彩色鋼浪板的探討

 

鋼浪板介紹

50年代,國內許多工廠與倉庫的屋面與牆面,除了用石棉瓦浪板(asbestos corrugated sheet)外,也有許多廠房採用鋼浪板,形狀如圖1(a),浪板厚度0.6~1.0mm不等,浪深18mm,浪距76.2mm(3吋)。鋼浪板以波浪狀成型者稱為浪型鋼板,以折角成型者稱為槽型鋼板。每片鋼浪板之商用規格尺度(commercial size)為3尺×6尺,作為兩個跨距使用,每個跨距(即桁條purlin之間距)為83cm。為了防止鋼浪板生銹,都採用熱浸鍍鋅做防銹處理,鋅又名「亞鉛」,所以熱浸鍍鋅鋼板之閩南話,被稱為「亞鉛片」。由於鋼浪板厚度很薄,所以覆蓋鋼浪板之鋼棚架,常被稱為鐵皮屋,如圖2。為了加強鐵皮屋的防銹效果,不少的熱浸鍍鋅鋼浪板外表加塗黑色柏油。由於單薄之鋼浪板隔熱效果很差,也有部分鐵皮屋的平頂內襯,採用岩棉,作為複合隔熱板。

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圖1 鋼浪板

 

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圖2 鐵皮屋

彩色鋼浪板由來

由於造價便宜,用熱浸鍍鋅鋼板,作為工廠之屋面與牆面之作法,行之有年。早期(民國64年),台灣南部採用彩色鋼浪板(colored galvanized iron sheets,俗稱「彩鋼」)之工廠,僅有一貫作業煉鋼廠之中央維修工廠與倉庫兩棟,當時彩鋼均從日本進口品,價格其貴無比,就筆者印象所及,每公噸FOB日本港口美金600元(1US$=NT$40),業界鮮少使用。1977年(民國66年)7月25日,賽洛瑪颱風行經高雄港時,高雄港之8部貨櫃起重機全部遭殃,也重創了許多南部的工業廠房,吹垮了許多石棉瓦屋頂,石棉瓦浪板建材因而沒落;而彩色鋼浪板之廠房卻完整無缺,意外地興起了彩色鋼浪板的行業。

探究其原因,其實當時石棉浪板之材料規格,亦均符合CNS之規定,材料本身並無強度問題,惟石綿浪板與桁條之固定,係用鉤釘旋轉後倒鉤固定,參見圖3左圖。當颱風侵襲時,其局部之強烈陣風向下擠壓浪板,造成鉤釘鬆脫並回復原位,後續之負風壓瞬時將浪板與鉤釘同時掀起,周遭之浪板則宛如翻書一般,逐片被陣風掀開,造成巨大之損壞。但是彩鋼係採用不銹鋼之自攻螺絲(self-tapping screw),鑽進桁條內部,參見圖3右圖,並未受到風壓之作用而鬆脫,耐風性自然比石棉浪板高出許多。

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圖3 屋面板固定之方式

彩色鋼浪板之演進

鍍鋅鋼板屬於薄板,可以輕易壓製成各種設計之形狀,參見圖4。早期之彩色鍍鋅鋼浪板(彩鋼),係將鍍鋅鋼浪板表面烤漆,除了提高防銹性能外,尚有多種顏色可供選擇,表面光鮮亮麗。後來製造浪板工廠逐漸研究開發各種不同性能之彩鋼,例如利用鋁金屬之優越耐候性能,填加於鍍鋅過程,設法延長彩鋼之使用年限,目前之彩鋼種類,除了彩色不銹鋼外,用冷軋鋼板熱浸鍍鋅之彩鋼,共有五種規格,簡述如下:

1.5%鋁含量之鋁-鋅板:鍍鋅量含有5%之鋁金屬,材質須符合ISO 14788、ASTM A875或CNS 15236之規定,其耐蝕、成型性、塗裝性均佳。世界上產製此種彩鋼之鋼廠,共同組成Galvanized Fantastic(GalFan-簡稱GF) 聯合會,共有8個國家之鋼廠加入GALFAN聯合會,可生產GalFan之材料,包括台灣(燁輝)、美、德、英、法、奧、菲、芬等國。

2.熱浸鍍鋅板:為一般之純熱浸鍍鋅鋼板,不填加其他合金材料。

3.電鍍鋅板:用電鍍方法鍍鋅之鋼板,可供器皿使用。

4.化學鍍鋅板:用化學分離法之鍍鋅鋼板。

5.55%鋁含量之鋁-鋅板:鍍鋅量含有55%之鋁金屬,材質須符合ISO 9364、ASTM A792或CNS 15237之規定,其耐蝕、耐熱性佳。此種彩鋼,因為鋁與鋅幾乎各占一半,所以業界稱為Galvanizing + Aluminum(GalvaLume-簡稱GL),GalvaLume為澳大利亞Blue Scope公司(原BHP鋼鐵公司)之子公司BIEC國際公司之專利產品,授權世界各國許多鋼廠製造銷售,包括台灣盛餘、台灣燁輝、中國燁輝等。由於鋅的材料比鋁貴,所以GL板材會比GF板材便宜,市場佔有率也比GF高。

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圖4 成型之彩鋼圖例

彩色鋼浪板之性能

GF聯合會,曾經多方試驗比較各種彩色鍍鋅鋼板之性能,包括成型性、裸材耐蝕性、犧牲法保護性、成型耐蝕性、塗裝性、塗裝耐蝕性、銲接性與耐熱性等,其結果如表1所示。表內之點數愈高者性能愈佳。

表1 各種彩鋼性能比較【1】

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彩色不銹鋼鋼板

近代工程經費較充裕之單位,也有採用彩色不銹鋼鋼板。理論上其防銹效果應比彩色鍍鋅鋼板為佳,惟價格遠比彩色鍍鋅鋼板貴。不銹鋼之所以耐銹蝕,乃填加耐腐蝕之鎳、鉻合金於鋼料內,常用之不銹鋼材料包含下列三種:

(1) 200系之低鎳含量不銹鋼:常用於廚具與器皿。

(2) 300系之鎳-鉻合金不銹鋼:鎳與鉻之含量在20%以上,常用於工業儲槽、管線與營建工程之天溝或水切,近期也逐漸用於廠房之屋面板與牆面板。如常用之304、316、316-L等,都屬於300系之不銹鋼材料。「L」為低碳鋼(low carbon)材質,適合銲接之用。

(3) 400系之鉻合金不銹鋼,用於建築裝飾材。

不銹鋼304、316之材料標準,須符合CNS 8499之規定,市面上常用SUS304或SUS316等不銹鋼材料,為日本JIS G4305之規格。就強度言,不銹鋼304之抗拉強度應520MPa以上;降伏強度205MPa以上;而鍍5%之鋁鋅鋼板,抗拉強度應270MPa以上,降伏205MPa以上。兩者之降伏強度相當,而抗拉強度則不銹鋼略勝一籌。需注意的是不銹鋼之熱膨脹率,比一般碳鋼高出約1.4倍,不銹鋼為17×10-6/℃,而一般碳鋼為12×10-6/℃。由於不銹鋼鋼板與碳鋼之熱膨脹相對變位不同,容易造成自攻螺絲孔被擴孔,甚至遭致漏水。如果採用暗釦接合施工,亦必須考慮相對滑動的刮痕或受傷。

烤漆方法

彩色鋼板之烤漆材料,每家廠商各有不同,國內曾用之烤漆材料有環氧樹脂(Epoxy)系統;矽利康耐蝕聚酯塗料,簡稱SMP(Silicone Modified Polyester),施予雙面二塗二烤之塗層系統;聚胺基甲酸乙脂 (PU) + PVDF系統;與PU + PE系統等。

結語

總之,彩色鋼板隨著煉鋼技術的精進,材料品質不斷的提升,嘗試使用新材料之作為,必須多方面之調查與考量,並審慎採用合宜的施工配套措施,才能確保使用之功能與安全。

參考文獻

【1】GalFan Technical Resource Center,Galvanizing Fantastic 官網。

【2】工程事件之鑑識與預防,陳純森,科技圖書公司,2015年11月。

 

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】


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