部分覆盖混凝土的钢结构的涂装工艺制定

2019-12-21林盛昌南通理工学院江苏南通226001

上海涂料 2019年6期

杨锋，林盛昌（南通理工学院，江苏南通 226001）

0 引言

随着建筑和海洋工程向高层化和大型化发展，钢结构因其一系列的优点而得到大量应用，为了克服钢结构易被腐蚀和不耐火的缺点，需要对其进行防腐和防火涂装；同时建筑钢结构中有一些特殊部位不但需要做好防腐保护工作，还要兼顾其它方面的性能，这些部位就不能够和钢结构本身采用相同的涂装工艺进行涂装，而需要制定特殊的处理工艺，比如覆盖混凝土的钢结构就是其中之一。它包括全部埋入混凝土的建筑钢结构以及只有部分区域被混凝土包裹，其余区域暴露在外的建筑钢结构，它们的涂装要求就比较特殊了。

1 全部埋入混凝土的钢结构的涂装工艺

全部埋入混凝土的建筑钢构件称之为埋件，这种构件一般是不需要涂装的［1］，为了防止氧气和水分穿透混凝土造成内部钢结构的腐蚀，有时也要对钢结构进行涂装，或者对包裹钢结构的混凝土进行涂装。混凝土及混凝土内部钢筋的腐蚀会增加建筑的维修费用甚至引起坍塌［2-3］。需要涂装的埋件一般都是整体涂装（栓钉一般不涂装）；为保证防腐效果有时会进行镀锌操作（热浸镀锌或冷喷锌）［4］。埋件的涂装还有一个原因是为了运输和存放的方便，埋件在钢结构包裹混凝土前需要进行喷砂处理以除去其表面的锈蚀、氧化皮等腐蚀产物，锈蚀、氧化皮等腐蚀产物不但会影响混凝土和埋件的结合，还会吸引水分透过混凝土。包裹混凝土的工作往往在施工现场进行，而埋件的喷砂有时却要在钢结构制造工厂进行，为防止埋件在运输和存放过程中返锈（尤其是在恶劣的气候条件下），薄薄的涂装一层底漆是一个很好的选择。国内对于包裹混凝土的钢结构表面一般都涂装环氧底漆，目前常用的是环氧富锌底漆，国外在埋件表面涂装环氧底漆也有至少40 a的历史［5］。

为防止内部钢结构的腐蚀，混凝土外部也会进行相应处理，另外即使不考虑内部钢结构的腐蚀，混凝土本身也会因为外部特殊环境的侵蚀而遭到破坏［6-7］，如在碳酸盐和硫酸盐环境下的腐蚀［8］。常用的处理方法有两种：硅烷浸渍和涂料涂装。硅烷浸渍，是近年来发展起来的新技术，它既可以用于钢材的涂装又可用于混凝土的涂装。混凝土是一种多孔材料，传统涂料刷涂后涂料不容易通过多孔结构渗透到混凝土的内部，容易出现空鼓、剥落等弊病，影响保护效果；而硅烷浸渍后可渗透到混凝土内部并与混凝土发生一定的反应，不改变建筑物原有外观、不易出现空鼓、剥落等弊病；有研究认为硅烷层的一些优异性能是因其具有透气性［9］。市场上的硅烷浸渍产品主要有2种：硅烷浸渍剂和硅烷浸渍膏，硅烷浸渍剂的渗透性更好，在混凝土上用得较多；混凝土经硅烷浸渍后仍然可以继续涂装涂料以增强保护效果，但市场上很多硅烷浸渍产品仅支持溶剂型涂料，不支持水性涂料的使用，此外相较于涂料涂装而言，硅烷浸渍目前的成本还较高，因此还未得到广泛使用。

混凝土的涂料涂装有两点需要特别注意：（1）混凝土为多孔结构容易吸水，涂装前需要祛除混凝土中的水分，减少其含水率，测试的方法是使用相应的吸水变色滤纸覆盖在混凝土上几分钟，若滤纸不变色则说明其含水率已符合要求；（2）为了保证涂层的平整性，在涂料涂装前需要使用封闭底漆和/或腻子进行处理。

2 部分覆盖混凝土的钢结构的涂装工艺制定

钢结构与混凝土结构各有各的优缺点，因此钢与混凝土组合结构得以发展，通过不同结构的组合，从而发挥各自材料或结构的优点，起到取长补短的作用；相对于埋件和完全不与混凝土相接触的钢结构，这种形式的钢结构只有部分区域被混凝土包裹，另一部分区域暴露在外，它们的涂装要求就比较特殊了，尤其要注意混凝土和钢结构的交界部位，因为水蒸气和氧气会从混凝土和钢结构的交界处进行渗透（如图1a所示），为防止这种现象的发生，可以适当地增加涂装的范围，让涂层向包裹混凝土的区域延伸10~20 cm，以增加屏蔽效果（如图1b所示）。这类构件主要有4种：（1）钢柱下部包裹混凝土的构件；（2）钢柱柱牛腿覆盖或者包裹混凝土的构件；（3）钢柱与剪力墙连接的部位；（4）覆盖混凝土的钢结构楼梯。下面分别对这4种情况进行讨论。

在涂装施工中，为防止无需涂装的部位受到涂料污染，在涂装前要对其进行保护［10］，可使用纸胶带或磁性橡胶进行保护［11］。钢结构包裹混凝土的区域和其他区域的一个很大的区别在于它存在大量的栓钉，也叫剪力钉，它在钢结构与混凝土的连接过程中起到重要的作用，却给涂装中的保护带来了困难，单纯采用纸胶带保护会很困难；推荐的做法是，若整个栓钉区域都无需涂装，使用塑料膜包裹栓钉区域，塑料膜两端用纸胶带固定；若栓钉区域的钢结构表面需要涂装，而栓钉无需涂装，可以将塑胶软管一端用纸胶带封住后套在栓钉上，塑胶软管可重复使用，降低涂装前保护的工作量和成本。

图1 部分覆盖混凝土的钢结构涂装示意图Figure 1 Coating schematic diagram of the steel structure partially covered with concrete

2.1 钢柱下部包裹混凝土的构件的涂装工艺制定

钢柱与地面固定有两种方式，一种方式是对柱底板使用地脚螺栓进行固定，有时还要对地脚螺栓孔和钢柱底板下部分别进行一次灌浆（混凝土）和二次灌浆；若只固定不灌浆，则柱底板一般无需涂装，与地脚螺栓上底板接触的摩擦面因抗滑移的考虑一般也无需涂装［12］。另一种固定方式是在钢柱下面一段柱侧面包裹混凝土来固定钢柱，这类钢柱有一个显著特点，就是钢柱下半段侧面焊有大量的栓钉，栓钉排布的范围即是包裹混凝土的范围。它有3种涂装方法，根据不同的使用环境，使用不同的涂装方法，具体见表1。

第1种涂装方法适用于绝大部分此类钢柱，即只要是覆盖混凝土的地方，都不需要涂装；第2种涂装方法是柱脚包裹混凝土的大部分栓钉区域无需涂装，栓钉区域以上部分需要涂装，以防止水蒸气和氧气从混凝土和钢结构的交界处渗透；第3种涂装方法较少见，就是对有混凝土覆盖的区域也进行涂装，这种涂装方法的防腐蚀效果最好，但会减小混凝土对钢结构的抱紧力。

表1 下部包裹混凝土的钢柱的涂装要求Table 1 Painting requirements for steel columns with lower concrete cladding

2.2 钢梁或钢柱柱牛腿覆盖/包裹混凝土的涂装工艺制定

钢柱柱牛腿覆盖或包裹混凝土的涂装要求示意图如图2所示。钢柱柱牛腿是否有混凝土覆盖和覆盖混凝土的范围主要看柱牛腿上是否有栓钉或接驳器存在以及栓钉或接驳器的排布情况；钢梁是与钢柱柱牛腿进行连接的，因此覆盖或包裹混凝土的钢梁的涂装要求可参照钢柱柱牛腿的涂装要求。

图2 钢柱柱牛腿覆盖或包裹混凝土的3种情况示意图Figure 2 Three kind of steel bracket of column cast concrete

从栓钉的排布看共分为3种情况：（1）如图2a所示，翼板上翼缘上表面，下翼缘下表面以及腹板两边都有栓钉存在，这种柱牛腿是完全被混凝土包裹的，整根柱牛腿无需涂装；（2）如图2b所示，柱牛腿仅翼板上翼缘上表面或下翼缘下表面（很少有下表面覆盖混凝土的）覆盖栓钉，这种柱牛腿只有翼板上（下）表面因覆盖混凝土而无需涂装，其余部位按照工艺要求正常涂装；（3）如图2c所示，柱牛腿上翼缘上表面和下翼缘下表面全部被栓钉所覆盖，但腹板上没有栓钉，这种形式的柱牛腿大多数情况下也是全部覆盖混凝土的，在业主标识不明的情况下需要咨询，若全部覆盖混凝土，处理方法同第1种情况；若仅有上表面或下表面需覆盖混凝土，处理方法同第2种情况。

还有一些钢梁和钢柱柱牛腿上没有栓钉存在，但却有大量的接驳器与腹板连接，腹板上的接驳器是用来穿钢筋用的，钢筋通过接驳器与钢梁或钢柱柱牛腿连接后需要在其外围包裹混凝土，因此它们一般也是无需涂装的。

另外，钢柱柱侧面与柱牛腿上包裹或覆盖的混凝土相接触的区域通常是不涂装的，但也有厂家为追求防腐效果而涂装底漆。

2.3 钢柱剪力墙部位的涂装要求

建筑物中的竖向承重构件主要由墙体承担时，这种墙体既承担水平构件传来的竖向荷载，同时也承担风力或地震作用传来的水平荷载。这种墙体被称为剪力墙（抗震规范定名为抗震墙）。剪力墙结构体系，有较好的承载能力，而且有良好的整体性和空间作用，比框架结构有更好的抗侧力能力，因此可建造较高的建筑物。混凝土剪力墙直接与钢柱连接，钢柱上与剪力墙连接的部位通常称之为钢柱的剪力墙区域。图3为钢柱的截面图，钢柱上的两排栓钉起到固定剪力墙的作用，如果没有这些栓钉，剪力墙是无法与钢柱牢固连接的，栓钉附近的2块挡泥板是施工时用来挡住混凝土用的。钢柱剪力墙典型的涂装施工方法是：栓钉范围的柱侧面无须涂装，挡泥板内侧无须涂装，挡泥板外侧和挡泥板端部需全部涂装，钢柱其余部位正常涂装。若钢柱所处的腐蚀环境恶劣则挡泥板内侧也需要涂装；若腐蚀环境极端恶劣，则除栓钉外需全部涂装。

图3 连接混凝土剪力墙的钢柱截面示意图Figure 3 Section schematic diagram of steel column connecting concrete shear wall

2.4 钢结构楼梯涂装工艺的制定

钢结构楼梯是建筑钢结构中普遍存在的结构，两层及两层以上的建筑，不管安装了几部电梯，都有楼梯的存在。钢结构楼梯主要分为两类，一类楼梯无需覆盖混凝土，这种楼梯主要存在于车间厂房等工业设施中，除了高强螺栓摩擦面和现场焊接部位外，需全部涂覆；另一类楼梯踏步上表面需要覆盖混凝土板，这种楼梯主要存在于民用设施中，覆盖混凝土的部分，无需涂装。

对于无需覆盖混凝土的楼梯，在制定涂装工艺时，首先要看楼梯的踏面是不是防滑的花纹钢板，如果是花纹钢板，则除摩擦面和现场焊接部位外全部需要进行涂装；如果是普通钢板，应该在征得业主同意的前提下，在楼梯踏面上涂装1道防滑漆，具体方法是：完成楼梯的最后1道涂装后，在最外层油漆里按一定比例混入防滑砂，通过辊涂的方法涂装于踏板表面，起到防滑作用。

覆盖混凝土的钢结构楼梯，覆盖混凝土的部分无需涂装。其涂装要求如图4所示，楼梯及楼梯平台踏面（即脚能踩到的位置）不涂装，挡泥板内侧不涂装，楼梯侧面包括挡泥板外侧涂装，楼梯踏面往上35 mm的楼梯挡板内侧（阴影部分）不涂装。