建築結構用不鏽鋼應用技術

1、建築結構中不鏽鋼的應用情況

一般來說，不鏽鋼的概念是，它是一種「不生鏽的」、「高價的」金屬材料，在建築物上它是在設計要求「金屬色調」時的一種觀賞性裝飾材料。但是，利用不鏽鋼的最大特性「不生鏽」，將不鏽鋼作為結構用鋼用於供水設備、建築結構的情況還沒有被人們普遍認識。另一方面，不鏽鋼作為焊接結構用高耐蝕鋼材，用於化工設備、輸送機械、能源機械等方面，雖然行業有限，但以其取得的應用效果為基礎，不鏽鋼的應用正在下述各個領域得到推進，以實現構築物的高耐久化和減少維修負擔。

1)河流構築物

這些設備長期處於與水接觸的腐蝕環境中，是很難進行維修的複雜構築物，所以，從很早就已經不鏽鋼化了(再塗裝困難的閘門本體和輸水管、難於用塗裝方法保持耐蝕性的閘門驅動裝置和閥門等)，並且使用標準也進行了修訂。

2)水管和供水裝置

已經將不鏽鋼用於便於維修管理、對水質影響小的水管架等水管設施。最近正在將不鏽鋼用於配水池，高架水罐、防災用儲水罐等設施。

3)橋樑

雖然目前將不鏽鋼用於橋樑的情況較少，但歐洲是不鏽鋼用於橋樑的中心。使用最多的是以觀賞性為目的的人行天橋等小規模橋樑，並且已有取得減少LCC效果的報告，現在已開始用於大型橋樑，以提高橋樑壽命。目前正在建設中的香港昂船洲大橋是世界最大的鋼混凝土複合斜拉索橋。該橋的主塔上部外殼和下部鋼筋採用了大量的不鏽鋼。

4)港灣鋼結構構築物

不鏽鋼已用於棧橋等港灣鋼結構構築物等海水嚴重腐蝕部位，以達到防腐蝕的效果。採用耐海水不鏽鋼NSSC270的金屬襯板防腐蝕，在耐蝕性長，減少維修量等方面都好於傳統的塗裝或電氣防腐技術，已經用於重要的港灣構築物。

5)建築物

在建築業，利用不鏽鋼的裝飾性將其用於建築物樑柱。根據這種需求，從上世紀80年代起，對採用不鏽鋼的設計標準進行了修訂。2000年建築結構用不鏽鋼納入日本標準化(JIS)，並在建築標準法修訂公告中公布，使不鏽鋼可以用於一般建築物。利用其裝飾性已經用於天井、頂蓋、游泳池屋頂和外部台階等。

這樣，不鏽鋼漸漸地向以土木建築物為主的構築物擴大應用，以提高構築物耐久性和減少維修量。採用不鏽鋼與採用防腐處理的結構鋼相比，雖然初期工程成本大，但與全部採用防腐技術相比，部分採用不鏽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、採用不鏽鋼提高建築結構的耐久性

當建築物處於靠近海岸的多鹽分的環境中，不鏽鋼也容易發生點腐蝕。在將不鏽鋼作為具有金屬色調的裝飾材料使用時，或是採用不能考慮腐蝕餘量的薄鋼板時(如上述的海洋構築物的金屬襯板防腐、金屬屋頂)，應選擇在該環境下不易生鏽的鋼種，同時也要在設計、施工和維修方面給以防腐措施的配合。目前結構用不鏽鋼的使用狀況是，將不鏽鋼作為「不生鏽」或不發生「顯著鏽蝕」的鋼種來選定、使用。

實際上，在提高構築物耐久性方面，採用不鏽鋼的想法是，允許不鏽鋼有一定程度的鏽蝕，但可以抑制腐蝕量以保證結構的性能。對於厚度較大的不鏽鋼板材，不是將它作為不生鏽的鋼，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計，應當了解在使用條件下的腐蝕過程，正確掌握腐蝕過程對結構用材性能即強度的影響。

3、Cr系不鏽鋼在建築上的應用

奧氏體不鏽鋼不僅耐蝕性好，而且其熱軋厚板的韌性和焊接性良好，被作為焊接結構鋼廣泛用於產業機械和設備。在建築業，根據鋼的綜合特性、各種形狀的加工性和實際使用情況，不鏽鋼的代表鋼種SUS304將會成為不鏽鋼用於建築物研究的目標。除含有高濃度氯化物的苛刻環境之外，SUS304的正確使用，可以長期抑制明顯鏽蝕的發生，並且作為結構用鋼也具有足夠的性能。但由於SUS304鋼中稀有金屬元素Ni含量較高，所以與一般結構鋼和實施防腐措施的結構鋼(如鍍層鋼材)有較大的價格差距，並且容易受原料成本變化的影響。雖然說要重視LCC，但由於初期工程成本增加，在目前國內嚴酷的經濟形勢下，普及推廣SUS304鋼是有一定障礙的。

Cr系不鏽鋼的焊接區韌性和焊接施工性(防止低溫裂紋方法)問題也得到很好的解決。由於Cr含量較少，在暴露於室外的海鹽粒子的環境中，點腐蝕的發生不可避免，但在通常的室外環境中，腐蝕速度很小，可以保證建築物長期的耐久性。沒有必要再進行塗裝、鍍層等傳統的防腐處理和對加工部位、焊接部位補加防腐處理。

YUS 410W-MS鋼已經通過了建築法第37條規定的大臣認證，可以用於一般建築物，成為保證住宅質量的相關法律規定的第3級(耐久性100年)高耐久性結構用鋼。可以預期，該鋼種不僅可用於長壽命住宅的主體結構，而且可以作為新型的結構用不鏽鋼在建築業推廣使用，以減少施工和維修時的防腐處理工作量。

4、採用Cr系不鏽鋼鋼筋提高鋼筋混凝土構築物的耐久性

對鋼筋混凝土構築物(RC構築物)耐久性的提高也提出了要求。在高鹼性混凝土中，普通鋼筋處於鈍化狀態，不發生腐蝕，但當有氯化物從外部滲透時，由於混凝土被中和為中性化，鋼筋被腐蝕，這是RC構築物變質的一個重要原因。鋼筋發生腐蝕後，不僅鋼筋本身強度下降，而且由於鐵鏽引起的體積膨脹導致混凝土產生裂紋和剝落，造成RC構築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計上採取措施，但是，也有採用高耐蝕性鋼筋的做法，特別是處在嚴重的氯化物環境中的構築物(如海洋構築物、沿海橋樑、噴洒融雪鹽的公路高架橋等)可以採用環氧樹脂塗層鋼筋，在日本以外的國家也開始採用不鏽鋼鋼筋。

就鋼筋本身而言，不鏽鋼鋼筋比普通鋼筋價格高，但不必對整個構築物都採用不鏽鋼鋼筋，只在容易發生腐蝕損害的部位(如在靠近氯化物容易滲透的混凝土表層)採用不鏽鋼鋼筋，就可使構築物整體的耐久性有根本性的提高。限定性地採用不鏽鋼鋼筋可以將建造成本的增加控制在最小程度，而LCC的優勢變的很大。同時，由於RC構築物整體可靠性的提高，提高了構築物的資產價值，在經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)三種不鏽鋼已經標準化(JIS)。根據鋼筋在混凝土中耐久性評價實驗的結果，不含Ni的Cr系不鏽鋼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鋼筋已經用於海邊堤岸、碼頭系船樁、工業用水儲罐等裝置。預計今後將進一步用於在鹽害環境下要求高耐久性的港灣設備、沿海橋樑、噴洒融雪劑的公路結構裝置、隧道等構築物。

此外，還可以預計，在要求超長期耐久性的神社廟宇等特殊建築物和沿海建築物的外圍結構、基礎結構中將採用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，已經計劃建造採用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後，預計在200年內可使LCC減少35%，CO2排放量減少45%。此外，為了將不鏽鋼鋼筋用於一般的建築物，新日鐵生產的SUS410鋼筋通過了日本建築法第37條第2款規定的國土交通大臣認證。

可以認為，今後不鏽鋼鋼筋將會擴大應用到一般的鋼筋混凝土構築物。不鏽鋼鋼筋正處於由試用向普及的發展階段。

大明鋼鐵網材料與加工組整理

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