冶金工业建筑对新材料的需求

晋丽爽付晓东

摘要：冶金工业建筑结构使用环境日趋恶劣,高温、重腐蚀、疲劳、维修时间短、施工条件复杂、动态环境等因素对建筑结构的危害越来越大。深入分析冶金工业建筑的工作环境,从建筑结构维修防护的角度出发,提出目前所需要的新材料,并详细阐述了超早强耐高温灌浆材料、重防腐材料、耐高温涂料、锈面涂料、耐疲劳防松螺栓、高弹自愈性防水材料的特有性能,以确定冶金工业建筑对新材料的需求方向。

关键词：冶金；工业建筑；新材料

1冶金工业建筑新材料需求分析

现代冶金工业建筑结构设计以钢筋混凝土材料、大型钢构件作为承重材料以及轻型彩钢板、各种砌块作为围护材料为主，这些材料在以其优越的力学性能、化学稳定性以及工程应用成熟度方面具有无可比拟的优势，窟时间内不会出现新的可替代材料。因此，冶金工业建筑对新材料的需求主要表现在对既有建筑结构材料的维修与防护上，主要考虑的方向有超早强耐高温灌浆材料、重防腐材料、耐高温涂料、锈面涂料、耐疲劳防松螺栓、高弹自愈性防水材料等。

2超早强耐高温灌浆材料

灌浆材料，主要应用于大型设备基础安装、大型混凝土结构损伤的灌浆处理中。这类材料目前市场很多，从最初级的细石混凝土到各种专门研制的高强度、高流动性的灌浆材料，如HGM系列、BY系列、BT系列产品等。冶金工业建筑对灌浆材料性能的需求，除了常规的抗压强度、流动度、竖向膨胀率、泌水率、钢筋握裹强度、对钢筋有无锈蚀作用等指标之外，对于获得足够强度的时间以及持续工作环境温度方面有独特的需求。

现代冶金工业生产节奏越来越快，设备负荷越来越高，给予设备基础修复的时间越来越短，这一时间往往与目前灌浆材料达到强度的时间相去甚远。如HGM灌浆料，达到20MPa的抗压强度最少也需要3小时，BY系列产品则需要24h左右。同时，目前大多数早期强度提高较快的灌浆材料的耐久性较差。因此，在保证耐久性的前提下，提高灌浆材料早期强度，缩短其达到所需强度的养护时间，如缩短到3h以内，有利于解决维修时间短的问题。

灌浆材料对于持续工作环境温度方面的需求主要表现在耐高温上。一般情况下，钢坯往往通过辗道运输，其温度常常高达1000-C左右，程道混凝土基础处于持续的高温辐射之中，造成混凝土或灌浆材料疏松、剥落等。目前，灌浆材料声称的极限使用温度是550°C,并且不建议长期处于该温度下使用。因此，耐持续高温是灌浆材料的必备性能。

3重防腐材料

冶金工业建筑对防腐材料的需求主要表现在储存、输送腐蚀性介质的构筑物防护上，如存放强酸、强碳输送管道的混凝土共同沟等。如某冶金工程建成的地下管廊,其储存的腐蚀性介质主要为浓度55%的HF、浓度65%的HNO3、浓度98%的H2SO4以及浓度32%的NaOH.从目前我国执行的《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-2008）即来看，无论是耐腐蚀块材（如耐酸砖、耐酸石材、炭砖等）、塑料类还是其它的树脂类、水玻璃类、沥青类、金属类等材料，尚没有任何一种该规范中列举的防腐蚀材料可以同时对上述浓度的HF、HNO3、H2SO4以及NaOH进行有效防护。当这类结构发生液态介质泄漏后，将对结构及建筑防腐构造造成非常严重的破坏。当高浓度的商蚀性介质泄漏后，喷射液体造成钢筋混凝土墙板、顶板严重腐蚀、钢筋腐蚀、炭砖及树脂玻璃钢隔离层被彻底破坏。

因此，寻找一种新型的防腐材料，解决腐蚀性能各异的高浓度酸碱共存环境下的结构防护，无论是对于结构安全还是保障结构功能都有重大意义。

4耐高温涂料

对于耐高温涂料，其可以在450°C温度及以下的钢烟囱、钢管道表面使用，其它涂料如二甲苯型不饱和聚酯玻璃鳞片涂料的耐受温度小于60C、乙烯基酯玻璃鳞片涂料耐受温度小于120C、环氧涂料小于80C、聚氨酯涂料小于120C、聚氨酯沥青涂料小于90笆等，这些涂料所能耐受的温度对于炼钢炉上方的钢结构而言，是远远不够的。炼钢炉在添加原材料时，火焰会飘逸出来，舔烧炉侧门上方的钢结构，持续时间约5~10分钟。其造成的结果就是转炉侧面围护彩钢板烧穿、生产区域的钢结构梁柱反复经受短时间的高温烘烤。

第二类高温就是板坯在浇铸成形后，其温度约900°C~1000°Co这种热坯在厂房内堆放过程中，高温会直接烘烤堆放区域周边的钢结构柱，对这些柱的现有保护方法就是在外侧设置隔热钢板，钢板内填塞防火棉等隔热材料。这样造成的缺陷就是大量的柱身被永久性覆盖，无法进行日常的观察和检测，难以及时发现结构出现的问题。

温度对钢材的不利作用要远大于对混凝土的影响。对于高温对钢结构的作用，规范认为当结构表面直接辐射温度达到15CTC以上或受火焰作用时，应釆取有效防护措施，如加隔热层、防火涂料或水套等这些措施对于持续的超高温环境，并不能起到明显的效果，材料性能在高温作用下快速衰减，如钢材的兰脆问题，会严重影响结构安全。为此，研制一种耐高温涂料，对于钢结构表面进行有效防护是非常必要的。

5锈面涂料

锈面涂料，主要指在不对钢材基层表面进行有效打磨除锈的条件下，能够直接涂覆在钢材表面并起到有效防护作用的油漆。

这一需求主要来源于冶金钢结构厂房工作环境粉尘、腐蚀性气体严重，施工条件非常恶劣恶劣的使用环境会造成钢材快速修饰。另外一方面，有些钢结构维护构件由于材料轻薄难以有效除锈，如压型钢板，其本身厚度一般不超过1.2mm,大多数为0.6mm~0.8mm,在其表面使用抛丸机、铢刨机等大型除锈工具非常不方便，而使用手持式研磨机如过度的话可能造成板材本身的破坏。针对钢结构的腐蚀防护，现有的大多数防护涂料，均要求在涂料涂覆前对基层进行比较彻底的除锈，一般除锈等级会要求达到St3级或Sa2.5级。对于薄型结构，虽然可以采用化学除锈的工艺，但这种施工工艺在既有结构上使用时存在诸多困难，并且效果难以控制，因此，并不实用。

目前，已有的锈面涂料仅有环氧稳定型等几种，可选择余地较少，对环境的适应能力也较差。因此，新型的锈面涂料，应注重对不同恶劣环境的适应性以及施工便捷性，具有与原有油漆良好的适应性能、与锈蚀物可靠的溶合性能，可以在既有钢结构未经彻底除锈处理的表面直接进行涂覆。

6耐疲劳防松螺栓

耐疲劳防松螺栓主要是为了满足长时间振动设备基础固定的需求。在冶金生产工艺中，设备振动问题常常被忽视。很多设备如辗道等在运转的过程中是不考虑振动对基础影响的，但实际生产中当辗道输送板坯等产品时，这些产品本身平整度的问题会造成其进入不同辐道时发生碰撞，造成基础固定螺栓的松动和断裂。还有一类振动是生产工艺带来的、难以避免的问题，如钢坯称量过程中，其支架在反复顶升、放下过程中产生的脉冲循环，导致螺栓无法承受疲劳荷载而断裂。

防松螺栓，目前应用比较广的有施必牢防松螺纹技术，其釆用一种特殊的螺纹构造来达到防松的目的。耐疲劳螺栓，则需要从金属材料的选择方面加以考虑。研发一种螺栓，能同时具备耐疲劳、防松动的性能,将有利于大大减少设备基础反复维修工作、降低投资、节约资源。

结语

随着冶金工业建筑结构使用环境的日趋恶劣，其对新材料的需求主要侧重于对既有结构的快速、可靠维修和有效防护,贴合建筑结构实际使用工况进行新材料的开发研究，有助于提高材料性能的准确性、有效性、现场适应性，也更能准确确定新材料的市场定位，确保恶劣环境下建筑结构的安全性、适应性、耐久性。

参考文献

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[2]罗国权.大型炼钢厂房钢结构工作环境分析[J].施工技术，2010(增刊).

[3]建筑施工手册(第四版)编写组.建筑施工手册(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2018