高鐵車站無柱雨棚鋼結構防腐處理探索

李常寧 上海鐵路局浙江鐵道建工實業(yè)有限公司

隨著高速鐵路建設的迅猛發(fā)展，與之相配套的新型車站的建設，鋼結構無柱雨棚在高鐵客站建設中大量應用，其主要特點是建筑體量大，結構形式簡單，體態(tài)輕盈、造型優(yōu)美，廣泛應用了新技術、新材料、新工藝。我局范圍內(nèi)現(xiàn)有已建成的高鐵客專線6條，京滬高、滬寧、滬杭、合武、合寧、沿海鐵路等共有高鐵車站69個，大部分高鐵車站采用鋼結構無柱雨棚，屋面系統(tǒng)采用大型金屬板材直立鎖邊，虹吸排水系統(tǒng)，雨棚檐口采用金屬鋁板，下層吊頂板采用長條鋁板扣結。但開通運營不久，高鐵車站無柱雨棚鋼結構涂裝層陸續(xù)出現(xiàn)銹蝕、粉化、剝落現(xiàn)象，長此以往會有礙觀瞻，甚至影響到鋼結構的安全，因此高鐵車站無柱雨棚鋼結構防腐處理成為目前房建系統(tǒng)亟待解決的問題。

1 鋼結構防腐蝕涂料、防火涂料及其涂裝體系

1.1 防腐蝕涂層的作用

對于一般環(huán)境的鋼結構而言，采用涂料防腐蝕是當今防腐蝕中主要的也是最為有效的手段。它是通過涂裝施工形成一種物理或化學屏障--漆膜，阻止和隔絕腐蝕介質(zhì)水和空氣與鋼鐵表面接觸，達到保護鋼鐵的目的。

為了保護鋼結構不受腐蝕，延長鋼結構使用壽命，國內(nèi)外常采用涂層進行防腐蝕保護。防腐蝕涂料涂覆在鋼鐵表面，成膜固化后形成硬實的防腐蝕涂層，并通過涂層的以下作用防止鋼鐵表面腐蝕。

（1）屏蔽作用:防腐蝕涂層能阻止水、氧、離子透過涂層達到鋼鐵表面。其次涂層還能阻擋酸堿鹽及工業(yè)大氣的直接化學腐蝕。

（2）緩蝕作用:在防腐蝕涂層中含有化學防銹顏料，當有水存在時，能從這些防銹顏料中解離出緩蝕性離子，這些離子又能使腐蝕電極鈍化，抑制腐蝕進行，反過來屏蔽作用又能阻止緩蝕離子的流失，使緩蝕作用穩(wěn)定持久。

（3）陰極保護作用:在涂料涂層中如果有比鋼鐵更活潑的金屬(電位更低的金屬)粉末，它們能對鋼鐵形成犧牲陽極，只要這些活潑的金屬粉末含量達到使金屬粉顆間及金屬粉與鋼鐵底材之間達到點接觸的程度，就能使鋼鐵免受腐蝕。

1.2 防火涂層的作用

為了提高鋼結構的耐火極限，一般都需要對鋼結構建筑構件進行防火保護。最具典型的防火保護措施是涂敷防火涂料減緩火災下的升溫，從而增加鋼結構構件的耐火極限。

我國有80%左右的鋼結構采用防火涂料保護。鋼結構防火涂料品種較多，通常根據(jù)高溫下的涂層變化分為膨脹型和非膨脹型兩大系列。膨脹型防火涂料，厚度一般為2～7 mm。涂層厚度在3 mm以下的為超薄型；涂層厚度在3～7 mm的為普通型。其基料為有機樹脂，配方中還含有發(fā)泡劑、碳化劑等成分，遇火后自身會發(fā)泡膨脹，形成比涂層厚度大十幾倍到數(shù)十倍的多孔碳質(zhì)層。多孔碳質(zhì)層可以阻擋外部熱源對基材的傳熱，如同絕熱屏障，用于鋼結構防火，耐火極限可以達到 0.5～1.5 h， 其涂層厚度為 7～50 mm。

1.3 防腐涂層與防火涂層的兼容性

雖然現(xiàn)在室內(nèi)型防火涂料上可以不覆涂，但是考慮到站臺雨棚屬于半露天結構，對防火涂料的耐久性要求較高。防火涂料的耐紫外光照射性能較差，因此導致了防火涂料的粉化、剝落等現(xiàn)象。經(jīng)已建站臺鋼結構雨棚現(xiàn)狀調(diào)查，防火涂料外加面漆時通常會出現(xiàn)如下問題:①兼容性差；②附著力低；③防火涂料膨脹開裂與面漆的剝落。因此針對這些問題，進行了有關二者結合情況的試驗和分析，并發(fā)現(xiàn)在涂裝過程中，防火涂料的厚度均勻，與面漆結合較好，面漆表面光滑；同時防火涂料與面漆的附著力大于防火涂層層間附著力，可以提供防火涂料足夠的保護功能。

1.4 大型鋼結構防腐蝕涂料及其與防火涂料的配套體系

目前大量采用鋼結構構件并兼有防火要求的建筑有體育場館，大型展覽館，火車站站臺雨棚、候車室等。通過對各種已建成的大型鋼結構涂裝體系資料的調(diào)查總結可知，一般涂裝設計方案為:鋼結構表面噴射處理/底漆/環(huán)氧云鐵中間漆防火涂料(面漆)，涂層厚度根據(jù)腐蝕環(huán)境而定。要求底漆與鋼材表面拉開法附著力不小于3.5 MPa。

防銹底漆的防腐功能主要通過防銹顏料發(fā)揮作用，常用的底漆有:環(huán)氧富鋅底漆、水性富鋅底漆、環(huán)氧磷酸鋅底漆、無機鋅底漆等；常用的中間漆一般都為環(huán)氧云鐵中間漆；防火涂料一般采用超薄型丙烯酸類防火涂料；面漆性能較好的有聚氨酯面漆，這也是使用最為廣泛的一種大眾化面漆。近年來，聚硅氧烷和氟碳涂料的發(fā)展迅速，在耐候性、色澤等方面有了進一步提升，可作為高檔面漆。

2 目前高鐵鋼結構無柱雨棚現(xiàn)狀

2.1 無柱雨棚鋼結構銹蝕狀況

高鐵車站鋼結構無柱雨棚結構大致可分為頂部露天結構、頂部橫梁、站臺立柱等部位，通過調(diào)查結果可知。

（1）立柱。粉化，剝落，污染嚴重，有銹蝕出現(xiàn)，根據(jù)對涂層厚度的測試，涂層厚度在1 000 μm以上，防火涂料表面無面漆，防污染性差。而且根據(jù)觀察，經(jīng)常暴露在日曬雨淋條件下的涂層龜裂、剝落以及鋼結構的銹蝕較嚴重。

（2）頂部露天結構。頂部雨棚擋板涂層粉化，剝落比較嚴重，集中出現(xiàn)在朝陽的一面。說明涂層的耐候性不高，因為這部分鋼結構長期暴露在日曬雨淋下，建議考慮采取重防腐措施。

（3）頂部橫梁。頂部橫梁涂層的剝落通常出現(xiàn)于某一處，集中于一根梁上，分析其原因為:該處涂層腐蝕環(huán)境較差，該根梁涂裝時表面處理不好或涂裝厚度薄。銹蝕處通常出現(xiàn)在焊接部位，一般為點狀銹蝕，因與焊渣處理的不完全從而導致涂層覆蓋不均勻有關。

2.2 無柱雨棚鋼結構的腐蝕特點

根據(jù)對局內(nèi)高鐵車站無柱雨棚鋼結構的銹蝕情況的調(diào)研結果，總結雨棚鋼結構的腐蝕特點為:

（1）因為表面處理不到位，部分漆膜起泡鼓起，從鋼結構表面脫離；此時鋼結構失去保護，容易出現(xiàn)銹蝕。

（2）日曬雨淋時間較長的部位，涂層更容易失效、龜裂、粉化，既影響美觀，也會使鋼結構失去保護，縮短鋼結構使用壽命。

（3）鉚釘、螺栓或其他連接物，焊接處，豁縫(特別是跳焊或靠在一起的表面)；重疊表面(例如:水儲槽的頂板)；定位拙劣或錯綜安排的角鐵；螺紋狀區(qū)域；不相似的金屬；銳邊，特別是那些角落，或粗糙切割的板材；結構輔助物等難以到達的區(qū)域也容易出現(xiàn)涂裝不當，從而導致這些部位銹蝕。

3 造成腐蝕的大氣環(huán)境與機理分析

3.1 造成腐蝕的大氣中的氣候因素

我局管內(nèi)高鐵車站多處于東南沿海地區(qū)，大氣中的氣候因素直接影響著大氣的腐蝕作用，其特點是大氣中的相對濕度高、表面潤濕時間長、夏季日照時間長、氣溫高、降雨量多、有降塵等因素。

3.2 鋼結構腐蝕環(huán)境分類

《大氣環(huán)境腐蝕性分類》(GB/T15957-1995)在1996年8月1日起正式實施，主要針對普通碳素鋼在不同大氣環(huán)境下的腐蝕類型及其與相對濕度、空氣中腐蝕性物質(zhì)的對應關系作了規(guī)定。它可以作為碳素鋼結構在各種大氣環(huán)境選擇防腐蝕涂料系統(tǒng)的依據(jù)。無柱雨棚鋼結構的腐蝕環(huán)境主要是大氣腐蝕，涉及到所有的大氣腐蝕類型，其中腐蝕性最強的是工業(yè)大氣和海洋大氣，如沿海鐵路各車站的雨棚外露部分銹蝕相對嚴重。

3.3 涂層劣化的過程與機理

鋼結構防腐蝕涂層在大氣環(huán)境下的劣化主要與腐蝕性離子在涂層內(nèi)部的傳輸、基體腐蝕、涂層起泡等因素有關，而有機涂層的微觀缺陷在此扮演了很重要的角色，因為它們的存在可以加快水、氧、其他腐蝕離子在涂層內(nèi)部的傳輸。這些微觀缺陷可能存在于涂層表面、涂層內(nèi)部或者從涂層表面直通到金屬基體。

4 比對涂層體系及涂裝方式確定

4.1 比對涂層體系

確定涂層體系方案之前，必須掌握防腐蝕材料的性能在雨棚的使用環(huán)境下會發(fā)生如何變化，還必須判斷防腐蝕材料在設計壽命限期內(nèi)以怎樣的失效規(guī)律和速度達到使用年限。就是說要按照高鐵車站站臺雨棚的重要程度、養(yǎng)護管理的難易程度等合理選定防腐蝕材料，再在施工中進一步確認其性能。在此基礎上，對防腐蝕材料在雨棚鋼結構設計壽命期限內(nèi)的劣化以合理的精度加以預測是很有必要的。根據(jù)上述對防腐蝕材料的分析，策劃養(yǎng)護管理計劃。

對于我局管內(nèi)諸多車站環(huán)境條件的不同，選擇最合理的腐蝕防護系統(tǒng)并不是一件很簡單的事情。在選擇過程中會涉及到諸多因素，并且最終的選定也可能只是一種折中的方案。尤其必須考慮以下問題:

（1）所選系統(tǒng)必須抵抗的外部條件(大氣環(huán)境條件)；

（2）各種系統(tǒng)抵抗這種條件的能力；

（3）對于能夠提供必要防護的涂層，必須考慮其他問題的特點(比如養(yǎng)護管理)，以提供一條經(jīng)濟的解決途徑。

4.2 涂裝方式

（1）底材表面處理

①鋼結構表面應平整，底材處理前應對銳角進行打磨處理，使其R=2 mm(銳角打磨后的弧度)。

②在進行噴砂或拋丸除銹前，應對鋼結構表面的氧化皮、焊渣、灰塵、毛刺、鐵銹、油污、水分、鹽分等污染物進行徹底的清除。

③采用噴砂或拋丸法對基材表面進行處理，按GB/T8923-88標準，使其達到Sa2.5級；用目測法觀測，鋼材表面應無可見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹等。

④噴砂后表面粗糙度應達到40～70 μm，采用觸針式粗糙度測定儀進行測定。

⑤經(jīng)噴砂或拋丸處理并達到規(guī)定要求的基面，經(jīng)真空吸塵、壓縮空氣吹凈或用干凈毛刷除塵后，在5 h內(nèi)涂上底漆。

（2）在經(jīng)過處理并達到規(guī)定要求的鋼結構表面上，測量涂裝時溫度、濕度等，確定可以達到涂裝要求的各因素，采用高壓無氣噴涂，漆膜干燥24 h以上，進行下次涂裝。每次復涂前，清潔表面。

4.3 結論

我們選取兩條高鐵4個車站無柱雨棚鋼結構作涂層體系比對，通過比對試驗我們發(fā)現(xiàn)有以下三點值得借鑒：

（1）鋼結構的銹蝕主要集中在直接裸露部位，銹蝕的程度與防腐蝕材料、防火材料選取和涂裝方式工藝有密切的關聯(lián)。

（2）防腐與防火材料兼容性良好，面漆的覆涂并不影響防火涂料的起泡，起泡時間與未覆涂前完全一致，在防火涂料完全碳化后，面漆也未從防火涂料上脫落。

（3）大氣環(huán)境下的腐蝕主要表現(xiàn)為銹蝕。影響銹蝕速度的因素有:環(huán)境的溫度、濕度、大氣中的酸性污染物濃度、電解質(zhì)微粒漂浮物等。

5 結束語

隨著人們物質(zhì)生活的快速發(fā)展，公共交通事業(yè)必將朝著高速、安全、便捷、舒適的方向發(fā)展，高速鐵路客站站臺無柱雨棚的應用日益廣泛，無柱雨棚鋼結構的防腐防火的技術要求會越來越高，防腐蝕材料、防火材料選取和涂裝體系的確認是設計階段不可忽視的重要一步，涂裝方式工藝是施工建設中的一道關鍵步驟，鋼結構涂層體系的維護也會越來越受到重視，其直接影響人們的視覺美觀以及鋼結構體系的使用壽命。