李常宁 上海铁路局浙江铁道建工实业有限公司

随着高速铁路建设的迅猛发展，与之相配套的新型车站的建设，钢结构无柱雨棚在高铁客站建设中大量应用，其主要特点是建筑体量大，结构形式简单，体态轻盈、造型优美，广泛应用了新技术、新材料、新工艺。我局范围内现有已建成的高铁客专线6条，京沪高、沪宁、沪杭、合武、合宁、沿海铁路等共有高铁车站69个，大部分高铁车站采用钢结构无柱雨棚，屋面系统采用大型金属板材直立锁边，虹吸排水系统，雨棚檐口采用金属铝板，下层吊顶板采用长条铝板扣结。但开通运营不久，高铁车站无柱雨棚钢结构涂装层陆续出现锈蚀、粉化、剥落现象，长此以往会有碍观瞻，甚至影响到钢结构的安全，因此高铁车站无柱雨棚钢结构防腐处理成为目前房建系统亟待解决的问题。

1 钢结构防腐蚀涂料、防火涂料及其涂装体系

1.1 防腐蚀涂层的作用

对于一般环境的钢结构而言，采用涂料防腐蚀是当今防腐蚀中主要的也是最为有效的手段。它是通过涂装施工形成一种物理或化学屏障--漆膜，阻止和隔绝腐蚀介质水和空气与钢铁表面接触，达到保护钢铁的目的。

为了保护钢结构不受腐蚀，延长钢结构使用寿命，国内外常采用涂层进行防腐蚀保护。防腐蚀涂料涂覆在钢铁表面，成膜固化后形成硬实的防腐蚀涂层，并通过涂层的以下作用防止钢铁表面腐蚀。

（1）屏蔽作用:防腐蚀涂层能阻止水、氧、离子透过涂层达到钢铁表面。其次涂层还能阻挡酸碱盐及工业大气的直接化学腐蚀。

（2）缓蚀作用:在防腐蚀涂层中含有化学防锈颜料，当有水存在时，能从这些防锈颜料中解离出缓蚀性离子，这些离子又能使腐蚀电极钝化，抑制腐蚀进行，反过来屏蔽作用又能阻止缓蚀离子的流失，使缓蚀作用稳定持久。

（3）阴极保护作用:在涂料涂层中如果有比钢铁更活泼的金属(电位更低的金属)粉末，它们能对钢铁形成牺牲阳极，只要这些活泼的金属粉末含量达到使金属粉颗间及金属粉与钢铁底材之间达到点接触的程度，就能使钢铁免受腐蚀。

1.2 防火涂层的作用

为了提高钢结构的耐火极限，一般都需要对钢结构建筑构件进行防火保护。最具典型的防火保护措施是涂敷防火涂料减缓火灾下的升温，从而增加钢结构构件的耐火极限。

我国有80%左右的钢结构采用防火涂料保护。钢结构防火涂料品种较多，通常根据高温下的涂层变化分为膨胀型和非膨胀型两大系列。膨胀型防火涂料，厚度一般为2～7 mm。涂层厚度在3 mm以下的为超薄型；涂层厚度在3～7 mm的为普通型。其基料为有机树脂，配方中还含有发泡剂、碳化剂等成分，遇火后自身会发泡膨胀，形成比涂层厚度大十几倍到数十倍的多孔碳质层。多孔碳质层可以阻挡外部热源对基材的传热，如同绝热屏障，用于钢结构防火，耐火极限可以达到 0.5～1.5 h， 其涂层厚度为 7～50 mm。

1.3 防腐涂层与防火涂层的兼容性

虽然现在室内型防火涂料上可以不覆涂，但是考虑到站台雨棚属于半露天结构，对防火涂料的耐久性要求较高。防火涂料的耐紫外光照射性能较差，因此导致了防火涂料的粉化、剥落等现象。经已建站台钢结构雨棚现状调查，防火涂料外加面漆时通常会出现如下问题:①兼容性差；②附着力低；③防火涂料膨胀开裂与面漆的剥落。因此针对这些问题，进行了有关二者结合情况的试验和分析，并发现在涂装过程中，防火涂料的厚度均匀，与面漆结合较好，面漆表面光滑；同时防火涂料与面漆的附着力大于防火涂层层间附着力，可以提供防火涂料足够的保护功能。

1.4 大型钢结构防腐蚀涂料及其与防火涂料的配套体系

目前大量采用钢结构构件并兼有防火要求的建筑有体育场馆，大型展览馆，火车站站台雨棚、候车室等。通过对各种已建成的大型钢结构涂装体系资料的调查总结可知，一般涂装设计方案为:钢结构表面喷射处理/底漆/环氧云铁中间漆防火涂料(面漆)，涂层厚度根据腐蚀环境而定。要求底漆与钢材表面拉开法附着力不小于3.5 MPa。

防锈底漆的防腐功能主要通过防锈颜料发挥作用，常用的底漆有:环氧富锌底漆、水性富锌底漆、环氧磷酸锌底漆、无机锌底漆等；常用的中间漆一般都为环氧云铁中间漆；防火涂料一般采用超薄型丙烯酸类防火涂料；面漆性能较好的有聚氨酯面漆，这也是使用最为广泛的一种大众化面漆。近年来，聚硅氧烷和氟碳涂料的发展迅速，在耐候性、色泽等方面有了进一步提升，可作为高档面漆。

2 目前高铁钢结构无柱雨棚现状

2.1 无柱雨棚钢结构锈蚀状况

高铁车站钢结构无柱雨棚结构大致可分为顶部露天结构、顶部横梁、站台立柱等部位，通过调查结果可知。

（1）立柱。粉化，剥落，污染严重，有锈蚀出现，根据对涂层厚度的测试，涂层厚度在1 000 μm以上，防火涂料表面无面漆，防污染性差。而且根据观察，经常暴露在日晒雨淋条件下的涂层龟裂、剥落以及钢结构的锈蚀较严重。

（2）顶部露天结构。顶部雨棚挡板涂层粉化，剥落比较严重，集中出现在朝阳的一面。说明涂层的耐候性不高，因为这部分钢结构长期暴露在日晒雨淋下，建议考虑采取重防腐措施。

（3）顶部横梁。顶部横梁涂层的剥落通常出现于某一处，集中于一根梁上，分析其原因为:该处涂层腐蚀环境较差，该根梁涂装时表面处理不好或涂装厚度薄。锈蚀处通常出现在焊接部位，一般为点状锈蚀，因与焊渣处理的不完全从而导致涂层覆盖不均匀有关。

2.2 无柱雨棚钢结构的腐蚀特点

根据对局内高铁车站无柱雨棚钢结构的锈蚀情况的调研结果，总结雨棚钢结构的腐蚀特点为:

（1）因为表面处理不到位，部分漆膜起泡鼓起，从钢结构表面脱离；此时钢结构失去保护，容易出现锈蚀。

（2）日晒雨淋时间较长的部位，涂层更容易失效、龟裂、粉化，既影响美观，也会使钢结构失去保护，缩短钢结构使用寿命。

（3）铆钉、螺栓或其他连接物，焊接处，豁缝(特别是跳焊或靠在一起的表面)；重叠表面(例如:水储槽的顶板)；定位拙劣或错综安排的角铁；螺纹状区域；不相似的金属；锐边，特别是那些角落，或粗糙切割的板材；结构辅助物等难以到达的区域也容易出现涂装不当，从而导致这些部位锈蚀。

3 造成腐蚀的大气环境与机理分析

3.1 造成腐蚀的大气中的气候因素

我局管内高铁车站多处于东南沿海地区，大气中的气候因素直接影响着大气的腐蚀作用，其特点是大气中的相对湿度高、表面润湿时间长、夏季日照时间长、气温高、降雨量多、有降尘等因素。

3.2 钢结构腐蚀环境分类

《大气环境腐蚀性分类》(GB/T15957-1995)在1996年8月1日起正式实施，主要针对普通碳素钢在不同大气环境下的腐蚀类型及其与相对湿度、空气中腐蚀性物质的对应关系作了规定。它可以作为碳素钢结构在各种大气环境选择防腐蚀涂料系统的依据。无柱雨棚钢结构的腐蚀环境主要是大气腐蚀，涉及到所有的大气腐蚀类型，其中腐蚀性最强的是工业大气和海洋大气，如沿海铁路各车站的雨棚外露部分锈蚀相对严重。

3.3 涂层劣化的过程与机理

钢结构防腐蚀涂层在大气环境下的劣化主要与腐蚀性离子在涂层内部的传输、基体腐蚀、涂层起泡等因素有关，而有机涂层的微观缺陷在此扮演了很重要的角色，因为它们的存在可以加快水、氧、其他腐蚀离子在涂层内部的传输。这些微观缺陷可能存在于涂层表面、涂层内部或者从涂层表面直通到金属基体。

4 比对涂层体系及涂装方式确定

4.1 比对涂层体系

确定涂层体系方案之前，必须掌握防腐蚀材料的性能在雨棚的使用环境下会发生如何变化，还必须判断防腐蚀材料在设计寿命限期内以怎样的失效规律和速度达到使用年限。就是说要按照高铁车站站台雨棚的重要程度、养护管理的难易程度等合理选定防腐蚀材料，再在施工中进一步确认其性能。在此基础上，对防腐蚀材料在雨棚钢结构设计寿命期限内的劣化以合理的精度加以预测是很有必要的。根据上述对防腐蚀材料的分析，策划养护管理计划。

对于我局管内诸多车站环境条件的不同，选择最合理的腐蚀防护系统并不是一件很简单的事情。在选择过程中会涉及到诸多因素，并且最终的选定也可能只是一种折中的方案。尤其必须考虑以下问题:

（1）所选系统必须抵抗的外部条件(大气环境条件)；

（2）各种系统抵抗这种条件的能力；

（3）对于能够提供必要防护的涂层，必须考虑其他问题的特点(比如养护管理)，以提供一条经济的解决途径。

4.2 涂装方式

（1）底材表面处理

①钢结构表面应平整，底材处理前应对锐角进行打磨处理，使其R=2 mm(锐角打磨后的弧度)。

②在进行喷砂或抛丸除锈前，应对钢结构表面的氧化皮、焊渣、灰尘、毛刺、铁锈、油污、水分、盐分等污染物进行彻底的清除。

③采用喷砂或抛丸法对基材表面进行处理，按GB/T8923-88标准，使其达到Sa2.5级；用目测法观测，钢材表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈等。

④喷砂后表面粗糙度应达到40～70 μm，采用触针式粗糙度测定仪进行测定。

⑤经喷砂或抛丸处理并达到规定要求的基面，经真空吸尘、压缩空气吹净或用干净毛刷除尘后，在5 h内涂上底漆。

（2）在经过处理并达到规定要求的钢结构表面上，测量涂装时温度、湿度等，确定可以达到涂装要求的各因素，采用高压无气喷涂，漆膜干燥24 h以上，进行下次涂装。每次复涂前，清洁表面。

4.3 结论

我们选取两条高铁4个车站无柱雨棚钢结构作涂层体系比对，通过比对试验我们发现有以下三点值得借鉴：

（1）钢结构的锈蚀主要集中在直接裸露部位，锈蚀的程度与防腐蚀材料、防火材料选取和涂装方式工艺有密切的关联。

（2）防腐与防火材料兼容性良好，面漆的覆涂并不影响防火涂料的起泡，起泡时间与未覆涂前完全一致，在防火涂料完全碳化后，面漆也未从防火涂料上脱落。

（3）大气环境下的腐蚀主要表现为锈蚀。影响锈蚀速度的因素有:环境的温度、湿度、大气中的酸性污染物浓度、电解质微粒漂浮物等。

5 结束语

随着人们物质生活的快速发展，公共交通事业必将朝着高速、安全、便捷、舒适的方向发展，高速铁路客站站台无柱雨棚的应用日益广泛，无柱雨棚钢结构的防腐防火的技术要求会越来越高，防腐蚀材料、防火材料选取和涂装体系的确认是设计阶段不可忽视的重要一步，涂装方式工艺是施工建设中的一道关键步骤，钢结构涂层体系的维护也会越来越受到重视，其直接影响人们的视觉美观以及钢结构体系的使用寿命。