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大型建筑鋼結構工程的長效防腐涂裝設計

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]
摘 要：本文主要對大型建筑鋼結構的防腐涂裝設計做了簡要闡述，分析它的設計壽命和年均使用成本，提供一些長效和超長效的涂層體系方案和實際應用工程案例；將施工質量控制、關鍵設計參數等做了說明，對大型鋼結構建
    摘 要：本文主要對大型建筑鋼結構的防腐涂裝設計做了簡要闡述，分析它的設計壽命和年均使用成本，提供一些長效和超長效的涂層體系方案和實際應用工程案例；將施工質量控制、關鍵設計參數等做了說明，對大型鋼結構建筑工程的業主、設計、鋼結構總包及涂料廠家等有一定借鑒和參考作用。
    關鍵詞：大型建筑鋼結構、防腐涂裝、涂裝體系、年均成本、施工質量控制、設計要素

    　1.前言
    　　鋼結構由于自重輕、抗震性好、環保、可做成大跨度大空間建筑、施工快等一系列優點而在近幾十年來獲得蓬勃的發展。但鋼結構也有一些不可忽視的不足，主要是易腐蝕、不耐高溫。若不做好防腐導致建筑鋼結構的使用壽命大大縮短，造成安全隱患、并且維護困難，成本高昂。如果腐蝕和防火問題不能得到很好的解決，將阻礙鋼結構在建筑行業中的發展。本文就此對鋼結構的防腐涂裝設計做了著重探討。
    2.國內外鋼結構防腐涂裝設計標準
    　　國內，目前國家標準《鋼結構設計規范》[1]和《鋼結構工程施工質量驗收規范》[2]以及《工業建筑防腐蝕設計規范》[3]，都涉及到鋼結構的防腐涂裝設計的指導，但內容較少，隨著鋼結構和防腐涂裝工業的發展，這三份標準還應該進一步充實鋼結構防腐涂裝設計方面的內容。
    　　國際上，目前最普遍的涂裝設計思路主要是引用 ISO12944《鋼結構防護涂料系統的防腐蝕保護》[4]。該標準自1998年推出之后，受到全世界鋼結構防腐界的好評，并被廣泛的應用。它是將從事防腐涂裝工程的業主、設計人員、咨詢顧問、涂裝承包商、涂料生產企業等各方面所關注的問題和關鍵技術匯編而成的標準，提供了重要的參考。這套標準同時獲得了歐洲委員會的批準認可，所以它實際取代了一些國家的標準，如英國的BS5493，德國的DIN55928等。本文提供的涂裝體系的設計也主要是采用該標準的思路。
    3.大型建筑鋼結構的防腐涂裝壽命及年均使用成本分析
    　　目前國內鋼結構行業普遍存在只關心工程建成造價，不重視鋼結構的使用壽命和防腐失效后的維護，這將縮短工程的使用壽命，同時造成今后的維護困難和后續成本的大大增加，不符合國家可持續性發展的策略。
    　　在工程設計中，為了在眾多滿足安全性和耐久性的方案中找出經濟性最優的方案，需要應用“全壽命經濟分析法（LCCA）”（Life Cycle Cost Analysis）， 或譯為“壽命周期成本分析法”。其基本思想是：在設計施工階段，是選擇“事先防護”，還是選擇 “壞了再修”，都需作出經濟預算和比較。承建者要對工程的“全壽命”負責到底，以避免“短期行為”給后人帶來的麻煩和巨大的經濟損失。
    　　3.1 鋼結構涂裝防護設計壽命
    　　設計壽命是指涂料系統在第一次大修前的使用壽命，第一次大修前指涂層修飾面積達到ISO4628-3標準的Re3級，銹蝕面積為1%（等同于ASTM D610的6級），而且此時維修效果最好、同時最為經濟[5]。
    　　高層鋼結構建筑大樓，通常是城市標志性建筑，但考慮到鋼結構大多隱匿于墻體中，其防腐涂裝維修十分困難、維修難度大、成本又高。所以通常選擇長效保護，盡量將第一次大修期延長。對于高層鋼結構大樓，設計使用壽命接近或為50年的，建議鋼結構防腐涂裝壽命設計不低于25年，超過50年的，設計壽命不低于30年。
    　　對機場、體育館、會展中心等大型鋼結構建筑，鋼結構防腐失效后，因涉及到高空作業、停止營運等情況，維護同樣困難和成本高。如工程設計使用壽命接近或為50年，建議鋼結構防腐設計壽命為不低于15年，如考慮年均使用成本，為25年。
    　　3.2 鋼結構涂裝防腐年均使用成本
    　　鑒于國際上目前廣泛采用的是涂裝年均成本，而非一次性投資成本，以下為涂裝年均使用成本核算公式，供參考：

    式中：A：始涂裝費用 B、第一次大修費用，
    　　　C：維修導致的停業損失 D、使用壽命年限
    　　顯然，使用壽命愈長，則涂裝年均使用成本愈小。考慮到涂裝維修常常會遇到施工困難的情況，難以達到好的的涂裝效果，建議第一次的涂裝盡量選擇優質重防腐涂料配套體系，以期更長效的設計壽命。
    4.大型鋼結構建筑的長效保護防腐涂裝體系
    　　根據大型建筑鋼結構的合理防護壽命要求以及涂裝年均使用成本，同時參考ISO12944制定涂裝體系的思路，本文制定了長效保護涂裝體系見表4.2，表4.3，表中按不同腐蝕環境和防腐設計年限提供了對應的涂裝體系。
    ISO12944制定涂裝體系的主要思路





    5.防腐涂裝設計工程案例

    　　北京機場3號航站樓（建設時間：2004.03-2008.02），08年北京奧運配套工程，建筑面積98.6萬平方米，是目前世界上最大的單體航站樓。其中屋面為曲面鋼網架結構，用鋼量約2.1萬噸，面積約33萬平方米。其防腐設計方案如下：
    　　1）鋼結構防腐涂裝設計年限：25年；
    　　2）腐蝕環境等級：C3
    　　3）富鋅底漆的干膜鋅粉含量超過80%

    　　備注：該工程最終采用了海虹老人牌的產品：環氧聚硅氧烷面漆55000，環氧厚漿漆45880，環氧富鋅漆17360。
    6.防腐涂裝施工的質量控制
    　　涂料界有句俗話說：“三分料、七分工”，這句話說明了施工質量對涂裝體系完工后質量效果的重要性。對長效保護的鋼結構防腐涂裝工程，除了要采用性能優異的涂料品種，同時應該嚴格控制涂裝施工質量。如果施工質量不好，則會導致花了高成本確得不到預期的效果，造成不必要的損失和浪費。因此在設計環節中，應盡量將施工質量控制的要素及方式體現出來，如明確規定可施工的環境條件，膜厚的檢測標準，表面處理的要求等，避免施工環節的質量疏漏。以下為一個典型的鋼結構涂裝工程質量管理體系統圖[6]，供參考。

    7.涂裝的整體解決方案和設計的關鍵要素
    　　綜合考慮業主、設計院、鋼結構公司、涂裝施工方、涂料生產商、及環境和社會發展的需求，大型建筑鋼結構工程的防腐涂裝就是一個整體解決方案。如果要保證防腐涂裝到預期的效果，即達到防腐設計年限、年均使用成本合理、施工方便易控制、應用產品符合環保和可持續發展的國家政策、外觀效果好等目標。在設計鋼結構防腐涂裝時，至少應把握以下一些關鍵要素。
    　　1） 明確鋼結構的防腐涂裝設計使用壽命年限
    　　2） 辨別工程所處的腐蝕環境
    　　3） 制定合理涂層系統（底中面漆種類即相應干膜厚度）
    　　4） 設計關鍵涂裝參數(表面處理要求、涂裝方式、富鋅漆鋅粉含量)
    　　5） 涂裝施工過程質量控制（干膜厚度、表面清潔度、氣候條件等檢測）
    由于只有施工質量得到保證，整個涂裝體系才能達到設計的效果，設計中應明確一些關鍵的施工條件，不同的施工方式其效果、成本差別較大。
    　　6） 環保要求（如VOC含量、是否含有重金屬等）
    建議在防腐涂裝設計中，選擇一些高固含（低VOC）、不含重金屬（如鉛、鉻）、對施工人員危害小的涂料。
    　　7） 面漆的耐侯性
    對于大型建筑如機場、體育場、展館等的鋼結構的涂裝，因為通常是標志性項目，其外觀也很重要，一旦失光、變色，雖然整個涂裝系統沒有腐蝕破壞、考慮到外觀效果，業主也會考慮翻新?，F在應用最為廣泛的長效防腐面漆為聚氨酯面漆，但通常聚氨酯面漆的維護期為5-10年，如果使用氟碳面漆和聚硅氧烷面漆則維護期可以延長到15年，對外觀要求高的工程可以考慮這兩種面漆。
    　　8） 主要引用相關防腐涂裝的標準。
    應用廣泛和權威的標準是涂裝設計方案的是否合理的參考和保障。
    8.結論
    　　1）大型鋼結構的防腐涂裝應考慮長效保護、需要應用“全壽命經濟分析法（LCCA），對始建成本和年均使用成本綜合分析，選擇優質重防腐涂料與涂裝工藝。
    　　2）防腐涂裝的涂層配套體系的設計可以重點參考ISO12944，同時在設計中明確一些施工條件，注重施工過程的質量控制。
    　　3）大型建筑鋼結構工程的防腐涂裝是一個整體解決方案，應設定一些關鍵設計要素，綜合考慮業主、設計院、鋼結構公司、涂裝施工方、涂料生產商、及環境和社會發展的需求。

    參考資料
    [1] 鋼結構設計規范GB50017-2003， 中華人民共和國建設部/國家質量監督檢驗檢疫總局聯合發布，中國計劃出版社， 2003
    [2] 鋼結構工程施工質量驗收規范GB50205-2001， 中華人民共和國建設部/國家質量監督檢驗檢疫總局聯合發布，中國計劃出版社， 2002
    [3] 工業建筑防腐蝕設計規GB50046-1995， 中華人民共和國化學工業部主編， 中國計劃出版社， 1996
    [4] ISO12944，Paints and Varnishes-Corrosion Protection of Steel Structures by Protective Paints Systems 1998
    [5] 劉新、時虎， 鋼結構防腐蝕和防火涂裝， 北京化學工業出版社工業裝備與信息工程出版中心， 2005
    [6] 吳賢官，建設工程涂裝質量管理， 化學工業出版社， 2004
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