【钢结构·技术】钢结构防腐蚀设计过程梳理

    钢结构防火措施与构件的受力形式和应力比有关，且热膨胀效应参与设计值组合，所以钢结构防火设计很难与结构设计分开。尽管结构工程师的担子已经很重，但一般钢结构工程的防火设计由结构专业承担，这个传统恐怕很难改变。防腐蚀设计倒是与受力状态无关，只与环境条件、防腐蚀水准、防腐材料性能有关，完全可以与结构设计分开。但是，除大型工业项目或防腐蚀要求特殊的项目外，一般工程的防腐蚀设计工作量并不很大，甲方往往不愿另行委托设计，所以防腐蚀设计还是由结构工程师完成。

防腐蚀设计不当，不会在短期内影响结构安全，但经常在造价方面引起争议，或者影响工程验收，搞得设计很被动。所以本短文对钢结构防腐蚀设计过程进行一些梳理。

一、防腐蚀设计的主要规程、规范：

防腐蚀方面的规范众多且内容不尽相同，主要有以下9本。作为结构工程师，不可能投入太多的精力和时间熟读这些规范，故重点推荐下面涂荧光的这三本。

1.《钢结构防护涂料系统的防腐蚀保护》ISO12944:1998

2.《建筑用钢结构防腐涂料》JG/T224-2007

3.《建筑钢结构防腐蚀技术规程》JGJT251-2011

4.《钢结构防护涂装通用技术条件》GB/T28699-2012，简称《通用条件》

5.《钢结构防腐蚀涂装技术规程》CECS343：2013，简称《防腐规程》

6.《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》GB 50212-2014

7.《工业建筑涂装设计规范》GB/T51082-2015

8.《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-2018，简称《工业防腐规范》

9.《钢结构工程施工质量验收标准》GB50205-2020

二、防腐蚀设计的步骤：

1.确定环境腐蚀等级

    环境的腐蚀性是钢结构腐蚀的主因，所以首先要确定环境的腐蚀性分类，如下图。

    对于建筑工程来说，水中和土中的钢结构一般均有混凝土包裹（型钢混凝土），属于混凝土的防腐蚀，按《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046执行即可。工业废气的腐蚀性取决于有害气体的浓度，建议进行专项设计。所以本文仅对最常见的大气环境下建筑钢结构的防腐蚀进行总结。

    我国现行《大气环境腐蚀性分类》GB/T15957-1995，需首先确定大气中腐蚀性气体的类别和含量，使用上很不方便。《防腐规程》CECS343：2013和《通用条件》GB/T28699-2012都采用国际标准《钢结构防腐蚀保护》ISO12944:1998进行大气环境分类，简便易行。

    环境分类属于宏观判断，有不同意见很正常。建议多沟通，尤其要了解当地已建工程的习惯做法，并征求甲方意见，以免引起扯皮。ISO12944:1998的环境分类参考举例可见上图中棕色部分的描述。

    2.确定防腐蚀涂层的使用年限

防腐蚀涂层的使用年限也是宏观的定性指标。要综合考虑构件的重要性、长效和短效防腐蚀措施的综合经济性、维护的便捷性、大众的维护检修意识。从目前的实际情况来说，社会大众普遍认为建成以后就完事了，检修意识淡泊，使用过程中的检修维护是跟不上的。

在《防腐规程》CECS343:2013中规定，对长久性承重钢结构应采用较严格的除锈标准和长效防护方案。

在《通用条件》中也规定，对于大多数钢结构来说，我们要求的是高耐久性的使用寿命，涂装设计都是在15年以上的长效防腐蚀涂层系统。

在《工业建筑涂装设计规范》中给出了不同构件防腐蚀涂层的具体使用年限；可参考：

3.确定防腐蚀涂料品种和漆膜厚度

现用于钢结构的防腐蚀涂层可分为普通防腐蚀涂料类涂层和喷镀金属涂层上加防腐涂料的复合涂层。

      钢结构防腐蚀涂料品种和漆膜厚度是根据腐蚀环境分类和涂层使用寿命确定的。可按《防腐规程》》附录A“常用防腐涂层配套表”选用。查阅时宜从右向左查。该表较长，这里略去。同时，涂层总厚度应符合下表：

涂层的匹配应符合下表：

三、防腐蚀设计应提交的内容

根据《防腐规程》4.1.1条，除上面三项外，设计文件还应包括以下内容和技术要求：

   1.注明初始锈蚀等级的要求

钢结构表面初始锈蚀等级应从严要求。主要承重构件和薄壁构件（厚度不大于6mm）的初始锈蚀等级不应低于B级，其它构件不应低于C级。也就是说，在任何情况下，锈蚀等级为D级的钢材不得直接用于工程。初始锈蚀等级分级如下：

   2.注明除锈等级的要求

（1）除锈等级分类如下：

       （2）除锈等级是按防腐涂料的品种确定的，应从严要求。最低除锈等级应符合下表要求。

    （3）除锈等级的其他要求：

新建工程重要构件的除锈等级不应低于Sa2.5。承重结构一般不应采用手工除锈。若必需采用时，则应严格要求，除锈等级达到St3。

    3.注明防腐蚀涂层与防火土层的施工顺序

防腐蚀涂层与防火涂层的施工顺序，各种说法不尽相同，是一个很让人困惑的问题，现参照《工业建筑涂装设计规范》GB/T51082-2015：

1.   采用膨胀型防火涂层体系时，施工顺序为：

（1）   防腐蚀底涂层；

（2）   防腐蚀中间涂层；

（3）   防火涂层；

（4）   防腐蚀面涂层。

当膨胀型防火涂料在弱、微腐蚀环境下时，如防火涂层能够满足耐久性要求，可不设面涂层。

2.   采用非膨胀型防火涂层体系时，施工顺序为：

（1）   防腐蚀底涂层；

（2）   防腐蚀中间涂层；

（3）   防火涂层。

当非膨胀型防火涂料在强、中腐蚀环境下时，尚应设置防腐蚀面涂层。非膨胀型防火涂层一般应在构件表面设置拉结镀锌钢丝网。

   4.注明涂料性能要求：

    （1）防腐蚀涂装工程材料必须具有产品质量证明文件，其质量和材料性能不得低于现行国家标准《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》GB50212和其他相关标准的规定。镀锌钢板、彩涂钢板及耐候钢等钢材应提供质量合格证书。

    （2）涂料的质量、性能和检验要求，应符合现行行业标准《建筑用钢结构防腐涂料》JG/T224的规定。同一涂层体系中各层涂料的材料性能应能匹配互补，并相互兼容，结合良好。

    （3）热喷涂锌、铝或锌铝合金所用喷涂材料的质量要求应符合现行国家标准《热喷涂金属和其他无机覆盖层锌铝及其合金》GB/T9793的规定。

    （4）所用镀锌板、镀锌铝板彩色涂层钢板和耐候钢的质量和性能应符合下列要求：

     （a）镀锌板应采用符合现行国家标准《连续热镀锌钢板及钢带》GB/T2518规定的S250或S350结构级钢板；板面镀层量应符合设计要求。无要求时，在微腐蚀、弱腐蚀或中等腐蚀环境中，相应的双面镀锌量不应低于180g/m²、250 g/m²或280g/m²。

     （b）热镀铝锌合金基板应符合现行国家标准《连续热镀铝锌合金镀层钢板及钢带》GB/T14978规定的S250或S350结构级钢板；板面镀层量应符合设计要求。无要求时，在微腐蚀、弱腐蚀或中等腐蚀环境中，相应的双面镀层重量不应低于100g/m²、120 g/m²或150g/m²。

     （c）压型钢板用彩色涂层钢板的材质、性能与镀锌量等应符合现行国家标准《建筑用压型钢板》GB/T12755的规定。

     （c）耐候钢应采用符合现行国家标准《耐候结构钢》GB/T4171规定的焊接结构用耐候钢。

   5.注明防腐蚀涂层的施工要求:

   应符合现行国家标准《钢结构工程施工规范》GB50755、《钢结构施工质量验收规范》GB50205、《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》 GB50212、《钢结构防腐蚀涂装技术规程》 CECS343:2013、《建筑防腐蚀工程质量检验评定标准》GB50224的规定。

   6.注明施工安全和环境保护要求

（1）防腐蚀涂装施工前应制定严格的安全劳保操作规程和环境卫生措施，确保安全、文明施工。

（2）参加涂装作业的操作和锅里人员，应持证上岗。施工前必须进行安全技术培训。施工人员必须穿戴防护用品，并按规定佩戴防毒用品。

（3）安全和环境保护方面的其他要求详见《建筑钢结构防腐蚀技术规程》JGJ/T251-2011第6章和《钢结构防腐蚀涂装技术规程》CECS343:2013第6.5节。

  7.注明使用期内检查维护的要求：

钢结构应按设计规定的用途使用，并应定期检查结构状况和防腐蚀状况，及时进行维护和维修。使用单位应制定相应的维护管理规定，检查维护工作应由专人负责。具体要求参见《建筑钢结构防腐蚀技术规程》JGJ/T251-2011第7章和《钢结构防腐蚀涂装技术规程》CECS343:2013第8章。

四、需要注意的一个问题：

关于露天环境和中等腐蚀环境下的高强螺栓摩擦面的涂装要求：

在以往的钢结构设计总说明中，经常见到类似这样的要求：高强度螺栓的摩擦面不得涂装。

但在《防腐规程》4.3.8中要求：对于露天环境或中等腐蚀环境，摩擦面宜涂无机富锌底漆或锌加底漆，涂层厚度不应小于70um。

    相应地,在《钢结构高强度螺栓连接技术规程》JGJ82-2011表3.2.4-2中给出了抗滑移系数，见下图：