工程風(fēng)采
Engineering Style
鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂料施工應(yīng)用技術(shù)
發(fā)布時(shí)間:
2016-06-26
1 引言
鋼結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的優(yōu)越性廣泛應(yīng)用在建筑工程領(lǐng)域，特別是高層、超高層、輕型鋼結(jié)構(gòu)、大跨度空間結(jié)構(gòu)等，主要優(yōu)點(diǎn)是施工速度快、節(jié)能環(huán)保、綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)佳、建筑造型美觀、抗震性能好等。預(yù)計(jì)到2015年，全國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量將達(dá)到鋼材總量的6%。在建筑鋼材方面的目標(biāo)是高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用厚板、冷彎型鋼用高強(qiáng)度低合金鋼、鍍鋁鋅薄板等全部國(guó)產(chǎn)；建筑鋼材性能穩(wěn)定性較高；建筑型材規(guī)格齊全，建筑用高強(qiáng)度低合金鋼品種增加，可以供應(yīng)耐候鋼、耐火鋼、低屈強(qiáng)比鋼等。盡管鋼結(jié)構(gòu)有許多優(yōu)點(diǎn)，但在應(yīng)用中也遇到了一些問題，主要是鋼結(jié)構(gòu)的防腐問題。
2 現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)迅速發(fā)展的原因
2.1 鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的市場(chǎng)需要
隨著國(guó)外的鋼結(jié)構(gòu)新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷地被引進(jìn)和應(yīng)用，人們對(duì)鋼結(jié)構(gòu)舊的觀念逐漸轉(zhuǎn)變。以單層工業(yè)廠房為例，采用輕鋼結(jié)構(gòu)體系的工程總造價(jià)低于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu)體系，且工期縮短50%以上，目前在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)新建工業(yè)廠房已基本采用鋼結(jié)構(gòu)取代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu)。隨著人們對(duì)鋼結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的加深和觀念的轉(zhuǎn)變，鋼結(jié)構(gòu)的市場(chǎng)需求會(huì)越來越大，從而極大地推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。住宅鋼結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)業(yè)化極具潛力，是今后推廣應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。
2.2 鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的政策
我國(guó)經(jīng)歷了從“節(jié)約鋼材”到“合理使用鋼材”，從“限制使用鋼結(jié)構(gòu)”到“大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)”的政策轉(zhuǎn)變。建設(shè)部在修訂我國(guó)“建筑業(yè)推廣應(yīng)用10項(xiàng)新技術(shù)”中，首次列入了鋼結(jié)構(gòu)新技術(shù)，充分說明我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展已經(jīng)具備了非常好的大環(huán)境。
2.3 鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)
改革開放以來，我國(guó)的鋼鐵工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，鋼產(chǎn)量從1978年的3178萬(wàn)t增加到2007年的4.8億t，成為世界鋼鐵大國(guó)，鋼材市場(chǎng)已從過去的賣方市場(chǎng)轉(zhuǎn)變成買方市場(chǎng)，這為大力推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。
2.4 鋼結(jié)構(gòu)建筑本身具有的優(yōu)勢(shì)
（1）延性好、塑性變形能力強(qiáng)、具有優(yōu)良的抗震性能，能夠大大提高建筑物的安全可靠性。
（2）與傳統(tǒng)建筑相比，能更好地滿足建筑上大開間、靈活分隔的要求，并可以通過減少柱的截面面積和使用輕質(zhì)墻板來提高使用面積。
（3）構(gòu)件易于標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)建筑技術(shù)集成化、產(chǎn)業(yè)化，有利于降低成本。施工工業(yè)化，現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)少，符合環(huán)保建筑施工要求。
（4）施工周期短，與傳統(tǒng)施工期相比，可以縮短1/3左右，可大大提高投資效益，加快資金周轉(zhuǎn)。
（5）自重輕，約為混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的1/2，可以大大減少基礎(chǔ)造價(jià)。
（6）鋼結(jié)構(gòu)材料可回收，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。
3 鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕常用方法
3.1 耐候鋼
改變金屬結(jié)構(gòu)的組織，在鋼材冶煉過程中增加銅、鉻和鎳等合金元素，使金屬表面形成保護(hù)層，以提高耐腐蝕性能。
3.2 陰極保護(hù)法
在鋼結(jié)構(gòu)表面附加較活潑的金屬避免鋼材的腐蝕，常用于水下或地下結(jié)構(gòu)。
3.3 熱浸鋅
熱浸鋅是將除銹后的鋼構(gòu)件浸入600℃左右高溫融化的鋅液中，使鋼構(gòu)件表面附著鋅層，從而起到防腐蝕的作用。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是耐久年限長(zhǎng)，生產(chǎn)工業(yè)化程度高，質(zhì)量穩(wěn)定。因而被大量用于受大氣腐蝕較嚴(yán)重且不易維修的室外結(jié)構(gòu)中。
4.1 屏蔽作用
防腐的物理原理就是以防腐涂層將被保護(hù)材料與外界的腐蝕介質(zhì)隔離開，使用成膜劑獲得致密的防腐涂層，來隔離腐蝕性物質(zhì)對(duì)被保護(hù)材料的傷害，即所謂的屏蔽作用。涂膜阻止腐蝕介質(zhì)和材料表面接觸，隔斷腐蝕電池的通路，增大了電阻。例如含鉛的涂料和油料反應(yīng)后就能形成鉛皂，來保證防腐涂層的致密性。
4.2 緩蝕作用
防腐的化學(xué)原理就是將有害的酸堿物質(zhì)中和為中性的無(wú)害物質(zhì)，來保護(hù)防腐涂層內(nèi)的材料不受腐蝕性物質(zhì)的侵害。防銹涂料中經(jīng)常添加一些兩性化合物，而所謂的緩蝕作用，即某些顏料或其與成膜物或水分的反應(yīng)產(chǎn)物，對(duì)底材金屬可起緩蝕作用（包括鈍化）。例如氫氧化鋁、氫氧化鋇和氧化鋅等，這些物質(zhì)很容易和酸堿等有害物發(fā)生化學(xué)作用，從而實(shí)現(xiàn)防腐目的。
4.3 電化學(xué)作用
防腐的電化學(xué)作用是指在防銹涂料中添加一些特殊的物質(zhì)，這樣在水分和氧氣通過防銹涂料時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)而形成防腐離子，使鋼鐵等金屬的表面鈍化，從而阻止了金屬離子的溶出，達(dá)到防腐的目的。漆膜的電極電位較金屬底材低，在腐蝕電池中它作為陽(yáng)極而“犧牲”，從而使金屬底材（陰極）得到保護(hù)。這種特殊物質(zhì)中最常見的就是鉻酸鹽。
5 影響防腐蝕涂料的主要因素
5.1 涂料成膜物質(zhì)的影響
防腐蝕涂料的成膜物質(zhì)在腐蝕介質(zhì)中具有化學(xué)穩(wěn)定性，其性能與成膜物質(zhì)的組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。主要是看它在干膜條件下是否易與腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)或在介質(zhì)中分解成小分子。
（1）無(wú)論從防止電化學(xué)腐蝕還是從單純的隔離作用考慮，防腐蝕涂料的屏蔽作用都很重要，而涂膜的屏蔽性取決于其成膜物的結(jié)構(gòu)氣孔和涂層針孔。
（2）水、氧和離子對(duì)涂膜的透過速率是不同的。水的透過速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于離子的。氧的透過速率比較復(fù)雜，與溫度的關(guān)系很大。水和氧透過涂膜后可在金屬表面形成腐蝕電池。離子透過涂膜較少，可不考慮它們對(duì)金屬底材的直接作用，但會(huì)增加涂膜的導(dǎo)電率。
（3）當(dāng)成膜物結(jié)構(gòu)中分子有較多的官能團(tuán)時(shí)，涂膜的結(jié)構(gòu)氣孔少，并且在成膜過程中能彼此反應(yīng)，形成交聯(lián)密度高的網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)涂料的防腐蝕性。
（4）涂膜的物理機(jī)械性能在很大程度上影響到防腐蝕涂料的防腐效果。它們與成膜物的相對(duì)分子質(zhì)量、鏈節(jié)、側(cè)基團(tuán)等有關(guān)。
5.2 顏填料的影響
在涂料中著色顏料起著色作用，體質(zhì)顏料用來調(diào)節(jié)涂膜的機(jī)械性能或涂料的流動(dòng)性；防腐蝕涂料，除上述2種顏料外，還加有以防腐蝕為目的的顏料：一類是利用其化學(xué)性能抑制金屬腐蝕的防銹顏料；另一類是片狀顏料，通過物理作用提高涂層的屏蔽性。
5.2.1 防銹顏料
防銹顏料又可分為堿性顏料、可溶性顏料和金屬粉末顏料3種。
（1）堿性顏料。堿性顏料與油性成膜物反應(yīng)可生成金屬皂，如紅丹、一氧化二鉛、氰氨化鉛、堿式鉻酸鉛、鉛酸鈣和堿式硫酸鉛等。金屬皂與水接觸后，其分解物可起到緩蝕作用。另外，生成金屬皂的涂膜提高了對(duì)環(huán)境的屏蔽作用。堿性顏料使涂膜和金屬的界面保持微堿性，也起到防蝕作用，可使金屬表面鈍化，從而起到防蝕作用。
（2）可溶性顏料。通常為鉻酸鹽顏料。這些顏料與水分接觸后溶解出具有強(qiáng)氧化性的鉻酸根離子。
（3）金屬粉末顏料。廣泛使用的金屬粉末顏料是鋅粉。富鋅涂料干燥后的涂層主要由鋅粉組成。在鋅粉顆粒之間以及底材和鋅粉之間保持直接接觸。當(dāng)水分浸入涂層時(shí)，就形成了由鋅粉和底材鋼板組成的電池。電流從鋅向鐵流動(dòng)，從而使底材受到陰極保護(hù)。此外，鋅的腐蝕產(chǎn)物附積在鋅粉間和鋼鐵表面上，使涂層的屏蔽作用得到了加強(qiáng)。
5.2.2 片狀顏料
片狀顏料在涂層中能屏蔽水、氧和離子等腐蝕因子透過，切斷涂層中的毛細(xì)孔。互相平行交疊的鱗片在涂層中起迷宮效應(yīng)，延長(zhǎng)腐蝕介質(zhì)滲入的途徑，從而提高涂層的防腐蝕能力。主要的片狀顏料有云母粉、鋁粉、云母氧化鐵、玻璃鱗片、不銹鋼鱗片等。
6 防腐蝕涂料的技術(shù)指標(biāo)
涂料的技術(shù)性能指標(biāo)主要有以下3類。
（1）液態(tài)涂料的技術(shù)指標(biāo)：固體含量、細(xì)度、黏度、遮蓋力、單位面積使用量等。
（2）涂膜的物理機(jī)械性能指標(biāo)：附著力、柔韌性、硬度、涂膜厚度、光澤、耐磨性等，還有涂膜的耐光性、耐熱性以及電絕緣性等。
（3）涂膜的耐腐蝕介質(zhì)指標(biāo)：耐酸堿鹽的性能、耐水性、耐石油制品和化學(xué)品、耐濕熱性、耐鹽霧性能等。
上述涂料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)從不同的方面說明了涂料產(chǎn)品的特點(diǎn)。比如固體含量、遮蓋力等指標(biāo)重點(diǎn)表明涂料的經(jīng)濟(jì)性；附著力、柔韌性等指標(biāo)表明涂料產(chǎn)品的基本性能；而耐介質(zhì)性能指標(biāo)則說明涂料的防腐蝕性能水平。同時(shí)，一個(gè)涂料產(chǎn)品的某些技術(shù)指標(biāo)是相互一致的，而另一些則是相互矛盾的，比如，固體含量越高其黏度越大，涂層厚度越大其耐介質(zhì)性能越好，硬度越高耐磨性越好等；矛盾的比如柔韌性越好則其硬度可能會(huì)下降，涂層越厚其柔韌性下降等。因此，涂料的技術(shù)指標(biāo)在某種程度上代表了諸多矛盾的平衡點(diǎn)，苛求其全面而完美是不現(xiàn)實(shí)的。
7 防腐蝕涂料的選擇與施工
7.1 涂料品種的選擇
防腐蝕涂料品種繁多，其性能和用途各有不同，正確選用對(duì)涂層的防蝕效果和使用壽命至關(guān)重要。選用時(shí)應(yīng)考慮：
（1）被涂物體表面材料性質(zhì)。如黑色金屬可選擇鐵紅、紅丹底漆，而紅丹底漆對(duì)鋁等有色金屬不僅不起保護(hù)作用，反而起破壞作用。
（2）被涂物體的使用環(huán)境。防腐蝕涂料對(duì)環(huán)境的針對(duì)性很強(qiáng)，要根據(jù)具體使用環(huán)境，如介質(zhì)的類型、濃度、溫度、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況等因素來選用最適宜的涂料品種。
（3）施工條件。應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況選擇適宜的涂料品種。如在通風(fēng)條件差的現(xiàn)場(chǎng)施工宜采用無(wú)溶劑或高固體分或水性防腐蝕涂料。在不具備烘烤干燥條件的現(xiàn)場(chǎng)只能選用自干型涂料。
（4）技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合效果。不僅要考慮技術(shù)性能是否優(yōu)異，還要考慮經(jīng)濟(jì)的合理性。在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算時(shí)要綜合考慮材料費(fèi)用、表面處理費(fèi)用、施工費(fèi)用、涂層性能及使用壽命、維修費(fèi)用等。
7.2 防腐蝕涂料的施工原則
涂料施工質(zhì)量的好壞對(duì)涂層的性能影響極大。在實(shí)際涂裝過程中由于施工方法不當(dāng)而達(dá)不到預(yù)期防蝕效果的例子很多。特別是許多性能優(yōu)異的防腐蝕涂料對(duì)施工方法極為敏感，只有嚴(yán)格按照其各自的施工條件進(jìn)行施工才可形成正常的涂層，達(dá)到預(yù)期的防蝕保護(hù)效果。
（1）底材必須進(jìn)行嚴(yán)格的表面處理。鋼鐵基材必須經(jīng)除銹、除油處理，磷化處理則可根據(jù)具體情況而定。
（2）要保證必要的涂層厚度。防腐蝕涂層厚度必須超過其臨界厚度才能發(fā)揮保護(hù)作用，一般為150～200μm。
（3）控制涂裝現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度等環(huán)境因素。室內(nèi)涂裝溫度應(yīng)控制在20～25℃；相對(duì)濕度視涂料品種而異，一般以65%左右為宜。在室外施工時(shí)應(yīng)無(wú)風(fēng)沙、細(xì)雨，溫度不低于5℃，相對(duì)濕度不高于85%。以避免在未完全固化的涂層上結(jié)霜、降露、雨和降落沙塵等。
（4）控制涂裝間隔時(shí)間。如底漆涂裝后放置過久才涂面漆，將難以附著而影響整體防護(hù)效果。
（5）此外，還必須加強(qiáng)對(duì)施工人員的培訓(xùn)和施工質(zhì)量的管理。要求施工人員了解涂料的性質(zhì)、用法、施工要點(diǎn)和技術(shù)要求。管理人員要加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)控，保證每道工序都符合技術(shù)要求，以便最終得到性能優(yōu)異的防腐蝕涂層。還要加強(qiáng)勞動(dòng)安全防護(hù)，注意溶劑揮發(fā)，加強(qiáng)通風(fēng)，以免中毒。
8 鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的施工工藝
8.1 基層處理
基層處理的目的是清除構(gòu)件表面的毛刺、鐵銹、油污及其它附著物，使構(gòu)件表面露出金屬光澤；基層處理越徹底，附著效果越好。基層處理的方式有手工機(jī)械處理、化學(xué)處理、機(jī)械噴射處理等，具體的基材處理方法見表1。
8.2 涂層施工
（1）涂層結(jié)構(gòu)的形式有3種：①底漆一中間漆一面漆；②底漆一面漆；③底漆面漆為同一種漆。其中底漆主要起附著和防銹作用；面漆主要起防腐蝕和防老化作用；中間漆的作用介于底、面漆之間，并能增加涂膜厚度。它們只有配套使用才能發(fā)揮最佳的作用，取得最佳效果。
（2）合理的涂覆方式，對(duì)保證涂裝質(zhì)量、施工進(jìn)度、節(jié)約材料和降低成本有很大的作用，常用的涂覆方式有手工刷涂法、手工輥涂法、浸涂法、空氣噴涂法和無(wú)氣噴涂法等。
8.3 質(zhì)量控制
（1）涂層法施工的第一步是底材除銹。優(yōu)質(zhì)的涂層依賴于徹底的除銹。所以質(zhì)量要求高的涂層一般多用噴砂噴丸除銹，露出金屬的光澤，除去所有的銹跡和油污。現(xiàn)場(chǎng)施工的涂層可用手工除銹。涂層的選擇要考慮周圍的環(huán)境，不同的涂層對(duì)不同的腐蝕條件有不同的耐受性。
（2）涂層一般有底漆（層）和面漆（層）之分。底漆含粉料多、基料少，成膜粗糙，與鋼材黏附力強(qiáng)，與面漆結(jié)合性好。面漆則基料多，成膜有光澤，能保護(hù)底漆不受大氣腐蝕，并能抗風(fēng)化。
（3）不同的涂料之間有相容與否的問題，前后選用不同涂料時(shí)要注意它們的相容性。
（4）涂層的施工要有適當(dāng)?shù)臏囟龋?～38℃）和濕度（相對(duì)濕度不大于85%）。涂層的施工環(huán)境粉塵要少，構(gòu)件表面不能有結(jié)露。涂裝后4h之內(nèi)不得淋雨。
（5）涂層一般涂刷4～5遍。干膜總厚度室外工程為150μm，室內(nèi)工程為125μm，允許偏差為25μm。在海邊或海上強(qiáng)烈腐蝕性的大氣中，干膜總厚度可為200～220μm。
9 結(jié)語(yǔ)
建筑用鋼結(jié)構(gòu)在空氣或潮濕的環(huán)境中易于銹蝕，鋼材表面的鐵原子在空氣中被氧化成質(zhì)地疏松的鐵銹，特別是當(dāng)空氣中含有酸堿鹽類的介質(zhì)時(shí)情況就更為嚴(yán)重。腐蝕不僅使鋼材表面產(chǎn)生不均勻的銹蝕，而且局部的銹蝕引起應(yīng)力集中，促使鋼結(jié)構(gòu)提前破壞，尤其是在反復(fù)沖擊的荷載作用下，更促進(jìn)疲勞強(qiáng)度降低，出現(xiàn)脆性斷裂。鋼材的腐蝕危害建筑物的安全，并造成巨大的損失，因此只有在設(shè)計(jì)建造的同時(shí)，對(duì)其進(jìn)行有效的防腐，才能確保鋼結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)久壽命。
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