装配式钢结构建筑中防腐防火技术的应用与改进

摘 要：研究探讨了装配式钢结构建筑中防腐防火技术的应用及其改进。在防腐技术方面，可采用多层复合涂层系统，结合喷砂和抛丸工艺处理钢材表面，提高防腐效果。可从优化涂层材料、涂层厚度和施工工艺角度进行改进。在防火技术方面，可选用膨胀型防火涂料，增强钢结构在火灾中的耐火性。并建议采用水性无溶剂膨胀型涂料，优化防火涂层材料，并通过改进施工工艺，确保关键结构在火灾中承受更长时间的高温侵蚀。

关键词：装配式建筑；钢结构；防腐；防火

1 前言

在现代建筑工程中，装配式钢结构建筑因其高效的施工速度、较低的建筑垃圾排放以及优良的抗震性能，逐渐成为建筑行业的主流选择。然而，随着钢结构建筑在大跨度、高荷载和复杂环境中的广泛应用，钢材的防腐防火问题愈发凸显。由于钢结构长期暴露于潮湿、大气污染及火灾等不利环境条件下，其耐久性和安全性面临严峻挑战。研究深入探讨了防腐防火技术应用和改进方向，旨在为未来装配式钢结构建筑提供更加科学合理的技术支持，推动建筑行业朝着绿色、可持续的方向发展。

2工程概况

某沿海城市国际会展中心装配式钢结构建筑工程占地面积约10万平方米，建筑总面积约8.5万平方米，包括展览厅、会议室、配套办公区和停车场等设施。工程采用现代化装配式钢结构体系，总钢结构使用量约5200t，其中主梁和柱采用Q355B高强度钢，钢材厚度为20mm—30mm，满足大跨度和高荷载要求。建筑最高点为35m，主楼为6层结构，局部区域设置夹层，增加空间利用率。外部建筑幕墙采用高性能铝合金板和玻璃幕墙系统，确保建筑美观的同时具备良好的隔热、保温性能。

3防腐技术的应用与改进

3.1涂层防腐技术的应用实践

本工程采用喷砂或抛丸工艺对钢材进行表面预处理，以去除氧化皮、锈层、油脂等污染物，使钢材表面达到一定的粗糙度。根据ISO 8501-1标准要求，本工程钢材的表面清洁度达到了Sa 2.5级，表面粗糙度控制在了40μm—70μm范围内，符合标准要求。

本工程的钢结构长期暴露在潮湿气候条件下，因此采用了多层复合涂层系统，具体内容见表1：

其中，环氧富锌底漆具有优异的防锈性能，通过富锌的阴极保护作用，能够有效防止钢材表面的电化学腐蚀。环氧云铁漆具有较高的机械强度，能够增强涂层体系的整体抗冲击和抗腐蚀能力，同时具有良好的防水性。聚氨酯面漆具有卓越的耐候性和耐紫外线性能，能够有效延长建筑物的使用寿命，并保持外观美观。

本工程采用无气喷涂法，利用高压（通常为15 MPa—25 MPa）将涂料雾化喷射到钢结构表面，无需压缩空气即可形成均匀、平滑的涂层。无空气喷涂的涂料流速为3—8 L/min，有效覆盖了大面积钢结构表面，避免了因气泡、空洞或过度堆积导致的涂层缺陷。为确保涂层厚度符合设计要求，每一层涂料喷涂完成后，通过干膜厚度检测仪对涂层厚度进行检验，使涂层厚度在±10%误差范围内。本工程的涂层系统总厚度为260μm，检测时总厚度在266μm，符合要求[1]。

对涂层的防腐性能检测，本工程使用了以下三种方法：

（1）膜厚检测：通过干膜厚度仪对钢结构表面涂层的厚度进行测量，确保每层涂层厚度达到设计要求。底漆、中间漆和面漆的总厚度控制在260μm左右，误差不超过±10%。

（2）附着力检测：使用拉拔测试法检测涂层的附着力，确保涂层与钢材表面以及各涂层之间的粘附强度。经测试，附着力达到10 MPa以上，符合检测标准，可以防止涂层在使用过程中出现脱落现象。

（3）耐盐雾测试：按照 ASTM B117 标准，将涂有防腐涂层的钢结构样品置于盐雾试验箱中，连续喷雾模拟海洋或工业大气环境下的腐蚀条件。经过长达 1000h的测试，涂层表面未出现气泡、开裂或大面积腐蚀现象，耐盐雾性能表现优异，证明涂层能够有效抵御外部恶劣环境的腐蚀侵袭。

3.2防腐技术的改进方向

3.2.1涂层材料的改进

现有的环氧富锌底漆主要用于钢结构的初始防腐保护，含锌量为60%～80%。为了进一步提高耐久性，工程可以选择高锌含量的富锌涂层，将锌含量提高至85%～90%，提供更强的阴极保护能力。高锌含量富锌底漆的干膜厚度建议控制在 60μm—80μm之间，确保既有足够的防护厚度，又能避免过度堆积引起的开裂和流挂问题。增加锌含量后，能够有效延长涂层的防护寿命至30a以上，可用于本工程的主梁和柱等关键结构。

此外，石墨烯改性涂层可以在钢材表面形成致密的防腐屏障，有效降低腐蚀速率至0.004 mm/a，可用于本工程中大跨度的钢梁和其他承重结构。具体涂层材料性能数据如表2所示：

3.2.2涂层厚度与施工工艺的优化

针对不同功能区和环境暴露程度，涂层厚度应进行分区优化。本工程中暴露在外部环境、承受高紫外线照射和潮湿气候影响的钢结构，如幕墙支撑和户外钢梁，可将涂层的总厚度从260μm增加到300μm—350μm。其中，底漆厚度提升至100μm，中间漆厚度增加至150μm，面漆厚度可达80μm。厚度增加能使钢材的年均腐蚀速率降低至0.005mm/年，进一步延长防护寿命[2]。

此外，工程还可引入机器人自动喷涂技术，通过预编程的操作程序和精密控制系统，对钢结构表面进行均匀的涂层喷涂，确保每层涂料的厚度均匀一致。同时结合激光测厚设备，精确控制涂层的厚度误差在±5μm以内。这一技术适用于本工程中主梁、柱等关键受力部位，能够在保证涂层厚度的同时，提高施工效率，将整体施工周期缩短23%左右，并降低人工成本。

4防火技术的应用与改进

4.1膨胀型防火涂料技术的应用实践

本工程采用膨胀型防火涂料，增强钢结构在火灾中的耐火极限和整体安全性。根据GB 14907-2018《钢结构防火涂料》标准，钢结构的耐火极限要求通常在1.5h—3h之间。本工程中，对于承载大荷载、关键受力构件如主梁和柱，设计的耐火极限为2h，钢材表面温度应在12h内保持低于540°C。涂层厚度为4.0mm—4.5mm。在辅助构件，如次梁等，耐火极限要求为1.5h，涂层厚度控制在mm3.0—3.5mm范围内。

在涂料施工过程中，本工程采用无气喷涂工艺，确保涂层的均匀性和粘附性能，通过15MPa—25MPa的高压将涂料均匀喷涂到钢结构表面，喷涂速率达到500—800μm/次，有效避免了气泡或空隙的形成。施工后，本工程立即进行了干膜厚度检测。使用超声波膜厚测量仪对钢结构各处的涂层厚度进行监测，确保涂层厚度误差控制在±5%的范围内。检测数据显示：主梁和柱的平均涂层厚度为4.5±0.2mm，满足设计要求的耐火极限；次梁的平均涂层厚度为3.4±0.1mm，能够提供1.5h的耐火保护[3]。同时，施工现场的温度和湿度严格控制在15°C—30°C和相对湿度50%～70%，防止涂层出现开裂或剥落的现象。

为了确保涂层的长期有效性，本工程还对膨胀型防火涂料进行了耐火极限测试。根据ISO 834标准，对施工后的钢结构进行耐火极限测试。测试对象主要包括主梁、柱等承重构件，以及次梁等次要受力构件。结果显示主梁和柱在火灾中保持结构稳定性，耐火极限达到2h，同时构件未出现明显的变形、破坏或失去承重能力的情况。次梁在1.5h的加热后，结构保持完整，且未出现应力失稳或破坏的情况，符合防火标准。

4.2防火技术的改进方向

4.2.1防火涂层材料优化

为了进一步提升防火效果，工程可使用水性无溶剂膨胀型防火涂料，该涂料具备更高的膨胀倍数、更快的膨胀速度以及更强的耐火极限，具体参数如表3所示：

由表可知，水性无溶剂涂料在涂层厚度相同的情况下重量更轻，有助于减轻钢结构的负荷，同时提高运输和施工的便捷性。膨胀起始温度更低，意味着该涂料在火灾发生时能够更早膨胀，迅速形成隔热层，起到更快的防火效果[4]。

4.2.2防火涂层厚度与施工工艺改进

在本工程中，为确保主梁和柱等承重构件在火灾中具有足够的抵抗高温侵蚀能力，防火设计的耐火极限可调整为2.5h，使构件在火灾中能够承受更长时间高温的侵蚀。因此，防火涂层的厚度需要达到5.5mm—6.0mm，使钢材表面温度在150min内不超过540°C。对于次梁和其他次要受力构件，耐火极限可调整为1.5h，防火涂层厚度可相对较薄，约为3.0mm—3.5mm，使钢材表面温度在90min内不超过540°C。这一差异化设计能够满足不同构件的防火需求，并有效控制材料成本和施工时间。

同时，工程可引入分段多层涂覆工艺，通过逐层涂覆和固化，每层涂层厚度保持在1.5mm—2mm范围内，分3—4层施工，最终实现5.5mm—6.0mm或3.0mm—3.5mm的设计厚度。每层涂覆完成后，确保涂层表面均匀、无气泡和缺陷，待其固化完成后再进行下一层的施工。此外，为了加快防火涂层的固化过程，工程使用热风循环系统进行加速固化处理，将每层的固化时间从传统的24小时缩短至12h—15h。

5结论

综上所述，装配式钢结构建筑的防腐防火技术在提升建筑耐久性和安全性方面具有至关重要的作用。本文详细介绍了多层复合涂层系统、膨胀型防火涂料等技术的应用，并针对涂层材料、施工工艺以及防护措施提出了优化和改进建议。未来，结合新材料、新技术的发展趋势，进一步提高防护涂层的性能，并通过智能化施工与检测手段优化施工流程，将成为该领域研究和发展的重点方向。

参考文献

[1]徐孟强.装配式钢结构建筑的防火保护技术[J].中国建筑金属结构，2023，22（07）：87-89.

[2]祝振宇.装配式钢结构建筑施工关键技术与工艺研究[D].太原理工大学，2021.

[3]邓木海.装配式建筑钢结构防火保护技术研究[J].居舍，2020（10）：32.

[4]赵彦章.装配式钢结构建筑设计和施工技术研究[J/OL].金属世界，2024（09）：1-10.