建筑結(jié)構(gòu)用高強不銹鋼

1、建筑結(jié)構(gòu)中不銹鋼的應(yīng)用情況

一般來說，不銹鋼的概念是，它是一種“不生銹的”、“高價的”金屬材料，在建筑物上它是在設(shè)計要求“金屬色調(diào)”時的一種觀賞性裝飾材料。但是，利用不銹鋼的最大特性“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)的情況還沒有被人們普遍認識。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、輸送機械、能源機械等方面，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)用正在下述各個領(lǐng)域得到推進，以實現(xiàn)構(gòu)筑物的高耐久化和減少維修負擔(dān)。

1)河流構(gòu)筑物

這些設(shè)備長期處于與水接觸的腐蝕環(huán)境中，是很難進行維修的復(fù)雜構(gòu)筑物，所以，從很早就已經(jīng)不銹鋼化了(再涂裝困難的閘門本體和輸水管、難于用涂裝方法保持耐蝕性的閘門驅(qū)動裝置和閥門等)，并且使用標(biāo)準也進行了修訂。

2)水管和供水裝置

已經(jīng)將不銹鋼用于便于維修管理、對水質(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)用儲水罐等設(shè)施。

3)橋梁

雖然目前將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效果的報告，現(xiàn)在已開始用于大型橋梁，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

不銹鋼已用于棧橋等港灣鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物等海水嚴重腐蝕部位，以達到防腐蝕的效果。采用耐海水不銹鋼NSSC270的金屬襯板防腐蝕，在耐蝕性長，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80年代起，對采用不銹鋼的設(shè)計標(biāo)準進行了修訂。2000年建筑結(jié)構(gòu)用不銹鋼納入日本標(biāo)準化(JIS)，并在建筑標(biāo)準法修訂公告中公布，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，這一點正在被市場方面所認識。

2、采用不銹鋼提高建筑結(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，不銹鋼也容易發(fā)生點腐蝕。在將不銹鋼作為具有金屬色調(diào)的裝飾材料使用時，或是采用不能考慮腐蝕余量的薄鋼板時(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，同時也要在設(shè)計、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”的鋼種來選定、使用。

實際上，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使用。為進行這樣的耐久性設(shè)計，應(yīng)當(dāng)了解在使用條件下的腐蝕過程，正確掌握腐蝕過程對結(jié)構(gòu)用材性能即強度的影響。

3、Cr系不銹鋼在建筑上的應(yīng)用

奧氏體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際使用情況，不銹鋼的代表鋼種SUS304將會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)鋼和實施防腐措施的結(jié)構(gòu)鋼(如鍍層鋼材)有較大的價格差距，并且容易受原料成本變化的影響。雖然說要重視LCC，但由于初期工程成本增加，在目前國內(nèi)嚴酷的經(jīng)濟形勢下，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，可以保證建筑物長期的耐久性。沒有必要再進行涂裝、鍍層等傳統(tǒng)的防腐處理和對加工部位、焊接部位補加防腐處理。

YUS 410W-MS鋼已經(jīng)通過了建筑法第37條規(guī)定的大臣認證，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(耐久性100年)高耐久性結(jié)構(gòu)用鋼?？梢灶A(yù)期，該鋼種不僅可用于長壽命住宅的主體結(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，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)的一個重要原因。鋼筋發(fā)生腐蝕后，不僅鋼筋本身強度下降，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重問題。為防止鋼筋腐蝕，可對混凝土進行改良和在設(shè)計上采取措施，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)氧樹脂涂層鋼筋，在日本以外的國家也開始采用不銹鋼鋼筋。

就鋼筋本身而言，不銹鋼鋼筋比普通鋼筋價格高，但不必對整個構(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)勢變的很大。同時，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)價值，在經(jīng)濟方面是十分有利的。

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)準化(JIS)。根據(jù)鋼筋在混凝土中耐久性評價實驗的結(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)用水儲罐等裝置。預(yù)計今后將進一步用于在鹽害環(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，在要求超長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。以國土交通省為主，從2008年度開始的超長期住宅(所謂200年住宅)樣板工作中，已經(jīng)計劃建造采用NSSD 410鋼筋的高耐久性住宅。高耐久性鋼筋混凝土超長期住宅建成后，預(yù)計在200年內(nèi)可使LCC減少35%，CO2排放量減少45%。此外，為了將不銹鋼鋼筋用于一般的建筑物，新日鐵生產(chǎn)的SUS410鋼筋通過了日本建筑法第37條第2款規(guī)定的國土交通大臣認證。

可以認為，今后不銹鋼鋼筋將會擴大應(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。