鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
一、大型鋼結構熱噴涂長效防腐
由于鋼結構具有力學性能好，承載性能強，制造簡便，易于采用工業化生產，施工安裝周期短，密封性好等優點，在國民經濟建設中得到了大量的應用，例如大跨度結構（橋梁、體育館屋架等）、輕型鋼結構（大中型車間）、高層建筑（紐約世貿大廈和上海金貿大廈等）、板殼結構（壓力容器與長輸管線）。但是，鋼結構在服役期間，和它所處的環境介質之間易發生化學、電化學或物理作用，引起材質的變質和鋼結構的破壞失效，人們常常稱之為鋼結構的腐蝕。
人們已經認識到，人類使用的鋼結構很少是由于單純機械因素(如拉、壓、沖擊、疲勞、斷裂和磨損等)或其他物理因素(如熱能、光能等)引起破壞的，絕大多數金屬結構的破壞都與其周圍環境的腐蝕因素有關。因此，鋼結構的腐蝕與防腐已成為當今材料科學、化工業與工程等領域不可忽略的重大課題，受到了政府與鋼結構應用相關的各行業的重視。
二、鋼結構長效防腐工程應用的必要性
到目前為止，鋼結構的腐蝕問題正在給世界各國的國民經濟帶來巨大的損失。據一些工業發達國家統計，每年由于鋼結構腐蝕而造成的經濟損失約占國民經濟生產總值的2%一4%。美國1975年因腐蝕造成的經濟損失約為700億美元，約占當年國民生產總值的4.2%，1982年高達1260億美元；英國1969年腐蝕損失為13.65億英鎊，占國民生產總值的3.5%；日本1976年腐蝕損失為92億美元，占國民生產總值的1.8%；據我國1995年統計，腐蝕損失高達1500億元人民幣以上，約占國民生產總值的4%。目前，全世界每年因鋼結構腐蝕造成的經濟損失已高達數千億美元以上。
而且，鋼結構由于腐蝕造成的事故危及到結構的安全運行。腐蝕引起的災難性事故屢見不鮮，后果極為嚴重，特別是焊接鋼結構和承受較大應力狀況下的鋼結構，由于在應力作用下，腐蝕將大大的加速，即發生所謂的應力腐蝕問題，在鋼結構破壞中極為常見。例如，橋梁結構或高空屋架結構由于嚴重的腐蝕問題，必須進行重建，否則，將會造成嚴重的后果，當然，經濟的投入是相當大的，現在，國內建設一座大型鋼結構橋梁，將耗資至少數億人民幣。日本1970年大扳地下鐵道的管線因腐蝕折斷，造成瓦斯爆炸，乘客當場死亡75人。1979年我國某市液化石油氣貯罐由于腐蝕爆炸起火，傷亡幾十人，直接經濟損失達630萬元。并且，由于意外事故而引起的停工、停產所造成的間接經濟損失，可能超過直接經濟損失的若干倍。
正因為如此，采用鋼結構防腐技術，特別是長效防腐新技術的運用就顯得優為重要。如果鋼結構能夠在15～50年免維護的話，使用方將節省大量的維護經費，并大大提高鋼結構的安全性與使用壽命。
到目前為止，從鋼結構工程使用方，設計方和施工方等多方面仍然對鋼結構的長效防腐的重要性缺乏足夠的重視，在意識上依然停留在傳統的防腐技術上，后期的維護可能也跟不上。并且，即使是傳統的涂裝防腐，由于在施工過程中防腐施工技術不過關，經常造成鋼結構過早的腐蝕或破壞。例如，1965年3月，美國一輸氣管線因應力腐蝕破裂著火，造成17人死亡。又如某游泳館早年油漆施工時的施工工程技術非長效防腐，造成鋼結構局部區域過早腐蝕，如圖1所示，加上早年屋面系統設計關于防腐技術的時代局限性，使得使用方必須耗資數百萬對其進行拆換或維護。
另外，一些工程使用方也存在著一個較大的問題，即工程實施之前沒有專門的防腐工程方面的專家對鋼結構的整體防腐技術進行評估；工程移交時，沒有委派專業的防腐施工的工程師或專家對整個鋼結構防腐的質量進行嚴格的檢測；防腐施工后就高枕無憂，對其后期的定期檢測與維護基本沒有進行；要么就是不顧實際情況降低對防腐工程的費用，與施工單位相互結合，從而產生不合格的“豆腐渣工程”。
各個方面的問題，集中在一起的時候，整個鋼結構的壽命肯定是令人懷疑的，到目前為止，已經發生了多起鋼結構破壞事故，其直接后果都是災難性的，直接證明了上述的分析。
之所以將鋼結構長效防腐工程稱之為一個系統工程，正是因為它要涉及到鋼結構工程使用方、工程設計方、工程施工方與施工監理方等多方面的綜合因素。只有將各個方面進行合理的組合與多方的重視，鋼結構的安全與使用壽命才可以得到可靠的保障。
三、鋼結構長效防腐綜合技術比較
大型鋼結構，如橋梁、水工結構、塔器、化工大罐、壓力容器等防腐，尤其是長效防腐處理(15-20年以上)上可有多種選擇。例如熱浸鍍鋅或鋁技術，重防腐涂料涂層技術，熱噴涂鋅或鋁涂層技術等。其中，最為合適的還是熱噴涂鋁或鋅(加封閉層)涂層。
假定惡劣條件下使用的鋼結構的防護年限為20年，熱噴Zn或Al涂層壽命以20年計；有機涂料涂層以3年計，20年需施工近7次，且暫不計施工中造成的其他損失，例如企業停工等。于是，可得，熱噴Al或Zn涂層綜合計價為：4~6元/年·m2，平均5元/年·m2；而有機涂料涂層為1.7-27元/年·m2，平均14.35元/年·m2，為熱噴涂長效防腐技術的3倍左右。
由于涂層失效而在防護期(20年)內重新施工所造成的損失是很大的。例如長江葛洲壩工程的過船閘閘門及提升閘門用的大型龍門吊車的鋼結構、升船機的鋼結構等。原用油漆防腐2-3年大修一次，在每次大修期間，每天減少20艘船的通航能力，共減少近l200艘船只通航能力，平均每年為400-600艘，給長江航運造成極大損失。因此三峽工程中的重要水工閘門、黃柏河大橋和下牢溪大橋等需采用熱噴涂Al或Zn涂層進行防護。
從綜合的工程使用方的綜合計價來講，與油漆涂層技術和熱浸技術相比，熱噴涂長效防腐技術具有很高的性能價格比。
電弧噴涂技術在五十年代己經在許多國家的鋼結構制造與維護領域得到一定的應用，但由于當時電弧噴涂設備技術水平的限制，電弧噴涂被認為是一種高效率、低質量的熱噴涂方法。直到六、七十年代美國、德國等一些工業發達國家對電弧噴涂設備進行了比較大的改造，大大提高了涂層的質量，推動了電弧噴涂技術在鋼結構制造的普遍應用，我國在20世紀90年代末期，電弧噴涂技術才成為近年發展最為迅速的熱噴涂技術之一。
例如，近年挪威Dalseide&Floysand公司承建的總重量達2300噸的挪威海上石油平臺（見圖2所示），整個電弧噴涂防腐工程采用14臺G35-LD/U3噴涂設備，100個噴涂工人3個月共噴涂AlMg5絲材35噸，是世界上較大的熱噴涂長效防腐工程的典范之一。石化管線的長效防腐中也使用了熱噴涂防腐技術
當然，應用熱噴涂技術施工時，存在著一定的噪音和粉塵。對于鋼結構工廠制作時的環保要求相當嚴格，而目前對于野外的安裝或舊鋼結構后期維護施工時基本沒有高的要求，只是必須加強對施工人員的防護。
四、鋼結構長效防腐工程的質量檢測
現在，對于鋼結構工程的設計與施工，均采用質量終身制。近年，政府對于鋼結構（例如橋梁）的設計與制造提出了明確的壽命要求。因此，不管鋼結構采取何種防腐技術進行防護處理，在其制作或者維護過程中，必須進行專業性的嚴格質量檢測與監督。本著對鋼結構工程負責的精神，工程使用方、施工方和專業監理方都應該高度重視這個重要的環節。
對于每一道防腐施工工序，必須提出明確的質量技術規范。例如鋼結構預處理時的噴砂等級或手工預處理等級，防腐施工的環境要求，油漆的施工工藝規程，正確選擇的油漆涂層或熱噴涂涂層的結合性能與厚度現場抽樣檢測，抽樣進行模擬環境下的腐蝕實驗，涂層外觀檢查等等，均需要專人負責。
無論施工方，還是工程使用方，對防腐涂層進行嚴格的質量檢測時，必須采用較為精密的檢測手段和設備，而在目前，很多的鋼結構制作廠家或工程使用方對工程施工時如何檢測防腐涂層的性能，基本沒有很好的重視，有的干脆根本就沒有檢測設備或條件。這也是很多鋼結構服役期壽命大大縮短，并可能造成破壞的災難事故發生的主要原因之一。
五、鋼結構長效防腐結論
通過以上的分析，可以得出以下結論：
1．當今社會已經開始認真的對待鋼結構長效防腐這個系統工程，它與鋼結構的安全運行與壽命的保障密切相關。
2．加強鋼結構制作與維護過程中的防腐施工管理與監督，對工程使用方、施工方和專業監理方是致關重要的。
3．在鋼結構的設計與制作過程中，必須有專業防腐工程技術人員和專家的參與或指導。
4．在國內，電弧噴涂長效防腐技術是近年發展起來的新興技術，受到了越來越廣泛的注意，與涂裝技術的有機結合，將更加具有市場的優勢。
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