在日本能夠生產耐候鋼的1960年(昭和35年)后的數年間,受到的一次最大的沖擊是在美國建筑物上的裸露使用。號稱第一號的John Deere & Company公司大樓于1958年(昭和33年)動工,于1963年(昭和38年)竣工。這個大樓由于位置的關系雖然有名而實際見過的人不多,可是相繼建成的 Chicago Civic Cen-ter[1965年(昭和40年)竣工]位于Chicago的中心街,由于31層規模很宏大,很多日本人見過。不僅在壁面板和柱型上,而且在強度構件上正式地裸露使用了耐候鋼。作者于1969年(昭和44年)從Boston至San Diego時,途中順便到過Chicago再次參觀了這個大樓,在出差報告書中做了如下的記述:
“..···與4年前見過(guo)時相比它更加(jia)美麗,這(zhe)對耐(nai)候(hou)鋼(gang)的(de)裸露使(shi)用(yong)的(de)自信和(he)信任(ren)形成了強有(you)力的(de)基(ji)礎。雖然耐(nai)候(hou)鋼(gang)在(zai)日本作(zuo)為強度(du)材料還沒有(you)裸露使(shi)用(yong),可是我想那個(ge)時代必將(jiang)來臨。因(yin)(yin)此,我認為不僅暴曬試(shi)驗(yan),而(er)且包(bao)括結構(gou)因(yin)(yin)素在(zai)內的(de)實用(yong)數據不可缺少(shao),未來在(zai)日本第一個(ge)使(shi)用(yong)耐(nai)候(hou)鋼(gang)的(de)結構(gou)物成功(gong)與否(fou)對以后的(de)發展(zhan)有(you)很(hen)大影響。
在初(chu)期采用(yong)了裸露耐候(hou)鋼的(de)(de)(de)建筑(zhu)物(wu)中(zhong),人所共知的(de)(de)(de)是鐮(lian)倉近代美術館(1966年(昭(zhao)和41年),用(yong)于(yu)鋼骨、屋(wu)(wu)頂、窗框)、東京(jing)茅(mao)場町(ding)的(de)(de)(de)鐵鋼會(hui)館(1966年(昭(zhao)和41年),用(yong)于(yu)欄桿、部分外裝面(mian)板(ban)、屋(wu)(wu)上周(zhou)圍的(de)(de)(de)防護面(mian)板(ban))、川(chuan)崎市的(de)(de)(de)NKK京(jing)濱大(da)廈(sha)(sha)(1968年(昭(zhao)和43年),用(yong)于(yu)屋(wu)(wu)上的(de)(de)(de)頂屋(wu)(wu)、大(da)廈(sha)(sha)的(de)(de)(de)外裝面(mian)板(ban))等。其他主要的(de)(de)(de)建筑(zhu)物(wu)示于(yu)表(biao)2-4。



這些耐候(hou)鋼的(de)(de)穩(wen)定銹層形成(cheng)過程不像在美(mei)國那樣(yang)順利。妨礙耐候(hou)鋼穩(wen)定銹層形成(cheng)的(de)(de)環境因子包括(kuo)大(da)氣(qi)中所含過量的(de)(de)鹽離子及亞硫酸氣(qi)體。即使它們在大(da)氣(qi)中的(de)(de)濃度相同,像大(da)氣(qi)暴曬試片上(shang)被(bei)雨(yu)水(shui)沖(chong)洗的(de)(de)場合,因附著量減少能降(jiang)低它的(de)(de)作用,可是在實際的(de)(de)建筑物(wu)上(shang)除了屋(wu)頂以外,雨(yu)的(de)(de)洗凈效果(guo)受到限制。
其結果是,一(yi)旦海鹽粒子或SO2(被氧化后(hou)變成硫酸起作用(yong))表面附著量過多時,不僅產(chan)生(sheng)銹(xiu)層剝離,增大腐(fu)蝕,而且使外觀變壞。
圖2-8 示出了大氣中(zhong)的(de)SOx濃(nong)度隨時(shi)間變化的(de)測定情況。在都市(shi)或工業地區(qu),20世(shi)紀60年代(dai)(昭和(he)40年代(dai))中(zhong)期的(de)SO,濃(nong)度是現在的(de)數(shu)倍以上(shang),對(dui)耐候(hou)鋼形(xing)成穩定銹層來說還不(bu)是太好(hao)的(de)環境。

以(yi)NKK京濱大(da)(da)樓為(wei)例,耐(nai)候鋼(gang)是作(zuo)為(wei)外部(bu)凹(ao)面縱向使用的(de)(de)槽(cao)形構(gou)件(jian),它寬800mm,高(gao)200mm,可(ke)是由于處于工業地區,大(da)(da)氣(qi)中SO含量多,降雨(yu)(yu)時受風向的(de)(de)影響被雨(yu)(yu)沖洗(xi)的(de)(de)部(bu)分僅限于東(dong)南西北的(de)(de)一個方向,而(er)(er)且比外面凹(ao)下200mm,所以(yi)即使在(zai)被雨(yu)(yu)淋的(de)(de)方向上(shang)也不可(ke)能(neng)全部(bu)被沖洗(xi)。建(jian)成初期(qi),銹(xiu)的(de)(de)脫落顯(xian)著,在(zai)降雨(yu)(yu)之后,雨(yu)(yu)中析出(chu)的(de)(de)硫酸鐵(tie)帶(dai)有白色(se)污垢。該大(da)(da)樓的(de)(de)耐(nai)候鋼(gang)使用10年左右,隨著時間增長,銹(xiu)層也增厚(hou),以(yi)及因環境的(de)(de)改善而(er)(er)降低了SOx濃度,使銹(xiu)層穩(wen)定化(hua),成為(wei)相當良好(hao)的(de)(de)狀(zhuang)態。25年后的(de)(de)今(jin)天(tian),銹(xiu)已經(jing)呈現出(chu)良好(hao)的(de)(de)穩(wen)定化(hua)外觀(guan)。
如果從20世紀(ji)60年(nian)(nian)代至70年(nian)(nian)代后期(昭(zhao)和40年(nian)(nian)代到50年(nian)(nian)代初(chu)期)日本的(de)(de)(de)耐候鋼在建筑物上(shang)的(de)(de)(de)裸露(lu)使用情況看(kan),銹穩定化并不像美(mei)國那樣(yang)順利,相當一(yi)般(ban)。其原(yuan)因是比較靠近海(hai)受(shou)海(hai)鹽粒子的(de)(de)(de)影響,當時在城(cheng)市、工業地區SOx濃度高、潮濕(shi)等(deng),可是真正的(de)(de)(de)理由并不清楚。最引起關注的(de)(de)(de)SO4濃度在美(mei)國有(you)(you)的(de)(de)(de)地區也很(hen)高,雖然已經(jing)看(kan)到了硫酸(suan)鐵的(de)(de)(de)污垢,但(dan)是沒有(you)(you)成為很(hen)大(da)的(de)(de)(de)問題。
作為其他(ta)理(li)由,雖(sui)然(ran)還可以舉出日本國土狹小、人(ren)和建筑(zhu)物的距離近,而且日本國民(min)對美觀(guan)或彩色(se)有敏感(gan)性,可是(shi)即(ji)使到(dao)美國Chicago Civic Centen 大樓(lou)跟前去(qu)看耐候鋼的裸露使用也(ye)具有非(fei)常良好的狀態。
如果歸納主(zhu)要問題有(you)如下(xia)幾點:(1)初(chu)期(qi)的(de)(de)(de)淺紅(hong)銹(xiu)的(de)(de)(de)生(sheng)成(cheng);(2)由(you)于方向(xiang)、位置而引起(qi)的(de)(de)(de)初(chu)期(qi)銹(xiu)的(de)(de)(de)色斑;(3)條件壞的(de)(de)(de)場(chang)合下(xia)銹(xiu)的(de)(de)(de)局(ju)部剝離;(4)銹(xiu)飛散(san)時對(dui)周圍環境(jing)的(de)(de)(de)影響;(5)流經表面含有(you)鐵離子(zi)的(de)(de)(de)雨(yu)水所引起(qi)的(de)(de)(de)對(dui)混凝土等(deng)周圍多孔物(wu)質的(de)(de)(de)紅(hong)色污染。以(yi)上(shang)幾點主(zhu)要是外觀上(shang)的(de)(de)(de)問題。如果銹(xiu)的(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)化速(su)度(du)慢,則(ze)在這期(qi)間的(de)(de)(de)腐蝕大,而且(qie)材料的(de)(de)(de)減厚也快,絕對(dui)值只要能(neng)(neng)達到穩(wen)定(ding)化就沒有(you)大問題,并且(qie)它很少作(zuo)為結構(gou)物(wu)的(de)(de)(de)強度(du)材料使用,所以(yi)能(neng)(neng)否達到銹(xiu)的(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)化,初(chu)期(qi)外觀的(de)(de)(de)惡化到什(shen)么程度(du),成(cheng)為人們主(zhu)要關(guan)心的(de)(de)(de)問題。
為(wei)了避(bi)免耐候鋼(gang)初期的外觀不(bu)良,或者(zhe)在一(yi)定程度上(shang)減少(shao)銹(xiu)穩定化(hua)之前的腐(fu)蝕(shi),開發(fa)了所謂的促進銹(xiu)穩定化(hua)的表面處(chu)理法(fa)。這種處(chu)理法(fa)不(bu)是(shi)為(wei)了使腐(fu)蝕(shi)的進行停(ting)(ting)止,而是(shi)在一(yi)定程度上(shang)減緩腐(fu)蝕(shi)進行的同(tong)時,增加由(you)腐(fu)蝕(shi)生成(cheng)的鐵離(li)子或銹(xiu)停(ting)(ting)留(liu)在鋼(gang)表面上(shang)的比率,幫助形成(cheng)銹(xiu)層,減輕(qing)對周圍污損的方(fang)法(fa)。
這種表(biao)面(mian)處(chu)理(li)一時被稱(cheng)為(wei)“銹穩(wen)(wen)定化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)促進(jin)處(chu)理(li)”。而且因為(wei)銹層(ceng)達到穩(wen)(wen)定化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)以(yi)前的(de)時間比裸鋼長所以(yi)決(jue)不(bu)能被稱(cheng)為(wei)“促進(jin)”。因而,現(xian)在(zai)固定下(xia)來(lai)(lai)的(de)“銹穩(wen)(wen)定化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)處(chu)理(li)”是(shi)合適的(de)名稱(cheng)。但是(shi),表(biao)面(mian)處(chu)理(li)覆膜隨著時間而發生劣化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua),為(wei)了按照其意圖(tu)形(xing)成、保持原來(lai)(lai)的(de)銹層(ceng),需要有和(he)使(shi)用裸露(lu)鋼相(xiang)同的(de)環(huan)境特性,所以(yi)在(zai)不(bu)能達到銹穩(wen)(wen)定化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)環(huan)境條件下(xia)使(shi)用裸露(lu)鋼,即使(shi)進(jin)行(xing)穩(wen)(wen)定化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)處(chu)理(li)也(ye)不(bu)能夠實現(xian)穩(wen)(wen)定化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)。
像這樣(yang)的(de)(de)銹穩定化處理(li)是日本獨特的(de)(de)技術,其中第一(yi)號是日本磷化處理(li)(パーカライジング)公司開發的(de)(de)方(fang)(fang)法。這種(zhong)方(fang)(fang)法從(cong)1966年(昭和41年)開始實(shi)用化,當(dang)時(shi)分為只磷酸鹽處理(li)的(de)(de)規格(ge)和在其上(shang)進行丙烯系薄涂(tu)(tu)漆的(de)(de)規格(ge),后來變成只有后者一(yi)種(zhong)。以后開發的(de)(de)現在正在使用的(de)(de)方(fang)(fang)法有CUPTEN涂(tu)(tu)層(ceng)法(NKK公司)、RS涂(tu)(tu)層(ceng)法(川崎制鐵(tie)公司)等,初期(qi)的(de)(de)外觀都(dou)是涂(tu)(tu)漆拋光。
耐候鋼的(de)(de)(de)使用特性不僅只依賴于化學的(de)(de)(de)環境條件(jian),而且也顯著地受除(chu)去附(fu)著在表面(mian)上(shang)有(you)害物(wu)質的(de)(de)(de)降雨洗凈作用的(de)(de)(de)大小、積存雨水的(de)(de)(de)難(nan)易程度等有(you)關的(de)(de)(de)結構物(wu)的(de)(de)(de)形狀(zhuang)的(de)(de)(de)影(ying)響。
曾(ceng)經進(jin)行過(guo)關于暴(bao)曬試驗中的暴(bao)曬角度(du)或(huo)雨遮(zhe)蔽度(du)影響的研究(jiu);而日本諸石等人(ren)也就此做了研究(jiu)(參(can)照2.4.2節)。所有(you)的報告都證明(ming)在不容易受到雨水洗凈(jing)作用(yong)的背(bei)面腐蝕大。
住友金(jin)屬公(gong)司或(huo)NKK公(gong)司于20世紀60年(nian)代(dai)后期(qi)(昭(zhao)和40年(nian)代(dai)前(qian)期(qi))曾(ceng)設(she)置試驗房屋或(huo)者模型結(jie)構物(wu),更(geng)詳細(xi)地研究(jiu)了構件的角度、方向、對雨(yu)水遮蔽度等的影響(xiang)。在2.4.2節詳細(xi)敘述,已(yi)經定(ding)量地掌握了SOx污染(ran)越(yue)嚴重的地區這些結(jie)構因子的影響(xiang)越(yue)大。
這樣的(de)(de)(de)研究提(ti)高了(le)耐候鋼的(de)(de)(de)裸露使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)技術,對于促(cu)進(jin)耐候鋼在(zai)實(shi)際使(shi)用(yong)(yong)條件下更(geng)好地發揮(hui)優秀性能的(de)(de)(de)構(gou)造設計的(de)(de)(de)進(jin)步具有(you)重要(yao)用(yong)(yong)。作(zuo)為(wei)把油或劃線等從(cong)表面(mian)除去(qu)以及不積存雨(yu)水的(de)(de)(de)設計,不使(shi)周圍(wei)的(de)(de)(de)混(hun)凝土被銹(xiu)色污染,在(zai)結構(gou)上需要(yao)考慮(lv)的(de)(de)(de)事項,刊登在(zai)U.S.Steel公司的(de)(de)(de)文獻(xian)或技術資料(liao)中,該公司設有(you)委員會(hui)進(jin)行有(you)關應用(yong)(yong)技術的(de)(de)(de)用(yong)(yong)戶服務。實(shi)際上,正像ChicagoCivic Center 面(mian)向廣(guang)場大樓(lou)外(wai)圍(wei)柱(zhu)上流(liu)下的(de)(de)(de)雨(yu)水不污染混(hun)凝土地面(mian)那樣,事先采取了(le)在(zai)柱(zhu)下部的(de)(de)(de)周圍(wei)設置小排水孔(kong)等措施。
例如日(ri)本NKK京濱大樓周圍一定(ding)寬度的(de)(de)(de)地面上放上砂子,不讓雨水產生的(de)(de)(de)污染向(xiang)四周擴(kuo)散(san),同時(shi)不讓人看見,根據情況可以更換(huan)砂子。而且,在美(mei)國(guo)關于SO.濃度和構造設計的(de)(de)(de)關系(xi),尚(shang)未在實際業(ye)務(wu)上引起注意,使用前(qian)述的(de)(de)(de)模型結構物的(de)(de)(de)研究(jiu),反映了(le)當時(shi)日(ri)本的(de)(de)(de)實際情況。
關于建筑領(ling)域(yu)的(de)應用(yong)技(ji)術(shu)(shu)文獻發(fa)表(biao)得非常(chang)少。隨著(zhu)耐候(hou)鋼在建筑物上裸(luo)露使(shi)(shi)用(yong)的(de)增(zeng)加,應用(yong)技(ji)術(shu)(shu)有了較大的(de)進步,它(ta)成為了后來盛行的(de)耐候(hou)鋼在橋梁(liang)上裸(luo)露使(shi)(shi)用(yong)技(ji)術(shu)(shu)的(de)基礎(chu)。然(ran)而在近年的(de)橋梁(liang)領(ling)域(yu)里(2.2.3節)已(yi)經有了建筑物領(ling)域(yu)不可(ke)比擬的(de)更(geng)詳(xiang)細而具(ju)體的(de)應用(yong)技(ji)術(shu)(shu)。
在(zai)建筑領域里的裸露(lu)使用(yong)技術成(cheng)為原動力的研究有:關于(yu)耐候鋼穩(wen)定銹層防蝕性的本質、合金元素的作用(yong)及(ji)其機構、銹層穩(wen)定化的過程等。
1967年(昭(zhao)和(he)42年)秋,在(zai)札幌召開的(de)(de)(de)(de)日本鐵鋼協會(hui)第(di)74次講(jiang)演(yan)大(da)會(hui)上(shang)(shang),“耐候(hou)鋼的(de)(de)(de)(de)銹及其防(fang)蝕效(xiao)果(guo)”被選定為討論(lun)會(hui)的(de)(de)(de)(de)題(ti)(ti)目,在(zai)討論(lun)會(hui)上(shang)(shang)發表(biao)(biao)(biao)了4篇,在(zai)一(yi)般講(jiang)演(yan)中發表(biao)(biao)(biao)了5篇相關的(de)(de)(de)(de)研(yan)究報(bao)告(gao)。這可(ke)以說是日本最早發表(biao)(biao)(biao)的(de)(de)(de)(de)關于(yu)耐候(hou)鋼的(de)(de)(de)(de)實質(zhi)性的(de)(de)(de)(de)研(yan)究報(bao)告(gao)。這次發表(biao)(biao)(biao)的(de)(de)(de)(de)大(da)部分報(bao)告(gao)已(yi)成為現在(zai)對耐候(hou)鋼銹層(ceng)的(de)(de)(de)(de)考慮(lv)方法的(de)(de)(de)(de)基礎。表(biao)(biao)(biao)2-5出示(shi)了講(jiang)演(yan)題(ti)(ti)目。關于(yu)這些研(yan)究將(jiang)在(zai)2.3.1節詳細敘述,而且久松就(jiu)當(dang)時(shi)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究發表(biao)(biao)(biao)過(guo)一(yi)篇優秀的(de)(de)(de)(de)總論(lun)(卷末(mo)資料(liao)3)。


關于(yu)耐(nai)候(hou)鋼銹層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)防(fang)蝕(shi)機(ji)構(gou)(gou)(gou)或合金元素在銹中(zhong)的(de)(de)(de)分布,在這(zhe)以前美國(guo)曾有幾個報(bao)道,其中(zhong)幾篇相當著名,并且最初拍攝了(le)銹層(ceng)(ceng)斷面顯(xian)微照片的(de)(de)(de)人可以被認為(wei)是Horton[26].雖(sui)然(ran)在銹層(ceng)(ceng)上有銹的(de)(de)(de)化學(xue)成分、X射線結(jie)晶構(gou)(gou)(gou)造(zao)、織構(gou)(gou)(gou)、電(dian)化學(xue)性(xing)質等多項值(zhi)得注意的(de)(de)(de)特性(xing),然(ran)而在詳細研(yan)究耐(nai)候(hou)鋼銹層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)織構(gou)(gou)(gou)或電(dian)化學(xue)性(xing)質和防(fang)蝕(shi)能力的(de)(de)(de)關系的(de)(de)(de)報(bao)告(gao)中(zhong),札幌的(de)(de)(de)這(zhe)些(xie)報(bao)告(gao)在世界上也是最早的(de)(de)(de),而且具有說服力。
例如,岡(gang)田(tian)等敘述,在(zai)靠(kao)近銹(xiu)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)基體部(bu)分(fen)使用偏光(guang)顯微(wei)鏡作(zuo)為消(xiao)光(guang)層(ceng),能觀(guan)察到X射(she)線非(fei)(fei)晶(jing)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)銹(xiu),它在(zai)耐(nai)(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)中連續(xu)形(xing)成具有(you)防(fang)蝕性(xing)(xing)。增子(zi)等報告了在(zai)制作(zuo)人工銹(xiu)時,除鐵以外,像銅那樣對(dui)耐(nai)(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)合金(jin)元素的(de)(de)(de)(de)離子(zi)共存時,銹(xiu)變成非(fei)(fei)晶(jing)質(zhi)有(you)助(zhu)于防(fang)蝕性(xing)(xing)銹(xiu)的(de)(de)(de)(de)生成。松島等在(zai)大氣暴曬時間不同的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)和(he)碳素鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)銹(xiu)層(ceng)上,使其(qi)與放(fang)(fang)射(she)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)硫酸離子(zi)起作(zuo)用,通(tong)過腐蝕的(de)(de)(de)(de)進(jin)行,用放(fang)(fang)射(she)性(xing)(xing)物(wu)質(zhi)自動(dong)檢測技術求(qiu)出它們在(zai)銹(xiu)層(ceng)防(fang)蝕性(xing)(xing)弱的(de)(de)(de)(de)部(bu)分(fen)集聚(ju)成點狀(zhuang)時的(de)(de)(de)(de)分(fen)布(bu),從而(er)證明在(zai)耐(nai)(nai)候(hou)鋼(gang)(gang)中腐蝕繼續(xu)進(jin)行的(de)(de)(de)(de)點狀(zhuang)部(bu)分(fen)隨著大氣暴曬時間的(de)(de)(de)(de)增長(chang)而(er)減少。并且,銹(xiu)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)電化(hua)學性(xing)(xing)質(zhi)也已經(jing)相當清(qing)楚。
1975~1985年(昭(zhao)和50年代)耐候鋼在建筑(zhu)物上(shang)的(de)裸露使用(yong)減少了(le).銹穩定化(hua)處理使用(yong)也在大樓外裝面板等用(yong)途上(shang)減少了(le),而它的(de)用(yong)途以扶手、紀念塔、牌坊等不是面板狀的(de)構件或者(zhe)工藝性(xing)高的(de)特殊形狀的(de)結構物為主。
在大樓的(de)(de)外裝部分(fen)大面(mian)積使用裸(luo)露耐候(hou)(hou)鋼(gang)的(de)(de)意義,雖然包(bao)含著(zhu)當初認為也可以(yi)不涂(tu)漆的(de)(de)經濟(ji)上的(de)(de)優(you)點(dian),可是(shi)并不一定(ding)對(dui)用戶(hu)有吸引力,甚(shen)至有人對(dui)其優(you)點(dian)持懷疑觀(guan)點(dian),好(hao)像(xiang)更關(guan)注外觀(guan)的(de)(de)工藝(yi)性,所以(yi)說,良好(hao)的(de)(de)外觀(guan)是(shi)極(ji)為重要的(de)(de)。1965~1975年(nian)(昭和40年(nian)代)由于大氣腐(fu)蝕的(de)(de)影響(xiang),在那時裸(luo)露使用耐候(hou)(hou)鋼(gang)建(jian)筑物(wu)的(de)(de)銹層狀況,還(huan)沒有使用戶(hu)十分(fen)滿(man)意。
大氣的(de)腐蝕性由于地區(qu)不同而有差異,銹(xiu)層(ceng)穩定(ding)(ding)化的(de)穩定(ding)(ding)度(du)也取決于結(jie)構物形狀,所以必(bi)須預測每個(ge)構件裸露使(shi)用的(de)妥當性或銹(xiu)層(ceng)穩定(ding)(ding)性的(de)時效(xiao)變(bian)化,這種預測主要取決于專家的(de)經(jing)驗,而缺乏技術的(de)客觀性。這個(ge)問(wen)題(ti)以后隨(sui)著耐候(hou)鋼在橋梁上裸露使(shi)用的(de)擴大已經(jing)得到解決。

