鐵路站房和雨棚鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕分析及防護探討

劉媚玥

摘要：鋼結(jié)構(gòu)是高鐵站房和雨棚的重要結(jié)構(gòu)，腐蝕問題影響了鋼結(jié)構(gòu)的耐久性。文章主要通過對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕現(xiàn)象進行科學(xué)地研究分析，闡述了合理的防腐方案，并提出了鋼結(jié)構(gòu)防腐施工的質(zhì)量保障措施，進而能夠有效的提高鋼結(jié)構(gòu)的防腐效果以及質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：鐵路站房雨棚;鋼結(jié)構(gòu);防腐;提高質(zhì)量

0引言

近年來，伴隨著當(dāng)前我國社會經(jīng)濟和國民經(jīng)濟的不斷進步與工業(yè)飛速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)建筑尤其是大型高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展更是處于日新月異之中，在高鐵站房和雨棚中得到了廣泛體現(xiàn)和應(yīng)用。然而，鋼材在使用一段時間后，極易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，從而造成大量的鋼材浪費和經(jīng)濟損失。據(jù)歷史資料顯示，全球每年因銹蝕造成的鋼材損失占年產(chǎn)量的1/4，而我國每年因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟損失約為GDP的4%。更重要的是，腐蝕現(xiàn)象不僅會嚴(yán)重影響整個建筑物的安全和穩(wěn)定，還會縮整個短鋼結(jié)構(gòu)建筑物的使用壽命。在美國，31.8%的不安全事故都是由于金屬腐蝕引起的。因此，為了保障經(jīng)濟的發(fā)展和鐵路運輸?shù)陌踩?，對鋼結(jié)構(gòu)站房和雨棚進行防腐與維護就顯得十分必要。

1鋼結(jié)構(gòu)站房雨棚腐蝕現(xiàn)狀

鋼結(jié)構(gòu)具有密度低、強度高、承載力好、安裝施工迅速、綠色環(huán)保等優(yōu)點，因此，在各高鐵車站的候車大廳、雨棚等大跨度的懸挑部分均采用了鋼結(jié)構(gòu)。目前，許多車站在投入使用一段時間后，處于半開放或開放環(huán)境中的鋼結(jié)構(gòu)，如露天橫梁桁架、頂部橫梁、雨棚柱、外接構(gòu)件等均出現(xiàn)不同程度的銹蝕，其表面防護涂層出現(xiàn)粉化，開裂、起泡、脫落等現(xiàn)象，大大降低了結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性。

2鋼結(jié)構(gòu)腐蝕原因的分析

2.1電化學(xué)腐蝕機理

鋼結(jié)構(gòu)受到周圍環(huán)境的作用會發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕，一般常溫中，經(jīng)常發(fā)生電化學(xué)腐蝕。鋼的表面吸附空氣中的水分，形成一層水膜，使得空氣中的SO2、CO2、NO2等溶解在水膜中形成電解質(zhì)溶液，而鋼材內(nèi)的各個成分之間會產(chǎn)生電位差，兩者相接觸會發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的腐蝕，因此，鋼鐵在空氣潮濕的環(huán)境中更容易被腐蝕。不難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常受到雨水作用的雨棚鋼結(jié)構(gòu)腐蝕情況比站房鋼結(jié)構(gòu)更為嚴(yán)重。

2.2應(yīng)力腐蝕的機理

一定外部拉應(yīng)力的作用會使鋼結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生微小的裂紋，腐蝕介質(zhì)進入裂紋中，在裂紋周圍和深處會形成腐蝕電池，加速了裂紋的擴散，而拉應(yīng)力的存在，會進一步地促使裂紋開裂，應(yīng)力與腐蝕共同作用會使裂紋迅速擴散，導(dǎo)致鋼材的損傷。

2.3涂裝因素的影響

防腐涂層能保護鋼材免受腐蝕介質(zhì)的破壞。在施工過程中，如果出現(xiàn)基層表面處理不好、涂料配套體系不合理、涂料質(zhì)量不合格、涂料施工工藝不規(guī)范等問題，就會導(dǎo)致防腐涂層在達到防腐時間前出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，使得鋼材直接與空氣接觸，加速鋼材的腐蝕。

3站房雨棚的防腐措施

站房雨棚鋼結(jié)構(gòu)腐蝕基本上都是局部性的腐蝕，嚴(yán)重時這種局部腐蝕會造成設(shè)備故障，產(chǎn)生突發(fā)性破壞。日本三菱化工機械公司10年中化工設(shè)備的破壞80%以上都是由局部腐蝕所引起的，由此可見，對站房雨棚鋼結(jié)構(gòu)進行科學(xué)的防腐極為重要。

3.1做好防腐的設(shè)計方案

站房雨棚的鋼結(jié)構(gòu)在實際使用過程中，由于外界的環(huán)境是變幻無窮的，濕度、降雨量、溫度、日照量、大氣污染物質(zhì)均會對鋼結(jié)構(gòu)腐蝕造成影響，比如往往都是沿海的車站比內(nèi)陸的車站腐蝕更為嚴(yán)重，南方比北方腐蝕面積大，所以一定要針對性的做好鋼結(jié)構(gòu)防腐方案的設(shè)計。要充分考慮到現(xiàn)實與理想的雙重因素，從而來對其施工工藝以及后期的維修保養(yǎng)形成一定程度上的便捷。對鋼結(jié)構(gòu)進行防腐的設(shè)計時，可以通過采用優(yōu)質(zhì)鋼材結(jié)合涂層的方式，減少環(huán)境對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕以及破壞，有效的降低外界環(huán)境因素對鋼結(jié)構(gòu)耐久性的影響。

3.2選擇耐腐蝕的鋼材

因考慮到經(jīng)濟因素且站房雨棚鋼結(jié)構(gòu)需要獲得長效果的耐腐蝕性，在鋼結(jié)構(gòu)材料上，可以選用耐候鋼。研究表明，耐候鋼的耐候性是普通鋼的2～8倍，使用時間越長，耐蝕性越突出，并且使用壽命可達80年，同時還具有強韌、延展性、抗疲勞等優(yōu)點。耐候鋼其中含有一定量的銅以及磷、鉻等耐腐蝕元素，在表面開始發(fā)生銹蝕的同時會生成一種不透氣的密封層，保護鋼結(jié)構(gòu)不發(fā)生腐蝕。在工程建設(shè)中，耐候鋼無需涂漆即可使用，因此是一種極好的結(jié)構(gòu)材料，并且后期維護費用僅為普通鋼的一半，使鋼結(jié)構(gòu)在使用壽命期內(nèi)的總成本降到最低。耐候鋼在國外建筑中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，例如2010年世博會澳大利亞館的外墻材料就廣泛采用耐候鋼。

3.4選擇高質(zhì)量的鋼材

由于目前建筑結(jié)構(gòu)中使用的鋼材存在不少有害物質(zhì)，導(dǎo)致鋼材的不同區(qū)域存在著較大差別，這些差異為電化學(xué)腐蝕提供了先決條件。因此，需要選擇均勻性較高的鋼材，減少鋼材內(nèi)部的差異，從根本上降低腐蝕發(fā)生的可能性，從而更好地達到防腐目的。

3.3選擇優(yōu)質(zhì)的防腐涂層

就鋼結(jié)構(gòu)自身而言，其耐久性不光與鋼結(jié)構(gòu)本身的耐久性有關(guān)，還與防腐涂層的耐久性密切相關(guān)。在對于防腐涂料的選擇上，首先要對底漆進行嚴(yán)格選擇，并且要保證中間漆、面漆都能夠與其互相配套結(jié)合，以相同品種的涂料為宜，同時還要綜合考慮到施工的便利性和經(jīng)濟性，選擇最優(yōu)質(zhì)的復(fù)合型防腐涂層。以南京南站為舉例，采用的防腐涂料主要能是有效對抗電化學(xué)腐蝕的環(huán)氧磷酸鋅防銹底漆/環(huán)氧富鋅底漆以及配套性優(yōu)良的環(huán)氧云鐵中間漆，并綜合考慮到抗老化性能與經(jīng)濟性，搭配使用丙烯酸聚硅氧烷面漆。底漆，中間漆和面漆均有其各自的特性，形成了復(fù)合涂層體系，每種涂料各負(fù)其責(zé)又相互配合，充分發(fā)揮防腐涂層的作用，有效的提高了防腐性能，延長了鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。

3.4考慮腐涂料與防火涂料的兼容性

鐵路車站雨棚鋼結(jié)構(gòu)除了對其有一定的防腐性能要求以外，還有一定的防火性能要求，如果防火涂料與防腐涂料的相容性不好，就會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致涂層附著力降低，產(chǎn)生開裂或者脫落現(xiàn)象，因此，在選擇防腐涂料時，要綜合考慮其與防火涂料之間是否具有良好的兼容性。特別是對于面漆，除了要與防火涂料具有良好的配套性外，還需要其具有良好的柔韌性和附著力，為防火涂層提供保護。

3.5探究新材料新技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)腐蝕中不可忽略的一點是應(yīng)力腐蝕機制，科學(xué)研究表明，船體振動引起的交變應(yīng)力會促進局部腐蝕，那么，高鐵進出站臺雨棚引起的震動，是否也會產(chǎn)生鋼結(jié)構(gòu)加速腐蝕的現(xiàn)象，需要探索。此外，國外在建筑鋼結(jié)構(gòu)的防腐技術(shù)上比國內(nèi)成熟，在防腐涂料選擇上，可以充分借鑒國外的技術(shù)，比如美國陶氏公開了一種新型雙組分環(huán)氧防腐蝕涂料，具有良好的熱穩(wěn)定性和良好的防腐蝕性，適用于建筑領(lǐng)域。美國PPG公司發(fā)現(xiàn)了一種用于改善金屬基材耐腐蝕性的方法，其電泳涂層與面漆配套性好。

4防腐施工質(zhì)量的控制

4.1施工前的準(zhǔn)備工作

站房雨棚鋼結(jié)構(gòu)的防腐施工是一項具有一定綜合性和專業(yè)性的工程，因此，在工程開工前，要做好施工前的各項準(zhǔn)備工作。首先要做好工程技術(shù)交底，講解鋼結(jié)構(gòu)防腐施工的相關(guān)施工方法、要求和注意事項，以便于科學(xué)的組織施工，確保施工過程的高效開展。其次，施工前要嚴(yán)格對材料進行驗收，涂料到達現(xiàn)場后要進行隨機抽樣檢查，通過對涂料的粘度、細(xì)度、硬度、干燥時間等指標(biāo)的檢測，確保涂料各項性能指標(biāo)符合規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2施工現(xiàn)場的環(huán)境監(jiān)測

溫度和濕度是影響鋼結(jié)構(gòu)防腐施工質(zhì)量的重要因素。在施工過程中，必須對環(huán)境溫度和濕度進行監(jiān)測。涂層施工應(yīng)在5-38 ℃，相對濕度不超過85%的環(huán)境中進行。另外，要保證鋼表面溫度至少比露點溫度高3℃，且氣溫不低于涂層干燥所規(guī)定的最低溫度，根據(jù)施工現(xiàn)場情況，可以通過采取多加低溫固化劑和催化劑的方式來控制涂料的活性和狀態(tài)。溫度太高容易導(dǎo)致涂裝間隙的問題產(chǎn)生，因此，如果環(huán)境溫度超出40℃，則不應(yīng)進行涂裝施工。雨、霧、雪、6級以上的大風(fēng)等天氣也不宜進行室外施工。只有施工的過程中注意這些環(huán)境因素的控制，才能夠有效的使施工質(zhì)量達到要求，從而使站房雨棚鋼結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定和安全。

4.3施工工藝的控制

4.3.1涂裝前的表面處理。涂裝前對金屬底材的表面處理是影響鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料涂刷質(zhì)量的的重要環(huán)節(jié)，具科學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，表面處理不理想占涂層失敗的40%。表面處理是否滿足防腐層的施工要求，在相同的施工條件下，防腐層的使用壽命可能會相差3-5倍。由此可以看出，涂裝前的表面處理非常重要，一般應(yīng)控制其粗糙度不超過涂裝系統(tǒng)總干膜厚度的1/3。

4.3.2油漆的施工處理。油漆施工工藝主要有涂刷法、滾涂法和噴涂法，由于噴涂法容易給雨棚及周邊環(huán)境產(chǎn)生污染，因此一般選用涂刷與滾涂相結(jié)合的方式。涂刷第一道底漆志前，必須將鋼結(jié)構(gòu)表面清理，待第一道底漆基本固化后，再刷第二道油漆，第二道漆固化后，才能涂刷第三道油漆。每道油漆涂刷結(jié)束后，應(yīng)安排專人對涂層厚度進行檢測，確保涂層厚度符合施工設(shè)計要求。

4.3.3必須保證必要的涂料厚度。要想達到理想的防腐蝕效果，涂層的厚度必須大于其臨界厚度，一般應(yīng)為120-200μm。雖然從理論上來說，，防腐涂層越厚，其防腐蝕能力也就越強。但是，如果防腐層太厚，一方面由于涂料的干燥速度不一樣，有可能部分地方干了，部分地方底下潮濕，在涂裝過程中出現(xiàn)發(fā)泡現(xiàn)象，另一方面，涂層太厚容易開裂。刷涂過程中，一般要保證面漆的厚度不得超過120μm。

4.4現(xiàn)場施工人員的管理

人的素質(zhì)和能力直接影響著工程質(zhì)量。因此，為提高施工質(zhì)量，必須選擇具有一定專業(yè)技術(shù)和素質(zhì)優(yōu)良的施工隊伍，在工程開工前，加強對施工人員和管理人員的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，對施工人員要落實相關(guān)施工責(zé)任，從而提高施工人員的責(zé)任心，發(fā)揮“干一行愛一行”的主動性，為鋼結(jié)構(gòu)防腐施工質(zhì)量提供保障。

4.5施工過程的監(jiān)管

施工過程的監(jiān)管不到位容易導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)防腐施工質(zhì)量不過關(guān)。防腐施工中存在的問題，如果不能被及時的發(fā)現(xiàn)并整改，特別是“隱蔽工程”的施工，就會留下了許多隱患。因此，在鋼結(jié)構(gòu)防腐施工時，必須加強現(xiàn)場的管理。在每一施工環(huán)節(jié)完成后必須嚴(yán)格檢查，直至驗收合格后才能開始下一道工序，確保施工質(zhì)量過關(guān)。

5鋼結(jié)構(gòu)的維護保養(yǎng)

鋼結(jié)構(gòu)建筑物的使用壽命與鋼結(jié)構(gòu)建筑物的維護保養(yǎng)技術(shù)有著直接的關(guān)系，因此，對于車站站房雨棚設(shè)備而言，做好維護與保養(yǎng)工作，能夠更好的提高鋼結(jié)構(gòu)的耐久性。在日常巡檢中，只有對鋼結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的問題定期進行安全檢測、評估，了解鋼結(jié)構(gòu)所處狀態(tài)及腐蝕程度，才能對涂層及時進行維護保養(yǎng)，確保鋼結(jié)構(gòu)能夠長期地處于正常工作的狀態(tài)，保障運輸服務(wù)安全。

結(jié)束語

鐵路站房和雨棚鋼結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計要從方案設(shè)計、材料選擇、過程管理等各個方面去綜合考慮，同時要兼顧施工項目的工期、經(jīng)濟性和施工便利性。在設(shè)計上要綜合考慮鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用到實際中的現(xiàn)場情況，制定優(yōu)良的建設(shè)方案和防腐方案，延長鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。在管理上要注意質(zhì)量控制和定期安全評估保養(yǎng)，確保施工質(zhì)量過關(guān)，保障運輸安全。對于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的時效性也要非常重視，避免鐵路站房雨棚局部零件失靈所導(dǎo)致的整體結(jié)構(gòu)遭到破壞。

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