I. Фон антикоррозийной защиты строительных стальных конструкций

Муниципальные общественные объекты, такие как крупные выставочные центры, спортивные сооружения, терминалы аэропортов, телевизионные башни и мосты, используют большое количество стали в качестве основного конструктивного материала. Сталь является важным конструкционным материалом в современных зданиях. Она обладает высокой прочностью, стабильными характеристиками, хорошей гибкостью, удобством в обработке, подходит для массового производства, легко контролируется по качеству и быстро устанавливается. Поэтому она особенно подходит для строительства зданий с большими пролетами, сверхвысоких и тяжелых конструкций.

В типичных городских условиях такие факторы, как выбросы выхлопных газов автомобилей, серосодержащие газы от электростанций и котельных, промышленное загрязнение в промышленных городах, соляной туман в прибрежных городах, а также влажное тепло в южных городах, неизбежно приводят к коррозии стальных конструкций. Использование антикоррозийных покрытий для защиты стальных конструкций в муниципальных общественных объектах является экономически целесообразным методом, и подходящая система покрытия может обеспечивать долговечность более 25 лет.

Кроме защиты от коррозии, необходимо также учитывать еще одно важное покрытие - противопожарную защиту, поскольку огнестойкость строительных стальных конструкций относительно низка. Это проявляется в двух аспектах: во-первых, высокая теплопроводность стали приводит к быстрому повышению температуры в случае пожара; во-вторых, прочность стали быстро снижается с увеличением температуры, что приводит к обрушению стальной конструкции под внешней нагрузкой. Основная цель противопожарной защиты строительных стальных конструкций - обеспечить достаточное время для эвакуации в случае пожара. Поэтому для предотвращения и уменьшения пожароопасности стальных конструкций необходимо разрабатывать научно обоснованные противопожарные проектные решения и применять надежные, экономичные меры противопожарной защиты.

Применение антикоррозийных и противопожарных покрытий для стальных конструкций муниципальных общественных объектов должно учитывать не только долговечность и эстетическую привлекательность, но и охрану окружающей среды. Антикоррозийные и противопожарные покрытия для строительных стальных конструкций должны представлять собой оптимальное сочетание характеристик, эстетики и экологических стандартов.

II. Коррозионные агенты строительных стальных конструкций

Коррозионные агенты, с которыми сталкиваются строительные стальные конструкции, включают:

1. Влага в атмосфере

В городских условиях влажность воздуха обычно высока, особенно в городах, расположенных рядом с реками, озерами или морем. Влага в воздухе образует водную пленку на поверхности стальных конструкций, что ускоряет процесс коррозии.

2. Кислород в атмосфере

Кислород является ключевым фактором окислительных реакций стали. Он соединяется с влагой на поверхности стали, образуя коррозионные электролиты.

3. Загрязнение воздуха

В городах выбросы промышленности, выхлопные газы автомобилей и другие загрязняющие вещества содержат углекислый газ (SO2), оксиды азота (NOx) и другие кислые газы, которые растворяются и усиливают коррозию стальных конструкций.

4. Пыль и частицы

Пыль и частицы в городах могут оседать на поверхности стальных конструкций. Эти вещества могут содержать коррозионно-активные компоненты, ускоряя процесс коррозии.

5. Соль

Стальные конструкции прибрежных городов также подвержены воздействию солевого тумана. Соль в морской воде (основным образом хлорид натрия NaCl) обладает высокой коррозионной активностью, что ускоряет скорость коррозии металла.

6. Микроорганизмы

Влажные условия способствуют участию микроорганизмов, таких как бактерии и грибы, в процессе коррозии, особенно в теплых и влажных климатических условиях.

7. Химические вещества

Некоторые химические вещества в городах, такие как моющие средства и антифризы, могут контактировать с стальными конструкциями. Компоненты этих веществ могут способствовать коррозии.

8. Температурные колебания

Температурные колебания в городах также оказывают влияние на стальные конструкции, особенно при значительных перепадах температур в течение суток. Эти изменения температуры вызывают конденсацию влаги на поверхности стальных конструкций, что способствует коррозии.

9. Промышленные выбросы

Стальные конструкции в промышленных районах также подвержены воздействию специфических промышленных выбросов, таких как кислые газы и тяжелые металлы.

Для борьбы с воздействием этих коррозионных агентов строительные стальные конструкции в городах обычно требуют эффективных мер защиты от коррозии, таких как нанесение высококачественных покрытий, использование катодной защиты и применение коррозионностойких сплавов, чтобы обеспечить долговечность и безопасность конструкций.

I. Цитируемые стандарты

Соответствующие национальные стандарты, обязательные положения стандартов и т.д.;

"Нормы строительства и приемки антикоррозийных защитных покрытий" (GB50212-2002)

"Стандарт уровней коррозии и удаления ржавчины с поверхности стали перед окраской" (GB8923-1988)

"Правила безопасности для операций по нанесению покрытия и правила управления безопасностью" (GB6514-1995)

"Качество требований для антикоррозийных покрытий" (GB6514-1991)

"Правила безопасности для операций по нанесению покрытия, безопасность покрасочного процесса и вентиляция и очистка" (DJ/T6931-1999)

"Строительные нормы и правила для промышленного оборудования и трубопроводов по защите от коррозии" (HGJ229-91)

"Правила безопасности для операций по нанесению покрытия, безопасность процессов обработки поверхности" (GB7692-87)

"Нормы шума на строительных площадках" (GB12523-90)

Документы системы менеджмента качества ISO9001

Документы системы экологического менеджмента ISO14001

Документы системы менеджмента охраны труда и безопасности GB/T28001

I. Основы проектирования

Спецификации покрытия для защиты от коррозии стальных конструкций в первую очередь основаны на стандарте ISO 12944. ISO 12944 является в настоящее время общепризнанным международным стандартом, составленным Международной организацией по стандартизации для владельцев, проектировщиков, консультантов, подрядчиков по нанесению покрытия и производителей покрытий, занимающихся защитой от коррозии. Этот стандарт является важным ориентиром для этих людей, организаций и учреждений.

ISO 12944 всесторонне освещает все требования к защитным покрытиям для стальных конструкций, включая срок службы, коррозионную среду, проектирование конструкции, подготовку поверхности, системы покрытия, характеристики покрытия, строительный контроль, а также разработку решений для нового строительства и ремонта. При проектировании системы покрытия для защиты стальных конструкций ISO 12944 указывает основные моменты, которые необходимо учитывать.

Анализ коррозионной среды стальной конструкции для определения уровня коррозии (ISO 12944-2);

Определение желаемого срока защиты стальной конструкции (ISO 12944-5);

Определение эксплуатационных условий стальной конструкции, таких как температура, влажность, среда, внутренняя и внешняя среда;

Ознакомление с национальными стандартами для покрытия стальных конструкций;

Выбор наиболее экономически эффективных типов покрытий и толщины пленки, а также определение соответствующей системы покрытия.

1. О коррозионных средах

Коррозионная среда, определенная в ISO 12944-2, служит руководством для разработки защитных покрытий. Большинство стальных конструкций в общественных зданиях, таких как стадионы и выставочные центры, обычно расположены в средах, варьирующихся от C2 до C4. Стальные конструкции в металлургической и нефтехимической промышленности, а также в морском строительстве, обычно находятся в высококоррозионных средах класса C5. Коррозионные среды и условия, указанные в ISO 12944-2 (см. таблицу 3-3-93), не охватывают все ситуации. Поэтому проектировщики должны на основе собственного опыта разрабатывать покрытия с учетом этих факторов.

Условия окружающей среды: Уровень коррозионной активности атмосферной среды, длительное воздействие на стальные конструкции зданий, можно определить с помощью таблицы 1.

2. Долговечность покрытий защиты от коррозии

ISO 12944-1 (2017) делит срок службы систем покрытия защиты от коррозии на четыре уровня. Срок службы защиты стальной конструкции означает срок службы системы покрытия до первого капитального ремонта, который наступает, когда система покрытия достигает уровня коррозии Ri3, как определено в IS04628.3 (с площадью ржавчины 1%, эквивалентно уровню 6 в ASTM D610), и на этом этапе ремонт будет наиболее эффективным и экономичным.

3. Система покрытия и толщина пленки

ISO 12944-5 определяет использование существующих покрытий и систем покрытия. В приложении C таблицы C.1-C.6 приводят примеры систем покрытия для углеродистой стали, включая грунтовки, промежуточные покрытия и верхние покрытия, основанные на различных связующих веществах, ингибирующих ржавчину пигментах и толщине сухой пленки.

I. Применение графеновых антикоррозионных покрытий для строительных стальных конструкций

Применение графеновых покрытий в строительных стальных конструкциях демонстрирует их уникальные преимущества: уникальная двухмерная структура графена придает покрытию отличные защитные свойства, эффективно предотвращая проникновение влаги, кислорода и коррозийных веществ на поверхность стали, значительно улучшая антикоррозионную устойчивость. В то же время добавление графена значительно улучшает механические свойства покрытия, увеличивая его ударопрочность и износостойкость, что делает покрытие более долговечным. Графеновые покрытия легко наносить, они быстро образуют равномерный слой, подходящий для различных сложных стальных конструкций, упрощая строительный процесс. Кроме того, графеновые покрытия не содержат летучих органических соединений (ЛОС), что снижает их воздействие на окружающую среду и соответствует требованиям зеленого строительства. Благодаря стабильности и устойчивости к погодным условиям графеновые покрытия обеспечивают долговечную защиту, снижая частоту и стоимость обслуживания. В заключение, графеновые покрытия предоставляют эффективное, долговечное и экологически безопасное антикоррозионное решение для стальных конструкций, значительно повышая долговечность и безопасность зданий.

Таблица I: Схема антикоррозийной защиты для стальных конструкций, железных дорог и аэропортов

I. Применение холодного распыления цинка для антикоррозийного покрытия стальных конструкций в архитектуре

Технология холодного распыления цинка предоставляет множество преимуществ для стальных конструкций: она не только обеспечивает отличную антикоррозийную защиту, эффективно предотвращая коррозию стальных конструкций от воздействия атмосферы, воды или химических веществ, но и имеет удобное и эффективное применение, позволяя наносить покрытие на месте без нагрева металлической основы. Это подходит для уже установленных стальных конструкций, сокращая затраты на разборку и транспортировку. Покрытие получается равномерным и тонким, что обеспечивает хорошее покрытие даже в сложных формах и узких зазорах, гарантируя антикоррозийный эффект. Покрытие из холодного распыленного цинка обладает высокой адгезией к металлической основе, что делает его устойчивым к отслаиванию и стабильным в различных условиях окружающей среды. Покрытие высыхает почти мгновенно, что позволяет быстро использовать его или проводить последующую обработку, улучшая эффективность строительства. Если покрытие местами повреждено, его можно восстановить с помощью локальной подкраски, что снижает затраты на обслуживание. Процесс нанесения не выделяет вредных газов, имеет минимальное воздействие на окружающую среду и соответствует требованиям экологически чистого строительства. В целом, технология холодного распыления цинка предоставляет эффективное, удобное и экологически безопасное решение для антикоррозийной защиты стальных конструкций.

Таблица 2: Антикоррозийное покрытие для стальных конструкций на высокоскоростных железных дорогах и в аэропортах

I. Стальные конструкции зданий

Стальные конструкции зданий имеют: короткий срок строительства, хорошую сейсмостойкость, высокий уровень безопасности, большую гибкость в проектировании, адаптивность к различным климатическим условиям и атмосферным воздействиям. Кроме того, стальные конструкции имеют минимальное загрязнение при строительстве, низкий уровень шума и отсутствие пыльного загрязнения, что делает их экологически чистыми зданиями. В конце 1990-х годов в Китае были внедрены передовые проектные теории и технологии в области обработки, производства и монтажа, что способствовало стремительному развитию стальных конструкций, особенно в последние годы. Высотные здания, промышленные предприятия, мосты, эстакады, спортивные и культурные сооружения и другие крупные объекты все чаще используют стальные конструкции. Однако широкое применение стальных конструкций выявило несколько проблем, из которых наиболее серьезной является коррозия стальных конструкций.

Таблица 3: Схема антикоррозийной обработки для колонн, балок, ферм и рамных конструкций

I. Ремонт стальных конструкций с использованием графеновых покрытий

Применение графеновых покрытий с низкой подготовкой поверхности в ремонте стальных конструкций демонстрирует свои уникальные преимущества: двумерная структура графена придает покрытию отличные барьерные свойства, эффективно предотвращая проникновение влаги, кислорода и агрессивных веществ на поверхность стали, значительно улучшая коррозионную стойкость. Кроме того, графеновые покрытия могут формировать прочный слой на поверхностях, которые не были тщательно очищены или отшлифованы, значительно упрощая подготовительные работы перед ремонтом. Добавление графена значительно улучшает механические свойства покрытия, повышая его ударную прочность и износостойкость, делая покрытие более долговечным. Графеновые покрытия легко наносятся, быстро формируя равномерный слой, и подходят для различных сложных поверхностей стальных конструкций, упрощая процесс строительства. Более того, графеновые покрытия не содержат летучих органических соединений (ЛОС), что снижает их воздействие на окружающую среду и соответствует требованиям зеленого строительства. Благодаря стабильности и стойкости к погодным условиям, графеновые покрытия обеспечивают более длительную защиту, снижая частоту и стоимость обслуживания. В целом, графеновые покрытия с низкой подготовкой поверхности предлагают эффективное, долговечное и экологичное решение для защиты от коррозии при ремонте стальных конструкций, значительно повышая долговечность и безопасность зданий, одновременно значительно упрощая подготовительные работы в процессе ремонта.

Таблица 1: Ремонт стальных конструкций, высокоскоростных железных дорог и аэропортов с использованием графеновых покрытий DreamEnergy

Особенности обслуживания стальных конструкций следующие:

I. Покрытие наносится на месте работы, условия труда плохие, работы на высоте, большие объемы работ внутри коробчатых балок, высокая интенсивность труда и плохая безопасность.

II. На месте строительства обычно невозможно выполнить обработку поверхности с помощью абразивной очистки, что приводит к неполной очистке от ржавчины, иногда проводится повторное покрытие старым слоем.

III. Из-за ограничений условий работы на месте и оборудования обычно невозможно провести распыление, часто используются методы нанесения кистью и валиком.

IV. Обработка поверхности — это все подготовительные работы, проводимые на поверхности до нанесения покрытия для получения качественного покрытия. Качество обработки поверхности перед покрытием имеет большое влияние на качество покрытия. Независимо от типа покрытия, его свойства напрямую связаны с правильностью и тщательностью обработки поверхности. Если обработка поверхности выполнена неправильно, даже самое качественное покрытие потеряет свою эффективность.

Таблица II: Решение по антикоррозионному покрытию для стальных конструкций зданий, высокоскоростных железных дорог и аэропортов с использованием антикоррозионных покрытий DreamEnergy

I. Требования к огнезащите

В настоящее время стальные конструкции играют уникальную и все более важную роль в строительных проектах. Благодаря множеству своих характеристик, стальные конструкции нашли широкое применение, особенно в высотных и сверхвысоких зданиях. Использование стальных конструкций для несущих элементов возрастает. Критическая температура, при которой обычные стальные конструкции теряют свою статическую устойчивость при полной нагрузке, составляет около 540°C. Обычно их прочность начинает быстро снижаться при температуре от 300°C до 400°C, и при 550°C прочность снижается до 50%-60%. Изменение прочности стальных конструкций в огне показано ниже:

Стальные конструкции быстро выходят из строя и обрушиваются при воздействии высоких температур в случае пожара. Поэтому необходимо принять эффективные меры для защиты, чтобы продлить время, необходимое для достижения критической температуры. Значение огнезащиты стальных конструкций заключается в следующем:

(1) Снижение разрушений стальных конструкций при пожаре

Предотвращение частичного обрушения стальных конструкций в случае пожара, что может затруднить пожаротушение и эвакуацию. Цель защиты стальных конструкций от огня — максимально продлить время достижения стальной конструкцией критической температуры, чтобы дать больше времени для пожаротушения и эвакуации.

(2) Предотвращение полного обрушения стальных конструкций в случае пожара и снижение количества жертв

(3) Снижение затрат на восстановление стальных конструкций после пожара

Сокращение времени восстановления функциональности конструкции после катастрофы и уменьшение косвенных экономических потерь. В настоящее время существует множество методов огнезащиты стальных конструкций. К ним относятся пассивные методы защиты от огня, такие как огнезащитные покрытия для стальных конструкций, огнезащитные панели, бетонная огнезащита, внутреннее водяное охлаждение конструкций, гибкие мембраны защиты от огня и другие. Эти методы обеспечивают достаточно времени для огнеупорности, и использование огнезащитных покрытий для защиты стальных конструкций является самым распространенным методом.

Огнезащитные покрытия для стальных конструкций наносятся на поверхности зданий и сооружений, образуя огнеупорный теплоизоляционный слой, который повышает огнеупорность стальных конструкций. Огнеупорный предел — это время, в течение которого строительный элемент может выдерживать воздействие огня в соответствии с временно-температурной стандартной кривой, начиная с момента воздействия огня до потери несущей способности, целостности или утраты огнеупорных свойств. Это выражается в часах.

Огнезащитные покрытия сами по себе являются негорючими или трудно воспламеняющимися. Они могут предотвратить возгорание или задержать распространение огня, давая достаточно времени для эвакуации и тушения пожара, что способствует обеспечению безопасности людей и имущества.

II. Классификация, виды и стандарты огнезащитных покрытий

GB14907-2018 "Огнезащитные покрытия для стальных конструкций" классифицирует огнезащитные покрытия для стальных конструкций.

(1) Огнеупорный предел

Огнезащитные покрытия для стальных конструкций имеют огнеупорные пределы: 0,50 ч, 1,00 ч, 1,50 ч, 2,00 ч, 2,50 ч и 3,00 ч.

(2) Модели

Код продукта для огнезащитных покрытий для стальных конструкций обозначается буквами GT. Характеристики огнезащитных покрытий включают: код местоположения (N для внутренних, W для наружных), код среды дисперсии (S для водной основы, R для органического растворителя) и код механизма защиты от огня (P для расширяющихся, F для не расширяющихся). Главный параметр обозначается кодом огнеупорного предела.

Модель огнезащитных покрытий для стальных конструкций формируется следующим образом:

Пример 1: GT-NSP-Fp2.00-A, означает: Водная основа, расширяющийся тип, обычное огнезащитное покрытие для стальных конструкций для внутренних помещений, огнеупорный предел Fp2.00, огнеупорный предел 2 часа, A — код, определенный предприятием.

Пример 2: GT-WRF-Ft1.50-B, означает: Растворитель, не расширяющийся тип, специальное огнезащитное покрытие для стальных конструкций для наружных помещений, огнеупорный предел Ft1.50, огнеупорный предел 1,5 часа, B — код, определенный предприятием.

(3) Стандарты огнезащитных покрытий для стальных конструкций

Национальные стандарты GBJ16-1987 "Нормы проектирования огнезащиты зданий" и GB5003.5 "Нормы проектирования для высотных гражданских зданий" содержат четкие требования относительно огнеупорного класса зданий, их горючести и соответствующих огнеупорных пределов.

III. Выбор огнезащитных покрытий

Качество огнезащитных покрытий напрямую влияет на эффективность защиты стальных конструкций от огня, поэтому выбор покрытия очень важен. Выбор огнезащитного покрытия должен удовлетворять следующим требованиям: отличные теплоизоляционные характеристики, огнеупорные пределы, соответствующие требованиям; высокая прочность сцепления между огнезащитным и антикоррозийным покрытиями; хорошие характеристики стойкости к погодным условиям, водо- и морозостойкость, отсутствие вздутия и отслоения, долговечность; покрытия не должны быть токсичными и вредными для человека, не выделять вредных газов во время пожара; простота нанесения и разумная цена.

При выборе огнезащитных покрытий следует выбирать одно или несколько покрытий, которые максимально соответствуют вышеуказанным требованиям, исходя из целей огнезащиты и условий монтажа.