渗铝钢在建筑钢结构的应用前景

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渗铝钢在建筑钢结构的应用前景分析

一、前言

近年来随着钢材产量的稳步增加，钢结构的使用越来越多。钢结构建筑较钢筋混凝土建筑具有施工便捷、抗震性能好、对环境污染少、环保可回收等诸多方面的优点，它适合各种工程结构，随着钢产量的增加和应用技术的深入，钢结构的应用越来越广泛，已经成为国际上的发展趋势。

但跟发达国家相比，我国钢结构的应用仍然差距不小，在发达国家，钢结构建筑已经成为城市的重要建筑，钢结构建筑占建筑总量的比例一般都在30%以上，比如日本，钢结构建筑要占整个建筑的50%以上，而我国尚不足5%。总体上，我国钢结构建筑在普及上离发达国家还有相当差距，这同时也说明我国钢结构建筑发展潜力十分巨大。

但是钢结构在应用过程有两大不足之处：钢的腐蚀和火灾时钢构件的软化。

在自然气候下，钢材受蚀减薄5年可达0.1～1mm以上，时间长或在特殊及人为的恶劣环境下，减薄更为严重。采用涂装可以减缓腐蚀，但费用较高。如桥梁涂装费10年内可为钢结构费用的2.5倍。钢材

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的防腐处理工本高，且不易维护，这给钢结构的推广应用带来了一定的制约。

当钢的温度达到350℃ 及其以上时，钢的屈服强度下降至规定的室温屈服强度的2/3或更低，低于钢构件要求的屈服强度，为使钢构件的温度在火灾期间不超过350℃，钢构件必须喷涂防火材料。

二、当前现状

为了提高钢结构在抗腐蚀和耐火方面的性能，当前钢结构防腐基

本采用镀锌处理，在要求更低的时候，还可以采用刷涂防锈油漆，比如富锌铝油漆等；而在耐火方面，基本采用防火涂料，并且随着防火等级的提高，需要的防火涂料越多。

如果是镀锌处理，则施工后可以不做进一步的防腐处理，直接刷防火涂料，但是喷涂防火材料的作业对工人的健康有着极大的损害且非常费时，此外，建筑的有效空间也因防火包覆而减少。因此，钢结构建筑对减少防火包覆的要求越来越强烈。并且钢材经过表面镀锌处理之后，其表面附着力减弱，不利于喷涂防火涂料，因此无形中增加了施工成本。

不管镀锌还是喷涂防火涂料都是不环保的，随着“十二五”规划之后，整个社会对环保的要求也越来越高了。国家对于镀锌产业基本处于抑制状态，因为镀锌加工对环境的污染太过严重；而防火涂料也在朝着高环保性的方面发展。

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三、新型渗铝钢结构与传统钢结构的对比分析

新型渗铝钢是一种全新的耐火耐候钢，准确的说，是一种耐热耐候钢，以下我们将从防火性能、防腐性能、环保性能、焊接性能，以及综合成本等方面进行对比分析。

（一）、防火性能

传统钢结构一般采用喷涂防火涂料的方式进行处理，耐火性能高低

通常以日本建筑防火标准为指导，要求试验钢在 600℃高温时屈服强度不低于室温屈服强度的2/3。喷涂防火涂料需要以下几道工序：

（1）、钢结构基层处理：要求彻底清除钢结构表面的灰尘、浮锈、油污，碰损或漏刷部位应补刷防锈漆两遍。钢结构连接处的缝隙，采用防火涂料填补堵平，不留下缺陷，以免成为火灾的薄弱环 节，保证钢结构的耐火极限；同时在喷涂前将操作场地清理干净，对不需喷涂的设备、管道等，用塑料布进行遮盖保护以免污染。

（2）、喷涂防火涂料底料：喷涂时喷枪宜垂直于钢构件表面，喷涂厚度为0．3～0．5mm，表面应形成凹凸不平、厚薄不均的点状涂层，干燥后方可进行下步施工。

（3）、现场配制防火涂料：配制的涂料由专人使用搅拌机在现场计量搅拌，并加入适量的水，使涂料均匀、稠度适当，涂装后不能产生流淌或下坠现象。

（4）、分层涂抹防火涂料：每次喷涂要保证一定的厚度，待底层涂料表干

后方可进行下一层施工，直到到达所需厚度为止。施工时，要保持各部位均匀一致，不得漏涂或厚薄不均。

（5）、喷涂罩面防火涂料：采用喷涂法施工，喷涂时手握喷斗要稳，要来回旋转喷涂，注意搭接处颜色一致，厚薄均匀，要防止漏喷、流淌，确保涂层完全闭合，轮廓清晰。

通过以上工序的介绍，可以看出要达到建筑的防火等级要求，需要经过繁杂的防火涂料喷涂施工，等级越高，防火涂料越厚，目前即使采用超薄型的防火涂料，也需要如此众多工序，无形中增加很多成本；

当前即使最先进的防火涂料在600℃高温下，基本失去了隔热性，仅采用防火涂料进行防火，一般只能达到2个小时，超过两个小时以上，与涂层厚度无关了。要想获得更高的耐火极限，则只能采用耐火耐候钢喷涂防火材料的方式了。

而新型渗铝钢，则完全是一种耐热钢，钢材经渗铝后，与未渗铝的同种钢材相比，其耐热温度可提高300℃左右。如碳素钢耐热温度上限为500℃，经渗铝

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处理后可达800℃左右；合金钢（如12CrMoV、15CrMo）及不锈钢经渗铝处理后，最高耐热温度可达1050℃～1250℃。

（二）防腐性能

传统钢结构防腐措施有以下几种：镀锌、热喷铝（锌）复合涂层、喷涂防锈漆等，

以镀锌效果最佳。

无论是耐大气腐蚀还是其他苛刻环境，新型渗铝钢的耐蚀性均好于镀锌钢，见表1～3。

表1 大气环境中的使用寿命对比

钢材 使用寿命 使用环境 乡村 工业 海洋 （苛刻）海洋 试验名称 SO2试验 硝酸试验

镀锌钢 <30年

渗铝钢 >120年

表2 热浸渗铝钢与镀锌钢抗腐蚀性能对比

钢件腐蚀的相对速率g/m2 镀锌钢 6 22 21 120

镀锌钢 -2825 钢件消失

渗铝钢 1.6 4 3 20

2

表3 镀锌、渗铝钢腐蚀试验结果对比 (mg/cm)

试验条件 含16% SO2空气 含20%HNO3空气

渗铝钢 -130.0 -2.0

根据上述数据显示，新型渗铝钢的防腐性能要远远高于镀锌钢。并且热镀锌是单一锌层的牺牲阳极保护,其耐腐蚀速度仅取决于锌层的厚度及溶解速度。热浸镀锌钢管表面的纯锌层在大气环境中能生成一层致密的、钝化性的碱性碳酸锌[ Zn2(OH)2CO3 ]保护膜进一步阻止了锌的被腐蚀。热浸镀锌钢管的镀锌层厚度达50μm以上，可以在合理的环境中安全使用30年。值得注意的是“合理的使用环境”。由于锌是一种较活泼的两性元素与酸碱均起反应，也可以置换盐类中的重金属离子，所以在潮湿的酸碱或盐类介质环境中镀锌层易遭受破坏，导致腐蚀穿孔。

如果采用热喷铝（锌）复合涂层的方法进行防腐，虽然成本较为低廉，但是需要现场施工，这种方法的工业化程度较低，喷砂喷铝（锌）的劳动强度大，质量也易受操作者的情绪变化影响。由于其防腐效果有限，尤其是潮湿的酸碱或盐类介质环境中涂层更易遭受破坏，其后期的维护成本就很高。 新型渗铝钢是一种全新的耐候钢，钢基体表面有三个层：氧化铝层、纯铝层、铝铁合金层。氧化铝层是一层致密的，附着力很强，并且极为稳定的Al2O3保护膜，这层保护膜具有很强的自身修复和再生性。当氧化铝层和纯铝层消失后，

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