国产彩涂钢板（彩钢板）发展历程和应用
摘要
彩涂钢板在建筑围护结构中有着广泛的应用，通过对建筑用金属板追根溯源，表明了彩涂钢板在建筑中应用的必然性。国产彩涂钢板经过三十年的生产、应用，已经进入了稳定发展阶段。根据调研的结果：国产彩涂钢板的耐久性好，常用聚酯彩涂钢板的应用工程实际使用时间远大于相关技术标准中的要求年限。彩涂钢板生产厂对使用年限的承诺，彻底改变了国产彩涂钢板“使用寿命短”的观念。国产彩涂钢板发展实现了产品多样化，系列性能化，可以满足各类建筑需求。
近年来，彩涂钢板已成为国内最具有科技含量和市场活力的钢材品种之一，作为装配式建筑产品的原材料，因其色彩丰富、美观新颖和组合灵活多变的装饰性，以及自重轻、高强、防水和抗震性能好等优势，与传统砖瓦、混凝土围护结构相比具有寿命长、节约土地、可回收等特点，广泛应用于公共建筑和工业厂房的围护结构系统等领域。
1 建筑用金属板
建筑金属板起源于19世纪中期镀锌铁皮屋面板，至今已有一百多年，彩涂钢板在建筑中的应用也有五十多年的历史。
1.1 建筑用金属薄板
建筑用金属薄板是指在建筑中使用的金属薄板，包括铝板、不锈钢板、镀层钢板和彩涂板等。在建筑中应用的产品主要是压型金属板。
目前，镀层板主要是镀锌板，主要用于楼板(包括混凝土板底板)。铝板和不锈钢板应用不多，可用于建筑屋面、墙面、幕墙和室内装饰。
彩涂板主要用于建筑外围护系统：墙面、屋面、门窗幕墙以及室内装饰。
1.2 建筑用镀层板的起源
自1800年开始生产第一张镀锌板，在19世纪中期，首次出现将单张镀锌波形板(俗称“瓦楞铁”)作为“便携式铁房子”的屋面板。
20世纪初，瓦楞铁主要用于车库。瓦楞铁的快速发展是在20世纪的“二战”期间，许多钢结构预制建筑被大量用于飞机库。这种建筑的主体结构采用预制钢构件，屋面和墙面采用了弧型瓦楞铁。最著名的钢结构预制建筑是Quonset小屋(图1)，当时成为专用名词。“二战”期间被大批量制作、组装、拆卸和异地重建，随美国走遍世界，带来神话般的利益。
图1 美国罗德岛Quonset小屋
伴随20世纪30年代开始生产的连续镀锌板，以及对瓦楞铁的大量需求，50年代开始生产带肋的长尺压型钢板。压型金属板是金属薄板经辊压冷弯、沿板宽方向形成的连续波形或其他截面形式的成型金属板，它是机械化生产的工业化建筑产品，加工精度高。带肋的压型钢板有建造快速以及价格低廉的特点，同时也改变了瓦楞铁的简陋建筑外观效果，极大地推动了钢结构预制建筑的应用。
1.3 建筑用彩涂板的时代
20世纪50年代，美国建造了第一批宽带彩涂层机组，开始生产“彩涂板”。
彩涂板包括彩涂铝板和彩涂钢板，彩涂钢板国际上定名为“预涂层镀锌薄钢板”。彩涂钢板是在基板经过预处理后，涂覆一层或者多层有机涂料，再经过烘烤之后形成的复合材料。因其多呈卷装供货，也可称为彩涂卷板。
20世纪60年代，彩色压型钢板、冷弯薄壁型钢檩条、金属保温板产品的相继出现，特别是建筑设计采用电脑设计的计算机，彩涂钢板的金属建筑系统进入快速发展的轨道，也就开启了建筑用彩涂钢板时代的到来。在美国、欧洲和日本得到了迅速发展。
根据相关统计，2013年全球彩涂钢板产量约为2 000万t。
2 建筑用彩涂钢板在我国的发展
从1979年开始在我国建筑中使用彩涂钢板，至今有40年。前10年是彩涂钢板市场培育阶段，材料全是引进的进口彩涂钢板。后30年是彩涂钢板的应用推广期，市场上进口和国产材料共存。
2.1 市场培育(1979—1988)
10年间，通过采用进口的彩涂板，人们已经开始认识和逐渐接受彩涂板的建筑，彩涂板主要应用于工业建筑中。
1979年上海水产路仓库引进日本S60压型钢板成型机并用于仓库的屋面，1980年上海宝钢一期工程引进日本W550、V115压型钢板成型机，并在一期工程屋面墙面围护系统应用近60万m2，是20世纪80年代初首次使用最多的工程。
1983年开始建设深圳经济开发区蛇口工业区，大量引进轻钢结构厂房仓库——彩板房，彩涂钢板作为建筑的墙面和屋面开启了中国市场，满足了国家经济改革开放的快速发展需求。建筑用彩涂钢板被人们认识和关注，并很快在中国的工业建筑中大量应用。
2.2 应用推广(1988—)
从1988年我国开始生产质量稳定的彩涂钢板，建筑自此用上了国产的材料。过去的30年是建筑用彩涂板的推广阶段，市场上国产彩涂板和进口彩涂板共存，应用范围从工业建筑扩大到公共建筑，如会展中心、机场、火车站等。国产彩涂板广泛应用于工业建筑，公共建筑多采用进口彩涂板。
国产彩涂板经过30年发展，产品质量得到了市场认可。高质量产品已经使用高科技的防伪措施，并可提供耐久性的承诺保证，用户可放心使用。目前，已有50年使用年限(涂层美观寿命)承诺的国产彩涂板用于大型公共建筑(图2)，打破了钢材寿命短的传统观念。
图2 国产彩涂板厂家50年使用年限承诺的工程
3 国产彩涂钢板的现状和发展趋势
3.1 国产彩涂钢板的生产状况
随着彩涂板在国内的推广和应用，人们对彩涂板的认识不断提高，国产彩涂板生产线急剧增加，消费量也迅速增长。据不完全统计，2016年国内彩涂机组生产线共计413条，产能约5 050万t，年产量约600万t，开工率不足20%，产销供求矛盾明显，市场竞争日益复杂，产品质量参差不齐。
目前，我国正在推进供给侧改革，淘汰落后产能，更加注重环境保护、提倡节约资源、走循环经济和可持续发展之路。彩涂钢板市场已从快速扩张阶段进入相对稳定发展阶段，年需求量大于600万t。
3.2 国产建筑用彩涂钢板的品种
目前，建筑用彩涂板主要是彩色涂层钢板。彩涂不锈钢板在欧洲已有使用，我国也可以生产彩涂不锈钢板。
彩色涂层钢板的国家产品标准是GB/T 12754—2006《彩色涂层钢板及钢带》，建筑用彩涂钢板的牌号、涂层种类及板类型见表1～表3。建筑用冷轧不锈钢板的国家产品标准亦颁布实施。
表1 彩涂钢板的牌号及用途
表2 涂层种类及厚度
表3 基板类型及镀层质量 g/m2
3.3 国产彩涂钢板品种发展趋势
彩涂钢板的主要发展趋势是涂料的耐久性提高、特殊颜色、特殊表面和环保，以及基板的高强减薄。彩涂钢板的新品种不断涌现，突出了功能性和用途，以满足不同环境下的建筑需求。
目前，国产彩涂钢板除常规的彩涂钢板的产品外，供应的新品种有：高强钢彩涂钢板、锌铝镁镀层彩涂钢板、超厚涂镀层彩涂钢板、自洁隔热系列彩涂钢板、印花彩涂钢板、环保彩涂钢板和不锈钢基板彩涂钢板。
3.3.1 高强钢彩涂钢板
高强钢彩涂钢板是针对近年来市场对高强、高韧、具有良好成型性能的需求而开发的新品种。高强钢彩涂钢板的产品具有高强、高韧特性，屈服强度不小于450 MPa，断裂延伸率不小于10%，不仅可以满足压型钢板的加工要求，在抵抗大风等恶劣天气时更能体现其高强的优势。
3.3.2 锌铝镁镀层彩涂钢板
锌铝镁镀层彩涂钢板是基板采用锌铝镁合金镀层，合金镀层的耐蚀性比普通热镀锌可提高2～6倍，对切边形成更好的保护。产品有低铝锌铝镁镀层彩涂钢板和高铝锌铝镁镀层彩涂钢板两种。
3.3.3 超厚涂镀层彩涂钢板
彩涂钢板涂层厚度一般指钢板上表面涂层厚度，是包括底漆和面漆的总厚度。一般情况下，上表面涂层厚度为20～25 μm，为了提高涂层对镀层和钢板的保护能力，可以采用增加涂层厚度的方法。
目前，5种厚涂层系列产品有：厚底漆二涂层氟碳彩涂钢板、三涂层珠光氟碳彩涂钢板、超厚双面氟碳彩涂钢板、厚涂层聚氨酯彩涂钢板、厚底漆聚酯系列彩涂钢板。
3.3.4 自洁隔热系列彩涂钢板
自洁隔热系列彩涂钢板包括自清洁、隔热和自洁隔热3种产品类型。自洁隔热性能与涂料品种无关，两者互不干扰。采用自清洁系列彩涂钢板的建筑，除具有优异的高装饰性及户外耐久性外，不需人工清洗维护，只需借助雨水的冲刷就能在空气质量较差的工业和城市地区保持屋顶和墙面持久洁净。采用隔热彩涂钢板的厂房可以达到厂房节能的效果。试验表明：上海地区4—10月期间，采用隔热彩涂钢板建设的房间，其空调电能消耗可下降19.5%。采用自洁隔热彩涂钢板的厂房可以达到自洁和节能的效果。
3.3.5 印花彩涂钢板
随着数码印花和数字印刷技术的发展，在钢板上数码印花成为印花发展的新趋势(图3)。
图3 印花彩涂钢板
3.3.6 环保彩涂钢板
2006年欧盟RoHS指令实施，促进了彩涂钢板环保化的发展。欧洲建筑彩涂钢板已经率先实现无铬化，并限制了重金属等的使用。国产建筑用无铬彩涂钢板的性能(包括耐蚀性等)与含铬聚酯彩涂钢板性能相当，其性能指标如表4所示。
3.3.7 不锈钢基板彩涂钢板
不锈钢基板彩涂钢板不仅可以提高不锈钢作为建筑围护材料的寿命，同时也能达到多彩的建筑外观效果。
表4 建筑用无铬彩涂钢板性能
注：厚度大于0.75 mm的钢板及钢带做90°弯曲；T为板厚。
4 国产建筑彩涂钢板的使用寿命
耐锈蚀性差是钢材属性的重要特点之一。钢材的锈蚀会严重影响钢结构构件的安全性，并减少其使用寿命。钢材需要采取长效防护措施实现长期使用的效果。目前，钢结构构件的防腐主要采取防腐涂层的方法。由于常用彩涂钢板的压型钢板厚度仅0.5～3.0 mm，对锈蚀造成的安全性影响更为敏感。因此彩涂钢板的耐久性是用户非常关注的问题。彩涂钢板一般采取镀层加涂层的防护措施。
4.1 彩涂钢板标准的使用寿命(耐久性)
建筑用彩涂钢板是在镀层基板上再加彩色涂层的钢材产品，采用镀层加涂层的双层长效防护保护。目前，彩涂钢板是以涂层的耐久性(美观寿命)作为其产品使用寿命的衡量标准，镀层的耐久性作为安全储备。彩涂钢板的使用寿命在GB 50896—2013《压型金属板工程应用技术规程》的附录中规定了可参照的各类涂层相对使用寿命年限，见表5。热镀锌钢板表面有机涂层相对使用寿命与外部环境条件有关，年限分别为10，15，20 a。
表5 热镀锌钢板表面有机涂层美观寿命 a
4.2 国产彩涂钢板的使用寿命
GB/T 12754—2006对各类涂层的耐盐雾试验时限做出了规定，在附录中提出了可参照的使用寿命等级年限(表6)。建筑用彩涂钢板的使用寿命等级属于L3～L5级。
表6 彩涂钢板的美观寿命
部分国产彩涂钢板可提供耐久性的美观寿命承诺书，产品的保证美观使用时间同工程标准一致，让用户可以放心使用国产彩涂钢板。
目前，国产彩涂钢板已有最长可达50 a的使用寿命承诺书，满足了一般建筑设计使用年限，突破了传统钢材35 a长效防护使用寿命的禁锢，改变了彩涂钢板寿命短的概念。
4.3 国产彩涂钢板的工程应用时间
根据2017年某钢厂对国产建筑用彩涂钢板应用工程现状的调研，表7给出了投入使用20 a以上建筑的国产彩涂钢板现状。国产彩涂钢板的应用情况总结如下：
1)在中等侵蚀性的工业环境中，常用的普通聚酯彩涂钢板实际使用时间可达26 a。
2)在中等侵蚀性的工业环境中，氟碳彩涂钢板实际使用时间超过标准中20 a使用寿命的要求。
表7 国产彩涂钢板在建筑中的使用时间调查
注：依据GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》附录D的外界条件对冷弯薄壁型钢结构的侵蚀作用进行分类。
根据调查情况得出结论，国产彩涂钢板在实际建筑中的使用时间大于GB 50896—2013提供的对应涂层类型的彩涂钢板的使用寿命。
4 结 论
在建筑选择彩涂钢板时，首先要了解建筑用彩涂钢板质量、产品品种，特别关注其耐久性和美观寿命问题。国产彩涂钢板的现状为：
1)国产彩涂钢板质量良好，产品可采用高科技防伪措施，用户可放心使用。
2)彩涂钢板的耐久性有保证。目前，部分厂家可以提供彩涂卷板产品美观寿命使用年限的承诺书，常用的高耐久性聚酯HDP彩涂钢板卷产品与聚偏氯乙烯彩涂钢板卷产品分别为15 a和20 a。根据某大型工程的要求，采用超厚涂镀层工艺的国产彩涂钢板提供了50 a的使用年限承诺，改变了彩涂钢板寿命短的观念。
3)常用彩涂钢板的工程实际使用时间大于产品使用年限的保证时间。常用的普通聚酯彩涂钢板工程实际使用时间已达26 a，是标准中相对使用寿命10 a的2.6倍。
4)在常规彩涂钢板的基础上，产品系列已实现多样化，可以满足独特装饰效果、不同环境和特殊功能的建筑个性化需求。
国产彩涂钢板经过30年的发展，产品性能完全可以满足建筑使用要求，并进入稳定发展阶段，应用已从工业建筑逐渐扩大到大型公共建筑，如机场、火车站、体育场馆、会展中心等各地标志性建筑。
