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引言
钢结构由于具有强度高、自重轻、施工速度快等优点,是人们喜爱的建筑结构之一,但是由于钢本身的特点,存在腐蚀问题,作为工程人员很有必要了解防腐的知识,在工程实施过程中进行防腐保护,降低钢结构腐蚀而造成的损失。
一、腐蚀的危害
建筑钢结构一旦产生腐蚀,就会在金属的表面形成坑点,这些腐蚀坑点很容易引起应力集中,从而引发应力腐蚀的产生,加剧腐蚀进程。随着腐蚀的不断扩展,结构的有效承载面积也会大大减少,甚至直接造成结构的失效。因此,钢结构构件发生腐蚀后,其承载力降低,低温脆性增加,特别是在承受动力荷载作用时容易发生疲劳破坏引起结构的突然破坏,引起严重的安全事故。由于钢材发生腐蚀也造成大量的材料损耗,可能造成巨大的经济损失。我国每年因为钢材的腐蚀引起的损失达到钢产量的7%左右。在轻钢结构建筑中,还会由于腐蚀而影响构件的表面美观度。
二、钢结构的腐蚀类型
1、大气腐蚀
大气腐蚀是钢结构最常见的一种腐蚀方式,这种腐蚀是因为大气中的水和空气作用于钢材,产生化学反应而使钢材受到腐蚀,对于一些直接接触大气的钢材来说,发生这种腐蚀的概率会提高,而且受到的损伤也较大,因此,要避免钢结构产生大气腐蚀,就要尽可能减少其与空气的接触。
2、局部腐蚀
对于钢结构来说,局部腐蚀也是比较常见的,可以分为两种情况。第一种是电偶腐蚀,这种腐蚀是因为产生电位差而产生的腐蚀,在钢结构建筑中,如果有两种不同类型的材料接触,那么就会形成电位差,而电位较低的金属会产生更大的腐蚀速度,在长时间的作用下,就会产生较严重的腐蚀,破坏钢结构的完整度。第二种就是缝隙腐蚀,钢结构在组合过程中,不可能所有的相接的地方都是紧密结合的,在一些地方会有缝隙产生,而这些缝隙给空气中的水汽等物质留下了停留的机会,在这些位置,这些水汽产生化学反应,然后就会使钢材受到腐蚀。
3、应力腐蚀
应力腐蚀一般是在一些特殊的环境下,然后钢材受到一定的应力,这样才会产生这种腐蚀,与其他腐蚀相比,这种腐蚀有着不同的特点,在发生腐蚀的时候,它没有一些明显的特征,会突然发生腐蚀,但是一旦这种腐蚀产生之后,往往会造成较大的影响,破坏性也比较大。
三、钢结构的防腐措施
1、轻钢结构的涂层法防腐技术
这种方法是较为常见的一种防腐方法,而且也是被采用较为广泛的方法,但是在使用过程中,不能持续较长的时间,优点是成本低,经济性较强。在对轻钢结构采用这种方法进行防腐的时候,一般要经过基层处理和涂层施工这两个阶段。对基层进行处理,就是要将钢结构表面的毛刺、污染物、锈迹等清除掉,使轻钢结构恢复本色的光泽,这个步骤对后面的施工是有影响的,要想达到最好的防腐效果,要在基层处理的时候尽可能的彻底。
涂层施工就是给钢材涂装一些防腐材料。涂层结构的形式有三种。底漆-中漆-面漆;底漆-面漆;底漆面漆为同一种漆。其中底漆主要起附着和防锈作用;面漆主要起防腐蚀和防老化作用;中漆的作用于介于底、面漆之间,并能增加漆膜厚度。它们只有配套使用才能发挥最佳的作用,取得最佳效果。合理的涂刷方式,对保证涂装质量、施工进度、节约材料和降低成本有很大的作用,常用的涂刷方式有手工刷涂法、手工滚涂法、浸涂法、空气喷涂法和无气喷涂法等。
2、钢结构防腐涂层腐蚀失效原理及防腐
钢材锈蚀对于钢结构建筑的安全性与耐久性影响显著,而钢材锈蚀通常发生在涂层脱落之后。依据钢结构防腐要求,一般情况下普通结构采用常规防锈漆即可。然而所有防腐涂层长期处在各类腐蚀介质的大气环境中,由于自身的老化与某种物理或者化学的变化,必将逐步脱落,无法起到对钢材的保护作用。涂层失效机理大致如下:有机涂层的多孔性与施工技术的限制使得与之接触的水汽、气体和其他物质经孔隙而被涂层吸收直通金属表面,形成微观腐蚀原电池,引发金属腐蚀,最终导致涂层脱落。目前国内外钢结构建筑主要采用防腐涂层方法减轻或防止钢材的锈蚀。合理科学的涂层能延长钢材防腐年限从而使得钢构件服役寿命增加,同时降低防腐成本。根据钢材锈蚀的电化学原理,可以使钢材表面形成一层钝化膜,阻止锈蚀电池形成,从而达到钢材防锈的目的。钢结构的锈蚀发生在其表面防腐涂层失效后,因此准确预测涂层体系使用寿命是研究在役钢结构抗震性能的前提。选择合适于在役钢结构所处大气环境的涂层,预测结构服役年限,对保证结构的耐久性与安全性研究显得尤为重要。
3、涂(喷)油漆防腐
油漆防腐具有外表美观、涂装工艺简单等特点,多年来一直被广泛采用。涂(喷)油漆防腐首先要彻底除锈(人工除锈或喷砂除锈),然后涂(喷)油漆。涂层的选择要考虑周围的环境,不同涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受性。涂层一般有底漆与面漆之分,底漆一般采用环氧铁红底漆、环氧煤沥青底漆或氟碳底漆等,面漆采用环氧聚氨酯、丙烯酸聚氨酯或氟碳涂料等。但由于尤其涂层的老化、粉化会使这种保护作用减弱或失去作用。同时尤其涂层本身有无数的微针孔,长期处在盐雾、潮湿环境下,cl-离子、水分子等会通过针孔腐蚀基体金属,导致油漆层剥落。因此,涂(喷)油漆防腐必须定期维护。氟碳涂料含氟树脂三氟氯乙烯,由于氟树脂分子中有化学结合力特别强的CF键存在,在受热、光(包括紫外线)、各种化学介质溶剂作用下,CF键难以断裂,使得氟树脂具有超强的耐候性、耐磨性及耐腐蚀性等。经试验验证,氟碳涂料的预期防腐寿命可达50年,使用于室外或潮湿环境的钢结构,是目前较为理想、有发展前途的一种长效防腐方法。
4、阴极保护防腐
这是一种通过牺牲阳极或者直接施加电流的方式对金属母体进行保护的方法,能够有效防止电化学腐蚀。可以通过热镀锌或者冷喷锌工艺在建筑钢结构中金属表面获得富镀层,由于镀层中的锌比铁具有更强的活性而形成阳极首先被腐蚀,从而使阴极钢基体得到保护。其中热镀锌工艺是将经过表面处理的钢构件浸入液态金属锌中,在钢构件表面形成冶金形态的富锌覆盖层;冷喷锌工艺则是在钢构件表面直接涂装形成富锌的保护膜。热镀锌和冷喷锌防腐具有防腐期限长、维护成本低、环境污染小、施工方便等优点。钢结构高强连接螺栓的防腐也常用这种方法。
结束语
在建筑钢结构的使用过程中,若不做好相应的钢结构防腐处理,就会使钢结构在使用的过程中极易受到外界某些腐蚀介质的侵蚀,而降低钢结构的稳定性能与使用性能,缩短其使用寿命。而在对其进行防腐处理时,需要遵循一定的防腐处理技术要求,根据实际的需要,合理的选择最佳的防腐施工技术,以提高钢结构防腐技术的实用性、经济性与合理性。
参考文献
【关键词】建筑工程;环保;轻型钢结构
建筑材料是建筑业的基础。面对当前社会资源短缺、环境恶化等问题,从可持续发展的战略考虑,选用对资源和能源消耗尽可能少、对生态环境影响小、循环再生利用率高的轻型钢结构生态环境建筑材料是我们在新世纪发展新型建筑体系的大趋势。
一、建筑工程环保存在的问题
1.1 环保意识差
很多建筑企业在施工过程中缺乏最基本的环保意识,对工程项目中防治污染的设施没有与主体工程同时设计、同时施工和同时投产使用;引进的技术和设备不符合环境保护的规定;对环境可能造成重大影响的项目没有编制环境影响报告书;施工时使用国家禁止的有毒有害物质超过国家标准的建筑材料。施工单位往往在施工中追赶进度,只注重对施工进度和施工质量的要求,忽视了施工过程中对环境造成的危害。
1.2 影响周围居民
一般的建筑工程所处位置的明显特点就是居民相对集中。由于建筑企业对于环保问题的认识不足,在建筑施工的过程中没有采取相应的环保措施。噪声污染是对施工所在地居住人们造成的最大污染,施工过程少不了机器设备的运行,大型机械设备的运行又不可避免的会出现巨大的噪音。特别是夜间施工时施工噪音对施工地点所居住的居民的工作和学习已经造成了严重影响。
1.3 环保成本高
在建筑工程施工中,排减技术是保证施工环境保护的重要举措之一,但是很多建筑施工企业由于对排减技术掌握和理解不够,再加上缺乏合理的管理手段,在实际的施工中不能做好排减工作。很多建筑项目由于开工过快,对绿地的保护规划不合理,一般都是先破坏,再改造,对未破坏的环境也不能采取有效的保护措施。这些因素都使得在整个施工过程中,加大了对环境保护的投入成本。
1.4 影响生态环境
建筑工程对生态环境的影响很大,主要有废水污染、废气污染、工业垃圾污染、破坏当地植被等方面。建筑工程施工势必会破坏当地的植被,施工过程中产生的噪音污染还会赶走周围生活的动物,使当地的生态系统遭到破坏,除此之外,废水、废气、固体废弃物都会破坏当地的生态系统。
二、轻型钢结构的优点
相对于传统建筑材料,轻型钢结构材料具有经济、高效、快速、工厂化生产的特点。面对当今资源短缺、环境污染等问题,轻型钢结构的出现,能够最大程度的解决建筑工程中的环境污染问题。
2.1 设计理论先进
轻型钢结构采用空间体系分析方法,利用屈曲后强度,考虑蒙皮效应,塑性设计,优化设计等,利用先进的计算机辅助设计和制造技术,编制通用的商业化软件包, 能及时全面满足客户对建筑的设计制造要求,报价快,造价低,供货迅速。
2.2 生产效率高,质量好
冷弯型钢、压型钢板、连接件等各种构配件均为自动化、连续化、高精度生产,生产效率高,产品质量好,产品规格系列化、定型化、配套化,便于商品化;轻型钢结构材料经过镀锌、涂层后有利于提高自身的防腐能力并提供优美的外观,减少了建筑围护和装修方面的费用。
2.3 便于运输、安装和施工
采用高效轻型钢结构薄壁型材,构件截面特性优良,相对承载力高,受力性能良好,整体刚度大,抗震性能好,可以大量节约材料,减轻结构重量,降低基础、运输和安装费用;干法施工,装配化程度高,建设快速、高效,质量有保证,房屋投入使用早,见效快;建筑空间布置灵活,建筑造型简洁、丰富,色彩多样, 易于实现建筑功能的生产、生活要求。
由于新型轻钢建筑体系的突出优点,它已经被广泛的应用于一般工农业建筑, 商业、服务性建筑,标准办公楼、学校、医院建筑、别墅、旅游建筑、各类仓库性建筑、娱乐、体育场馆、震区建筑、活动式可拆迁建筑、建材缺乏地区的建筑、工期紧的建筑、旧房改建翻修等建筑领域。
三、轻型钢结构在建筑工程环保中的应用
3.1轻型钢结构建筑材料的环保
新型轻钢结构建筑是指以新型高效能薄壁结构钢材和高效功能材料为主,各类高效装饰连接材料为辅组成的能满足建筑特定使用功能和特定使用空间需求的商品化房屋体系。传统建筑在建造、使用过程中需从环境中摄取大量的资源和能源,同时通过排放废弃物给环境带来负担,轻型钢结构建筑是利用计算机辅助设计和制造的新型轻钢门式刚架建筑,它是由薄板焊接的等截面或变截面构件组成的,是一种结构合理、生产效率高、经济性好的结构形式。与传统的门式刚架相比,该结构的基本特点是: 采用现代化的设计和制造方法, 使结构所需材料少。钢材属于生态环境材料。钢是人们知道的最易于回收利用的材料, 据统计学家估计, 60年代和70年代生产钢材料的45%已经被回收再利用。从耗能来看,技术进步已使炼钢所耗能源比30年前减少了30%,另外,用回收的废钢铁炼钢所需能源是直接用铁矿石炼钢的35%-40%。钢能满足现代环境标准, 因而轻型钢结构是良好的环保建筑材料。轻型钢结构可以满足绿色结构的四个目标:在生产过程中能源和原材料消耗低,废弃排放物少;在使用过程中能源和原材料消耗低,废弃排放物少;高的可重复使用性。轻钢结构建筑体系设计更易于装拆,具有节能降耗措施,减少加工过程中易污染环境的工艺,开发无污染、低耗能。轻型钢结构建筑材料,能满足现代环境标准, 因而轻型钢结构是良好的环保建筑材料。
3.2 轻型钢结构建筑作业的环保
轻型钢结构建筑与传统的砖混结构、混凝土结构建筑有很大的不同,轻型钢结构建筑主要由主体钢结构体系、护墙和内隔墙体系、楼面板体系组成。采用轻型钢结构的建筑可以降低楼层高度,减少护墙面积,节约空调所需能源,减少建筑围护使用中的能源消耗。轻型钢结构建筑可以实现标准化、模式化、工业化的生产,避免混凝土浇灌等湿法作业所造成的环境污染,所占用的施工现场面积少,建筑垃圾少,建筑施工噪音小。轻型钢结构部件重量轻,运输方便、费用低。所使用的材料都是可回收、易降解的材料。在建筑拆除时,大部分的建筑材料都可以回收或降解,避免了大量建筑垃圾的产生。整个建筑物的科技含量高,轻型钢结构的利用使得建筑物自重大大减轻,建筑速度快捷,综合成本低。极大程度上避免了建筑物构建和拆除时的环境污染。轻型钢结构建筑具有重量轻、抗震性能好、施工周期短、湿法作业少、适于产业化发展等优点,属于绿色环保建筑。
四、总结
新型轻钢结构建筑具有环保型建筑可持续发展的优势,体现出经济、高效、快速、工厂化生产的特点。轻钢结构由于便于施工,已广泛适用于工厂厂房、大型车库, 室内运动场等建筑的构建,具有良好的经济效益和社会效益。轻型钢结构建筑体系将对建筑工程调整产品结构,同时推动环保事业的发展具有重大的意义。
参考文献
[1]陶 忠 何保康 发展我国新型轻钢结构建筑体系 中国工程科学 2000
[2]弓晓芸 轻型钢结构建筑体系的发展及展望 工业建筑 1995
关键词:钢结构建筑;防腐保护工程;质量控制;建筑行业;钢材腐蚀 文献标识码:A
中图分类号:TU511 文章编号:1009-2374(2016)25-0121-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.25.059
建筑业作为我国的一个支撑产业,变成了加快我国经济发展的新方面,因为钢结构建筑具备良好的抗震能力,在工业化方面具有较高的程度,施工的周期较短,在工业乃至民用建筑当中,钢结构成为了普遍运用的承重方式。就传统砌体构造、混凝土构造来讲,钢结构建筑具有显著的综合经济效益,而且与其相符的维护构造体系能够经由具有环保、节能效果的建筑材料反复进行使用。从标准方面而言,这一建筑与我国的可持续发展战略相符。以钢结构建筑的建造和应用角度分析,钢材容易腐蚀的状况在钢结构建筑的发展和运用方面具有较大的制约性。
钢结构工程是否能够解决防腐蚀问题,通常会对新材料新工艺乃至新技术的运用造成影响。特别对于当前钢结构建筑构件的等效性而言,构件运用的年限并不相同,通常对建筑的使用年限具有较大的影响。现代化的高压、高温以及处于繁琐腐蚀介质的设施,其腐蚀问题无法处理得当,会对正常的生产造成影响。钢结构防腐普遍运用的方式还存在喷铝或喷锌的状况,且通过防腐涂料形成长期防腐涂层或通过配套防护的防腐涂料。
1 当前钢结构发展迅速的原因
1.1 钢结构在发展过程中的市场需求
对于国外的钢结构而言,在新技术以及新产品的投入当中,人们逐步改变了传统的理念。对于单层工业厂房来讲,轻钢结构体系的工程总造价比钢筋混凝土结构乃至砖混结构体系要小。在人们对钢结构认知的改变下,令钢结构的市场所需量逐渐加大,以此加快钢结构的发展。住宅钢结构体系产业非常具有潜能,会成为未来投入使用的一个主要方面。
1.2 钢结构的发展政策
在我国的钢材使用历程中,由节约钢材演变到合理使用钢材,由限制使用钢结构转变为极力发展钢结构。对于我国建筑行业推广的10项新技术而言,应当先规划到钢结构的新技术当中,有效展现出我国钢结构的发展具有的良好前景。
1.3 钢结构发展的物质基础
随着我国钢铁工业的高速发展,钢产量逐渐增加,我国在全球中已经成为钢铁大国,钢铁市场也从原本的卖方市场成为了买方市场,为极力推动运用钢结构打造了稳固的物质根基。
1.4 钢结构建筑的优点
1.4.1 延性良好,抗震性乃至塑性变形能力较佳,可以较大地提升建筑物的安全稳定性。
1.4.2 相较于传统建筑,能够与建筑大开间及灵活分隔标准相符,并且可以经由减少柱截面面积和使用轻质墙板提高使用面积。
1.4.3 构件易于标准化,将建筑技术提升为集成化、产业化,对减少成本十分有利。施工符合环保建筑的标准。
1.4.4 施工周期较短,相对于传统施工的工期,能够缩减三分之一左右,可以较大程度提升投资的效益,令资金周转更加迅速。
1.4.5 自重较轻,约为混凝土结构质量的50%,可以显著减少基础造价。
1.4.6 钢结构材料可以反复运用,与可持续发展的标准相符。
2 钢材腐蚀的特点
钢材腐蚀存在电化学腐蚀以及化学腐蚀两个特点,电化学腐蚀是指钢材在保存与应用中与周围环境介质相互间具有的氧化还原反应,从而形成了腐蚀。化学腐蚀是指钢材表层与周围介质直接形成的化学反应而促成的腐蚀,此类腐蚀会随着时间与温度的提升而加深。对于潮湿的空气而言,因为钢材表面纤维组织有异、繁琐分布不均,还会被外力所影响而导致变形,使得建筑钢结构表面的局部相邻质点形成了电极电位差。在电极电位较低的阳极范畴,铁不具备电子后会变成Fe2+融入电解质水膜当中。阴极区在获得的电子与水膜内融入了氧作用后,变成了OH-,通过结合变成了Fe(OH)2,从而不断被氧化为Fe2O3,这是因为变成微电子以及电子流动而促成钢腐蚀则属于电化学腐蚀。大部分建造的钢结构建筑以及运用均在常温当中进行,也就是在大气环境当中,所以对于钢结构建筑的腐蚀则为电化学腐蚀。
钢结构的腐蚀现象是一个尤为繁琐的化学物理过程,不仅表现于材料腐蚀方面,更加关键的则为减弱建筑结构的稳定性,因此会影响到建筑的安全以及运用。腐蚀会对钢结构的建筑形成以下影响:
钢结构产生腐蚀以后,会在构件的表层产生众多细小的损伤,并且这些损伤会由于时间的延长而继续发展,所以降低了构件的截面面积,令建筑结构的性能以及承载能力减少。腐蚀令钢材大量耗损,而其中大多数可以透过正确的防腐蚀方式免除。腐蚀会影响到钢结构的外层,对于大部分钢结构的件数而言,其外表层在涂装当中应当对构件表层进行处理,构件的表层在锈蚀以后,会产生出凹凸不平的状态,不仅加大了解决构件的成本,还需对构面表层防腐涂料的涂装量进行加大。钢结构形成的腐蚀由于表层特征造成了较大的改变,虽然并不严重,但依旧会对建筑物的使用人员造成过大的心理压力,因此会影响到自身的身体状况。
3 钢结构在防腐方面的保护方法
3.1 尽可能挑选简单有效的钢结构形状与形式
通过圆柱形钢结构形式有利于解决并检修防腐问题,圆柱形钢结构形式的结构较为简单,表面积较小,较易进行钢结构的防腐处理。对于处理钢结构防腐时,需简单处理钢结构主体部分的完整性。钢结构分段结构的衔接位置并不具备良好的抗腐蚀性,处在最易被腐蚀的环节,所以需要尽可能挑选总体性的钢结构。在钢结构不能简化时,需要分离腐蚀位置与其他部位,并且也需确保钢结构利于拆除,便于维护和防腐。
3.2 钢结构在最大限度中免除产生缝隙与死角的问题
钢结构的缝隙与死角会时常产生腐蚀的状况,特别对于钢结构的衔接与支撑之处而言,较易令钢结构产生缝隙与死角的状况。所以对于钢结构的设计而言,打造钢结构的过程中应当将其焊牢,也可以通过堵缝剂填堵钢结构的缝隙及死角,以便减少钢结构缝隙产生的腐蚀状况。
3.3 降低钢结构产生磨损腐蚀的状况
钢结构处在流动系统当中,需尽可能免除因为湍流、涡旋乃至流体等对钢结构的冲击,以此降低钢结构产生磨损腐蚀的状况。对流速进行有效的设定,保障流速的方位与截面积不会发生突变的状况。在钢结构管道被液体内含有的气泡冲击时,会加大钢结构磨损腐蚀的力度,所以需分离和排除钢结构。如果钢结构无法免除湍流及冲击,则能够相应加大钢结构承载湍流位置的厚度。
3.4 选择有效的防腐材料
对于防腐材料的选择,应当对钢结构所受腐蚀的浓度、性质乃至作用条件给予仔细分析,并且需对材料的防腐性能、物理力学性能、重要性能乃至材料提供的次数进行融合,之后判断防腐蚀的材料。防腐蚀材料在被不同介质混合作用中,会影响到防腐蚀材料的性能,所以需要对防腐材料采取良好的试验,以便能够判断防腐材料。在涂抹钢结构防腐材料时,需要对钢结构的表层、底端乃至中间给予涂抹,需有效地融合图层的
配置。
3.5 镀层保护
为了有效提升钢结构在抗腐蚀方面的性能,可以通过金属镀层如电镀乃至热镀锌等方式,从而对钢结构的表层进行施加。在解决钢结构表层的过程中,可以通过热镀锌、加喷铝而对钢结构的表层进行复合涂层。对于钢结构表面运用热镀锌或加喷铝时,即便钢结构处在露天状态下,也可以延续钢结构的防腐时间。通过喷涂油漆乃至防腐涂料而处理钢结构表层时,为了确保钢结构不会被有害物质所影响,大多在室内进行钢结构的防腐工作。
3.6 在钢结构防腐保护当中,可以通过有机涂料进行搭配
对于钢结构的防腐保护措施而言,对处于特殊氛围内的钢结构材料,例如处于沿海地区的钢结构,大多被海洋空气所影响,钢结构的金属部位大多会产生腐蚀的状况。钢结构金属位置被腐蚀时大多会被温度、湿度乃至含盐量等因素所作用,令钢结构受到十分严重的腐蚀状况,所以可以通过有机涂料搭配体系的方案,能够防止并控制钢结构的腐蚀状况,以便提升钢结构的防腐
性能。
4 结语
综上所述,由于钢结构建筑的持续升温,钢结构的防腐性能愈发被学者所重视。在防腐的方法方面,涂料的防腐体系在最初时期会投入较少的资金,经过十年左右,则需在钢构件的表层再次进行涂抹,对于钢结构建筑使用的时间当中,需要维护涂料的防腐体系,但是热浸镀锌防腐体系在开始的时期会投入较大的力度,但是在服务期限以内,大多无需进行维护。通过具备良好工业化能力的体系,作为钢结构建筑进行长时间防腐,愈发受到工程设计人员以及建筑业主的重视,也会在钢结构的建筑范围被广泛运用。
参考文献
[1] 李佳宁,吴二强.对目前的钢结构建筑防腐保护工程
浅析[J].中国建筑金属结构,2013,(6).
[2] 杨洪敏.建筑钢结构防腐及防火涂装质量问题的预防
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[3] 左华.钢结构建筑防腐保护工程的质量控制[J].浙江