 。金属热喷涂层是由高速碰撞沉积的扁平金属颗粒堆积而成的多孔层状结构 ， 其中含有少量的氧化物和气孔 ( 图 4) ， 孔隙率 10% 15% ( 表 5) 。图 4 金属热喷涂层的结构线材火焰喷涂涂层性能 6表 5涂层材
39、料 Zn Al Mo 碳钢 不锈钢抗拉强度 /MPa 11 7 25 26 24孔隙率 /% 10 15 10 15 10 15 10 15 10 15密度 /g/cm36. 4 2. 4 9. 0 6. 4 7. 0热喷涂层的气孔有些是封闭孔 ， 有些是贯通孔 。贯通孔会吸附大气中的水蒸气 ( H2O) 、氧 ( O2) 和二氧化碳 ( CO2) 等腐蚀介质 。水是一种弱电解质 ， 极易与基材金属形成化学电池 ， 产生电化学腐蚀 ; 水中的氧还会与金属发生轻微的氧化腐蚀 。空气中的氧除氧化作用外 ， 还能明显加速局部的阴极反应 ， 源源不断的氧气供应使极化作用持续进行 ， 致使阴极型腐蚀不断
40、延续 。腐蚀介质更是金属腐蚀的主力 。可见 ， 金属热喷涂层表面若不封闭处理 ， 势必降低涂层的防腐效率 。对金属热喷涂层来说 ， 封闭处理很必要 ， 可使热喷涂层的防腐寿命显著提高 。荷兰进行的研究表明 ， 复合系统的耐久性比单独的热喷涂层 、封闭层的耐久性的总和高出 50% 130%。这种效应称之为“最佳协同作用 ( Synergy-effect) ”。用涂料封闭金属热喷涂层 ， 增加成本不多 ， 却大幅降低金属涂层的腐蚀 ， 明显提高它的保护寿命 。1. 5. 4 推荐做法金属热喷涂层的工艺是否得当 ， 决定了其本身质量的优劣和保护年限的长短 。金属热喷涂层与基材钢铁的结合力由机械结合力
41、 、物理结合力 、冶金 -化学结合力三部分组成 ， 其中以机械结合力为主 。机械结合力是热喷涂金属颗粒撞击基材表面产生变形 、镶嵌 、填补 、咬合在基材表面上 ， 与基材形成的机械锚固作用力 。机械结合力要求基材表面有一定的粗糙度 。物理结合力 、冶金 -化学结合力要求基材表面洁净 ， 电极电位值小 ， 能够满足分子 、原子间结合 、元素相互扩散的条件 。表面预处理 ， 可使基材具有必要的粗糙度 、金属外露 、电极电位值降低 、电化性能增强 、表面活性加大 ， 有利于提高热喷涂层与基材的结合力 。封闭剂的主要功能是封闭金属热喷涂层的孔隙 ， 但它本身却不耐久 ， 需要用耐腐蚀 、硬度高 、耐摩
42、擦 、耐紫外线等功能的面涂层加以覆盖 。综上所述 ， 推荐的金属热喷涂做法为 : 1) 表面喷砂预处理 ， 除锈等级达到 Sa3 以上为好 ; 2) 金属热喷涂层 ; 3) 封闭层 ; 4) 表面功能性涂装层 。1. 6 其他防腐措施规程 中建议的建筑钢结构主要防腐蚀技术有涂层防护 、金属热喷涂 、预留腐蚀裕量三种 ， 这远不是建筑钢结构防腐蚀技术的全部 。当腐蚀性等级为 级时 ， 重要的钢结构构件也可以选用耐候钢 。建筑结构技术发展到今天 ， 可供选择的结构形式众多 。一些腐蚀严重的环境 ， 钢结构并不具有全面优势 ， 明智的设计者会选择成熟的钢管混凝土结构 ， 探讨使用铝合金结构 、碳纤维
43、 -环氧树脂玻璃钢结构 。1. 7 钢结构防腐与防火易腐蚀 、不耐火是钢结构的两大缺陷 。对于建941建 筑 结 构 2012 年筑钢结构 ， 腐蚀是时刻都在缓慢发生的常态事件 ， 火灾却是随时可能发生的偶然事件 。尽管防腐蚀和防火同样重要 ， 但在构件的防护做法上 ， 通常是先做防腐层 ， 再做防火层 。在设计专业分工上 ， 建筑钢结构的防腐蚀由结构专业负责 ， 防火由建筑专业负责 。注意到防腐涂层与防火涂层之间必须相容 ， 结构 、建筑专业之间要认真协商涂层配套问题 。在建筑钢结构设计时 ， 结构工程师不仅要考虑防火涂料的重量 ， 还要了解防火涂料是膨胀型还是非膨胀型 、是溶剂型还是乳液型
44、或是水溶液型 。特别要注意溶剂型防火涂料 ， 避免与防腐涂层发生化学反应 ， 造成溶蚀 “咬起 ”。要关注膨胀型防火涂料是否为松散填料 ， 是否会聚集空气中的水蒸气 ， 从而溶解环境中的腐蚀介质形成酸 、碱液体 ， 加速腐蚀钢材 。不相容的涂层 ， 应避免使用 。使用会富集水分的防火涂料时 ， 防腐涂层要防潮 、防渗 。2 例题2. 1 例 1郑州新郑机场候机楼 ， 设计使用寿命 50 年 ， 钢结构采用 B604 膨胀型乳液防火涂料 。要求按可靠 、经济的原则进行钢结构防腐蚀设计 。2. 1. 1 计算书( 1) 确定腐蚀性等级新郑机场距郑州 50km。查 建筑气候区划标准 ( GB 501
45、7893) 附录二附表 2. 1-3， 郑州的相对湿度最热月 76% ， 最冷月 60% ， 年平均相对湿度 =( 76% + 60% ) /2 = 68%。取新郑机场的年平均相对湿度为 68%。新郑机场四周乡村环绕 ， 但汽车流量大 ， 大气环境按城市大气考虑 。按年平均相对湿度 68%、城市大气 ， 查 规程 表 3. 1. 2， 腐蚀性等级为 级 、轻腐蚀 。( 2) 确定防腐蚀保护层最小厚度 dmin按腐蚀性等级 级 、保护层使用年限 15 年 ， 查规程 表 3. 3. 5， 防腐蚀保护层最小厚度 : 室内 dimin=220m， 室外 demin=250m。( 3) 选择防腐蚀保护
46、层配套按轻腐 蚀 、使 用 年 限 15 年 ， 涂 层 总 厚 度 220m， 查 规程 附录 B 表 B， 室内钢结构防腐蚀保护层配套选 : 除锈等级为 St3; 底涂层为铁红环氧 2道 ， 干膜厚度 60m; 中间涂层为环氧云铁 1 道 ， 干膜厚度 80m; 面涂层为丙烯酸环氧 3 道 ， 干膜厚度100m。涂层总厚度 240m dimin。按轻腐 蚀 、使 用 年 限 15 年 ， 涂 层 总 厚 度 250m， 查 规程 附录 B 表 B， 室外钢结构防腐蚀保护层配套选 : 除锈等级为 St3; 底涂层为铁红环氧 2道 ， 干膜厚度 60m; 中间涂层为环氧云铁 2 道 ， 干膜厚
47、度 120m; 面涂层为丙烯酸环氧 3 道 ， 干膜厚度100m。涂层总厚度 280m demin。2. 1. 2 钢结构防腐蚀设计说明( 1) 本工程腐蚀性等级为 级 ， 防腐层设计使用年限 15 年 。( 2) 除锈等级 St3。( 3) 室内防腐涂层 : H06-2 铁红环氧底漆 2 道 ，干膜厚度 60m; H04-80 浅灰色环氧云铁磁漆 1 道 ，干膜厚度 80m; B04-80 浅灰色丙烯酸环氧磁漆 3道 ， 干膜厚度 100m。( 4) 室外防腐涂层 : H06-2 铁红环氧底漆 2 道 ，干膜厚度 60m; H04-80 浅灰色环氧云铁磁漆 2 道 ，干膜厚度 120m; B
48、04-80 浅灰色丙烯酸环氧磁漆 3道 ， 干膜厚度 100m。( 5) 面层以上 B604 膨胀型乳液防火涂料的厚度 、颜色详见建施图纸 。2. 2 例 2唐山曹妃甸体育馆 ， 设计使用寿命 50 年 ， 钢结构采用非膨胀型氧化锑乳胶防火涂料 。要求按安全可靠的原则进行钢结构防腐蚀设计 ， 允许预留腐蚀裕量 。2. 2. 1 计算书( 1) 确定腐蚀性等级本工 程 体 育 馆 位 于 唐 山 市 曹 妃 甸 ， 距 天 津120km。查 建筑气候区划标准 ( GB 5017893)附录二附表 2. 1-3， 天津的相对湿度最热月 77% ， 最冷月 53% ， 年平均相对湿度 = ( 77% + 53% ) /2 =65%。取曹妃甸的年平均相对湿度为 65%。曹妃甸面临渤海 ， 大气环境为海洋大气 。按年平均相对湿度 65%、海洋大气 ， 查 规程 表 3. 1. 2， 腐蚀性等级为 级 、较强腐蚀 。( 2) 确定防腐蚀保护层最小厚度 dmin按照腐蚀性等级 级 、保护层使用年限 15 年 ，查 规程 表 3. 4. 3， 防腐蚀保护层最小厚度 : 喷 Ac铝 + 封闭 + 涂装 ， 室内 dimin= ( 150 + 30 + 100) =280m， 室外 demin= ( 150 +30 +140) =320m。( 3) 计算腐蚀裕量 按照腐蚀性等级 级 ， 查
