工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-2008

《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-2008培训班讲义目录1概述1.1防护层的使用年限1.2新版规范修订的主要内容2结构设计2.1基本要求2.2混凝土结构2.3钢结构2.4新增“钢和混凝土组合结构”2.5基础2.6桩基2.7构筑物3地面的防护3.1面层3.2隔离层3.3垫层4钢结构的防护4.1钢铁基层的除锈等级4.2钢结构的表面防护1概述在化工、冶金、石油、化纤、机械、医药、轻工等许多工业部门的生产过程中，常常存在着各种酸、碱、盐类等腐蚀性介质；这些介质对建筑物和构筑物的构配件有不同程度的腐蚀破坏作用。一些厂房因腐蚀而报废，甚至倒塌的事故也屡见不鲜。某化工厂木屋架因受邻近氯化氢气体的腐蚀而突然倒塌。1996年8月11日晚，中央电视台“焦点访谈”的题目为“3000万元换危房”，向全国人民报导了青海某铬盐厂投产三年因腐蚀而报废的消息。1998年春节前某复合肥厂的钢屋架因腐蚀而突然倒塌，造成一死八伤的事故。这些事故均与防腐蚀工程的设计、施工、生产使用、管理等各方面有关。所以常言道：防腐蚀工程的好坏是：三分设计、七分施工、十分生产管理。1.1防护层的使用年限为了保证受腐蚀性介质作用的工业建、构筑物在设计使用年限内的正常使用，特制定《工业建筑防腐蚀设计规范规范》。结构的设计使用年限按国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068确定。结构的设计使用年限可分为承载力的使用年限和耐久性的使用年限。建筑、结构的腐蚀措施主要采取：①提高结构自身的耐久性；②增加某些附加措施。有些附加措施（如：钢结构的表面涂层）需要根据其使用年限进行多次修复或更换才能满足结构的设计使用年限的要求。新版《工业建筑防腐蚀设计规范》对地面面层、钢与混凝土结构表面涂层等防护层提出使用年限的规定。防护层使用年限是预估的使用年限，应在设计、施工、使用、维护等各个环节上得以保证。“合理设计”是指建筑防腐蚀设计应以国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》为依据，正确分析设计条件，采取合理的防护措施。如果设计不合理，实际使用效果一定很差。例如：某肉类加工厂的地面为了防止脂肪酸的腐蚀作用而采用了耐酸混凝土（即水玻璃耐酸混凝土）；这种地面是耐脂肪酸的。但设计人员忽略了清洗地面时需要用碱水去掉油酯的要求，而水玻璃类材料是不耐碱性介质的，所以这块地面使用不久就腐蚀破坏了。1.1防护层的使用年限“正确施工”是指建筑防腐蚀工程应以国家标准《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》为依据，精心施工，确保工程质量。防腐蚀工程的施工与一般建筑装饰工程的施工是有区别的；某防腐蚀工程在混凝土面上施工防腐蚀涂层时采用普通装饰工程的油灰打底，虽然表面很平整，但使用不到3年，就成片脱落。“正常使用和维护”是指防腐蚀工程的使用单位应提倡文明生产，制定相应的生产、管理制度。例如：某硝铵车间地面上的固态硝铵，应干扫去除，但却采用自来水冲洗，造成液态介质干湿交替作用腐蚀，使厂房破坏严重。根据国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001的规定，“正常维护”应包括必要的检测、防护及维修。防护层使用年限是预估的年限，不是防护层的实际使用年限。当使用年限超过预估年限时，应对防护层进行全面的评估，以确定是否需要大修或继续使用。1.2新版规范修订的主要内容新版规范共分7章和3个附录，修订的主要内容有：①对气态、液态、固态介质的腐蚀性等级进行了局部修订；删去原规范腐蚀性水和污染土对建筑材料的腐蚀性等级，改为按现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021的有关规定确定；把原规范腐蚀性等级的“无腐蚀”改为“微腐蚀。”②结构章增加了两节：一是“一般规定”，二是“钢与混凝土组合结构”。③混凝土结构充实了预应力混凝土结构内容；适当地提高了结构混凝土的基本要求；将原规范“受力钢筋的混凝土保护层最小厚度”改为“钢筋的混凝土保护层最小厚度”。④增加了门式刚架、网架和高强螺栓等内容。⑤增加了预应力混凝土管桩和混凝土灌注桩等内容。⑥增加了地面和涂层等防护层的使用年限。⑦增加了树脂细石混凝土和树脂自流平涂层地面；适当地提高了地面垫层、结合层的设防标准。⑧适当地提高了储槽、污水处理池的衬里标准，增加了玻璃钢内衬的厚度要求，并对玻璃钢提出了含胶量的规定。⑨删去了原规范砖砌排气筒、半铰接活动管架等内容。⑩增加了环氧乳液水泥砂浆、抗硫酸盐的外加剂、矿物掺和料、环氧自流平涂料、丙烯酸环氧涂料、丙烯酸聚氨酯涂料、高氯化聚乙烯涂料等新材料，删去了原规范聚氯乙烯胶泥、环氧煤焦油类材料、过氯乙烯涂料、聚苯乙烯涂料、氯乙烯醋酸乙烯共聚涂料等不常用的或不符合环保要求的材料。1.2新版规范修订的主要内容新版规范的强制性条文共7条：混凝土结构2条、钢结构2条、基础2条、池槽衬里1条。其中：6.1.10当衬里施工过程中可能产生有害气体时，储槽、污水处理池的顶盖应采用装配式或设置不少于两个供施工通风用的孔洞。有些储槽、污水处理池是设有顶盖的。当池、槽内部进行防腐衬里施工时，防腐蚀材料中可能含有超标的可挥发溶剂（VOC）；有害的物质会造成对工人健康的损害，以往工程中曾发生工人中毒死亡事例。故规定顶盖采用装配式或设置不少于两个供施工通风用的孔洞，以保证施工时空气流通，确保工人操作安全。装配式盖板的内表面防护一般预先施工，然后反过来拼装，最后采用耐腐蚀材料对板缝进行填缝、封面。结构设计共有6条强制性条文，为：第4.2.3、4.2.5、4.3.1、4.3.3、4.8.2和4.8.3条。2结构设计在化学腐蚀环境下（主要为工业介质），材料的劣化要比自然环境中快速得多。碳素钢在CL-作用下，每年的腐蚀速度可达1～5㎜；钢筋混凝土结构除了钢筋的腐蚀外，还存在保护层水泥材料的腐蚀。在酸性溶液和镁盐溶液作用下，水泥类材料会发生“分解型腐蚀”，在硫酸盐等结晶型盐类溶液作用下会发生“膨胀型腐蚀”，这些腐蚀导致混凝土本身破坏，钢筋裸露；腐蚀地基发生膨胀，进而导致整个结构的破坏。因此，在化学介质腐蚀环境下，不仅钢材（包括钢筋）遭受腐蚀，而且混凝土保护层也遭受腐蚀，只靠结构自身已无法抵御介质的侵蚀。即按自然环境中提高混凝土结构耐久性（提高密实度及保护层厚度）以保护钢筋的一次防护措施（积极防护）已达不到目的，还要采取各种防护层措施（如：地面、涂层等），并定期维护或更换，避免腐蚀性介质与结构接触，称为二次防护（消极防护）。结构设计就是让结构自身的耐久性达到一定的要求。2.1基本要求“结构”章增加了“一般规定”。提出了在腐蚀环境下结构耐久性设计的基本原则，从材料的选择、结构的布置、选型、构造及构件更换、计算分析方法等诸方面提出要求，这种“概念性”设计对提高结构防腐蚀能力是十分重要的。选材要扬长避短，充分发挥材料的特性。如混凝土耐氯气的腐蚀比钢强；密实性较高的材料抗结晶腐蚀比孔隙多的材料好，砌体结构属多孔材料，不可用于受大量易溶固态介质作用且干湿交替处。在腐蚀条件下，结构设计应从布置、截面形状、连接方式及构造上力求简洁，尽量减少构件的外表面积、棱角和缝隙，以避免水和腐蚀性介质在结构表面的积聚并利于其迅速排除。例如：钢结构杆件放置方向不能积水；构件表面平整与否以及杆件节点和布置，要利于腐蚀性介质、灰尘和积水的排除。例如：设计时要考虑固定走道、升降平台等设施和照明，以便于防护层的施工、检查和维修，不能出现无法施工和维修的区域。彩涂压型钢板、柃条等次要构件，往往不能与主体结构的使用年限相同，因此，当业主要求使用时，应采取便于更换的措施。2.2混凝土结构在混凝土结构中，从腐蚀机理出发，结构布置、类型要力求简洁，应尽量减少混凝土表面面积，包括外露的金属预埋件（如：吊环、连接件等）；提高混凝土密实度，以保证抗渗性能；加大保护层厚度以减缓腐蚀进程。因此，预应力结构优于非预应力；预应力结构中先张、整体结构优于后张、块材拼装结构；现浇混凝土结构优于预制结构。纵向受力筋和预应力筋不宜过细。对于结构混凝土材料，提高密实度、增加保护层厚度是防腐设计的核心。目前工程设计中，采用C30～C40提高混凝土强度等级已成共识，但还要明确控制最小水泥用量，最大水灰比，是保证混凝土抗渗性能所必要的。本次规范将结构混凝土的基本要求和保护层厚度作为强制性条文。2.2混凝土结构⑴保证结构混凝土的耐久性有诸多要求。与原规范相比较，本规范在最低混凝土强度等级、最小水泥用量、最大水灰比等方面的要求均有所提高，并根据腐蚀性等级的不同区别对待。这是由于国内对这些问题已有共识（海港、铁路等行业标准都提高了结构混凝土的基本要求），本规范与国际标准不能差距过大，适当进行了调整。本次修订还增加了对最大氯离子含量的规定，与国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2002接轨。①某些试验表明，原200号混凝土的密实性较差，它的抗碳化能力约为原300号混凝土的1/2、原400号混凝土的1/8。国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2002规定，处于环境类别为三类的结构混凝土强度等级不应低于C30。所以本规范规定在弱腐蚀等级时，最低混凝土强度等级为C30。2.2混凝土结构②腐蚀性介质对构件的腐蚀，一般是由外表向内部逐渐进行的。混凝土的抗渗性能对腐蚀速度起重要影响。混凝土的抗渗性能主要决定于混凝土的密实度，而对混凝土密实度起控制作用的是水灰比和水泥用量，其中水灰比起主要作用。水灰比与碳化系数之间有近似的线性关系；水泥用量与碳化系数之间也近似呈线性关系，但水泥用量小于300㎏/m3时，系数明显增加。国内外关于混凝土耐久性的设计规定中都对最大水灰比和最小水泥用量有明确规定，结构混凝土水灰比一般控制在0.55（抗渗等级相当于0.6MPa）以内，预应力混凝土为0.45（抗渗等级相当于0.8MPa）以内。本条按国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2002，处于环境类别为三类的结构混凝土最大水灰比和最小水泥用量限值的规定作为弱腐蚀等级的取值。在结构混凝土的基本要求中规定“最低混凝土强度等级”（而非抗渗标号），便于设计人员采用较高强度的混凝土，且施工中利于控制。预应力混凝土构件最大氯离子含量0.06％指水溶性试验方法，不能采用酸溶性试验方法。当混凝土中需要掺入矿物掺和料时，应符合国家现行有关标准规范的规定。表4.2.3注2中的“胶凝材料”是水泥和掺入的矿物掺和料的总称；“水胶比”即为水与胶凝材料之比。2.2混凝土结构⑵混凝土对钢筋的保护，除需要一定密实度的混凝土外，还需要有一定厚度的保护层。根据调查，保护层厚度若减少1/4，则混凝土中性化层到达钢筋表面的时间可缩短一倍。本条混凝土保护层的厚度针对所有钢筋，即纵筋、钢箍、分布筋均要满足该表的要求。因为从防腐蚀机理出发，钢箍锈蚀不仅会导致构件抗剪能力的下降，而且钢箍的锈蚀会诱导纵向受力锈蚀，从而导致构件丧失承载能力。国际上的观点都很明确，必须包括全部钢筋。表4.2.5面形构件中只提板、墙，取消了壳。因壳体较薄，混凝土保护层厚度一般不能满足要求，且在腐蚀条件下应用很少。混凝土保护层厚度的增加对防腐蚀设计十分重要，目前国际上都有加厚保护层的趋势。但厚度也不能增加过多，因为保护层太厚时，受弯构件横向裂缝会加大，涂料防护层也易脱落。本次规范修订取用了《混凝土结构设计规范》GB50010-2002中三类环境取值为“弱”的要求，以利于与新的国标、标准图、计算软件接轨。本规范混凝土耐久性基本要求稍低于《混凝土结构耐久性设计规范》的相应限值。为此我们与“耐久规范”进行了多次协调并达成共识：耐久性是把混凝土自身防护放在第一位，附加措施是第二位的，而工业建筑腐蚀环境要严酷得多，在不加防护的情况下，材料自身无法抗拒化学腐蚀环境作用，大多采用特殊防护措施，故耐久性基本要求确定在一个适当范围。2.2混凝土结构⑶混凝土结构的耐久性，除了在材料上应有保证以外，还应由结构和构件的选型、裂缝控制和构造措施以及表面防护来保证，其中结构和构件的选型有时会起主导作用。规范吸取了国内外的经验教训，提出若