建筑结构用不锈钢应用技术

　1 建筑结构中不锈钢的应用情况

　　一般来说，不锈钢的概念是，它是一种“不生锈的”、“高价的”金属材料，在建筑物上它是在设计要求“金属色调”时的一种观赏性装饰材料。但是，利用不锈钢的最大特性“不生锈”，将不锈钢作为结构用钢用于供水设备、建筑结构的情况还没有被人们普遍认识。另一方面，不锈钢作为焊接结构用高耐蚀钢材，用于化工设备、输送机械、能源机械等方面，虽然行业有限，但以其取得的应用效果为基础，不锈钢的应用正在下述各个领域得到推进，以实现构筑物的高耐久化和减少维修负担。

　　1）河流构筑物

　　这些设备长期处于与水接触的腐蚀环境中，是很难进行维修的复杂构筑物，所以，从很早就已经不锈钢化了（再涂装困难的闸门本体和输水管、难于用涂装方法保持耐蚀性的闸门驱动装置和阀门等），并且使用标准也进行了修订。

　　2）水管和供水装置

　　已经将不锈钢用于便于维修管理、对水质影响小的水管架等水管设施。最近正在将不锈钢用于配水池，高架水罐、防灾用储水罐等设施。

　　3）桥梁

　　虽然目前将不锈钢用于桥梁的情况较少，但欧洲是不锈钢用于桥梁的中心。使用最多的是以观赏性为目的的人行天桥等小规模桥梁，并且已有取得减少LCC效果的报告，现在已开始用于大型桥梁，以提高桥梁寿命。目前正在建设中的香港昂船洲大桥是世界最大的钢混凝土复合斜拉索桥。该桥的主塔上部外壳和下部钢筋采用了大量的不锈钢。

　　4）港湾钢结构构筑物

　　不锈钢已用于栈桥等港湾钢结构构筑物等海水严重腐蚀部位，以达到防腐蚀的效果。采用耐海水不锈钢NSSC270的金属衬板防腐蚀，在耐蚀性长，减少维修量等方面都好于传统的涂装或电气防腐技术，已经用于重要的港湾构筑物。

　　5）建筑物

　　在建筑业，利用不锈钢的装饰性将其用于建筑物梁柱。根据这种需求，从上世纪80年代起，对采用不锈钢的设计标准进行了修订。2000年建筑结构用不锈钢纳入日本标准化（JIS），并在建筑标准法修订公告中公布，使不锈钢可以用于一般建筑物。利用其装饰性已经用于天井、顶盖、游泳池屋顶和外部台阶等。

　　这样，不锈钢渐渐地向以土木建筑物为主的构筑物扩大应用，以提高构筑物耐久性和减少维修量。采用不锈钢与采用防腐处理的结构钢相比，虽然初期工程成本大，但与全部采用防腐技术相比，部分采用不锈钢可以在使用的早期阶段收到降低LCC的效果，这一点正在被市场方面所认识。

　　2 采用不锈钢提高建筑结构的耐久性

　　当建筑物处于靠近海岸的多盐分的环境中，不锈钢也容易发生点腐蚀。在将不锈钢作为具有金属色调的装饰材料使用时，或是采用不能考虑腐蚀余量的薄钢板时（如上述的海洋构筑物的金属衬板防腐、金属屋顶），应选择在该环境下不易生锈的钢种，同时也要在设计、施工和维修方面给以防腐措施的配合。目前结构用不锈钢的使用状况是，将不锈钢作为“不生锈”或不发生“显著锈蚀”的钢种来选定、使用。

　　实际上，在提高构筑物耐久性方面，采用不锈钢的想法是，允许不锈钢有一定程度的锈蚀，但可以抑制腐蚀量以保证结构的性能。对于厚度较大的不锈钢板材，不是将它作为不生锈的钢，而是作为腐蚀速度小的高耐久性钢材来使用。为进行这样的耐久性设计，应当了解在使用条件下的腐蚀过程，正确掌握腐蚀过程对结构用材性能即强度的影响。

　　3 Cr系不锈钢在建筑上的应用

　　奥氏体不锈钢不仅耐蚀性好，而且其热轧厚板的韧性和焊接性良好，被作为焊接结构钢广泛用于产业机械和设备。在建筑业，根据钢的综合特性、各种形状的加工性和实际使用情况，不锈钢的代表钢种SUS304将会成为不锈钢用于建筑物研究的目标。除含有高浓度氯化物的苛刻环境之外，SUS304的正确使用，可以长期抑制明显锈蚀的发生，并且作为结构用钢也具有足够的性能。但由于SUS304钢中稀有金属元素Ni含量较高，所以与一般结构钢和实施防腐措施的结构钢（如镀层钢材）有较大的价格差距，并且容易受原料成本变化的影响。虽然说要重视LCC，但由于初期工程成本增加，在目前国内严酷的经济形势下，普及推广SUS304钢是有一定障碍的。

　　Cr系不锈钢的焊接区韧性和焊接施工性（防止低温裂纹方法）问题也得到很好的解决。由于Cr含量较少，在暴露于室外的海盐粒子的环境中，点腐蚀的发生不可避免，但在通常的室外环境中，腐蚀速度很小，可以保证建筑物长期的耐久性。没有必要再进行涂装、镀层等传统的防腐处理和对加工部位、焊接部位补加防腐处理。

　　YUS?410W-MS钢已经通过了建筑法第37条规定的大臣认证，可以用于一般建筑物，成为保证住宅质量的相关法律规定的第3级（耐久性100年）高耐久性结构用钢。可以预期，该钢种不仅可用于长寿命住宅的主体结构，而且可以作为新型的结构用不锈钢在建筑业推广使用，以减少施工和维修时的防腐处理工作量。

　　4 采用Cr系不锈钢钢筋提高钢筋混凝土构筑物的耐久性

　　对钢筋混凝土构筑物（RC构筑物）耐久性的提高也提出了要求。在高碱性混凝土中，普通钢筋处于钝化状态，不发生腐蚀，但当有氯化物从外部渗透时，由于混凝土被中和为中性化，钢筋被腐蚀，这是RC构筑物变质的一个重要原因。钢筋发生腐蚀后，不仅钢筋本身强度下降，而且由于铁锈引起的体积膨胀导致混凝土产生裂纹和剥落，造成RC构筑物整体耐久性下降的严重问题。为防止钢筋腐蚀，可对混凝土进行改良和在设计上采取措施，但是，也有采用高耐蚀性钢筋的做法，特别是处在严重的氯化物环境中的构筑物（如海洋构筑物、沿海桥梁、喷洒融雪盐的公路高架桥等）可以采用环氧树脂涂层钢筋，在日本以外的国家也开始采用不锈钢钢筋。

　　就钢筋本身而言，不锈钢钢筋比普通钢筋价格高，但不必对整个构筑物都采用不锈钢钢筋，只在容易发生腐蚀损害的部位（如在靠近氯化物容易渗透的混凝土表层）采用不锈钢钢筋，就可使构筑物整体的耐久性有根本性的提高。限定性地采用不锈钢钢筋可以将建造成本的增加控制在最小程度，而LCC的优势变的很大。同时，由于RC构筑物整体可靠性的提高，提高了构筑物的资产价值，在经济方面是十分有利的。

　　目前，SUS410（12%Cr）、SUS304（18%Cr-8%Ni）、SUS316（17%Cr-8%Ni-2.5%Mo）三种不锈钢已经标准化（JIS）。根据钢筋在混凝土中耐久性评价实验的结果，不含Ni的Cr系不锈钢SUS410钢筋有被广泛使用的可能性，因此，把SUS410钢筋（新日铁商品名：NSSD?410）作为普及性大的高耐久性钢筋，正在大力推进使用。到目前为止，NSSD?410钢筋已经用于海边堤岸、码头系船桩、工业用水储罐等装置。预计今后将进一步用于在盐害环境下要求高耐久性的港湾设备、沿海桥梁、喷洒融雪剂的公路结构装置、隧道等构筑物。

　　此外，还可以预计，在要求超长期耐久性的神社庙宇等特殊建筑物和沿海建筑物的外围结构、基础结构中将采用SUS410钢筋。以国土交通省为主，从2008年度开始的超长期住宅（所谓200年住宅）样板工作中，已经计划建造采用NSSD?410钢筋的高耐久性住宅。高耐久性钢筋混凝土超长期住宅建成后，预计在200年内可使LCC减少35%，CO2排放量减少45%。此外，为了将不锈钢钢筋用于一般的建筑物，新日铁生产的SUS410钢筋通过了日本建筑法第37条第2款规定的国土交通大臣认证。

　　可以认为，今后不锈钢钢筋将会扩大应用到一般的钢筋混凝土构筑物。不锈钢钢筋正处于由试用向普及的发展阶段。