建筑钢结构的防腐与防火措施研究

范利英　王尧全　赵正富

摘要：钢结构桁架建筑中的结构构件能在工厂大批量生产，标准化和工厂化程度高，易于实现产业化，因此钢结构析架建筑具有广阔的应用前景。本文主要探讨了钢结构建筑的防腐和防火的问题，并提出了相应的解决办法。

关键词：钢结构桁架 防腐 防火

0 引言

我国建筑钢结构的良好发展，也促进了我国冶金工业的技术进步，推进了我国钢结构的结构调整，建设和冶金行业的相互促进，将使我国的建筑钢结构进入一个崭新的阶段。钢结构住宅装配化程度高，所用构配件轻巧，运输安装十分方便同时，钢结构住宅建筑所用构配件可以在工厂制作，现场安装，适合工厂的标准化、系列化和工业化生产，商品化程度高，有利于降低成本，实现住宅建筑的集成化。住宅产业化必然要求大力发展住宅钢结构。我国钢结构住宅目前所要研究的问题，己不是要不要做的问题，也不是回答能不能做的问题，而是要研究解决如何把它做好的问题，是要完整的、配套的、高品质的全新的把它研究好并如何推向市场的问题[1，2]。本文面对钢结构建筑的发展趋势，针对钢结构在建筑工程中的防腐和防火问题进行相关研究。

1 钢结构桁架的防腐

钢结构耐腐蚀性差，裸露的钢结构在大气作用下会产生锈蚀。腐蚀不仅造成自身的经济损失，并且使结构构件截面减小，承载力降低，影响结构的安全。因此，防止结构过早腐蚀，提高其使用寿命，是具有重要意义的，也是设计、制造和使用单位共同关心的课题。并且，就我国家庭来说，购买一套住房意味着倾其一生的积蓄，对钢结构住宅采取良好的防腐措施可以更好的吸引购房者，推动住宅钢结构的发展。

1.1 腐蚀原理 钢结构腐蚀原理，钢结构的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。化学腐蚀是干燥气体及非电解质液体作用于金属表面而产生；也可以是空气中的CO2、SO2作用而生成的FeO或FeS，从而使得钢结构腐蚀。电化学腐蚀是钢材表面与电解质溶液中产生电流，形成腐蚀电池，使钢材产生腐蚀的现象。钢材在冶炼时，常常加入碳元素及其它一些合金元素，于是由于基体铁元素与其他合金元素各自的标准电极电位的不同，而形成腐蚀微电池的两极，当大气中的水分、氧气等介质被吸附于钢材表面时，无数个腐蚀微电池的两极被接通了，因而发生腐蚀的电化学反应。促进腐蚀的外因，是由于钢结构的腐蚀与相对湿度及大气中侵蚀性物质的含量有密切的关系。通常相对湿度在60%以下时，钢材的大气腐蚀是微弱的。在干燥的亚热带气候或在温带气候的建筑物室内，钢材的腐蚀只可能在极有限的范围内发生。

1.2 钢结构桁架的防腐措施 从能量变化的观点看问题，金属遭受腐蚀之后，把存在于内部的化学能转变成电能电化学腐蚀或热能化学腐蚀而放出。显然，这是一个自发发生的过程，因此，要防止钢材生锈，就必须设法阻止其表面腐蚀电池的电化学反应过程，或者以另一种电极更低的金属原子代替铁原子作为阳极，而铁原子受到保护不发生电极反应。根据以上原理，钢材的防腐方法主要有以下几种：①物理屏蔽作用的防锈漆。这类防锈漆的防锈颜料有良好的屏蔽作用，能阻挡水分等化学介质渗到钢铁表面，因而减缓电化学反应的速度延迟发生锈蚀的时间。其特点是价格便宜防锈期限仅在五年左右，不适合用于钢结构住宅建筑中。②依靠化学钝化作用，使钢材表面形成一层钝化膜。如磷化膜或具有阻蚀性的络合物，这些在钢材表面形成的钝化膜或络合物的标准电极电位较铁为正，从而能延缓钢材的腐蚀过程。这类防锈漆防锈性能好，价格便宜，但铅系防锈漆和铅酸盐防锈漆的毒性大，亦不适合用在住宅建筑中。③阴极保护型防锈漆一富锌底漆。当防锈漆整层漆膜的电极电位比铁元素更负时，钢结构中的铁成分便变成阴极，受到电化学保护不会腐蚀。④金属镀层保护，在钢材表面施加金属保护层，以提高钢材表面的抗腐蚀能力。最常用的是镀锌。镀锌主要是通过形成致密的保护膜和锌置换作用来防腐蚀。

2 钢结构的防火

2.1 钢结构防火重要性 钢材虽为非燃烧性材料，但钢材不耐火，温度400℃时，钢材的屈服强度将降至常温下强度的一半，温度达到600℃，钢材基本丧失全部强度和刚度。一般常用建筑钢材的临界温度（即丧失支撑能力时的温度）为540℃。对于建筑火灾，火场温度多在800~1200℃之间。在火灾发生的10分钟内，火场温度即可高达700℃以上，对于裸露的钢材构件，在这样的火场温度下，只要几分钟其温度就可上升到500℃而达到其临界值，进而失去载荷能力，导致建筑物倒塌。由上可见，钢结构的防火保护非常重要，这对于减轻火灾损失，减少伤亡具有重要意义。而对于钢结构住宅建筑来说，直接与人的生活起居有关，目居住建筑内一般都有较多的易燃物品，因此，住宅钢结构的防火保护有其特殊的意义。

2.2 钢结构桁架防火保护处理措施 火灾是火失去控制而蔓延的一种灾害性燃烧现象。一般地，火灾的发生必须具备存在能燃烧的物质，能提供持续燃烧的空气、氧气或其他氧化剂，以及能使可燃物质燃烧的着火源，这样三个条件。为此，考虑破坏以上三个条件，现今钢结构建筑的防火保护一般有以下一些措施：①冲水冷却保护法。该方法是在空心封闭的钢构件中充满水，火灾时构件把从火场中吸收的热量给水，依靠水的蒸发消耗能量或通过循环把热量带走，构件温度可控制100℃左右，从理论上讲，这是钢结构保护最有效的方法。这种方法由于对结构设计有专门要求，目前实际很少应有；②单面屏蔽法，在钢构件中的迎火面设置阻火屏障，将构件与火焰隔开，如果建筑物内部发生火灾，火焰也烧不到钢构件。这种在特殊部位设置的防火屏障措施不失一种较经济的钢构件防火方法； ③包封法，包封法是最常见也是最基本的钢结构防火保护方法，它是用耐火材料把构件包裹起来，一般有浇筑混凝土或砌筑防火砖和防火板材包覆，特别注意防火用板材基本应是不燃材料，对结构能起防火保护作用的板材，还应该具有写耐高温特性功能；④喷涂无机防火涂料。早在50年代欧美、日本等先进国家就广泛采用防火涂料保护钢结构。80年代初期，国内在一些重要钢结构建筑中也开始采用。发展至今，喷涂防火涂料已是使用最广泛的建筑钢结构防火法。钢结构防火涂料的品种较多，通常根据高温下涂层的变化情况分膨胀型和非膨胀型两大系列。其中，膨胀型防火涂料，又称薄型防火涂料，其基料为有机树脂，配方中还含有发泡剂等成分，用于钢结构防火，耐火极限可达0.5~1小时，非膨胀型防火涂料，主要成分为无机绝热材料，遇火不膨胀，自身具有良好的隔热性，故又称隔热防火涂料，对应耐火极限可达0.5~3小时以上。

2.3 钢管混凝土柱的耐火性能 根据国内外大量试验证明，钢管混凝土的抗火性能明显高于钢结构，但国内对钢管混凝土的防火基本上还是遵循钢结构的防火要求。这必然导致建筑材料的浪费和结构造价的偏离。钢管混凝土柱的耐火性能主要依赖以下几个因素柱的截面尺寸和形状、柱的有效计算长度、荷载大小、混凝土强度、混凝土骨料成分等。在火灾情况下，随着火灾现场温度的提高，钢迅速失去承载力，但钢管壁对核心混凝土仍起着“套箍”作用。虽然柱内混凝土的强度也逐渐丧失，但由于混凝土的热传导率很低，其强度丧失的速度远远低于钢的强度丧失，原本由组合构件承受的荷载逐渐能转移到核心混凝土上。最终，在钢管丧失强度的情况下，核心混凝土必须来承担全部荷载。钢管混凝土柱的耐火性能不能简单等同于钢结构的耐火。当然，对于不同形式的钢管混凝土柱及不同的受力情况，其耐火时限会有不同，但充分考虑钢管混凝土柱本身的耐火性能，尽可能降低防火被覆的厚度，降低工程造价。对于大力发展本文中所言及的轻钢住宅是极为有利的。

参考文献：

[1]田琳，杨彬，韩秀华.钢结构住宅体系的发展及展望[J].山西建筑.2009.03.

[2]胡建虹.电厂主厂房钢结构建筑防火设计[J].江西煤炭科技.2009.01.