部分覆蓋混凝土的鋼結(jié)構(gòu)的涂裝工藝制定

楊 鋒，林盛昌 （南通理工學(xué)院，江蘇南通 226001）

0 引言

隨著建筑和海洋工程向高層化和大型化發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)因其一系列的優(yōu)點(diǎn)而得到大量應(yīng)用，為了克服鋼結(jié)構(gòu)易被腐蝕和不耐火的缺點(diǎn)，需要對(duì)其進(jìn)行防腐和防火涂裝；同時(shí)建筑鋼結(jié)構(gòu)中有一些特殊部位不但需要做好防腐保護(hù)工作，還要兼顧其它方面的性能，這些部位就不能夠和鋼結(jié)構(gòu)本身采用相同的涂裝工藝進(jìn)行涂裝，而需要制定特殊的處理工藝，比如覆蓋混凝土的鋼結(jié)構(gòu)就是其中之一。它包括全部埋入混凝土的建筑鋼結(jié)構(gòu)以及只有部分區(qū)域被混凝土包裹，其余區(qū)域暴露在外的建筑鋼結(jié)構(gòu)，它們的涂裝要求就比較特殊了。

1 全部埋入混凝土的鋼結(jié)構(gòu)的涂裝工藝

全部埋入混凝土的建筑鋼構(gòu)件稱之為埋件，這種構(gòu)件一般是不需要涂裝的［1］，為了防止氧氣和水分穿透混凝土造成內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，有時(shí)也要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行涂裝，或者對(duì)包裹鋼結(jié)構(gòu)的混凝土進(jìn)行涂裝?；炷良盎炷羶?nèi)部鋼筋的腐蝕會(huì)增加建筑的維修費(fèi)用甚至引起坍塌［2-3］。需要涂裝的埋件一般都是整體涂裝（栓釘一般不涂裝）；為保證防腐效果有時(shí)會(huì)進(jìn)行鍍鋅操作（熱浸鍍鋅或冷噴鋅）［4］。埋件的涂裝還有一個(gè)原因是為了運(yùn)輸和存放的方便，埋件在鋼結(jié)構(gòu)包裹混凝土前需要進(jìn)行噴砂處理以除去其表面的銹蝕、氧化皮等腐蝕產(chǎn)物，銹蝕、氧化皮等腐蝕產(chǎn)物不但會(huì)影響混凝土和埋件的結(jié)合，還會(huì)吸引水分透過混凝土。包裹混凝土的工作往往在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，而埋件的噴砂有時(shí)卻要在鋼結(jié)構(gòu)制造工廠進(jìn)行，為防止埋件在運(yùn)輸和存放過程中返銹（尤其是在惡劣的氣候條件下），薄薄的涂裝一層底漆是一個(gè)很好的選擇。國(guó)內(nèi)對(duì)于包裹混凝土的鋼結(jié)構(gòu)表面一般都涂裝環(huán)氧底漆，目前常用的是環(huán)氧富鋅底漆，國(guó)外在埋件表面涂裝環(huán)氧底漆也有至少40 a的歷史［5］。

為防止內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，混凝土外部也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)處理，另外即使不考慮內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，混凝土本身也會(huì)因?yàn)橥獠刻厥猸h(huán)境的侵蝕而遭到破壞［6-7］，如在碳酸鹽和硫酸鹽環(huán)境下的腐蝕［8］。常用的處理方法有兩種：硅烷浸漬和涂料涂裝。硅烷浸漬，是近年來發(fā)展起來的新技術(shù)，它既可以用于鋼材的涂裝又可用于混凝土的涂裝?；炷潦且环N多孔材料，傳統(tǒng)涂料刷涂后涂料不容易通過多孔結(jié)構(gòu)滲透到混凝土的內(nèi)部，容易出現(xiàn)空鼓、剝落等弊病，影響保護(hù)效果；而硅烷浸漬后可滲透到混凝土內(nèi)部并與混凝土發(fā)生一定的反應(yīng)，不改變建筑物原有外觀、不易出現(xiàn)空鼓、剝落等弊病；有研究認(rèn)為硅烷層的一些優(yōu)異性能是因其具有透氣性［9］。市場(chǎng)上的硅烷浸漬產(chǎn)品主要有2種：硅烷浸漬劑和硅烷浸漬膏，硅烷浸漬劑的滲透性更好，在混凝土上用得較多；混凝土經(jīng)硅烷浸漬后仍然可以繼續(xù)涂裝涂料以增強(qiáng)保護(hù)效果，但市場(chǎng)上很多硅烷浸漬產(chǎn)品僅支持溶劑型涂料，不支持水性涂料的使用，此外相較于涂料涂裝而言，硅烷浸漬目前的成本還較高，因此還未得到廣泛使用。

混凝土的涂料涂裝有兩點(diǎn)需要特別注意：（1）混凝土為多孔結(jié)構(gòu)容易吸水，涂裝前需要祛除混凝土中的水分，減少其含水率，測(cè)試的方法是使用相應(yīng)的吸水變色濾紙覆蓋在混凝土上幾分鐘，若濾紙不變色則說明其含水率已符合要求；（2）為了保證涂層的平整性，在涂料涂裝前需要使用封閉底漆和/或膩?zhàn)舆M(jìn)行處理。

2 部分覆蓋混凝土的鋼結(jié)構(gòu)的涂裝工藝制定

鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，因此鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)得以發(fā)展，通過不同結(jié)構(gòu)的組合，從而發(fā)揮各自材料或結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，起到取長(zhǎng)補(bǔ)短的作用；相對(duì)于埋件和完全不與混凝土相接觸的鋼結(jié)構(gòu)，這種形式的鋼結(jié)構(gòu)只有部分區(qū)域被混凝土包裹，另一部分區(qū)域暴露在外，它們的涂裝要求就比較特殊了，尤其要注意混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的交界部位，因?yàn)樗魵夂脱鯕鈺?huì)從混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的交界處進(jìn)行滲透（如圖1a所示），為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，可以適當(dāng)?shù)卦黾油垦b的范圍，讓涂層向包裹混凝土的區(qū)域延伸10~20 cm，以增加屏蔽效果（如圖1b所示）。這類構(gòu)件主要有4種：（1）鋼柱下部包裹混凝土的構(gòu)件；（2）鋼柱柱牛腿覆蓋或者包裹混凝土的構(gòu)件；（3）鋼柱與剪力墻連接的部位；（4）覆蓋混凝土的鋼結(jié)構(gòu)樓梯。下面分別對(duì)這4種情況進(jìn)行討論。

在涂裝施工中，為防止無(wú)需涂裝的部位受到涂料污染，在涂裝前要對(duì)其進(jìn)行保護(hù)［10］，可使用紙膠帶或磁性橡膠進(jìn)行保護(hù)［11］。鋼結(jié)構(gòu)包裹混凝土的區(qū)域和其他區(qū)域的一個(gè)很大的區(qū)別在于它存在大量的栓釘，也叫剪力釘，它在鋼結(jié)構(gòu)與混凝土的連接過程中起到重要的作用，卻給涂裝中的保護(hù)帶來了困難，單純采用紙膠帶保護(hù)會(huì)很困難；推薦的做法是，若整個(gè)栓釘區(qū)域都無(wú)需涂裝，使用塑料膜包裹栓釘區(qū)域，塑料膜兩端用紙膠帶固定；若栓釘區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)表面需要涂裝，而栓釘無(wú)需涂裝，可以將塑膠軟管一端用紙膠帶封住后套在栓釘上，塑膠軟管可重復(fù)使用，降低涂裝前保護(hù)的工作量和成本。

圖1 部分覆蓋混凝土的鋼結(jié)構(gòu)涂裝示意圖Figure 1 Coating schematic diagram of the steel structure partially covered with concrete

2.1 鋼柱下部包裹混凝土的構(gòu)件的涂裝工藝制定

鋼柱與地面固定有兩種方式，一種方式是對(duì)柱底板使用地腳螺栓進(jìn)行固定，有時(shí)還要對(duì)地腳螺栓孔和鋼柱底板下部分別進(jìn)行一次灌漿（混凝土）和二次灌漿；若只固定不灌漿，則柱底板一般無(wú)需涂裝，與地腳螺栓上底板接觸的摩擦面因抗滑移的考慮一般也無(wú)需涂裝［12］。另一種固定方式是在鋼柱下面一段柱側(cè)面包裹混凝土來固定鋼柱，這類鋼柱有一個(gè)顯著特點(diǎn)，就是鋼柱下半段側(cè)面焊有大量的栓釘，栓釘排布的范圍即是包裹混凝土的范圍。它有3種涂裝方法，根據(jù)不同的使用環(huán)境，使用不同的涂裝方法，具體見表1。

第1種涂裝方法適用于絕大部分此類鋼柱，即只要是覆蓋混凝土的地方，都不需要涂裝；第2種涂裝方法是柱腳包裹混凝土的大部分栓釘區(qū)域無(wú)需涂裝，栓釘區(qū)域以上部分需要涂裝，以防止水蒸氣和氧氣從混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的交界處滲透；第3種涂裝方法較少見，就是對(duì)有混凝土覆蓋的區(qū)域也進(jìn)行涂裝，這種涂裝方法的防腐蝕效果最好，但會(huì)減小混凝土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的抱緊力。

表1 下部包裹混凝土的鋼柱的涂裝要求Table 1 Painting requirements for steel columns with lower concrete cladding

2.2 鋼梁或鋼柱柱牛腿覆蓋/包裹混凝土的涂裝工藝制定

鋼柱柱牛腿覆蓋或包裹混凝土的涂裝要求示意圖如圖2所示。鋼柱柱牛腿是否有混凝土覆蓋和覆蓋混凝土的范圍主要看柱牛腿上是否有栓釘或接駁器存在以及栓釘或接駁器的排布情況；鋼梁是與鋼柱柱牛腿進(jìn)行連接的，因此覆蓋或包裹混凝土的鋼梁的涂裝要求可參照鋼柱柱牛腿的涂裝要求。

圖2 鋼柱柱牛腿覆蓋或包裹混凝土的3種情況示意圖Figure 2 Three kind of steel bracket of column cast concrete

從栓釘?shù)呐挪伎垂卜譃?種情況：（1）如圖2a所示，翼板上翼緣上表面，下翼緣下表面以及腹板兩邊都有栓釘存在，這種柱牛腿是完全被混凝土包裹的，整根柱牛腿無(wú)需涂裝；（2）如圖2b所示，柱牛腿僅翼板上翼緣上表面或下翼緣下表面（很少有下表面覆蓋混凝土的）覆蓋栓釘，這種柱牛腿只有翼板上（下）表面因覆蓋混凝土而無(wú)需涂裝，其余部位按照工藝要求正常涂裝；（3）如圖2c所示，柱牛腿上翼緣上表面和下翼緣下表面全部被栓釘所覆蓋，但腹板上沒有栓釘，這種形式的柱牛腿大多數(shù)情況下也是全部覆蓋混凝土的，在業(yè)主標(biāo)識(shí)不明的情況下需要咨詢，若全部覆蓋混凝土，處理方法同第1種情況；若僅有上表面或下表面需覆蓋混凝土，處理方法同第2種情況。

還有一些鋼梁和鋼柱柱牛腿上沒有栓釘存在，但卻有大量的接駁器與腹板連接，腹板上的接駁器是用來穿鋼筋用的，鋼筋通過接駁器與鋼梁或鋼柱柱牛腿連接后需要在其外圍包裹混凝土，因此它們一般也是無(wú)需涂裝的。

另外，鋼柱柱側(cè)面與柱牛腿上包裹或覆蓋的混凝土相接觸的區(qū)域通常是不涂裝的，但也有廠家為追求防腐效果而涂裝底漆。

2.3 鋼柱剪力墻部位的涂裝要求

建筑物中的豎向承重構(gòu)件主要由墻體承擔(dān)時(shí)，這種墻體既承擔(dān)水平構(gòu)件傳來的豎向荷載，同時(shí)也承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳來的水平荷載。這種墻體被稱為剪力墻（抗震規(guī)范定名為抗震墻）。剪力墻結(jié)構(gòu)體系，有較好的承載能力，而且有良好的整體性和空間作用，比框架結(jié)構(gòu)有更好的抗側(cè)力能力，因此可建造較高的建筑物。混凝土剪力墻直接與鋼柱連接，鋼柱上與剪力墻連接的部位通常稱之為鋼柱的剪力墻區(qū)域。圖3為鋼柱的截面圖，鋼柱上的兩排栓釘起到固定剪力墻的作用，如果沒有這些栓釘，剪力墻是無(wú)法與鋼柱牢固連接的，栓釘附近的2塊擋泥板是施工時(shí)用來?yè)踝』炷劣玫摹ｄ撝袅Φ湫偷耐垦b施工方法是：栓釘范圍的柱側(cè)面無(wú)須涂裝，擋泥板內(nèi)側(cè)無(wú)須涂裝，擋泥板外側(cè)和擋泥板端部需全部涂裝，鋼柱其余部位正常涂裝。若鋼柱所處的腐蝕環(huán)境惡劣則擋泥板內(nèi)側(cè)也需要涂裝；若腐蝕環(huán)境極端惡劣，則除栓釘外需全部涂裝。

圖3 連接混凝土剪力墻的鋼柱截面示意圖Figure 3 Section schematic diagram of steel column connecting concrete shear wall

2.4 鋼結(jié)構(gòu)樓梯涂裝工藝的制定

鋼結(jié)構(gòu)樓梯是建筑鋼結(jié)構(gòu)中普遍存在的結(jié)構(gòu)，兩層及兩層以上的建筑，不管安裝了幾部電梯，都有樓梯的存在。鋼結(jié)構(gòu)樓梯主要分為兩類，一類樓梯無(wú)需覆蓋混凝土，這種樓梯主要存在于車間廠房等工業(yè)設(shè)施中，除了高強(qiáng)螺栓摩擦面和現(xiàn)場(chǎng)焊接部位外，需全部涂覆；另一類樓梯踏步上表面需要覆蓋混凝土板，這種樓梯主要存在于民用設(shè)施中，覆蓋混凝土的部分，無(wú)需涂裝。

對(duì)于無(wú)需覆蓋混凝土的樓梯，在制定涂裝工藝時(shí)，首先要看樓梯的踏面是不是防滑的花紋鋼板，如果是花紋鋼板，則除摩擦面和現(xiàn)場(chǎng)焊接部位外全部需要進(jìn)行涂裝；如果是普通鋼板，應(yīng)該在征得業(yè)主同意的前提下，在樓梯踏面上涂裝1道防滑漆，具體方法是：完成樓梯的最后1道涂裝后，在最外層油漆里按一定比例混入防滑砂，通過輥涂的方法涂裝于踏板表面，起到防滑作用。

覆蓋混凝土的鋼結(jié)構(gòu)樓梯，覆蓋混凝土的部分無(wú)需涂裝。其涂裝要求如圖4所示，樓梯及樓梯平臺(tái)踏面（即腳能踩到的位置）不涂裝，擋泥板內(nèi)側(cè)不涂裝，樓梯側(cè)面包括擋泥板外側(cè)涂裝，樓梯踏面往上35 mm的樓梯擋板內(nèi)側(cè)（陰影部分）不涂裝。

圖4 鋪設(shè)混凝土踏板的鋼制樓梯的涂裝要求Figure 4 Painting requirements for steel stairs covered by concrete

3 結(jié)語(yǔ)

部分包裹混凝土的構(gòu)件在建筑鋼結(jié)構(gòu)中比較常見，本研究中所列的只是通用的涂裝工藝制定方法，具體工藝還需要涂裝工程師根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)同設(shè)計(jì)方進(jìn)行確認(rèn)后制定。