铁路站房和雨棚钢结构的腐蚀分析及防护探讨

刘媚玥

摘要：钢结构是高铁站房和雨棚的重要结构，腐蚀问题影响了钢结构的耐久性。文章主要通过对钢结构的腐蚀现象进行科学地研究分析，阐述了合理的防腐方案，并提出了钢结构防腐施工的质量保障措施，进而能够有效的提高钢结构的防腐效果以及质量。

关键词：铁路站房雨棚;钢结构;防腐;提高质量

0引言

近年来，伴随着当前我国社会经济和国民经济的不断进步与工业飞速发展，钢结构建筑尤其是大型高层钢结构建筑的发展更是处于日新月异之中，在高铁站房和雨棚中得到了广泛体现和应用。然而，钢材在使用一段时间后，极易发生腐蚀现象，从而造成大量的钢材浪费和经济损失。据历史资料显示，全球每年因锈蚀造成的钢材损失占年产量的1/4，而我国每年因金属腐蚀造成的经济损失约为GDP的4%。更重要的是，腐蚀现象不仅会严重影响整个建筑物的安全和稳定，还会缩整个短钢结构建筑物的使用寿命。在美国，31.8%的不安全事故都是由于金属腐蚀引起的。因此，为了保障经济的发展和铁路运输的安全，对钢结构站房和雨棚进行防腐与维护就显得十分必要。

1钢结构站房雨棚腐蚀现状

钢结构具有密度低、强度高、承载力好、安装施工迅速、绿色环保等优点，因此，在各高铁车站的候车大厅、雨棚等大跨度的悬挑部分均采用了钢结构。目前，许多车站在投入使用一段时间后，处于半开放或开放环境中的钢结构，如露天横梁桁架、顶部横梁、雨棚柱、外接构件等均出现不同程度的锈蚀，其表面防护涂层出现粉化，开裂、起泡、脱落等现象，大大降低了结构的耐久性和稳定性。

2钢结构腐蚀原因的分析

2.1电化学腐蚀机理

钢结构受到周围环境的作用会发生化学腐蚀或电化学腐蚀，一般常温中，经常发生电化学腐蚀。钢的表面吸附空气中的水分，形成一层水膜，使得空气中的SO2、CO2、NO2等溶解在水膜中形成电解质溶液，而钢材内的各个成分之间会产生电位差，两者相接触会发生电化学反应的腐蚀，因此，钢铁在空气潮湿的环境中更容易被腐蚀。不难发现，经常受到雨水作用的雨棚钢结构腐蚀情况比站房钢结构更为严重。

2.2应力腐蚀的机理

一定外部拉应力的作用会使钢结构表面产生微小的裂纹，腐蚀介质进入裂纹中，在裂纹周围和深处会形成腐蚀电池，加速了裂纹的扩散，而拉应力的存在，会进一步地促使裂纹开裂，应力与腐蚀共同作用会使裂纹迅速扩散，导致钢材的损伤。

2.3涂装因素的影响

防腐涂层能保护钢材免受腐蚀介质的破坏。在施工过程中，如果出现基层表面处理不好、涂料配套体系不合理、涂料质量不合格、涂料施工工艺不规范等问题，就会导致防腐涂层在达到防腐时间前出现脱落现象，使得钢材直接与空气接触，加速钢材的腐蚀。

3站房雨棚的防腐措施

站房雨棚钢结构腐蚀基本上都是局部性的腐蚀，严重时这种局部腐蚀会造成设备故障，产生突发性破坏。日本三菱化工机械公司10年中化工设备的破坏80%以上都是由局部腐蚀所引起的，由此可见，对站房雨棚钢结构进行科学的防腐极为重要。

3.1做好防腐的设计方案

站房雨棚的钢结构在实际使用过程中，由于外界的环境是变幻无穷的，湿度、降雨量、温度、日照量、大气污染物质均会对钢结构腐蚀造成影响，比如往往都是沿海的车站比内陆的车站腐蚀更为严重，南方比北方腐蚀面积大，所以一定要针对性的做好钢结构防腐方案的设计。要充分考虑到现实与理想的双重因素，从而来对其施工工艺以及后期的维修保养形成一定程度上的便捷。对钢结构进行防腐的设计时，可以通过采用优质钢材结合涂层的方式，减少环境对钢结构的腐蚀以及破坏，有效的降低外界环境因素对钢结构耐久性的影响。

3.2选择耐腐蚀的钢材

因考虑到经济因素且站房雨棚钢结构需要获得长效果的耐腐蚀性，在钢结构材料上，可以选用耐候钢。研究表明，耐候钢的耐候性是普通钢的2～8倍，使用时间越长，耐蚀性越突出，并且使用寿命可达80年，同时还具有强韧、延展性、抗疲劳等优点。耐候钢其中含有一定量的铜以及磷、鉻等耐腐蚀元素，在表面开始发生锈蚀的同时会生成一种不透气的密封层，保护钢结构不发生腐蚀。在工程建设中，耐候钢无需涂漆即可使用，因此是一种极好的结构材料，并且后期维护费用仅为普通钢的一半，使钢结构在使用寿命期内的总成本降到最低。耐候钢在国外建筑中已经得到了广泛的应用，例如2010年世博会澳大利亚馆的外墙材料就广泛采用耐候钢。

3.4选择高质量的钢材

由于目前建筑结构中使用的钢材存在不少有害物质，导致钢材的不同区域存在着较大差别，这些差异为电化学腐蚀提供了先决条件。因此，需要选择均匀性较高的钢材，减少钢材内部的差异，从根本上降低腐蚀发生的可能性，从而更好地达到防腐目的。

3.3选择优质的防腐涂层

就钢结构自身而言，其耐久性不光与钢结构本身的耐久性有关，还与防腐涂层的耐久性密切相关。在对于防腐涂料的选择上，首先要对底漆进行严格选择，并且要保证中间漆、面漆都能够与其互相配套结合，以相同品种的涂料为宜，同时还要综合考虑到施工的便利性和经济性，选择最优质的复合型防腐涂层。以南京南站为举例，采用的防腐涂料主要能是有效对抗电化学腐蚀的环氧磷酸锌防锈底漆/环氧富锌底漆以及配套性优良的环氧云铁中间漆，并综合考虑到抗老化性能与经济性，搭配使用丙烯酸聚硅氧烷面漆。底漆，中间漆和面漆均有其各自的特性，形成了复合涂层体系，每种涂料各负其责又相互配合，充分发挥防腐涂层的作用，有效的提高了防腐性能，延长了钢结构的使用寿命。

3.4考虑腐涂料与防火涂料的兼容性

铁路车站雨棚钢结构除了对其有一定的防腐性能要求以外，还有一定的防火性能要求，如果防火涂料与防腐涂料的相容性不好，就会产生化学反应，导致涂层附着力降低，产生开裂或者脱落现象，因此，在选择防腐涂料时，要综合考虑其与防火涂料之间是否具有良好的兼容性。特别是对于面漆，除了要与防火涂料具有良好的配套性外，还需要其具有良好的柔韧性和附着力，为防火涂层提供保护。

3.5探究新材料新技术

钢结构腐蚀中不可忽略的一点是应力腐蚀机制，科学研究表明，船体振动引起的交变应力会促进局部腐蚀，那么，高铁进出站台雨棚引起的震动，是否也会产生钢结构加速腐蚀的现象，需要探索。此外，国外在建筑钢结构的防腐技术上比国内成熟，在防腐涂料选择上，可以充分借鉴国外的技术，比如美国陶氏公开了一种新型双组分环氧防腐蚀涂料，具有良好的热稳定性和良好的防腐蚀性，适用于建筑领域。美国PPG公司发现了一种用于改善金属基材耐腐蚀性的方法，其电泳涂层与面漆配套性好。

4防腐施工质量的控制

4.1施工前的准备工作

站房雨棚钢结构的防腐施工是一项具有一定综合性和专业性的工程，因此，在工程开工前，要做好施工前的各项准备工作。首先要做好工程技术交底，讲解钢结构防腐施工的相关施工方法、要求和注意事项，以便于科学的组织施工，确保施工过程的高效开展。其次，施工前要严格对材料进行验收，涂料到达现场后要进行随机抽样检查，通过对涂料的粘度、细度、硬度、干燥时间等指标的检测，确保涂料各项性能指标符合规范及标准要求。

4.2施工现场的环境监测

温度和湿度是影响钢结构防腐施工质量的重要因素。在施工过程中，必须对环境温度和湿度进行监测。涂层施工应在5-38 ℃，相对湿度不超过85%的环境中进行。另外，要保证钢表面温度至少比露点温度高3℃，且气温不低于涂层干燥所规定的最低温度，根据施工现场情况，可以通过采取多加低温固化剂和催化剂的方式来控制涂料的活性和状态。温度太高容易导致涂装间隙的问题产生，因此，如果环境温度超出40℃，则不应进行涂装施工。雨、雾、雪、6级以上的大风等天气也不宜進行室外施工。只有施工的过程中注意这些环境因素的控制，才能够有效的使施工质量达到要求，从而使站房雨棚钢结构更加稳定和安全。

4.3施工工艺的控制

4.3.1涂装前的表面处理。涂装前对金属底材的表面处理是影响钢结构防腐涂料涂刷质量的的重要环节，具科学数据统计，表面处理不理想占涂层失败的40%。表面处理是否满足防腐层的施工要求，在相同的施工条件下，防腐层的使用寿命可能会相差3-5倍。由此可以看出，涂装前的表面处理非常重要，一般应控制其粗糙度不超过涂装系统总干膜厚度的1/3。

4.3.2油漆的施工处理。油漆施工工艺主要有涂刷法、滚涂法和喷涂法，由于喷涂法容易给雨棚及周边环境产生污染，因此一般选用涂刷与滚涂相结合的方式。涂刷第一道底漆志前，必须将钢结构表面清理，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。每道油漆涂刷结束后，应安排专人对涂层厚度进行检测，确保涂层厚度符合施工设计要求。

4.3.3必须保证必要的涂料厚度。要想达到理想的防腐蚀效果，涂层的厚度必须大于其临界厚度，一般应为120-200μm。虽然从理论上来说，，防腐涂层越厚，其防腐蚀能力也就越强。但是，如果防腐层太厚，一方面由于涂料的干燥速度不一样，有可能部分地方干了，部分地方底下潮湿，在涂装过程中出现发泡现象，另一方面，涂层太厚容易开裂。刷涂过程中，一般要保证面漆的厚度不得超过120μm。

4.4现场施工人员的管理

人的素质和能力直接影响着工程质量。因此，为提高施工质量，必须选择具有一定专业技术和素质优良的施工队伍，在工程开工前，加强对施工人员和管理人员的专业技术培训，对施工人员要落实相关施工责任，从而提高施工人员的责任心，发挥“干一行爱一行”的主动性，为钢结构防腐施工质量提供保障。

4.5施工过程的监管

施工过程的监管不到位容易导致钢结构防腐施工质量不过关。防腐施工中存在的问题，如果不能被及时的发现并整改，特别是“隐蔽工程”的施工，就会留下了许多隐患。因此，在钢结构防腐施工时，必须加强现场的管理。在每一施工环节完成后必须严格检查，直至验收合格后才能开始下一道工序，确保施工质量过关。

5钢结构的维护保养

钢结构建筑物的使用寿命与钢结构建筑物的维护保养技术有着直接的关系，因此，对于车站站房雨棚设备而言，做好维护与保养工作，能够更好的提高钢结构的耐久性。在日常巡检中，只有对钢结构可能出现的问题定期进行安全检测、评估，了解钢结构所处状态及腐蚀程度，才能对涂层及时进行维护保养，确保钢结构能够长期地处于正常工作的状态，保障运输服务安全。

结束语

铁路站房和雨棚钢结构的防腐设计要从方案设计、材料选择、过程管理等各个方面去综合考虑，同时要兼顾施工项目的工期、经济性和施工便利性。在设计上要综合考虑钢结构应用到实际中的现场情况，制定优良的建设方案和防腐方案，延长钢结构的使用寿命。在管理上要注意质量控制和定期安全评估保养，确保施工质量过关，保障运输安全。对于钢结构构件的时效性也要非常重视，避免铁路站房雨棚局部零件失灵所导致的整体结构遭到破坏。

参考文献：

[1]岳小威.钢结构防腐蚀涂料施工应用技术[B]. 现代涂料与涂装，2011

[2]沈海兴.沪杭高速铁路雨棚钢结构防腐涂装体系的研究[J]. 铁道标准设计，2011

[3]徐波.钢结构施工管理要点及全过程质量控制研究[J]. 建材与装饰，2016

[4]于涵祖.建筑钢结构的腐蚀分析及防护探讨[J].中国建筑金属结构，2020

中国铁路上海局集团有限公司南京房建公寓段 210000