化工建筑中鋼結構防腐及防火策略淺析

佟楚然

摘要：化工建筑具有高火災危險性和高腐蝕性。輕鋼體系在化工建筑中應用廣泛，如何有效的防火及防腐成為建筑構造設計的一道難關。本文梳理分析了國內外一些具體的防腐防火工程做法，提出了未來一段時間尚待解決的技術難題。希望通過本文的拋磚引玉促進化工建筑防火防腐工程技術的突破。

關鍵詞：化工建筑；鋼結構防腐及防火；策略淺析

1.鋼結構的基礎介紹

隨著我國建筑行業的不斷發展，鋼結構的應用也變得越來越普遍。在建筑行業中，鋼結構通常是指：通過焊接、熱軋、冷彎等方法來對鋼板進行加工，使之形成相應的鋼型，剛結構的類型主要分為兩種，分別為輕鋼結構和重鋼結構。輕鋼結構有著自重輕、占用面積小等特點，目前主要運用在跨度較小的建筑工作中，例如：倉庫、辦公樓、體育館場等。而重鋼結構則主要運用在跨度較大的建筑中，例如：電子廠房等。雖然重剛結構的自重要比輕鋼結構的自重要重，但相對于傳統的鋼筋混凝土而言，鋼結構的自重要小很多，在其強度、負載、跨度等因素都相同時，鋼結構的重量只有鋼筋混凝土的三分之一，這也是鋼結構得以廣泛使用的重要原因之一。

2.化工作業中火災及腐蝕對鋼結構的危害

2.1腐蝕性危害

2.1.1鋼結構的腐蝕性危害。石油化工產品在生產使用中，出現泄漏或揮發會對鋼結構產生嚴重的酸堿性腐蝕。另外，在工藝反應過程中也會釋放熱量，從而危害結構的耐久性。

2.1.2防腐設計難點。防腐設計主要通過涂料涂刷于結構表面以形成防護系統。因此，粘結性成為防腐優劣的關鍵。影響涂膜粘結性因素包括：涂刷漏洞引起的涂膜脫落，當鋼材表面涂刷防腐涂料時會存在細小的縫隙和涂刷漏洞。在施工過程中，防腐材料涂刷漏洞很難杜絕。這些孔洞與潮濕空氣、酸霧等接觸產生化學反應并依附在鋼材表面，伴隨溫度及潮濕的影響起泡、破碎，最終瓦解防腐體系。潮濕空氣滲透引起有機漆膜吸水起脹。處于潮濕地區的建筑物，鋼結構防腐處理如不做好除銹防潮，很容易在干濕交替溫度變化下引起涂膜變形。因此，對鋼材的防腐保護策略需從以上幾個方面加強。

2.2火災對鋼結構的危害

鋼材雖屬于不燃材料，但耐火性較差。“普通低碳鋼250℃～300℃時，抗拉強度達到最大值，500℃左右強度下降到常溫的1/2。一般火災作用于鋼結構，15min便能達到500℃的高溫。”火災作用時間很短就能使鋼結構體系坍塌破壞喪失基本承載力。

2.2.1鋼結構火災不易疏散撲救。鋼結構體系在火災危險中易發生坍塌，不利于撲救和人員疏散。“四邊簡支的鋼筋混凝土樓板高度13em，耐火極限1.9h；現澆的整體式樓板厚度8～12cm，耐火極限1.4～2.65h；而無保護層的鋼屋架，耐火極限只有0.25h。”可見，鋼屋架在無保護狀態下極易被引燃，而且速度之快根本來不及被撲滅火災就以發生蔓延。

2.2.2鋼結構火災具有整體破壞性。在工業建筑中比較常用的鋼結構形式有門式剛架和鋼桁架，屋面一般為金屬屋面。一個工業廠房一般由幾榀鋼桁架串聯拼接而成，這就形成了一個“類多米諾骨牌”。當其中一榀鋼桁架發生火災被破壞，連鎖效應便會發生，引發整個廠房的破壞。而被廣泛應用的金屬屋面，整體度好的同時，整體燃燒的危害更大，一旦失火整個頂棚的坍塌對于廠房和廠房內的人員打擊都是致命的。

3.防火+防腐蝕結合策略

3.1涂刷次序之爭

目前對于防火涂層與防腐涂層涂刷次序的問題，從業者并未達成統一。主要包括以下幾種涂刷次序：①基層除銹+防火涂層。②基層除銹+防銹底漆+厚型（薄型）防火涂層。以上涂刷適用于民用型鋼結構體系，結構遭受的腐蝕性較弱。須注意的是，基層除銹與防銹底漆是鋼材出廠時預作的低級防腐工作，僅能抵御一般性腐蝕。③底漆+中間漆+防火涂層+面層（防腐）。這種涂刷是在鋼材基本防腐基礎上進行防火和防腐。最外層涂刷的防腐材料是針對化工工藝過程中涉及的酸堿物料進行的專業防腐蝕。是將防腐還是防火涂刷在外表面設計界爭論不休。其實只要明確建筑中危害鋼結構體系的關鍵源是什么，就可以確定采用哪種次序涂刷。化工建筑中的主材每天都受到酸霧等的腐蝕，將防火涂層置于最外層很容易損壞。涂刷次序往往并無一定之規，需要我們從業者審時度勢的分析。

3.2防火與防腐粘結性問題

現今，防火與防腐結合的技術難題影響著以化工建筑代表的工業建筑設計。重腐蝕型廠房需要“防火涂層+防腐”的模式。然而，防腐與防火的相容性問題造成兩種涂層發生化學反應或根本無法粘結極易脫落。在國內某一廠家提供的技術信息中，“富鋅底漆+環氧云鐵+防火涂料+面漆，需要與防火涂層做相容測試：云鐵中間漆與防火涂料；防火涂料與面漆，這兩項必須做；還要做綜合涂層配套測試，主要指標是考察綜合涂層的附著力測試。”建筑設計師對化工涂料的相容性往往知之甚少，選擇涂膜也都根據標準圖集確定。單純的選料能保證防護的可行陛，但多個涂膜疊加是否可行還需要更專業的材料工程師的配合。我們希望在國標設計中能考慮這方面的缺憾，同時為建筑師提供一個學習的平臺更深入的了解涂刷材料的性質，優化我們的設計。

4.結語

在建筑行業中，鋼結構之所以受到廣泛的認可主要是因為它具有穩定性能高、使用壽命長、內部結構牢固等多種特性。在近些年中，人們對建筑的要求越來越高，為了可以更好的滿足人們的需求，許多建筑施工單位開始對建筑結構設計中的鋼結構設計進行優化，這也讓鋼結構設計暴露出了不少問題。