钢结构防腐蚀与防火讲解，关乎结构安全与使用寿命

第十章 钢结构的防腐蚀和防火

（讲课版·零基础易懂）

咱们此刻来讲授第十章，钢结构的防腐蚀以及防火，此章节乃是整本教材当中最贴近工程实际的章节，且是和结构安全与使用寿命直接产生关联挂钩的一章。先前我们所学的皆是关于钢结构“能否承受住力”，而这一章所学习的是钢结构“是否耐用、是否惧怕火”，一个管的是长期不会生锈、不会烂掉，另一个管的是在火灾当中不会坍塌、不会垮掉，这些均是钢结构设计、施工、使用里绝对不可或缺的内容。

10.1 钢结构的腐蚀

起初，我们来讲第一部分内容，即钢结构的腐蚀情况。在此之前，要先弄明白钢结构为何会出现生锈以及损坏腐化这般状况。

对于钢结构的腐蚀，我们以大白话来讲明白，那就是，钢材在外界介质，诸如空气、水、酸碱盐的作用之下，会逐渐地遭遇氧化，然后出现生锈的情况，进而慢慢烂掉，最终导致截面变薄，强度变低了，甚至整个构件坏掉，这种变化呈现为一个过程。

说起腐蚀的根本性质来，钢结构当中最为常用的并非单纯的那种化学腐蚀，而是电化学腐蚀这种状况呢，不用去记忆繁杂的原理内容，只需记好这么一句话，钢材的表面一旦接触到了水再加上氧气，于是就会形成微小的那种“小电池”，铁元素会渐渐被消耗掉，进而变成铁锈，这样的一个过程一旦开启，便会持续朝着内部腐蚀，越腐蚀越深。

然后说腐蚀的常见环境和类型：

- 普通大气腐蚀：就是平时风吹雨淋，慢慢生锈，速度慢；

化工厂旁边，存在酸碱气体以及粉尘，其所处工业环境会导致腐蚀，另外，冶炼厂周边同样如此，在这般条件下，腐蚀速度相当快。

氯离子存在于海边，存在于跨海大桥，存在于码头，这些地方产生海洋环境腐蚀，腐蚀性表现为最强，钢材在其中烂得速度最快。

- 局部腐蚀：比如节点死角、缝隙里积水，烂得比表面更厉害。

最后说腐蚀的危害，这是设计必须重视的原因：

其次，腐蚀会致使缺口出现，形成坑洼状况，进而是应力集中现象产生，如此一来极易引发第八章所讲述的脆性断裂以及疲劳破坏情况。

第三，把钢结构原本可以被使用几十年的使用年限大幅缩短，要是腐蚀严重的话，也许十几年就会报废。

第四，后期维修、除锈、翻新，成本特别高。

牢记这一节内容：钢材出现生锈继而烂掉的情况便是腐蚀，其发生依赖于水以及氧气，所处环境越是恶劣，烂掉的速度就越快，这种情况会致使结构强度变弱，导致其使用寿命缩短。

10.2 钢结构的防腐蚀方法

第二节陈述如何去防止钢结构出现腐蚀的情况，这属于工程方面必定要开展的防护举措，总共涵盖四大类别的方法。

第一类：构造防腐

这是在设计方面就进行了避免腐蚀的考量，无需额外增添材料，是最为节省费用的方式。其核心要点在于不让钢材表面有积水情况出现，不许有积灰现象存在，不能留有死角。举例来说，构件相互之间要留设通风间隙，屋面以及天窗要做出排水坡度，节点所处位置不能制造密闭缝隙，要使得空气能够实现流通，水能够顺利流走，从根本源头着手切断腐蚀所需要的条件。

第二类：材质防腐

要是挑选那种本身具备耐腐蚀特性的钢材，其中最为常用的乃是耐候钢，这种钢材于冶炼期间添加了特殊合金，在使用较长时间之后其表面会自行产生一层致密的锈层保护膜，此保护膜能够阻挡外界的水以及氧气，即便是不涂刷涂料也具备抗腐蚀能力，适宜应用于户外、普通大气环境下的钢结构。

第三类：覆盖层防腐

这般做法乃是工程范畴里应用频次最高、最为广泛通行的方式，具体而言即为替钢材披上一层“防护衣”，借此将钢材与外界予以分隔开来。

有金属覆盖层，像热镀锌这种，它是要给钢材镀上一层锌，这层锌会先于钢材发生腐蚀，进而起到保护钢材内部的作用。

覆盖层为非金属：也就是去涂刷防腐涂料，其施工具备便利性，价格较为便宜，适用于所有的钢结构。

第四类：电化学保护

它主要应用于海洋、地下这类存在重腐蚀情况的环境之中，像是牺牲阳极法这种方式，它通过使用更为活泼的金属去替代钢材遭受腐蚀，以此来对钢结构起到保护作用，而在一般普通的厂房、建筑当中使用得较少。

这一部分进行总结，防腐的最关键之处在于将钢材与腐蚀介质的接触隔离开来，其包含构造方面的防护、材质方面的防护、覆盖层方面的防护以及电化学方面的防护，把这四种方法搭配起来使用，所产生的效果是最为理想的。

10.3 钢结构重防腐蚀涂料

第三节讲那种重防腐蚀涂料，它是专门用来给处于恶劣腐蚀环境里的钢结构使用的，跟普通防腐涂料存在差异。

首先要分清，普通防腐涂料，它是只能被应用在室内、干燥大气环境之中的，其防护时间为几年到十几年；而重防腐蚀涂料，它会被用在化工厂、海边、跨海大桥、污水处理厂这类腐蚀极其严重的地方，它能够防护几十年，具备耐酸碱、耐盐雾、耐老化的特性，是防腐领域里的“重型装备”。

重防腐涂料不是刷一层就行，是三层配套体系，缺一不可：

作为底漆用的，是直接刷涂于钢材之上的，其中最为常用的是环氧富锌底漆，它含有锌粉成分，其作用在于给钢材进行底层方面的保护，并且它的粘贴效果特别牢固。

中间漆，通常来说是环氧云铁漆，其起到的作用是加厚涂层，并且堵住孔隙，进而将底漆与面漆粘连在一起。

最外面的那一层是面漆，它使用的是氟碳漆以及聚氨酯漆，其作用是阻挡紫外线，还要阻挡风雨，同时阻挡化学介质，最终目的是防止涂层出现老化并且脱落的情况。

尤为关键的一点是，重防腐涂料施工有着特别高的要求，钢材表面务必要彻底除锈，将铁锈以及氧化皮全部去除掉，达成规范所要求的除锈等级，而后进行分层涂抹，涂层厚度要达标，如此才能够起到长效防腐的功效。

这下记住这一章节，重防腐涂料乃是针对恶劣环境专门使用的，它具有底漆、中间漆以及面漆这三层结构，除锈环节以及施工过程皆是其中的关键要素。

10.4 钢结构的火灾危险

第四节阐述钢结构的火灾方面的危险，首先要破除一个错误认知，钢材本身不会燃烧，然而钢结构却惧怕火灾！

钢材属于不燃材料，它不会如同木头、塑料那般烧起来，然而钢材的力学性能，一旦遭遇高温就会急剧下降，这是钢结构存在的最大火灾隐患。

我们讲清楚温度对钢材的影响，不用记精确数字，记规律就行：

- 常温下：钢材强度高、刚度大，完全满足设计要求；

- 温度升到250℃左右：钢材开始变弱，塑性下降；

- 温度到400℃：强度、刚度直接掉一半；

当温度达到600℃的时候，钢材的强度几乎丧失殆尽，其刚度也几乎完全消失不见，此时柱子一旦受到挤压作用就会发生弯曲现象，而梁一旦出现弯曲情况就会立刻坍塌，钢材彻底失掉了承载的能力。

还有两个关键点：

其一，钢材具备着导热极为迅速的特性，一旦有火进行燃烧，那热量会在刹那间扩散至整个结构范围之中，就连处于远离火源位置的构件也会迅速地升高温度。

其二，那些未做防火保护的钢构件，其耐火极限仅仅只有十五至三十分钟，在火灾发生之后，仅仅短短十几分钟的时间，钢结构便会出现整体坍塌的状况，根本就不存在足够的时间来疏散人员以及展开救援行动，其后果是特别严重的。

不论那厂房，还是楼房，亦或是桥梁，只要属于钢结构，其火灾危险程度都极大，而这便是一定要做防火处理的缘由所在了。

此部分归纳得出：钢材属于不可燃物质，然而却不具备耐火性能，它在高温环境下会快速丧失强度，其耐火时长极为短暂，在火灾发生时极易忽然间出现坍塌的状况。

10.5 钢结构的火灾防治

第五节阐述如何去防治钢结构火灾，此分为主动防火以及被动防火这两种情况，而被动防火在所列出的钢结构防火里占据着核心的地位。

第一类：主动防火

其目的在于预防火灾发生，尽早将火扑灭，以此来降低火灾对于钢结构所产生的影响。举例而言，要安装火灾报警器，配备自动喷淋设备，设置消防栓装置，进行防火分区设置，将火分隔开来，防止火势蔓延扩大，缩短火灾燃烧的时长。主动防火只是起到辅助作用，并非能直接对钢构件起到保护作用。

第二类：被动防火

而是径直为钢构件施行防护，阻拦热量，致使构件于火灾之中既不升温，又不变形，更不坍塌，此乃钢结构防火最为关键且最为必要的举措，常见的方法存有四种：

1. 刷防火的涂料，这是极为常用的，它被划分成超薄型、薄型以及厚型，其中对于柱子而言会使用厚型，而梁则使用薄型或者超薄型涂刷，这种涂料具有隔热的特性，能够推迟构件温度升高。

2. 构件采用防火板材包覆，具体是使用硅酸钙板，以及防火石膏板来进行包裹，如此一来隔热效果颇佳，且具备美观环保的特性。

3. 有一种包裹方式是混凝土或者砂浆包裹，它采用的是传统方法，这种方法有耐火性能良好的优点，然而其自身重量较大，它比较适合工业厂房中的柱子。

4. 针对空心构件而言，往其内部注水，此做法是用于特殊的大型钢结构，通过水来吸收热量从而降低温度，而在一般建筑中使用得较少。

被动防火的关键要点在于，对钢构件实施“隔热保护层”的制作操作，借此获取充足的耐火时长，进而向保证人员能够顺利疏散，以及确保建筑结构不会坍塌这一目标靠近。

关于这一节的总结是，防火依靠主动与被动两个方面，主动防火是进行灭火操作，被动防火则是依靠护构件，并且被动防火是其中的核心要点。

10.6 钢构件的耐火验算与防火保护设计

第六节讲防火的设计计算和具体做法，是本章的设计核心。

首要的是明晰耐火极限，它指的是构件处于火中时，能够维持承载能力，不会坍塌，也不会损坏的时长，像3小时、2小时、1小时等，不同的建筑以及不同的构件，规范所要求的耐火极限并不相同，这乃是设计的依据所在。

第一步：耐火验算

先要计算那些没有做保护措施的钢构件，其自身能够承受火灾多长时间，这也就是它的实际耐火极限。要是实际耐火极限比规范所要求的低，那就一定要做防火保护；要是达到了规范要求，那就能够不做。

核心关键在于验算，要查看构件于高温情形下的强度状况，还要看其变形情况，判断是否能够满足相应要求，在高温环境里钢材越显薄弱，那么所需要的保护也就越厚。

第二步：防火保护设计

就是根据耐火极限要求，选保护方式、定保护参数：

- 选防火涂料：要算涂料厚度，耐火时间越长，涂料刷得越厚；

确定防火板材的选择所需考虑的方面，明确板材的厚度，确定包覆方式，将构件完整地全部包裹住，保证不留下一条缝隙。

- 构造方面的要求是，节点之处、转角所在位置需要加强相关保护，绝不能够留下任何死角；防腐之涂料以及防火之涂料应当具备兼容性，绝对不可以产生反应。

设计一概得契合防火规范，确保构件的单个耐火极限均达标准则。

简要来讲：首先计算构件自身的耐火程度是否足够，若不够，那就选择保护方式，确定厚度，进行构造处理来满足耐火要求。

第十章 终极大白话总结

1. 第十章阐述钢结构的两项防护，一项防护是防腐，另一项防护是防火，防腐能够保障使用寿命，防火可以保障火灾安全。

2. 钢材因腐蚀而出现生锈烂掉的情况，依靠覆盖层、重防腐涂料进行防护，在恶劣环境下则需采用重防腐体系。

3. 钢材不燃但不耐火，高温快速失强，火灾中易坍塌，必须做防火；

4. 防火存在主动灭火、被动隔热这两种方式，被动防火属于核心部分，常用的有防火涂料、防火板材。

5. 防火设计之时，要先去验算耐火极限。倘若不够的话，那就得做保护。接着要确定厚度，挑选板材，做出构造，以此符合防火规范所要求的各项标准。

抵达此处，整本的那本《钢结构上册》，从第一章的概述开始，一直到第十章的防腐防火内容，统统都完整地讲述完毕了！

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