钢结构的防锈和防火

在当今社会中，随着科学技术的不断发展，生产力的提高，出现了越来越多钢结构建筑，使现代的建筑越来越坚固。但关于钢结构建筑的维护和保养越来越受到人们的重视，锈蚀和火灾就是两种危害钢结构建筑安全的重要因素。因此，我们就钢结构的防锈与防火进行一下讨论。

钢结构的防锈，除了采用不锈钢和耐大气腐蚀两类特殊钢材的钢结构以外，通常必须采取防锈措施，以保证其使用寿命。钢结构的破坏，往往是由于钢材的腐蚀引起的。钢材的腐蚀现象是钢材与周围介质相互起化学或电化学（短路微电池）作用，使其表面遭受逐步破坏的过程。组成电池的基本条件是钢材两点之间的电位差。钢材某两点材质的不同、受力和变形程度不同、环境湿度和温度不同、氧的供给条件不同等，都将导致电位差，成为组成电池的重要因素。组成电池或决定腐蚀反应的根本条件是电位差、水和氧。钢材受腐蚀后，将在表面产生铁锈，其体积比未锈蚀钢材的体积大2倍以上。当钢结构的环境湿度较高，或干湿反复变化时，都容易促进锈蚀的发展。温度对于钢材锈蚀的发展也有很重要的影响，温度在10摄氏度以下时，腐蚀过程很缓慢；当温度上升至20摄氏度、30摄氏度甚至于更高后，腐蚀速度的增长极为显著。

金属的腐蚀快慢用腐蚀速度来表示；有的用单位时间内金属在单位面积上的重量损失；有的用单位时间内金属表面被腐蚀深度来表示。

当钢结构处于某些高温高湿或有介质环境时，锈蚀问题非常突出。例如，黑色冶金工厂在冶炼生产各个阶段中，排人大气层的氧化物、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等有害气体，对柱、屋架、吊车梁等钢结构构件均有可能产生严重锈蚀。据资料介绍，冶金厂的炼钢车间、轧钢车间的钢结构锈蚀速度为0.06-0.07mm/年，而铸铁机车间最大的锈蚀速度达0.7mm/年。不同的构件，遭受锈蚀的破坏程度也是不同的，如桁架上、下旋弦杆锈蚀速度较快，斜杆较上下弦小10-20%，竖杆较上下弦小40-50%。

为防止钢结构遭受锈蚀而破坏，构件必须涂刷防腐涂料保护屋，并在涂防腐保护层前，采用酸洗、喷砂或用钢丝刷等工具在构件的表面彻底除锈。如采用酸洗，应使构件表面呈铁灰色，并保证表面呈白色，不得存在局部黄色。用钢丝刷除锈，应刷至露出金属表面为止。构件表面在清除铁锈和污垢后，应立即涂刷防腐涂料，否则应采取措施，以防再生锈。防腐涂料的规格和涂刷厚度均符合设计要求。涂刷时工作地点的温度应为5-30摄氏度，相对湿度不大于85%，雨天或构件表面有结露时不宜作业，涂后4小时内严防雨淋。施工图中注明不涂刷的部位均不得涂刷。安装焊缝处应留出30-50mm宽范围暂不涂刷。

火灾是建筑物在使用期间可能遇到的危险之一。钢材是一种不燃材料，然而它的机械性能，如屈服点、抗拉强度及弹性模量毕竟还是温度的函数，温度在300摄氏度以上时，钢材的机械性能开始显著下降。发生火灾后的某一瞬间的温度下，使钢材的屈服点、抗拉强度和弹性模量均降至零，这时的温度称为临界温度。3号钢和16锰钢的临界温度约在560～580摄氏度。当建筑物内发生火灾时，构件表面温度可达到900-950摄氏度，在这样的高温下钢结构将完全丧失承载能力而塌落。如在2001年美国纽约发生的“9·11”事件中，纽约世贸大厦发生大火时的室内温度达到1000摄氏度以上，使得这幢世界著名的建筑物在很短的时间内就完全倒塌。因此，钢结构设计中，考虑防火是设计的重要内容之一。

一个钢结构构件在达到临界温度前所能经历的时间，是依据构件吸热比值确定的。一般一个大截面的构件要达到某一确定的温度，必须吸收较多的热量；而相对来说，小截面构件吸收热量就少一些。倘若体积相当，但某一构件的表面积较大，热传导就比较快，既吸热较快。这样，细而长的构件，其吸热比升热比就高。标志吸热性能用构件截面周长/件截面积的比值表示，比值越小，对防火越有利。根据实用性质及其重要性，钢结构构件需具备防火规范所要求的耐火等级。钢结构构件的防火保护方法有有以下几类：

（1）外包层：

外包层包括所有保护钢结构构件以抵御火灾的材料和方法。常用的方法有：用现浇混凝土封闭构件。采用这种方法时，构件表面清除铁锈后不涂防锈漆；采用阻燃板材材料外包层封闭构件。板材要固定在构件上，接头必需严密。采用这种方法，构件表面也要按要求做防锈处理；喷涂防火涂料。这种方法操作简单，造价较低，目前已被广泛应用于各类刚结构的防火保护。这种涂料喷涂于构件表面，待自然干燥后形成防火层，其厚度根据耐火要求、及涂料性能等条件确定。采用这种方法，构件也需按要求作防锈处理。

（2）充水：

空心型钢构件内充水，并将水在这类构件中循环，以达到防火的目的。这类方法很少使用，而且主要用于刚柱构件，为了柱内防锈，水中掺有专门的外加剂。

（3）屏蔽：

屏蔽方法是把不加防火保护层的钢结构构件包藏在耐火材料构成的墙体或顶棚内，这种方法最经济。用耐火材料包遮一般可以达到防火要求，但顶棚往往接缝不严，其内常有电线管道和通风管道通行，一旦发生火灾。顶棚内的钢结构构件很难与高温隔绝。因此，防火要求高的工程不宜采用这种方法。

随着人类科技水平的不断提高，我们相信对钢结构的防火和防锈问题，一定能找到更高效更经济的好方法。 [科]