我國鋼結構發(fā)展概況

1、,鋼結構保護措施研究,一、我國鋼結構發(fā)展概況,1、歷史悠久：中國是最早用鐵建造承重結構的國家。常見結構形式：鐵鏈橋、鐵塔2、近百余年來封建時時期代表作期的停滯階段。時期代表作：廣州中山紀念堂（1931）3、建國后的發(fā)展。時期代表作：武漢長江大橋（單孔跨128m）4、文革停滯5、改革開放后騰飛。時期代表作：西陵長江大橋（單孔跨900m),鋼產(chǎn)量和消費的全球份額,中國鋼材增長曲線（1996年超1億噸，一直雄距世界首位）,鋼結構的特點

2、,1、強度高，重量輕 鋼材強度較高，彈性模量也高。與混凝土和木材相比，其密度與屈服強度的比值相對較低，因而在同樣受力條件下鋼結構的構件截面小，自重輕，便于運輸和安裝，適于跨度大，高度高，承載重的結構。,2、塑性韌性好3、材質均勻，符合計算假定，離散性小,適于承受沖擊和動力荷載，具有良好的抗震性能。鋼材內(nèi)部組織結構均勻，近于各向同性勻質體。鋼結構的實際工作性能比較符合計算理論。所以鋼結構可靠性高。,,,4、工業(yè)化程度高，

3、工期短,自動鋼板切割,埋弧自動焊,作業(yè)面多現(xiàn)場基礎施工,工廠鋼構制作,鋼結構構件便于在工廠制造、工地拼裝。工廠機械化制造鋼結構構件成品精度高、生產(chǎn)效率高、工地拼裝速度快、工期短。鋼結構是工業(yè)化程度最高的一種結構。,5、有效使用空間大,6、運輸、安裝方便,7、可拆卸、改造，建筑垃圾少，材料可重復利用,8、密封性好,由于焊接結構可以做到完全密封，可以作成氣密性，水密性均很好的高壓容器，大型油池，壓力管道等。,9、有一定耐熱性，但抗火性能差

4、;,溫度對鋼材力學性能的影響,需采取防火對策,10、耐腐蝕性能差 熱浸鋅（25年） 酸洗、清洗、干燥、熱浸鋅、后處理 質量穩(wěn)定、工業(yè)化程度高，但構件尺寸受鋅槽尺寸控制 熱噴鋁復合涂層（25年） 噴砂 、噴鋅（鋁）、噴鋁、噴復合涂層 不受體型大小限制、無熱影響，構件形狀復雜時操作困難 普通防腐蝕方法（3～5年） 除銹、底漆、面漆

5、 操作方便，防腐有效年限短,,鋼結構受火事故第十一界全運會拳擊訓練館,,,,,,,,,罕見的腐蝕引起的網(wǎng)架垮塌事故某集團紡織車間,,,,,,,已知：鋼結構有一定耐熱性，但抗火性能差;且耐腐蝕性能差。我們應該怎么做？,1． 鋼結構的防火 1.1 鋼結構防火保護方式 1.2 鋼結構防火保護技術原理 1.3 鋼構件的耐火極限 1.4 防火保護材料 1.5 防火措施與構造

6、1.6 鋼結構防火涂料的相關知識 1.7 鋼結構火災后結構檢測及鑒定 2． 鋼結構的防腐 2.1 鋼結構腐蝕的類型 2.2 鋼結構腐蝕的特點 2.3 鋼結構的防腐措施 2.4 鋼結構防腐施工需注意的問題 2.5 鋼結構防腐納米技術,二、鋼結構保護措施研究,鋼結構的防火保護就是在其表面提供一層絕熱或吸熱的材料,隔絕火焰直接灼燒鋼結構,阻止熱量向鋼基材的傳遞,推遲鋼結構升溫和強度降

7、低的時間,使之達到規(guī)范規(guī)定的耐火極限要求。對鋼構件實施防火保護,有利于安全疏散和消防滅火,避免和減輕火災損失。,1.1 鋼結構防火保護方式,目前,世界各國對鋼結構采用多種方法進行保護,按其構造結構通常可分為以下三種。(1)緊貼包覆法,圖1(a)。一般采用防火涂料,緊貼鋼結構的外露表面,將鋼構件包覆起來。(2)空心包覆法,圖1(b)。一般采用防火板、石膏板、蛭石板、硅酸鈣板、珍珠巖板等板材將鋼構件包覆起來。(3)實心包覆法,圖1(c

8、)。一般采用混凝土、砌塊、磚、耐火砂漿等材料將鋼構件包覆起來。,1.1 鋼結構防火保護方式-構造形式,1.2 鋼結構防火保護技術原理,根據(jù)防火原理來區(qū)分,鋼結構的防火保護方式可分為截流法和輸導法兩大類。,截流法,截流法是在構件表面設置一層保護材料,其原理是利用保護材料截斷或阻滯火災產(chǎn)生的熱量傳向鋼構件,從而使構件在規(guī)定時間內(nèi)的溫升不超過其臨界溫度。實際火災中,火災產(chǎn)生的高溫首先傳給這些保護材料,再由保護材料傳給構件。由于保護材料的熱導率

9、較小,熱容較大,能很好地阻滯熱量向構件的傳導,從而起到保護鋼構件的作用。截流法又可分為噴涂法、包封法、屏蔽法和水噴淋法等幾種。,截流法,a.噴涂法噴涂法主要是指用噴涂機具將防火涂料直接噴涂在構件表面,形成保護層。它的適用范圍最為廣泛,尤其是施工不受鋼構件幾何形狀的限制,可用于任何一種鋼構件的防火保護。近年來又發(fā)展了刷涂、抹涂、輥涂等多種防火涂料施工工藝。b.包封法包封法是用耐火材料把構件包裹起來。包封材料有防火板材、混凝土或磚、

10、鋼絲網(wǎng)抹耐火砂漿等。當采用石膏板、蛭石板、硅酸鈣板、珍珠巖板等硬質防火板材進行包封時,板材可用膠黏劑或鋼件固定。當用巖棉、礦棉等軟質板材包封時,應用薄金屬板或其他不燃性板材包裹起來。此方法適用于梁、柱、壓型鋼板、樓板的防火保護。,截流法,c.屏蔽法屏蔽法是把鋼構件包藏在耐火材料組成的墻體或吊頂內(nèi),主要適用于屋蓋系統(tǒng)的保護。吊頂?shù)慕涌p、孔洞處應封嚴,以防竄火。d.水噴淋法水噴淋法是在結構頂部設噴淋供水管網(wǎng),火災時自動啟動(或手動)開

11、始噴水,在構件表面形成一層連續(xù)流動的水膜,從而起到保護作用。上述四種方法的共同特點是設法減小傳到構件上的熱量,因而統(tǒng)稱為截流法。,疏導法,疏導法與截流法的不同之處在于它允許熱量傳到構件上,然后設法把熱量導走或消耗掉,同樣可使構件溫度不至升高到臨界溫度,從而起到保護作用。疏導法目前僅有充水冷卻保護這一方法。該方法是在空心封閉截面中(主要為柱)充滿水,火災時構件把從火場中吸收的熱量傳給水,依靠水的蒸發(fā)消耗熱量或通過循環(huán)把熱量導走,構件溫度便

12、可維持在較低的水平。水冷卻法既可單根柱自成系統(tǒng),又可多根柱聯(lián)通。前者僅依靠水的蒸發(fā)耗熱;后者既能蒸發(fā)耗熱,又能借水的溫差形成循環(huán),把熱量導向非火災區(qū)溫度較低的構件。從理論上講,這是鋼結構保護最有效的方法。,綜合評價,綜合評價上述幾種方法,疏導法和水噴淋法系統(tǒng)造價高、施工與日常維修均比較困難;屏蔽法保護的構件形式有限,因此目前應用最廣泛的是噴涂法和包封法兩種防火保護方式。,鋼材的力學性能對溫度變化很敏感。由圖1.1可見，當溫度升高時，

13、鋼材的屈服強度fy、抗拉強度fu和彈性模量E的總趨勢是降低的，但在200℃以下時變化不大。當溫度在250℃左右時，鋼材的抗拉強度fu反而有較大提高，而塑性和沖擊韌性下降，此現(xiàn)象稱為“藍脆現(xiàn)象”。當溫度超過300℃時，鋼材的fy、fu和E開始顯著下降，而δ顯著增大，鋼材產(chǎn)生徐變；當溫度超過400℃時，強度和彈性模量都急劇降低；達600℃時，fy、fu和E均接近于零，其承載力幾乎完全喪失。因此，我們說鋼材 耐熱但

14、不耐火。,溫度對鋼材力學性能的影響,1.3 鋼構件的耐火極限,1.3 鋼構件的耐火極限,構件耐火極限是指構件在耐火試驗中，從受到火的作用時起，到失去穩(wěn)定性或完整性或絕熱性止，這段抵抗火作用的時問。根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》(GBJ 16一2014)、石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》(CB 50160—2008)等國家規(guī)范對各類建筑構件的燃燒性能耐火極限的要求，鋼構件的耐火極限不應低于下表的規(guī)定,1.4 防火保護材料,(1)防火涂料。膨脹型

15、防火涂料又稱為薄涂型涂料，涂層厚度一般為2～7mm，有一定的裝飾效果，所含樹脂和防火劑只在受熱時有防火效果。當溫度升至150～350℃時，涂層能迅速膨脹5～10倍，從而形成保護層。非膨脹型涂料為厚涂型防火涂料，它由耐高溫硅酸鹽材料、高效防火添加劑組成，是一種預發(fā)泡高效能的防火涂料。涂層厚度一般為8～50mm，通過改變涂層厚度可以滿足不同的耐火極限要求。,(2)由厚板或薄板構成的外包層防火。常用的有石膏板、水泥蛭石板、硅酸鈣板和巖棉板，使

16、用時通過膠粘劑或緊固件固定在鋼構件上，膠粘劑應在預計耐火時間內(nèi)受熱而不失去粘結作用。 (3)外包混土保護層?？梢袁F(xiàn)澆成型也可以用噴涂法，在外包層內(nèi)埋設鋼絲網(wǎng)或用小截面鋼筋加強以限制收縮裂縫和遇火爆裂。,1.5 防火措施與構造,(1)鋼柱。一般采用厚涂型鋼結構防火涂料，其涂層厚度應滿足構件的耐火極限要求。施工噴涂時，節(jié)點部位宜作加厚處理。對噴涂的技術要求和驗收標準均應符合國家標準《鋼結構防火涂料應用技術規(guī)程》

17、的規(guī)定。 防火板材包裹保護：當采用石膏板、蛭石板、硅酸鈣板、巖棉板等硬質防火板材保護時，板材可用膠粘劑或緊固鐵件固定若柱子為開口截面(如工字形截面)，則在柱翼緣之間嵌入一塊厚度較大的防火材料作橫隔板。當包覆層數(shù)等于或大于兩層時，各層板應分別固定，板的水平縫至少應錯開500mm。,外包混凝土保護層：可采用C20混凝土或加氣混凝土，混凝土內(nèi)宜用細箍筋或鋼筋網(wǎng)進行加固，以固定混凝土，防止遇火剝落。

18、鋼絲網(wǎng)抹灰保護層：其做法是在柱子四周包以鋼絲網(wǎng)，纏上細鋼絲，外面抹灰，邊角另加保護鋼筋。 另外，還可將鋼柱包以礦棉氈(或巖棉氈)，并用金屬板或其他不燃性板材包裹起來。,(2)鋼梁。鋼梁的防火保護措施可參照鋼柱的做法。當采用噴涂防火涂料時，遇下列情況應在涂層內(nèi)設置與鋼構件相連的鋼絲網(wǎng)：受沖擊振動荷載的梁；涂層厚度等于或大于40mm的梁；腹板高度超過1.5m的梁；粘結強度小于0.05MPa的鋼結構防火涂料。

19、 (3)屋蓋與中庭。采用鋼結構承重時，其吊頂、面板、保溫材料等均應采用不燃燒材料，以減少發(fā)生火災時對屋頂鋼構件的威脅。屋頂鋼構件應采用噴涂防火涂料、外包不燃燒板材或設置自動噴水滅火系統(tǒng)等保護措施，使其達到規(guī)定的耐火極限要求。,防火涂料在我國眾多的涂料品種中屬于特種涂料的范疇。該種涂料在工程中主要用來阻止火焰?zhèn)鞑ァ⒈Ｗo承載構件和減少火災損失，是建筑防火的重要材料。它主要有以下兩個作用：當涂覆于可燃基材上時，除起到與普通裝飾涂

20、料相同的裝飾、防腐及延長被保護材料的使用壽命外，遇到火焰或熱輻射時，防火涂料迅速發(fā)生物理、化學變化隔絕熱量，阻止火焰?zhèn)鞑ヂ?，起到阻燃作用；當涂覆于構件表面除具有防銹、耐酸堿、煙霧作用外，遇火時隔絕熱量，降低構件表面溫度，起到耐火作用。,1.6 鋼結構防火涂料的相關知識,防火涂料的防火機理已被國內(nèi)有關專家確認，歸納為如下幾點： 1．防火涂料本身具有難燃或不燃性，使被保護的可燃性基材不直接與空氣接觸，從而延遲基材著火燃燒。

21、 2．防火涂料遇火受熱分解出不燃的惰性氣體，沖淡被保護基材受熱分解的易燃氣體和空氣中的氧氣，抑制燃燒。 3．燃燒被認為是游離基引起的連鎖反應。而含氯、磷的防火涂料受熱分解出一些活性自由基團可與有機游離基化合，中斷連鎖反應，降低燃燒速度。 4．膨脹型防火涂料遇火膨脹發(fā)泡，生成一層泡沫隔熱層，封閉被保護的基材，阻止基材燃燒。,1.6 鋼結構防火涂料的相關知識,1.6.1鋼結構防火涂料的類型 鋼結構防火涂料按不同

22、厚度可分為薄型(2mm～7mm)、厚型(8mm以上)兩類；按施用處不同可分為室內(nèi)、露天兩類；按所使用粘結劑的不同可分為有機類、無機類，其中又可分膨脹型和非膨脹型。（見圖1.3）,鋼結構防火涂料主要施用于建筑中承載的鋼梁、鋼柱、球形網(wǎng)架和其它構件的防火保護，使其達到《建筑設計防火規(guī)范》(GBJl6—2014) 規(guī)定的耐火極限（如下表）。,眾所周知，鋼材雖為不燃燒體，即本身不著火燃燒，但它極易導熱，怕火燒。未加保護的鋼結構在火災溫度作用下只

23、需十幾分鐘，自身溫度就可上升到500℃以上，此時鋼材的機械力學性能，諸如屈服點、抗拉強度、彈性模量以及載荷能力等都迅速下降，在縱向壓力和橫向拉力作用下，鋼結構不可避免地扭曲變形，垮塌毀壞造成重大損失。許多令人觸目驚心的火災實例都證實了這一點。由于鋼結構防火涂料遇火時具有優(yōu)良的隔熱性能，減緩了構件自身的溫升，從而提高了構件的耐火極限，為撲救火災贏得了寶貴的時間。,1.6.2 鋼結構防火涂料技術要求 鋼結構防火涂料技術要求見右表,

24、16.3鋼結構防火涂料施工驗收 鋼結構防火涂料驗收時用目視法檢測涂料品種和顏色，與選用的樣品對比；用目視法檢測涂層顏色及漏涂和裂縫情況；用0.75kg、1kg榔頭輕擊涂層檢測其強度等；用1m直尺檢測涂層平整度。（1）厚涂型鋼結構防火涂層應符合下列要求： 涂層厚度符合設計要求。如厚度低于原訂標準，但必須大于原訂標準的85％，且厚度不足部位的連續(xù)面積的長度不大于1m，并在5m范圍內(nèi)不再出現(xiàn)類似情況。 涂層應完全閉合

25、，不應露底、漏涂。 涂層與鋼基材之間和各涂層之間，應粘結牢固，無空鼓、脫層和松散等情況。 涂層表面應無乳突。有外觀要求的部位，母線不直度和失圓度允許偏差不應大于8mm。 （2）薄涂型鋼結構防火涂層應符合下列要求： 涂層厚度應符合設計要求。 無漏涂、脫粉和明顯裂縫等。如有個別裂縫，其寬度不大于0.5mm。 涂層與鋼基材之間和各涂層之間應粘結牢固，無脫層、空鼓等情況。顏色與外觀符合設計規(guī)定，

26、輪廓清晰，接搓平整。,1.6.4 國內(nèi)現(xiàn)狀 我國從80年代才開始研究鋼結構防火涂料。1983年公安部四川省消防科學研究所最早研制出LG鋼結構防火隔熱涂料，并于1985年通過了技術成果鑒定，屬于厚型涂料。它是由改性硅酸鹽為粘結劑，配以空心飄珠、膨脹珍珠巖等吸熱、隔熱增強材料組成。該產(chǎn)品已作為成熟的技術在全國大范圍推廣，并成功地應用于建筑工程的鋼結構防火保護中。 繼LG之后北京市建筑材料科學研究所在剖析英國MANDDLITE

27、P20等防火涂料的基礎上研制出了STI—A厚型鋼結構防火涂料。北京市紅星建筑涂料廠也開發(fā)了JG—276厚型鋼結構防火涂料，其主要成分為蛭石、水泥、化學助劑等。 國內(nèi)外幾種厚型鋼結構防火涂料性能見下表。,國內(nèi)第一個薄型鋼結構防火涂料產(chǎn)品LB鋼結構防火涂料是由公安部四川消防科研所同北京建筑防火材料公司一起研制開發(fā)的。一經(jīng)問世便在北京第十一屆亞運會工程中使用，收到良好的反應。該產(chǎn)品主要由有機聚合乳液、膨脹阻燃劑、無機耐火增強材料、溶劑

28、等組成。繼LB之后國內(nèi)許多單位研究開發(fā)出薄型鋼結構防火涂料。典型防火涂料生產(chǎn)廠及產(chǎn)品見右表。,1.6.5 鋼結構防火涂料發(fā)展應用中存在的問題 （1）薄型鋼結構防火涂料的耐老化、耐候性問題。厚型鋼結構防火涂料主要成分為無機物，具有較好的穩(wěn)定性、耐氧化、耐輻射，長期使用其主要性能變化不大，且可通過增加涂層厚度的辦法保證構件很高的耐火極限，但其裝飾效果比較差，不適用于有裝飾要求的場所而薄型鋼結構防火涂料主要由高聚物組成，存在材料老化、

29、降解的問題。如果經(jīng)過一段時間涂料主要成分被氧化、降解，可能會消弱原有的性能，遇火時起不到應有的作用，就會造成損失。然而這一問題即老化壽命問題的驗證工作國內(nèi)尚未系統(tǒng)地開展，國家也無統(tǒng)一的技術要求。一些單位如北京市建筑涂料廠根據(jù)實際需要，參照有關標準對涂料的老化疲勞壽命進行了探索、研究，取得了一整套可喜數(shù)據(jù)，得到了有關專家的認可。,1.6.5 鋼結構防火涂料發(fā)展應用中存在的問題 （2）露天鋼結構防火保護問題。大量露天建筑物和構筑物如

30、化工煉油廠，石油鉆井平臺，油、氣罐群及油、氣罐支撐和電纜、線橋架等，廣泛采用了鋼結構，需要施加相應的防火保護措施。由于暴露于戶外需要承受日照、風吹、雨淋、凍融、外來沖擊等嚴酷自然因素及化工廠酸、堿等腐蝕的影響，需要涂料有更好的耐候性能。目前國內(nèi)許多單位在原有的鋼結構防火涂料的基礎上改進開發(fā)了露天防火涂料。但是這些涂料的理化性能都是依據(jù)室內(nèi)涂料的標準要求檢驗的，雖然高于同類室內(nèi)產(chǎn)品的性能指標，而是否能滿足戶外苛刻條件的要求，有待進一步研究

31、論證，且需要國內(nèi)有關部門制定出適用于露天防火涂料的統(tǒng)一的國家或行業(yè)標準，以滿足實際需要。,1.7 鋼結構火災后結構檢測及鑒定,結構檢測及鑒定的意義 通過對火災后結構安全檢測及鑒定，掌握經(jīng)高溫火燒后的鋼結構建筑是否需要加固，哪些部位需要加固，哪些部位需要重建，哪些部位可以繼續(xù)承重，對災后建筑的修復提供科學、合理的依據(jù)，并對修復程序、修復部位、修復方法加以明確，使建筑的修復、加固更具經(jīng)濟性、時效性。主要從火災后鋼材的外觀、力學性能等方面

32、的變化探討火災后鋼結構建筑的檢測、鑒定及加固。,1.7 鋼結構火災后結構檢測及鑒定,結構鋼在高溫冷卻后的表觀特征 通過對鋼材外觀的檢測，了解火場溫度的情況。從已知的數(shù)據(jù)可以知道出，鋼結構在經(jīng)歷 250℃高溫后，鋼材的顏色與常溫下基本相同；經(jīng)歷 330℃的高溫冷卻后，鋼材表面顏色呈淺藍色，隨著鋼材在空氣中暴露冷卻的時間延長，表面顏色漸趨淺藍黑色；經(jīng)歷 420℃冷卻后，鋼材的表面顏色呈藍色 ( 但較 330℃時的顏色深暗 )，隨著在空氣

33、中暴露的時間延長，表面顏色漸趨暗淡，最終變成深藍黑色；經(jīng)歷 510℃冷卻后，鋼材表面呈灰黑色，隨著鋼材在空氣中暴露時間延長，表面灰黑色略微變淡；經(jīng)歷 600℃高溫冷卻后，鋼材的表面顏色呈黑色，隨著鋼材在空氣暴露的時間延長，表面顏色幾乎不變化。,1.7 鋼結構火災后結構檢測及鑒定,高溫時產(chǎn)生的特殊現(xiàn)象 -藍脆現(xiàn)象藍脆現(xiàn)象是指溫度 400℃左右的區(qū)間內(nèi)，抗拉強度局部性提高，屈服強度有所回升，強度提高而塑性降低，材料有轉脆現(xiàn)象。總的趨勢是

34、隨著溫度的升高，鋼材的強度降低，變形增大。在 200℃以內(nèi)，鋼材性能沒有很大變化，430℃ -540℃之間強度急劇下降，500℃時強度很低不能承擔荷載，在 400℃附近有藍脆現(xiàn)象，約 260℃ -320℃時有徐變現(xiàn)象。鋼材通常在 450 ～ 650℃溫度中就會失去承載能力，發(fā)生很大的形變，這是由于鋼材在經(jīng)歷 400℃以上高溫時發(fā)生藍脆現(xiàn)象，此時鋼材強度上升，延性下降，導致鋼柱、鋼梁彎曲，結果因過大的形變而不能繼續(xù)使用。,1.7 鋼結構

35、火災后結構檢測及鑒定,高溫時產(chǎn)生的特殊現(xiàn)象 -徐變現(xiàn)象 徐變現(xiàn)象是指在 260℃ -320℃的區(qū)間內(nèi)，在應力持續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形的現(xiàn)象。結合 200℃以內(nèi)材料性能無大變化的性能看，結構表面所受輻射溫度不宜超過200℃，目前鋼結構行業(yè)規(guī)定這個溫度以 150℃為宜，超過這一溫度就應該采取防火隔熱措施。,1.7 鋼結構火災后結構檢測及鑒定,高溫后結構鋼的力學性能 -屈服強度 在火災的高溫條件下，建筑材料的力學性能

36、發(fā)生了較大改變，材料的強度隨著溫度的升高而降低。實際火災和試驗研究表明，鋼結構的耐火極限很低，當鋼材自身溫度達到臨界溫度(540ºC) 時，其支撐強度會下降 40％，容易造成建筑物垮塌。,1.7 鋼結構火災后結構檢測及鑒定,高溫后結構鋼的力學性能 -力學性能變化機理在火災高溫作用下，其力學性能如屈服強度、彈性模量等卻會隨溫度升高而降低，在550℃左右時，降低幅度更為明顯。當火災發(fā)生后，結構的內(nèi)力分布與常溫下的內(nèi)力分布將大不

37、相同，這主要是由于兩方面的原因造成的：一是因為溫度升高，構件的剛度下降，造成結構內(nèi)力的重分布；另外一個原因是由于構件溫度升高，構件產(chǎn)生熱膨脹，而構件的熱膨脹受到周圍其它構件的約束，從而在該構件和約束它的構件內(nèi)產(chǎn)生溫度內(nèi)力。,1.7 鋼結構火災后結構檢測及鑒定,火災后鋼結構受損檢測 通過對火災現(xiàn)場的鋼結構變形觀測、火損表面外觀檢查和抽取部分火損部位的鋼結構母材進行檢查，為實施工程加固和拆除部分火損結構提供現(xiàn)場依據(jù)，同時為建筑鋼結構火災

38、研究積累原始資料,1.7 鋼結構火災后結構檢測及鑒定,火災后鋼結構受損檢測-承載力極限狀態(tài)分析 承載力極限狀態(tài)：對應于結構或結構構件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。火災下，鋼結構的承載力極限狀態(tài)可分為構件和結構兩個層次，分別對應局部構件破壞和整體結構倒塌。1.1 構件承載力極限狀態(tài)的判別標準(1) 構件失去穩(wěn)定承載力。(2) 構件的變形速率成為無限大，即失去隔熱性。(3) 構件達到不適于繼續(xù)承載的變形，即失去完整性

39、。1.2 結構承載力極限狀態(tài)的判別標準為：(1) 結構喪失整體穩(wěn)定性。(2) 結構達到不適于繼續(xù)承載的變形。,1.7 鋼結構火災后結構檢測及鑒定,火災后鋼結構受損檢測-變形測試分析與外觀檢測及分析使用特定儀器，采用三維坐標測量技術，即利用建筑梁柱軸線建立正交網(wǎng)，以全站儀架設點為假定坐標原點，實測布置在柱面上的固定標靶和梁面上的活動標靶，并將測得的空間三維坐標值以梁、柱軸線參照點為基準進行坐標變換，得到梁、柱實際變形值。(1)

40、 根據(jù)撓曲線規(guī)則，判斷柱構件變形受梁橫向拉力作用。若為非損傷性變形，則為可恢復的變形；若明顯為損傷性變形，由要求拆除重建。若鋼柱損傷嚴重，基本都扭曲，則要求全部拆除。(2) 將梁的水平變形和垂直變形結果進行分析。若火災時梁受熱膨脹伸長，受到柱和鄰跨梁的約束作用，致使梁發(fā)生側向彎曲，側彎一方面破壞了原結構的承載力分配，另一方面可能在工作時引起側彎失穩(wěn)，則也必須拆除。(3) 現(xiàn)場構件過火后外觀檢測。結合構件變形觀測和材料試驗分析推斷，褐

41、白色表面為火燒程度最為嚴重，淺褐色燒傷程度為次嚴重，煙黑色可以認為是煙熏痕跡，過火程度較輕，油漆色可以認為基本未過火。,1.7 鋼結構火災后結構檢測及鑒定,火災后鋼結構受損檢測-過火材料檢測及分析(1) 抽取試樣。取樣原則一般遵循抽取色澤不同的小樣、在燒傷扭曲較嚴重的部位取樣作為結構未拆除前的樣本、在拆除部位取樣作為結構拆除后的樣本、取外觀較好的部位作為標準試樣，從樣本組織狀態(tài)、屈服強度、極限強度、硬度等四個方面進行比較，了解材質的

42、最不利損傷情況，為設計取值提供依據(jù)。(2) 鋼結構緊固件檢驗。檢測螺栓楔負載、螺母、螺栓是否符合標準要求，若不符合，則要求全部調換。(3) 保留柱過火后的力學性能檢驗。通過比較，按最不利因素對保留柱過火后的力學性能考慮，建議參照《鋼結構抗火計算與設計》關于高溫冷卻后結構鋼的力學性能的折減系數(shù)計算考慮設計。,在侵蝕性介質作用下,鋼材將產(chǎn)生腐蝕。根據(jù)侵蝕性介質的種類,主要分為酸腐蝕、堿腐蝕和鹽腐蝕三種。從侵蝕性介質的形態(tài)來區(qū)分,有液相

43、腐蝕和氣相腐蝕兩大類,而建筑鋼結構主要遭受氣相腐蝕。從腐蝕反應的過程來進行區(qū)分,有化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類。從腐蝕損壞的特征來區(qū)分,分為均勻腐蝕、不均勻腐蝕、點(坑)腐蝕和晶間腐蝕四大類。,2.1 鋼結構腐蝕的類型,2.2 鋼結構腐蝕的特點,在大氣環(huán)境中，鋼結構構件只要與水分和氧氣同時直接接觸，就會在表面形成許多微小的陰極區(qū)和陽極區(qū)，使鋼材的表面發(fā)生電化學腐蝕。鋼材表面的電化學腐蝕產(chǎn)物中，最初生侵入，所以，鋼材的銹蝕是連續(xù)不斷的。

44、另一方面，由于鋼材在銹蝕過程中形成的許多銹坑，進一步增加了鋼材與水分及氧氣的接觸表面積，加劇了銹蝕的速度，所以，鋼材的銹蝕具有擴散性?？諝鉂穸?、空氣中存在的硫化物、灰塵、煤塵及鹽分的污染物等，均對鋼結構的腐蝕速度有影響。其中，空氣相對濕度是影響鋼結構腐蝕速度的主要因素，而且，當鋼材表面出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物后，即使相,對濕度較低，腐蝕過程也會加劇；氣體及灰塵等污物對鋼材腐蝕速度的影響，主要是通過提高鋼材表面水膜的導電性及增強鋼材表面和腐蝕產(chǎn)物的吸

45、濕性；大氣環(huán)境中的氯化物氣體、硫化物氣體以及灰塵均會加劇鋼結構的腐蝕。因此，在防腐設計時應充分考慮環(huán)境影響。,根據(jù)鋼材腐蝕的電化學原理，只要防止或破壞腐蝕電池的形成或強烈阻滯陰、陽極過程的進行，就可防止鋼材的腐蝕。采用防護層方法防止鋼結構腐蝕是目前通用的方法，常用的保護層有以下幾種： 1. 使用耐候鋼 耐腐蝕性能優(yōu)于一般結構用鋼的鋼材稱為耐候鋼，一般含有磷、銅、鎳、鉻、鈦等金屬，使金屬表面形成

46、保護層，以提高耐腐蝕性。其低溫沖擊韌性也比一般的結構用鋼好。標準為《焊接結構用耐候鋼》。,2.3 鋼結構腐蝕,耐候鋼板,2. 對鋼材進行熱浸鋅處理 熱浸鋅是將除銹后的鋼構件浸入600℃左右高溫融化的鋅液中，使鋼構件表面附著鋅層，鋅層厚度對5mm以下薄板不得小于65μm，對厚板不小于86μm，從而起到防腐蝕的目的。這種方法的優(yōu)點是耐久年限長，生產(chǎn)工業(yè)化程度高，質量穩(wěn)定。因而被大量用于受大氣腐蝕較嚴重且不易維修的室外

47、鋼結構中。如大量輸電塔、通訊塔等。近年來大量出現(xiàn)的輕鋼結構體系中的壓型鋼板等，也較多采用熱浸鋅防腐蝕。熱浸鋅的首道工序是酸洗除銹，然后是清洗。如果這兩道工序不徹底均會給防腐蝕留下隱患，所以必須處理徹底。對于鋼結構設計者，應該避免設計出具有相貼合面的構件，以免貼合面的縫隙中酸洗不徹底或酸液洗不凈，造成鍍鋅表面流黃水的現(xiàn)象。,熱浸鋅處理后的構件,3. 在鋼材上熱噴鋁（鋅）復合涂層 這是一種與熱浸鋅防腐蝕效

48、果相當?shù)拈L效防腐蝕方法。具體做法是先對鋼構件表面作噴砂除銹，使其表面露出金屬光澤并打毛。再用乙炔-氧焰將不斷送出的鋁（鋅）絲融化，并用壓縮空氣吹附到鋼構件表面，以形成蜂窩狀的鋁（鋅）噴涂層（厚度約80μm~100μm）(微米)。最后用環(huán)氧樹脂或氯丁橡膠漆等涂料填充毛細孔，以形成復合涂層。此法無法在管狀構件的內(nèi)壁施工，因而管狀構件兩端必須做氣密性封閉，以使內(nèi)壁不會腐蝕。這種工藝的優(yōu)點是對構件尺寸適應性強，構件形狀尺寸幾乎不

49、受限制。大到如葛洲壩的船閘也是用這種方法施工的。另一個優(yōu)點則是這種工藝的熱影響是局部的、受約束的，因而不會產(chǎn)生熱變形。與熱浸鋅相比，這種方法的工業(yè)化程度較低，噴砂噴鋁（鋅）的勞動強度大，質量也易受操作者的情緒變化影響。,正在熱噴鋅處理的構件,4. 防腐涂料 鋼構件的防腐涂層可根據(jù)具體情況采用不同的方式，如金屬保護層(鍍鋅等)、油漆涂層、復合保護層。目前通常的鋼結構防腐做法就是刷防腐涂料。涂料是一種含油的或

50、不含油的膠體溶液，將它涂敷在鋼材表面上，可結成一層薄膜來保護鋼結構。防腐涂料一般由底漆和面漆組成。底漆中粉料多，基料少，成膜粗糙，底漆的功能是使漆膜與基層和面漆結合牢固，就是要有好的附著力；底漆有阻蝕性顏料，可以阻止銹蝕的發(fā)生，有的還能對金屬起鈍化和電化學保護作用，防止金屬生銹。而面漆則粉料少，基料多，成膜后有光澤，主要功能是保護下層底漆，故要對大氣和濕度具有不滲透性，要能抵抗由風化引起的物理和化學分解。目前的趨勢是使用合

51、成樹脂來提高介質的抗風化性能。耐大氣性能的防腐涂料一般只能耐大氣中的氣相腐蝕。對于受酸堿等介質侵蝕的地方，必須用耐酸堿的涂料。防腐漆按保護功能可分為底漆、中層漆和面漆，各層油漆均有其特性，各負其責，各層組合起來，形成復合涂層，提高防腐性能，延長使用壽命。,（1）底漆 底漆層常用的防腐涂料有富鋅底漆和環(huán)氧鐵紅底漆，富鋅漆是由大量的微細鋅粉與少量的成膜機料組成。鋅的電化學性比鋼鐵高，在受到腐蝕時，有“自我犧牲”的作用

52、，使鋼鐵被保護。腐蝕產(chǎn)物氧化鋅又填充了孔隙，使涂層更加致密。常用的富鋅底漆有以下三種： ① 水玻璃無機富鋅底漆，以水玻璃為基料，加入鋅粉，混合后涂刷，固化后要用水沖洗，施工工藝復雜，工藝條件苛刻，表面處理必須在Sa2.5以上，另外對環(huán)境溫度、濕度都有要求，形成的涂膜易開裂、脫皮，目前已很少采用。 ② 溶性無機富鋅底漆，該底漆是以正硅酸乙酯為基料，以酒精為溶劑，經(jīng)部分水解聚合，加入鋅粉混合均勻后涂覆

53、成膜。,③ 富鋅底漆，它是以環(huán)氧樹脂為成膜基料，加入鋅粉，固化形成涂層。環(huán)氧富鋅底漆不但防腐性能優(yōu)良，而且附著力強，并與下道涂層環(huán)氧云鐵中層漆均有良好的粘結性。主要用于一般大氣中的鋼架結構和石油化工設備的防腐。環(huán)氧鐵紅底漆是分罐裝的雙組份涂料，甲組份（涂料）由環(huán)氧樹脂、氧化鐵紅等防銹顏料增韌劑、防沉劑等制成，乙組份為固化劑，施工時按比例調配。氧化鐵紅是一種物理性防銹顏料，其性質穩(wěn)定、遮蓋力強、顆粒細微、能在漆膜中起到很好的屏

54、蔽作用，有很好的防銹性能。環(huán)氧鐵紅底漆對鋼板及上層環(huán)氧面漆均有很好的粘結力，常溫下干燥快，對上層面漆不滲色，較普遍的用于鋼質管道、貯罐、鋼結構防腐工程，作防銹底漆使用。,（2）中涂層 中涂層一般為環(huán)氧云鐵和環(huán)氧玻璃鱗片漆或環(huán)氧厚漿漆。環(huán)氧云鐵漆是以環(huán)氧樹脂為基料加入云母氧化鐵制成，云母氧化鐵的微觀結構像片狀云母，其厚度僅為數(shù)微米，而直徑為數(shù)十微米到一百微米。它耐高溫、耐堿、耐酸性、無毒，片狀結構可阻止介質滲透，

55、增強了防腐性能，而且收縮率低，表面有粗糙度，是一種優(yōu)良的中層防腐漆。環(huán)氧玻璃鱗片漆是以環(huán)氧樹脂為基料，以薄片狀的玻璃鱗片為骨料，再加各種添加劑組成的厚漿型防腐漆。玻璃鱗片厚度僅為2～5微米。由于鱗片在涂層中上下多層排列，形成獨特的屏蔽結構。 （3）面漆 用于面漆的涂料按其價位可劃分為三種等級： ①普通級為環(huán)氧漆、氯化橡膠漆、氯磺化聚乙烯漆等； ②中等級為聚氨酯漆；

56、③高等漆為有機硅改性聚氨酯漆、有機硅改性丙烯酸面漆、氟涂料等。,環(huán)氧漆經(jīng)化學固化后，化學性質穩(wěn)定，涂層致密，有很強的粘結力，很高的機械性，它耐酸、堿、鹽，能抵抗多種化學介質的腐蝕。氯化橡膠漆以氯化橡膠為成膜物，氯化橡膠是用天然橡膠與氯氣反應制成，他屬惰性樹脂，成膜后密封性能非常好，水汽、氧氣對漆膜的滲透率極低，而且耐酸、耐堿、耐水、耐氧化劑、耐各種腐蝕性氣體的腐蝕，在用醇酸樹脂改性后，耐候性好，在使用過程中，漆膜理化性能變化很小，可以說

57、是一種經(jīng)濟耐用的防腐材料。,5. 陰極保護法 在鋼結構表面附加較活潑的金屬取代鋼材的腐蝕。常用于水下或地下結構。其做法可以使用較活潑的金屬塊或者涂層作為電化學中的反應極，從而保護鋼鐵。這種方法的優(yōu)點在于施工時間較少同時也有較好的防腐效果。,防止鋼結構過早腐蝕,施工人員需要引起足夠的重視, 在構件加工制造和安裝過程中需要注意一下幾點: 1.對于一般情況,宜用干燥、便于噴刷的冷固型涂料。

58、 2.在構件加工制造和現(xiàn)場拼接過程中要保證焊縫的質量,因為焊縫中的材質復雜,極易形成電極,在熱影響區(qū)較易生銹,涂裝前需要對焊縫熔渣、飛濺物徹底清楚干凈。 3.未經(jīng)過特殊處理的鋼結構構件嚴格禁止與土壤直接接觸,因為土壤對鋼有較強的腐蝕性。與土壤接觸處需要用低強度的混凝土包裹,并保證具有足夠的保護層厚度。 4.鋼結構構件的連接部位(焊縫或螺栓連接處),不得在工廠預先噴涂涂料,只能在工地安裝就位后,對這些部

59、 位進行認真清理,盡量避免構件涂裝后焊接,以防治涂層 的完整性。 5.工廠制作、加工好的構件要妥善堆放,避免鋼材表面生銹而導致二次涂裝,造成不必要的浪費。對構件運輸或安裝 過程中損壞的涂層,應在安裝就位后及時清理干凈,并按有關規(guī)范對涂層進行修復。,2.4 鋼結構防腐施工需注意的問題,2.4 鋼結構防腐施工需注意的問題-病態(tài)防治,第一，流掛　　超薄型鋼結構膨脹防火涂料涂膜流掛的主要原因有兩個，一是屬于施工方面的原因，及

60、涂膜一次涂裝得太厚，或者涂料在涂裝時稀釋劑加入得太多；二是涂料的內(nèi)在質量缺陷兒造成涂膜流掛。屬于第一個原因的，在涂裝時應按要求涂裝，每道涂層不能太厚，涂料涂裝前，如果需要加入稀釋劑，不能加得太多以至于涂料的黏度太低。　　溶劑型涂料具有非常好的流平性，一次涂裝所得到的濕涂膜較厚時容易造成流掛。為了防止涂料流掛，可在涂料生產(chǎn)時予以考慮。例如，使用適當?shù)姆懒鲯熘鷦┦雇苛暇哂泻线m的流變性。屬于這類助劑的有有機膨脹潤土、氫化蓖麻油等。,2.4

61、鋼結構防腐施工需注意的問題-病態(tài)防治,第二，涂膜開裂　　超薄型鋼結構膨脹防火涂料涂膜開裂是指涂膜裝成膜后，在短期內(nèi)或在戶外實際使用后涂膜出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。根據(jù)涂膜的開裂程度和裂紋的形狀，涂膜表面出現(xiàn)的裂紋有細裂、隙裂、微裂、龜裂、鱷魚皮裂紋和發(fā)狀裂紋等。鋼結構防火涂料開裂大多數(shù)發(fā)生在涂膜表面，以龜裂紋最為常見。這類涂膜病態(tài)發(fā)生的原因主要有底、面涂配套不適應；面漆中顏料體積濃度（PVC）偏高；底涂涂料未干透就進行施工和面涂料涂裝得太厚等。

62、,2.4 鋼結構防腐施工需注意的問題-病態(tài)防治,第三，針孔　　超薄型鋼結構膨脹防火涂料針孔是涂膜干燥后，在表面出現(xiàn)針狀小孔，嚴重時小孔可能像粗糙皮革的毛孔。其原因一是涂料涂裝得太厚，二是溶劑揮發(fā)得太快，三是涂料的黏度較高。當涂料涂裝得太厚或是溶劑揮發(fā)得太快時，在涂膜表面涂料的黏度已經(jīng)很高時，尚有較多的溶劑留在涂膜內(nèi)部，由于其快速揮發(fā)而形成散逸通道，溶劑頂破涂膜后涂膜已經(jīng)失去流動性，無法流平以填平小孔，就在涂膜表面形成了針孔。涂料的黏度

63、太高，在涂膜中的溶劑揮發(fā)或空氣逸出時涂料已經(jīng)不能夠流平，同樣在涂膜中留下針孔?！　∫蚨?，合理地選擇溶劑，使溶劑具有適當?shù)負]發(fā)速度，可以防止針孔的出現(xiàn)；在涂料中加入適量的流平劑也有利于消除針孔；適當?shù)乜刂剖┕ゐざ龋串斖苛橡ざ忍邥r施工前加入適量的稀釋劑都有助于消除針孔。,2.4 鋼結構防腐施工需注意的問題-病態(tài)防治,第四，雨斑　　戶外的涂膜在實際使用過程中，受到雨淋或雨露的侵漬使涂膜表而產(chǎn)生斑點，這種斑點稱為雨斑。主要原因是涂膜的耐

64、水性差，通過采取措施（例如在涂料中添加硅烷類防水助劑、提高涂膜的耐水性能等）提高涂膜的耐水性能夠消除這類涂膜病態(tài)。,2.4 鋼結構防腐施工需注意的問題-驗收,鋼結構防火涂料的工程一般情況下，都是比較大型的工程，針對大型的鋼結構防火涂料工程，對所有施工人員乃至施工單位來說，就是要保證鋼結構防火涂料工程的驗收合格。對于鋼結構防火涂料工程，基本的操作工藝是：作業(yè)準備—防火涂料配料、攪拌—噴涂—檢查驗收，在鋼結構防火涂料的施工工藝中，工程驗收

65、是至關重要的，工程的驗收是整個施工的認可，今天，我們就來了解一下，工程驗收時，需要的一些質量文件：1、防火涂料材料質量證明書及檢驗報告。2、隱藏工程驗收記錄。3、涂裝檢測資料。4、分項工程質量檢驗評定。,2.5 鋼結構防腐納米技術,大型鋼結構是大量基礎設施的重要組成部分。橋梁、電站、輸油輸水管道、油氣儲罐、大型生產(chǎn)裝置、船舶、海工結構、塔架及許多大型建筑物均大量采用鋼結構。雖然所用的碳鋼與一些低合金鋼具有很好的力學性能與合理的價

66、格，但它們存在著嚴重的電化學腐蝕問題。由于具有用量大、壽命要求長的特點，所以需要的防腐手段也具有特殊性。在各種腐蝕控制方法中，主要選用不同表面處理與施加防腐涂層的方法來對大型鋼結構進行防護。到目前為止，應該說大多情況下防護效果還遠不理想，主要是存在由于化學與力學失效引起的覆蓋層壽命問題。因此開發(fā)高性能、長壽命、并在新形勢下滿足環(huán)保要求的表面改性技術與防腐產(chǎn)品，是一項重要的任務。而解決這樣的問題，離不開高技術與新思路和采用。,2.5 鋼結

67、構防腐納米技術,目前，納米技術在鋼結構重防腐產(chǎn)品中的應用還處于起步階段。國內(nèi)外均少見型產(chǎn)品應用的報導。但普遍認為，納米技術的采用無疑將會給該領域帶來世大的收獲。原因很簡單，因為防護所涉及的表面材料與自防護腐蝕產(chǎn)物的性質主要由其微觀結構所決定，這里涉及界面問題，電化學歷程的改變，傳輸行為、表層材料強度與塑性的變化等。例如，某些各類的納米粒子引入有機涂層可以增加其抗老化性，無機涂層的塑性可由于其結構的納米化而改善。,2.5 鋼結構防腐納米技

68、術,納米技術在各種表面改性層與不同用途的涂料中具有廣泛的應用前景。這里只針對鋼結構腐蝕控制的特殊要求進行討論。（1）無機覆蓋層主體結構納米化：在無機防腐涂層或表面處理層的情況下，使用某些特殊方法，可以使覆蓋層呈現(xiàn)納米結構，從而帶來一系列膜層性質的變化。通常，覆蓋層在化學性質上相對鋼基體總是惰性的。如要達到好的防蝕效果與長久不失效，就要求它與基體的結合強度要高，覆蓋完整，孔隙率與缺陷少，均勻性好，耐沖擊，具有高的強度與一定的韌性。其中韌