趙書寶

在當今社會中，隨著科學技術的不斷發(fā)展，生產力的提高，出現(xiàn)了越來越多鋼結構建筑，使現(xiàn)代的建筑越來越堅固。但關于鋼結構建筑的維護和保養(yǎng)越來越受到人們的重視，銹蝕和火災就是兩種危害鋼結構建筑安全的重要因素。因此，我們就鋼結構的防銹與防火進行一下討論。

鋼結構的防銹，除了采用不銹鋼和耐大氣腐蝕兩類特殊鋼材的鋼結構以外，通常必須采取防銹措施，以保證其使用壽命。鋼結構的破壞，往往是由于鋼材的腐蝕引起的。鋼材的腐蝕現(xiàn)象是鋼材與周圍介質相互起化學或電化學（短路微電池）作用，使其表面遭受逐步破壞的過程。組成電池的基本條件是鋼材兩點之間的電位差。鋼材某兩點材質的不同、受力和變形程度不同、環(huán)境濕度和溫度不同、氧的供給條件不同等，都將導致電位差，成為組成電池的重要因素。組成電池或決定腐蝕反應的根本條件是電位差、水和氧。鋼材受腐蝕后，將在表面產生鐵銹，其體積比未銹蝕鋼材的體積大2倍以上。當鋼結構的環(huán)境濕度較高，或干濕反復變化時，都容易促進銹蝕的發(fā)展。溫度對于鋼材銹蝕的發(fā)展也有很重要的影響，溫度在10攝氏度以下時，腐蝕過程很緩慢；當溫度上升至20攝氏度、30攝氏度甚至于更高后，腐蝕速度的增長極為顯著。

金屬的腐蝕快慢用腐蝕速度來表示；有的用單位時間內金屬在單位面積上的重量損失；有的用單位時間內金屬表面被腐蝕深度來表示。

當鋼結構處于某些高溫高濕或有介質環(huán)境時，銹蝕問題非常突出。例如，黑色冶金工廠在冶煉生產各個階段中，排人大氣層的氧化物、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫等有害氣體，對柱、屋架、吊車梁等鋼結構構件均有可能產生嚴重銹蝕。據(jù)資料介紹，冶金廠的煉鋼車間、軋鋼車間的鋼結構銹蝕速度為0.06-0.07mm/年，而鑄鐵機車間最大的銹蝕速度達0.7mm/年。不同的構件，遭受銹蝕的破壞程度也是不同的，如桁架上、下旋弦桿銹蝕速度較快，斜桿較上下弦小10-20%，豎桿較上下弦小40-50%。

為防止鋼結構遭受銹蝕而破壞，構件必須涂刷防腐涂料保護屋，并在涂防腐保護層前，采用酸洗、噴砂或用鋼絲刷等工具在構件的表面徹底除銹。如采用酸洗，應使構件表面呈鐵灰色，并保證表面呈白色，不得存在局部黃色。用鋼絲刷除銹，應刷至露出金屬表面為止。構件表面在清除鐵銹和污垢后，應立即涂刷防腐涂料，否則應采取措施，以防再生銹。防腐涂料的規(guī)格和涂刷厚度均符合設計要求。涂刷時工作地點的溫度應為5-30攝氏度，相對濕度不大于85%，雨天或構件表面有結露時不宜作業(yè)，涂后4小時內嚴防雨淋。施工圖中注明不涂刷的部位均不得涂刷。安裝焊縫處應留出30-50mm寬范圍暫不涂刷。

火災是建筑物在使用期間可能遇到的危險之一。鋼材是一種不燃材料，然而它的機械性能，如屈服點、抗拉強度及彈性模量畢竟還是溫度的函數(shù)，溫度在300攝氏度以上時，鋼材的機械性能開始顯著下降。發(fā)生火災后的某一瞬間的溫度下，使鋼材的屈服點、抗拉強度和彈性模量均降至零，這時的溫度稱為臨界溫度。3號鋼和16錳鋼的臨界溫度約在560～580攝氏度。當建筑物內發(fā)生火災時，構件表面溫度可達到900-950攝氏度，在這樣的高溫下鋼結構將完全喪失承載能力而塌落。如在2001年美國紐約發(fā)生的“9·11”事件中，紐約世貿大廈發(fā)生大火時的室內溫度達到1000攝氏度以上，使得這幢世界著名的建筑物在很短的時間內就完全倒塌。因此，鋼結構設計中，考慮防火是設計的重要內容之一。

一個鋼結構構件在達到臨界溫度前所能經歷的時間，是依據(jù)構件吸熱比值確定的。一般一個大截面的構件要達到某一確定的溫度，必須吸收較多的熱量；而相對來說，小截面構件吸收熱量就少一些。倘若體積相當，但某一構件的表面積較大，熱傳導就比較快，既吸熱較快。這樣，細而長的構件，其吸熱比升熱比就高。標志吸熱性能用構件截面周長/件截面積的比值表示，比值越小，對防火越有利。根據(jù)實用性質及其重要性，鋼結構構件需具備防火規(guī)范所要求的耐火等級。鋼結構構件的防火保護方法有有以下幾類：

（1）外包層：

外包層包括所有保護鋼結構構件以抵御火災的材料和方法。常用的方法有：用現(xiàn)澆混凝土封閉構件。采用這種方法時，構件表面清除鐵銹后不涂防銹漆；采用阻燃板材材料外包層封閉構件。板材要固定在構件上，接頭必需嚴密。采用這種方法，構件表面也要按要求做防銹處理；噴涂防火涂料。這種方法操作簡單，造價較低，目前已被廣泛應用于各類剛結構的防火保護。這種涂料噴涂于構件表面，待自然干燥后形成防火層，其厚度根據(jù)耐火要求、及涂料性能等條件確定。采用這種方法，構件也需按要求作防銹處理。

（2）充水：

空心型鋼構件內充水，并將水在這類構件中循環(huán)，以達到防火的目的。這類方法很少使用，而且主要用于剛柱構件，為了柱內防銹，水中摻有專門的外加劑。

（3）屏蔽：

屏蔽方法是把不加防火保護層的鋼結構構件包藏在耐火材料構成的墻體或頂棚內，這種方法最經濟。用耐火材料包遮一般可以達到防火要求，但頂棚往往接縫不嚴，其內常有電線管道和通風管道通行，一旦發(fā)生火災。頂棚內的鋼結構構件很難與高溫隔絕。因此，防火要求高的工程不宜采用這種方法。

隨著人類科技水平的不斷提高，我們相信對鋼結構的防火和防銹問題，一定能找到更高效更經濟的好方法。 [科]