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年前見過時相比它更加美(mei)麗,這(zhe)對耐(nai)候鋼的(de)裸露(lu)使用的(de)自信(xin)和信(xin)任形成了強有(you)力(li)的(de)基礎。雖(sui)然耐(nai)候鋼在日(ri)本作為強度材料還沒有(you)裸露(lu)使用,可是我想(xiang)那個(ge)時代必將(jiang)來臨。因(yin)(yin)此,我認為不僅暴(bao)曬試驗,而且(qie)包括結(jie)構因(yin)(yin)素在內的(de)實用數據不可缺少,未來在日(ri)本第一個(ge)使用耐(nai)候鋼的(de)結(jie)構物成功(gong)與否對以后的(de)發展有(you)很大影(ying)響。
在初期采用(yong)了裸露耐候鋼(gang)的(de)建筑物(wu)中,人所共(gong)知的(de)是鐮倉近代美術館(1966年(昭和(he)(he)41年),用(yong)于鋼(gang)骨、屋(wu)(wu)頂(ding)、窗框)、東京茅場町的(de)鐵鋼(gang)會館(1966年(昭和(he)(he)41年),用(yong)于欄桿(gan)、部分(fen)外裝面板、屋(wu)(wu)上周圍的(de)防護面板)、川崎市的(de)NKK京濱大廈(1968年(昭和(he)(he)43年),用(yong)于屋(wu)(wu)上的(de)頂(ding)屋(wu)(wu)、大廈的(de)外裝面板)等。其他(ta)主要的(de)建筑物(wu)示于表2-4。



這些耐候鋼的(de)(de)穩定(ding)銹層形(xing)(xing)成過程不像在(zai)美國那樣順利。妨礙耐候鋼穩定(ding)銹層形(xing)(xing)成的(de)(de)環境因子包(bao)括大氣(qi)中所含(han)過量(liang)的(de)(de)鹽離子及亞硫酸(suan)氣(qi)體。即(ji)使(shi)它們在(zai)大氣(qi)中的(de)(de)濃(nong)度(du)相同,像大氣(qi)暴曬試片上被雨水沖洗(xi)的(de)(de)場合(he),因附著量(liang)減(jian)少能降低它的(de)(de)作用,可是在(zai)實際的(de)(de)建筑(zhu)物上除了屋頂以外(wai),雨的(de)(de)洗(xi)凈效果受到限制。
其結果是,一旦海鹽粒子或SO2(被氧化后(hou)變(bian)成硫酸(suan)起作用)表面附著量過(guo)多時,不僅(jin)產生銹層剝離,增大腐蝕,而(er)且使外觀(guan)變(bian)壞。
圖(tu)2-8 示(shi)出(chu)了大氣中的(de)SOx濃度(du)(du)隨時間變化(hua)的(de)測定情(qing)況。在(zai)都市(shi)或(huo)工業地區,20世(shi)紀60年(nian)(nian)代(dai)(昭(zhao)和40年(nian)(nian)代(dai))中期的(de)SO,濃度(du)(du)是現在(zai)的(de)數倍以上,對耐(nai)候鋼(gang)形成穩定銹(xiu)層來說還不是太(tai)好(hao)的(de)環境。

以NKK京濱大樓為(wei)例,耐(nai)候鋼(gang)是作為(wei)外部(bu)凹面縱(zong)向使用(yong)的(de)(de)(de)(de)槽形構件(jian),它寬800mm,高200mm,可(ke)是由(you)于處于工業地(di)區,大氣中(zhong)SO含量多(duo),降(jiang)雨(yu)(yu)時(shi)受(shou)風(feng)向的(de)(de)(de)(de)影(ying)響被(bei)雨(yu)(yu)沖洗的(de)(de)(de)(de)部(bu)分僅(jin)限于東(dong)南西北的(de)(de)(de)(de)一(yi)個方向,而且(qie)比外面凹下200mm,所(suo)以即使在被(bei)雨(yu)(yu)淋的(de)(de)(de)(de)方向上也不可(ke)能全(quan)部(bu)被(bei)沖洗。建成初(chu)期(qi),銹(xiu)(xiu)的(de)(de)(de)(de)脫落(luo)顯著,在降(jiang)雨(yu)(yu)之(zhi)后,雨(yu)(yu)中(zhong)析出的(de)(de)(de)(de)硫(liu)酸(suan)鐵帶有(you)白色(se)污垢。該大樓的(de)(de)(de)(de)耐(nai)候鋼(gang)使用(yong)10年(nian)(nian)左右,隨著時(shi)間(jian)增長,銹(xiu)(xiu)層也增厚,以及(ji)因環境(jing)的(de)(de)(de)(de)改善而降(jiang)低了SOx濃度,使銹(xiu)(xiu)層穩(wen)定化,成為(wei)相(xiang)當良好(hao)的(de)(de)(de)(de)狀態(tai)。25年(nian)(nian)后的(de)(de)(de)(de)今天,銹(xiu)(xiu)已(yi)經呈現出良好(hao)的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定化外觀(guan)。
如果從20世紀60年代(dai)至(zhi)70年代(dai)后期(qi)(昭(zhao)和40年代(dai)到(dao)50年代(dai)初期(qi))日本的(de)耐候鋼在建(jian)筑物(wu)上的(de)裸露(lu)使用情(qing)況看,銹(xiu)穩定(ding)化并不像美(mei)國(guo)(guo)那樣順利(li),相(xiang)當(dang)一般。其原因(yin)是比(bi)較靠(kao)近海受海鹽粒子的(de)影響,當(dang)時(shi)在城(cheng)市、工業地(di)區SOx濃(nong)度高、潮濕(shi)等,可是真正(zheng)的(de)理由(you)并不清(qing)楚。最引(yin)起(qi)關注的(de)SO4濃(nong)度在美(mei)國(guo)(guo)有(you)的(de)地(di)區也(ye)很(hen)高,雖然已經看到(dao)了硫酸鐵的(de)污垢(gou),但是沒(mei)有(you)成為(wei)很(hen)大(da)的(de)問題。
作為其他(ta)理由,雖(sui)然還可以舉出(chu)日本(ben)國土(tu)狹(xia)小、人和建筑物的距離近(jin),而(er)且日本(ben)國民(min)對(dui)美(mei)(mei)觀或(huo)彩(cai)色(se)有(you)敏(min)感性,可是即使(shi)到美(mei)(mei)國Chicago Civic Centen 大(da)樓跟(gen)前去(qu)看耐候鋼的裸露(lu)使(shi)用也具有(you)非常良(liang)好(hao)的狀態。
如(ru)果歸納主要問(wen)題有(you)如(ru)下(xia)(xia)幾(ji)點:(1)初期(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)淺紅銹的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生成;(2)由(you)于方向(xiang)、位置而(er)引起的(de)(de)(de)(de)(de)(de)初期(qi)銹的(de)(de)(de)(de)(de)(de)色斑;(3)條件壞的(de)(de)(de)(de)(de)(de)場(chang)合(he)下(xia)(xia)銹的(de)(de)(de)(de)(de)(de)局部剝離;(4)銹飛散(san)時對周圍環境的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響;(5)流(liu)經表(biao)面含(han)有(you)鐵離子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)雨水所引起的(de)(de)(de)(de)(de)(de)對混凝土等(deng)周圍多孔(kong)物(wu)質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)紅色污染(ran)。以上幾(ji)點主要是外(wai)觀上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)問(wen)題。如(ru)果銹的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding)化速度(du)慢,則在這期(qi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕大,而(er)且材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)減厚也快,絕對值只(zhi)要能達到穩定(ding)化就沒有(you)大問(wen)題,并(bing)且它很少作為結構物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)材料(liao)使用,所以能否達到銹的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding)化,初期(qi)外(wai)觀的(de)(de)(de)(de)(de)(de)惡(e)化到什么程度(du),成為人(ren)們主要關心的(de)(de)(de)(de)(de)(de)問(wen)題。
為了(le)避免耐候(hou)鋼(gang)初期(qi)的(de)(de)外觀不(bu)(bu)良,或者在(zai)一定程度(du)上減少(shao)銹穩定化(hua)之前(qian)的(de)(de)腐蝕,開發了(le)所謂的(de)(de)促進銹穩定化(hua)的(de)(de)表面處理法(fa)。這(zhe)種處理法(fa)不(bu)(bu)是(shi)為了(le)使腐蝕的(de)(de)進行(xing)(xing)停止(zhi),而是(shi)在(zai)一定程度(du)上減緩腐蝕進行(xing)(xing)的(de)(de)同時,增加由腐蝕生成的(de)(de)鐵離子(zi)或銹停留(liu)在(zai)鋼(gang)表面上的(de)(de)比(bi)率,幫助形成銹層(ceng),減輕對周圍污損的(de)(de)方法(fa)。
這種(zhong)表(biao)(biao)面(mian)處(chu)理(li)一時被(bei)稱為“銹穩定(ding)(ding)化(hua)促進(jin)(jin)(jin)處(chu)理(li)”。而且(qie)因(yin)為銹層達(da)到(dao)(dao)穩定(ding)(ding)化(hua)以(yi)前的(de)時間(jian)(jian)比裸鋼(gang)長所以(yi)決不能被(bei)稱為“促進(jin)(jin)(jin)”。因(yin)而,現在(zai)固定(ding)(ding)下來的(de)“銹穩定(ding)(ding)化(hua)處(chu)理(li)”是(shi)合適(shi)的(de)名(ming)稱。但是(shi),表(biao)(biao)面(mian)處(chu)理(li)覆膜隨著時間(jian)(jian)而發生劣化(hua),為了按照其意圖形成(cheng)、保持原來的(de)銹層,需要有和使(shi)用(yong)裸露鋼(gang)相同的(de)環(huan)境(jing)特性,所以(yi)在(zai)不能達(da)到(dao)(dao)銹穩定(ding)(ding)化(hua)的(de)環(huan)境(jing)條件下使(shi)用(yong)裸露鋼(gang),即使(shi)進(jin)(jin)(jin)行穩定(ding)(ding)化(hua)處(chu)理(li)也不能夠實現穩定(ding)(ding)化(hua)。
像這(zhe)(zhe)樣的(de)銹穩定化(hua)(hua)處(chu)理(li)是(shi)(shi)日本(ben)獨(du)特的(de)技(ji)術,其(qi)中第一號是(shi)(shi)日本(ben)磷化(hua)(hua)處(chu)理(li)(パーカライジング)公(gong)司開發(fa)的(de)方(fang)法(fa)(fa)。這(zhe)(zhe)種方(fang)法(fa)(fa)從1966年(昭和41年)開始實(shi)用化(hua)(hua),當(dang)時(shi)分(fen)為只磷酸鹽(yan)處(chu)理(li)的(de)規(gui)(gui)格和在其(qi)上進行丙烯系(xi)薄涂漆的(de)規(gui)(gui)格,后(hou)來變成只有后(hou)者(zhe)一種。以后(hou)開發(fa)的(de)現在正在使(shi)用的(de)方(fang)法(fa)(fa)有CUPTEN涂層法(fa)(fa)(NKK公(gong)司)、RS涂層法(fa)(fa)(川崎制鐵(tie)公(gong)司)等(deng),初期的(de)外(wai)觀(guan)都是(shi)(shi)涂漆拋光。
耐候(hou)鋼的(de)(de)使用特性不僅(jin)只依賴(lai)于化學的(de)(de)環境條件(jian),而且也顯(xian)著地受除去附著在表面上有害物質的(de)(de)降雨洗凈作用的(de)(de)大小、積(ji)存雨水的(de)(de)難(nan)易程(cheng)度等有關的(de)(de)結構物的(de)(de)形狀(zhuang)的(de)(de)影響。
曾經進行過關于(yu)暴曬試驗中(zhong)的暴曬角度或雨遮蔽(bi)度影響(xiang)的研究(jiu)(jiu);而日(ri)本(ben)諸(zhu)石等人也(ye)就(jiu)此做了研究(jiu)(jiu)(參(can)照2.4.2節)。所(suo)有的報(bao)告都證明在(zai)不容(rong)易(yi)受到雨水(shui)洗凈作用的背面腐蝕大。
住友金屬公司(si)或(huo)NKK公司(si)于(yu)20世(shi)紀60年代(dai)(dai)后期(昭(zhao)和40年代(dai)(dai)前(qian)期)曾設置(zhi)試驗房(fang)屋或(huo)者模型結構物(wu),更詳(xiang)(xiang)細地(di)研究了構件的角度(du)、方向、對雨(yu)水遮蔽度(du)等的影響。在2.4.2節詳(xiang)(xiang)細敘述,已經(jing)定量地(di)掌(zhang)握了SOx污染越嚴重的地(di)區(qu)這些結構因子的影響越大。
這(zhe)樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究提高了(le)耐候鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)裸露使用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)技術(shu),對于促進(jin)耐候鋼在實際使用(yong)條件下(xia)更好地(di)發揮優秀性能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)構造設計的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)步具(ju)有重要(yao)用(yong)。作為把油或(huo)劃線等從表(biao)面除(chu)去(qu)以及不積(ji)存(cun)雨(yu)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設計,不使周圍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)混(hun)凝土被(bei)銹色污染,在結構上(shang)需要(yao)考慮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)事項,刊登在U.S.Steel公司的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)文獻或(huo)技術(shu)資(zi)料中,該公司設有委員會進(jin)行有關應用(yong)技術(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)用(yong)戶服務。實際上(shang),正(zheng)像ChicagoCivic Center 面向廣場大樓外圍柱上(shang)流下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)雨(yu)水(shui)(shui)不污染混(hun)凝土地(di)面那樣,事先采取了(le)在柱下(xia)部的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)周圍設置小排(pai)水(shui)(shui)孔(kong)等措施(shi)。
例如日本NKK京濱大樓周(zhou)圍一定寬度的地面(mian)上(shang)放上(shang)砂子,不讓(rang)雨水產生的污染向四(si)周(zhou)擴散,同時不讓(rang)人(ren)看見,根據情況(kuang)可(ke)以更換砂子。而(er)且,在美國關于SO.濃(nong)度和構(gou)造設計的關系,尚未(wei)在實際業(ye)務(wu)上(shang)引起注意,使用前述的模型結構(gou)物的研究,反映了當時日本的實際情況(kuang)。
關于建(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)領(ling)域的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)技(ji)術(shu)(shu)文獻發表得非常(chang)少(shao)。隨著耐候(hou)鋼在(zai)建(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)物上裸露使用(yong)(yong)的(de)(de)增加,應(ying)(ying)用(yong)(yong)技(ji)術(shu)(shu)有了較大的(de)(de)進步,它(ta)成為了后來盛行的(de)(de)耐候(hou)鋼在(zai)橋梁(liang)上裸露使用(yong)(yong)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)基礎(chu)。然而(er)(er)在(zai)近年的(de)(de)橋梁(liang)領(ling)域里(2.2.3節)已經有了建(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)物領(ling)域不可比擬的(de)(de)更詳細而(er)(er)具體的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)技(ji)術(shu)(shu)。
在建筑領域(yu)里的裸(luo)露使用技術成為(wei)原動力的研究有:關(guan)于耐候(hou)鋼穩(wen)定銹層防蝕性的本質、合金元素的作用及(ji)其機構、銹層穩(wen)定化的過程等。
1967年(昭和42年)秋,在札(zha)幌召開的日(ri)本鐵鋼(gang)協會(hui)第74次(ci)講(jiang)演大會(hui)上(shang),“耐候(hou)鋼(gang)的銹及其(qi)防蝕效果”被選定(ding)為討(tao)論會(hui)的題(ti)目(mu),在討(tao)論會(hui)上(shang)發(fa)(fa)(fa)(fa)表(biao)了4篇,在一般講(jiang)演中發(fa)(fa)(fa)(fa)表(biao)了5篇相(xiang)關(guan)(guan)的研(yan)究(jiu)(jiu)報告(gao)。這可以說是日(ri)本最(zui)早發(fa)(fa)(fa)(fa)表(biao)的關(guan)(guan)于耐候(hou)鋼(gang)的實質性的研(yan)究(jiu)(jiu)報告(gao)。這次(ci)發(fa)(fa)(fa)(fa)表(biao)的大部分報告(gao)已成(cheng)為現(xian)在對耐候(hou)鋼(gang)銹層的考慮方法的基礎。表(biao)2-5出示了講(jiang)演題(ti)目(mu)。關(guan)(guan)于這些研(yan)究(jiu)(jiu)將在2.3.1節詳細敘述(shu),而且久松就(jiu)當時的研(yan)究(jiu)(jiu)發(fa)(fa)(fa)(fa)表(biao)過(guo)一篇優秀的總論(卷末資(zi)料3)。


關(guan)于耐(nai)(nai)候鋼銹層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)防(fang)(fang)蝕機(ji)構或合金元素在(zai)(zai)銹中的(de)(de)分布,在(zai)(zai)這(zhe)以前美國曾(ceng)有幾個報道,其中幾篇(pian)相當著名,并且最(zui)初拍攝了銹層(ceng)(ceng)(ceng)斷面顯微照片的(de)(de)人可以被認為是Horton[26].雖然在(zai)(zai)銹層(ceng)(ceng)(ceng)上有銹的(de)(de)化(hua)學成分、X射(she)線(xian)結(jie)晶構造、織(zhi)構、電化(hua)學性質等多項值得注意的(de)(de)特性,然而(er)在(zai)(zai)詳(xiang)細研究(jiu)耐(nai)(nai)候鋼銹層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)織(zhi)構或電化(hua)學性質和防(fang)(fang)蝕能力的(de)(de)關(guan)系(xi)的(de)(de)報告中,札幌的(de)(de)這(zhe)些(xie)報告在(zai)(zai)世(shi)界上也是最(zui)早(zao)的(de)(de),而(er)且具(ju)有說服力。
例如(ru),岡田等敘述,在(zai)靠近銹(xiu)層(ceng)的(de)鋼(gang)基體部分使(shi)用(yong)偏光(guang)顯微(wei)鏡作為消光(guang)層(ceng),能觀(guan)察到X射線非晶質的(de)銹(xiu),它在(zai)耐(nai)候鋼(gang)中(zhong)連續(xu)形成(cheng)具有防(fang)(fang)蝕(shi)(shi)性(xing)。增子(zi)(zi)等報告(gao)了在(zai)制作人工銹(xiu)時,除鐵(tie)以(yi)外,像銅那樣(yang)對(dui)耐(nai)候鋼(gang)有效的(de)合金(jin)元素(su)的(de)離(li)子(zi)(zi)共存時,銹(xiu)變(bian)成(cheng)非晶質有助于(yu)防(fang)(fang)蝕(shi)(shi)性(xing)銹(xiu)的(de)生成(cheng)。松島等在(zai)大氣暴(bao)曬時間不同的(de)耐(nai)候鋼(gang)和碳素(su)鋼(gang)的(de)銹(xiu)層(ceng)上,使(shi)其與放射性(xing)的(de)硫酸(suan)離(li)子(zi)(zi)起作用(yong),通過腐蝕(shi)(shi)的(de)進行,用(yong)放射性(xing)物(wu)質自動檢測技(ji)術求出它們(men)在(zai)銹(xiu)層(ceng)防(fang)(fang)蝕(shi)(shi)性(xing)弱的(de)部分集聚成(cheng)點狀時的(de)分布,從而(er)證明(ming)在(zai)耐(nai)候鋼(gang)中(zhong)腐蝕(shi)(shi)繼續(xu)進行的(de)點狀部分隨著大氣暴(bao)曬時間的(de)增長而(er)減少。并且,銹(xiu)層(ceng)的(de)電(dian)化學性(xing)質也已經相當清楚。
1975~1985年(nian)(昭和50年(nian)代)耐候鋼在建筑物上的(de)裸露使用(yong)減(jian)少(shao)(shao)了.銹穩定(ding)化處理使用(yong)也在大樓外裝面板等用(yong)途(tu)上減(jian)少(shao)(shao)了,而它(ta)的(de)用(yong)途(tu)以扶手、紀(ji)念塔、牌坊等不是面板狀的(de)構件或(huo)者工藝性高的(de)特殊形狀的(de)結構物為主(zhu)。
在大(da)樓的外(wai)裝部分大(da)面積使用(yong)裸露耐候(hou)鋼(gang)的意義,雖然包(bao)含著當初認為(wei)也可(ke)以(yi)不(bu)涂漆的經濟(ji)上的優點,可(ke)是(shi)(shi)并不(bu)一定對用(yong)戶有(you)吸引力,甚至有(you)人對其優點持懷疑觀(guan)點,好(hao)像更關注外(wai)觀(guan)的工(gong)藝(yi)性(xing),所(suo)以(yi)說,良好(hao)的外(wai)觀(guan)是(shi)(shi)極為(wei)重(zhong)要的。1965~1975年(nian)(昭和(he)40年(nian)代)由于大(da)氣腐蝕的影響(xiang),在那(nei)時裸露使用(yong)耐候(hou)鋼(gang)建筑(zhu)物的銹層狀況,還沒有(you)使用(yong)戶十分滿意。
大(da)氣的(de)(de)腐(fu)蝕性(xing)由(you)于(yu)地區不同而(er)有差(cha)異,銹層穩(wen)定化的(de)(de)穩(wen)定度也取(qu)決(jue)(jue)于(yu)結構物形狀,所以(yi)必(bi)須預測每個構件(jian)裸露使用(yong)的(de)(de)妥當性(xing)或銹層穩(wen)定性(xing)的(de)(de)時效變(bian)化,這(zhe)種(zhong)預測主要取(qu)決(jue)(jue)于(yu)專家的(de)(de)經驗,而(er)缺乏技術的(de)(de)客觀性(xing)。這(zhe)個問題以(yi)后隨著耐(nai)候鋼在橋梁上(shang)裸露使用(yong)的(de)(de)擴大(da)已(yi)經得到解決(jue)(jue)。

