部分覆蓋混凝土的鋼結構的涂裝工藝制定

楊 鋒，林盛昌 （南通理工學院，江蘇南通 226001）

0 引言

隨著建筑和海洋工程向高層化和大型化發展，鋼結構因其一系列的優點而得到大量應用，為了克服鋼結構易被腐蝕和不耐火的缺點，需要對其進行防腐和防火涂裝；同時建筑鋼結構中有一些特殊部位不但需要做好防腐保護工作，還要兼顧其它方面的性能，這些部位就不能夠和鋼結構本身采用相同的涂裝工藝進行涂裝，而需要制定特殊的處理工藝，比如覆蓋混凝土的鋼結構就是其中之一。它包括全部埋入混凝土的建筑鋼結構以及只有部分區域被混凝土包裹，其余區域暴露在外的建筑鋼結構，它們的涂裝要求就比較特殊了。

1 全部埋入混凝土的鋼結構的涂裝工藝

全部埋入混凝土的建筑鋼構件稱之為埋件，這種構件一般是不需要涂裝的［1］，為了防止氧氣和水分穿透混凝土造成內部鋼結構的腐蝕，有時也要對鋼結構進行涂裝，或者對包裹鋼結構的混凝土進行涂裝。混凝土及混凝土內部鋼筋的腐蝕會增加建筑的維修費用甚至引起坍塌［2-3］。需要涂裝的埋件一般都是整體涂裝（栓釘一般不涂裝）；為保證防腐效果有時會進行鍍鋅操作（熱浸鍍鋅或冷噴鋅）［4］。埋件的涂裝還有一個原因是為了運輸和存放的方便，埋件在鋼結構包裹混凝土前需要進行噴砂處理以除去其表面的銹蝕、氧化皮等腐蝕產物，銹蝕、氧化皮等腐蝕產物不但會影響混凝土和埋件的結合，還會吸引水分透過混凝土。包裹混凝土的工作往往在施工現場進行，而埋件的噴砂有時卻要在鋼結構制造工廠進行，為防止埋件在運輸和存放過程中返銹（尤其是在惡劣的氣候條件下），薄薄的涂裝一層底漆是一個很好的選擇。國內對于包裹混凝土的鋼結構表面一般都涂裝環氧底漆，目前常用的是環氧富鋅底漆，國外在埋件表面涂裝環氧底漆也有至少40 a的歷史［5］。

為防止內部鋼結構的腐蝕，混凝土外部也會進行相應處理，另外即使不考慮內部鋼結構的腐蝕，混凝土本身也會因為外部特殊環境的侵蝕而遭到破壞［6-7］，如在碳酸鹽和硫酸鹽環境下的腐蝕［8］。常用的處理方法有兩種：硅烷浸漬和涂料涂裝。硅烷浸漬，是近年來發展起來的新技術，它既可以用于鋼材的涂裝又可用于混凝土的涂裝。混凝土是一種多孔材料，傳統涂料刷涂后涂料不容易通過多孔結構滲透到混凝土的內部，容易出現空鼓、剝落等弊病，影響保護效果；而硅烷浸漬后可滲透到混凝土內部并與混凝土發生一定的反應，不改變建筑物原有外觀、不易出現空鼓、剝落等弊病；有研究認為硅烷層的一些優異性能是因其具有透氣性［9］。市場上的硅烷浸漬產品主要有2種：硅烷浸漬劑和硅烷浸漬膏，硅烷浸漬劑的滲透性更好，在混凝土上用得較多；混凝土經硅烷浸漬后仍然可以繼續涂裝涂料以增強保護效果，但市場上很多硅烷浸漬產品僅支持溶劑型涂料，不支持水性涂料的使用，此外相較于涂料涂裝而言，硅烷浸漬目前的成本還較高，因此還未得到廣泛使用。

混凝土的涂料涂裝有兩點需要特別注意：（1）混凝土為多孔結構容易吸水，涂裝前需要祛除混凝土中的水分，減少其含水率，測試的方法是使用相應的吸水變色濾紙覆蓋在混凝土上幾分鐘，若濾紙不變色則說明其含水率已符合要求；（2）為了保證涂層的平整性，在涂料涂裝前需要使用封閉底漆和/或膩子進行處理。

2 部分覆蓋混凝土的鋼結構的涂裝工藝制定

鋼結構與混凝土結構各有各的優缺點，因此鋼與混凝土組合結構得以發展，通過不同結構的組合，從而發揮各自材料或結構的優點，起到取長補短的作用；相對于埋件和完全不與混凝土相接觸的鋼結構，這種形式的鋼結構只有部分區域被混凝土包裹，另一部分區域暴露在外，它們的涂裝要求就比較特殊了，尤其要注意混凝土和鋼結構的交界部位，因為水蒸氣和氧氣會從混凝土和鋼結構的交界處進行滲透（如圖1a所示），為防止這種現象的發生，可以適當地增加涂裝的范圍，讓涂層向包裹混凝土的區域延伸10~20 cm，以增加屏蔽效果（如圖1b所示）。這類構件主要有4種：（1）鋼柱下部包裹混凝土的構件；（2）鋼柱柱牛腿覆蓋或者包裹混凝土的構件；（3）鋼柱與剪力墻連接的部位；（4）覆蓋混凝土的鋼結構樓梯。下面分別對這4種情況進行討論。

在涂裝施工中，為防止無需涂裝的部位受到涂料污染，在涂裝前要對其進行保護［10］，可使用紙膠帶或磁性橡膠進行保護［11］。鋼結構包裹混凝土的區域和其他區域的一個很大的區別在于它存在大量的栓釘，也叫剪力釘，它在鋼結構與混凝土的連接過程中起到重要的作用，卻給涂裝中的保護帶來了困難，單純采用紙膠帶保護會很困難；推薦的做法是，若整個栓釘區域都無需涂裝，使用塑料膜包裹栓釘區域，塑料膜兩端用紙膠帶固定；若栓釘區域的鋼結構表面需要涂裝，而栓釘無需涂裝，可以將塑膠軟管一端用紙膠帶封住后套在栓釘上，塑膠軟管可重復使用，降低涂裝前保護的工作量和成本。

圖1 部分覆蓋混凝土的鋼結構涂裝示意圖Figure 1 Coating schematic diagram of the steel structure partially covered with concrete

2.1 鋼柱下部包裹混凝土的構件的涂裝工藝制定

鋼柱與地面固定有兩種方式，一種方式是對柱底板使用地腳螺栓進行固定，有時還要對地腳螺栓孔和鋼柱底板下部分別進行一次灌漿（混凝土）和二次灌漿；若只固定不灌漿，則柱底板一般無需涂裝，與地腳螺栓上底板接觸的摩擦面因抗滑移的考慮一般也無需涂裝［12］。另一種固定方式是在鋼柱下面一段柱側面包裹混凝土來固定鋼柱，這類鋼柱有一個顯著特點，就是鋼柱下半段側面焊有大量的栓釘，栓釘排布的范圍即是包裹混凝土的范圍。它有3種涂裝方法，根據不同的使用環境，使用不同的涂裝方法，具體見表1。

第1種涂裝方法適用于絕大部分此類鋼柱，即只要是覆蓋混凝土的地方，都不需要涂裝；第2種涂裝方法是柱腳包裹混凝土的大部分栓釘區域無需涂裝，栓釘區域以上部分需要涂裝，以防止水蒸氣和氧氣從混凝土和鋼結構的交界處滲透；第3種涂裝方法較少見，就是對有混凝土覆蓋的區域也進行涂裝，這種涂裝方法的防腐蝕效果最好，但會減小混凝土對鋼結構的抱緊力。

表1 下部包裹混凝土的鋼柱的涂裝要求Table 1 Painting requirements for steel columns with lower concrete cladding

2.2 鋼梁或鋼柱柱牛腿覆蓋/包裹混凝土的涂裝工藝制定

鋼柱柱牛腿覆蓋或包裹混凝土的涂裝要求示意圖如圖2所示。鋼柱柱牛腿是否有混凝土覆蓋和覆蓋混凝土的范圍主要看柱牛腿上是否有栓釘或接駁器存在以及栓釘或接駁器的排布情況；鋼梁是與鋼柱柱牛腿進行連接的，因此覆蓋或包裹混凝土的鋼梁的涂裝要求可參照鋼柱柱牛腿的涂裝要求。

圖2 鋼柱柱牛腿覆蓋或包裹混凝土的3種情況示意圖Figure 2 Three kind of steel bracket of column cast concrete

從栓釘的排布看共分為3種情況：（1）如圖2a所示，翼板上翼緣上表面，下翼緣下表面以及腹板兩邊都有栓釘存在，這種柱牛腿是完全被混凝土包裹的，整根柱牛腿無需涂裝；（2）如圖2b所示，柱牛腿僅翼板上翼緣上表面或下翼緣下表面（很少有下表面覆蓋混凝土的）覆蓋栓釘，這種柱牛腿只有翼板上（下）表面因覆蓋混凝土而無需涂裝，其余部位按照工藝要求正常涂裝；（3）如圖2c所示，柱牛腿上翼緣上表面和下翼緣下表面全部被栓釘所覆蓋，但腹板上沒有栓釘，這種形式的柱牛腿大多數情況下也是全部覆蓋混凝土的，在業主標識不明的情況下需要咨詢，若全部覆蓋混凝土，處理方法同第1種情況；若僅有上表面或下表面需覆蓋混凝土，處理方法同第2種情況。

還有一些鋼梁和鋼柱柱牛腿上沒有栓釘存在，但卻有大量的接駁器與腹板連接，腹板上的接駁器是用來穿鋼筋用的，鋼筋通過接駁器與鋼梁或鋼柱柱牛腿連接后需要在其外圍包裹混凝土，因此它們一般也是無需涂裝的。

另外，鋼柱柱側面與柱牛腿上包裹或覆蓋的混凝土相接觸的區域通常是不涂裝的，但也有廠家為追求防腐效果而涂裝底漆。

2.3 鋼柱剪力墻部位的涂裝要求

建筑物中的豎向承重構件主要由墻體承擔時，這種墻體既承擔水平構件傳來的豎向荷載，同時也承擔風力或地震作用傳來的水平荷載。這種墻體被稱為剪力墻（抗震規范定名為抗震墻）。剪力墻結構體系，有較好的承載能力，而且有良好的整體性和空間作用，比框架結構有更好的抗側力能力，因此可建造較高的建筑物。混凝土剪力墻直接與鋼柱連接，鋼柱上與剪力墻連接的部位通常稱之為鋼柱的剪力墻區域。圖3為鋼柱的截面圖，鋼柱上的兩排栓釘起到固定剪力墻的作用，如果沒有這些栓釘，剪力墻是無法與鋼柱牢固連接的，栓釘附近的2塊擋泥板是施工時用來擋住混凝土用的。鋼柱剪力墻典型的涂裝施工方法是：栓釘范圍的柱側面無須涂裝，擋泥板內側無須涂裝，擋泥板外側和擋泥板端部需全部涂裝，鋼柱其余部位正常涂裝。若鋼柱所處的腐蝕環境惡劣則擋泥板內側也需要涂裝；若腐蝕環境極端惡劣，則除栓釘外需全部涂裝。

圖3 連接混凝土剪力墻的鋼柱截面示意圖Figure 3 Section schematic diagram of steel column connecting concrete shear wall

2.4 鋼結構樓梯涂裝工藝的制定

鋼結構樓梯是建筑鋼結構中普遍存在的結構，兩層及兩層以上的建筑，不管安裝了幾部電梯，都有樓梯的存在。鋼結構樓梯主要分為兩類，一類樓梯無需覆蓋混凝土，這種樓梯主要存在于車間廠房等工業設施中，除了高強螺栓摩擦面和現場焊接部位外，需全部涂覆；另一類樓梯踏步上表面需要覆蓋混凝土板，這種樓梯主要存在于民用設施中，覆蓋混凝土的部分，無需涂裝。

對于無需覆蓋混凝土的樓梯，在制定涂裝工藝時，首先要看樓梯的踏面是不是防滑的花紋鋼板，如果是花紋鋼板，則除摩擦面和現場焊接部位外全部需要進行涂裝；如果是普通鋼板，應該在征得業主同意的前提下，在樓梯踏面上涂裝1道防滑漆，具體方法是：完成樓梯的最后1道涂裝后，在最外層油漆里按一定比例混入防滑砂，通過輥涂的方法涂裝于踏板表面，起到防滑作用。

覆蓋混凝土的鋼結構樓梯，覆蓋混凝土的部分無需涂裝。其涂裝要求如圖4所示，樓梯及樓梯平臺踏面（即腳能踩到的位置）不涂裝，擋泥板內側不涂裝，樓梯側面包括擋泥板外側涂裝，樓梯踏面往上35 mm的樓梯擋板內側（陰影部分）不涂裝。

圖4 鋪設混凝土踏板的鋼制樓梯的涂裝要求Figure 4 Painting requirements for steel stairs covered by concrete

3 結語

部分包裹混凝土的構件在建筑鋼結構中比較常見，本研究中所列的只是通用的涂裝工藝制定方法，具體工藝還需要涂裝工程師根據自己的經驗同設計方進行確認后制定。