建筑結(jié)構(gòu)用無(wú)錫不銹鋼應(yīng)用技術(shù)
時(shí)間：2019-06-13
作者：無(wú)錫不銹鋼板
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1 建筑結(jié)構(gòu)中無(wú)錫不銹鋼的應(yīng)用情況
一般來(lái)說(shuō)，無(wú)錫不銹鋼的概念是，它是一種“不生銹的”、“高價(jià)的”金屬材料，在建筑物上它是在設(shè)計(jì)要求“金屬色調(diào)”時(shí)的一種觀賞性裝飾材料。但是，利用無(wú)錫不銹鋼的最大特性“不生銹”，將不銹鋼作為結(jié)構(gòu)用鋼用于供水設(shè)備、建筑結(jié)構(gòu)的情況還沒(méi)有被人們普遍認(rèn)識(shí)。另一方面，不銹鋼作為焊接結(jié)構(gòu)用高耐蝕鋼材，用于化工設(shè)備、輸送機(jī)械、能源機(jī)械等方面，雖然行業(yè)有限，但以其取得的應(yīng)用效果為基礎(chǔ)，不銹鋼的應(yīng)用正在下述各個(gè)領(lǐng)域得到推進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)構(gòu)筑物的高耐久化和減少維修負(fù)擔(dān)。
1）河流構(gòu)筑物
這些設(shè)備長(zhǎng)期處于與水接觸的腐蝕環(huán)境中，是很難進(jìn)行維修的復(fù)雜構(gòu)筑物，所以，從很早就已經(jīng)無(wú)錫不銹鋼化了（再涂裝困難的閘門(mén)本體和輸水管、難于用涂裝方法保持耐蝕性的閘門(mén)驅(qū)動(dòng)裝置和閥門(mén)等），并且使用標(biāo)準(zhǔn)也進(jìn)行了修訂。
2）水管和供水裝置
已經(jīng)將無(wú)錫不銹鋼用于便于維修管理、對(duì)水質(zhì)影響小的水管架等水管設(shè)施。最近正在將不銹鋼用于配水池，高架水罐、防災(zāi)用儲(chǔ)水罐等設(shè)施。
3）橋梁
雖然目前將無(wú)錫不銹鋼用于橋梁的情況較少，但歐洲是不銹鋼用于橋梁的中心。使用最多的是以觀賞性為目的的人行天橋等小規(guī)模橋梁，并且已有取得減少LCC效果的報(bào)告，現(xiàn)在已開(kāi)始用于大型橋梁，以提高橋梁壽命。目前正在建設(shè)中的香港昂船洲大橋是世界最大的鋼混凝土復(fù)合斜拉索橋。該橋的主塔上部外殼和下部鋼筋采用了大量的不銹鋼。
4）港灣鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物
無(wú)錫不銹鋼已用于棧橋等港灣鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物等海水嚴(yán)重腐蝕部位，以達(dá)到防腐蝕的效果。采用耐海水不銹鋼NSSC270的金屬襯板防腐蝕，在耐蝕性長(zhǎng)，減少維修量等方面都好于傳統(tǒng)的涂裝或電氣防腐技術(shù)，已經(jīng)用于重要的港灣構(gòu)筑物。
5）建筑物
在建筑業(yè)，利用無(wú)錫不銹鋼的裝飾性將其用于建筑物梁柱。根據(jù)這種需求，從上世紀(jì)80年代起，對(duì)采用不銹鋼的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂。2000年建筑結(jié)構(gòu)用不銹鋼納入日本標(biāo)準(zhǔn)化（JIS），并在建筑標(biāo)準(zhǔn)法修訂公告中公布，使不銹鋼可以用于一般建筑物。利用其裝飾性已經(jīng)用于天井、頂蓋、游泳池屋頂和外部臺(tái)階等。
這樣，不銹鋼漸漸地向以土木建筑物為主的構(gòu)筑物擴(kuò)大應(yīng)用，以提高構(gòu)筑物耐久性和減少維修量。采用不銹鋼與采用防腐處理的結(jié)構(gòu)鋼相比，雖然初期工程成本大，但與全部采用防腐技術(shù)相比，部分采用不銹鋼可以在使用的早期階段收到降低LCC的效果，這一點(diǎn)正在被市場(chǎng)方面所認(rèn)識(shí)。
2 采用無(wú)錫不銹鋼提高建筑結(jié)構(gòu)的耐久性
當(dāng)建筑物處于靠近海岸的多鹽分的環(huán)境中，無(wú)錫不銹鋼也容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕。在將不銹鋼作為具有金屬色調(diào)的裝飾材料使用時(shí)，或是采用不能考慮腐蝕余量的薄鋼板時(shí)（如上述的海洋構(gòu)筑物的金屬襯板防腐、金屬屋頂），應(yīng)選擇在該環(huán)境下不易生銹的鋼種，同時(shí)也要在設(shè)計(jì)、施工和維修方面給以防腐措施的配合。目前結(jié)構(gòu)用不銹鋼的使用狀況是，將不銹鋼作為“不生銹”或不發(fā)生“顯著銹蝕”的鋼種來(lái)選定、使用。
實(shí)際上，在提高構(gòu)筑物耐久性方面，采用不銹鋼的想法是，允許不銹鋼有一定程度的銹蝕，但可以抑制腐蝕量以保證結(jié)構(gòu)的性能。對(duì)于厚度較大的不銹鋼板材，不是將它作為不生銹的鋼，而是作為腐蝕速度小的高耐久性鋼材來(lái)使用。為進(jìn)行這樣的耐久性設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)了解在使用條件下的腐蝕過(guò)程，正確掌握腐蝕過(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)用材性能即強(qiáng)度的影響。
3 Cr系無(wú)錫不銹鋼在建筑上的應(yīng)用
奧氏體無(wú)錫不銹鋼不僅耐蝕性好，而且其熱軋厚板的韌性和焊接性良好，被作為焊接結(jié)構(gòu)鋼廣泛用于產(chǎn)業(yè)機(jī)械和設(shè)備。在建筑業(yè)，根據(jù)鋼的綜合特性、各種形狀的加工性和實(shí)際使用情況，不銹鋼的代表鋼種SUS304將會(huì)成為不銹鋼用于建筑物研究的目標(biāo)。除含有高濃度氯化物的苛刻環(huán)境之外，SUS304的正確使用，可以長(zhǎng)期抑制明顯銹蝕的發(fā)生，并且作為結(jié)構(gòu)用鋼也具有足夠的性能。但由于SUS304鋼中稀有金屬元素Ni含量較高，所以與一般結(jié)構(gòu)鋼和實(shí)施防腐措施的結(jié)構(gòu)鋼（如鍍層鋼材）有較大的價(jià)格差距，并且容易受原料成本變化的影響。雖然說(shuō)要重視LCC，但由于初期工程成本增加，在目前國(guó)內(nèi)嚴(yán)酷的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，普及推廣SUS304鋼是有一定障礙的。
Cr系不銹鋼的焊接區(qū)韌性和焊接施工性（防止低溫裂紋方法）問(wèn)題也得到很好的解決。由于Cr含量較少，在暴露于室外的海鹽粒子的環(huán)境中，點(diǎn)腐蝕的發(fā)生不可避免，但在通常的室外環(huán)境中，腐蝕速度很小，可以保證建筑物長(zhǎng)期的耐久性。沒(méi)有必要再進(jìn)行涂裝、鍍層等傳統(tǒng)的防腐處理和對(duì)加工部位、焊接部位補(bǔ)加防腐處理。
YUS?410W-MS鋼已經(jīng)通過(guò)了建筑法第37條規(guī)定的大臣認(rèn)證，可以用于一般建筑物，成為保證住宅質(zhì)量的相關(guān)法律規(guī)定的第3級(jí)（耐久性100年）高耐久性結(jié)構(gòu)用鋼。可以預(yù)期，該鋼種不僅可用于長(zhǎng)壽命住宅的主體結(jié)構(gòu)，而且可以作為新型的結(jié)構(gòu)用不銹鋼在建筑業(yè)推廣使用，以減少施工和維修時(shí)的防腐處理工作量。
4 采用Cr系不銹鋼鋼筋提高鋼筋混凝土構(gòu)筑物的耐久性
對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)筑物（RC構(gòu)筑物）耐久性的提高也提出了要求。在高堿性混凝土中，普通鋼筋處于鈍化狀態(tài)，不發(fā)生腐蝕，但當(dāng)有氯化物從外部滲透時(shí)，由于混凝土被中和為中性化，鋼筋被腐蝕，這是RC構(gòu)筑物變質(zhì)的一個(gè)重要原因。鋼筋發(fā)生腐蝕后，不僅鋼筋本身強(qiáng)度下降，而且由于鐵銹引起的體積膨脹導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂紋和剝落，造成RC構(gòu)筑物整體耐久性下降的嚴(yán)重問(wèn)題。為防止鋼筋腐蝕，可對(duì)混凝土進(jìn)行改良和在設(shè)計(jì)上采取措施，但是，也有采用高耐蝕性鋼筋的做法，特別是處在嚴(yán)重的氯化物環(huán)境中的構(gòu)筑物（如海洋構(gòu)筑物、沿海橋梁、噴灑融雪鹽的公路高架橋等）可以采用環(huán)氧樹(shù)脂涂層鋼筋，在日本以外的國(guó)家也開(kāi)始采用不銹鋼鋼筋。
就鋼筋本身而言，無(wú)錫不銹鋼鋼筋比普通鋼筋價(jià)格高，但不必對(duì)整個(gè)構(gòu)筑物都采用不銹鋼鋼筋，只在容易發(fā)生腐蝕損害的部位（如在靠近氯化物容易滲透的混凝土表層）采用不銹鋼鋼筋，就可使構(gòu)筑物整體的耐久性有根本性的提高。限定性地采用不銹鋼鋼筋可以將建造成本的增加控制在最小程度，而LCC的優(yōu)勢(shì)變的很大。同時(shí)，由于RC構(gòu)筑物整體可靠性的提高，提高了構(gòu)筑物的資產(chǎn)價(jià)值，在經(jīng)濟(jì)方面是十分有利的。
目前，SUS410（12%Cr）、SUS304（18%Cr-8%Ni）、SUS316（17%Cr-8%Ni-2.5%Mo）三種不銹鋼已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化（JIS）。根據(jù)鋼筋在混凝土中耐久性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，不含Ni的Cr系不銹鋼SUS410鋼筋有被廣泛使用的可能性，因此，把SUS410鋼筋（新日鐵商品名：NSSD?410）作為普及性大的高耐久性鋼筋，正在大力推進(jìn)使用。到目前為止，NSSD?410鋼筋已經(jīng)用于海邊堤岸、碼頭系船樁、工業(yè)用水儲(chǔ)罐等裝置。預(yù)計(jì)今后將進(jìn)一步用于在鹽害環(huán)境下要求高耐久性的港灣設(shè)備、沿海橋梁、噴灑融雪劑的公路結(jié)構(gòu)裝置、隧道等構(gòu)筑物。
此外，還可以預(yù)計(jì)，在要求超長(zhǎng)期耐久性的神社廟宇等特殊建筑物和沿海建筑物的外圍結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中將采用SUS410鋼筋。以國(guó)土交通省為主，從2008年度開(kāi)始的超長(zhǎng)期住宅（所謂200年住宅）樣板工作中，已經(jīng)計(jì)劃建造采用NSSD?410鋼筋的高耐久性住宅。高耐久性鋼筋混凝土超長(zhǎng)期住宅建成后，預(yù)計(jì)在200年內(nèi)可使LCC減少35%，CO2排放量減少45%。此外，為了將無(wú)錫不銹鋼鋼筋用于一般的建筑物，新日鐵生產(chǎn)的SUS410鋼筋通過(guò)了日本建筑法第37條第2款規(guī)定的國(guó)土交通大臣認(rèn)證。
可以認(rèn)為，今后不銹鋼鋼筋將會(huì)擴(kuò)大應(yīng)用到一般的鋼筋混凝土構(gòu)筑物。不銹鋼鋼筋正處于由試用向普及的發(fā)展階段。