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        鋼結構防腐蝕涂料施工應用技術
        發布時間:2021-07-13 09:45:20
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         引言
        鋼結構以其獨特的優越性廣泛應用在建筑工程領域,特別是高層、超高層、輕型鋼結構、大跨度空間結構等,主要優點是施工速度快、節能環保、綜合技術經濟指標佳、建筑造型美觀、抗震性能好等。預計到2015年,全國建筑鋼結構的用鋼量將達到鋼材總量的6%。在建筑鋼材方面的目標是高層建筑鋼結構用厚板、冷彎型鋼用高強度低合金鋼、鍍鋁鋅薄板等全部國產;建筑鋼材性能穩定性較高;建筑型材規格齊全,建筑用高強度低合金鋼品種增加,可以供應耐候鋼、耐火鋼、低屈強比鋼等。盡管鋼結構有許多優點,但在應用中也遇到了一些問題,主要是鋼結構的防腐問題。
         現階段鋼結構迅速發展的原因
        2.1  鋼結構發展的市場需要
        隨著國外的鋼結構新技術、新產品不斷地被引進和應用,人們對鋼結構舊的觀念逐漸轉變。以單層工業廠房為例,采用輕鋼結構體系的工程總造價低于鋼筋混凝土結構或磚混結構體系,且工期縮短50%以上,目前在經濟發達地區新建工業廠房已基本采用鋼結構取代鋼筋混凝土結構或磚混結構。隨著人們對鋼結構認識的加深和觀念的轉變,鋼結構的市場需求會越來越大,從而極大地推動鋼結構的發展。住宅鋼結構體系產業化極具潛力,是今后推廣應用的一個重要領域。
        2.2  鋼結構發展的政策
        我國經歷了從“節約鋼材”到“合理使用鋼材”,從“限制使用鋼結構”到“大力發展鋼結構”的政策轉變。建設部在修訂我國“建筑業推廣應用10項新技術”中,首次列入了鋼結構新技術,充分說明我國鋼結構發展已經具備了非常好的大環境。
        2.3  鋼結構發展的物質基礎
        改革開放以來,我國的鋼鐵工業持續快速發展,鋼產量從1978年的3178萬t增加到2007年的4.8億t,成為世界鋼鐵大國,鋼材市場已從過去的賣方市場轉變成買方市場,這為大力推廣應用鋼結構創造了堅實的物質基礎。
        2.4  鋼結構建筑本身具有的優勢
        (1)延性好、塑性變形能力強、具有優良的抗震性能,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墻板來提高使用面積。
        (3)構件易于標準化,實現建筑技術集成化、產業化,有利于降低成本。施工工業化,現場濕作業少,符合環保建筑施工要求。
        (4)施工周期短,與傳統施工期相比,可以縮短1/3左右,可大大提高投資效益,加快資金周轉。
        (5)自重輕,約為混凝土結構質量的1/2,可以大大減少基礎造價。
        (6)鋼結構材料可回收,符合可持續發展的要求。
         鋼結構防腐蝕常用方法
        3.1  耐候鋼
        改變金屬結構的組織,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層,以提高耐腐蝕性能。
        3.2  陰極保護法
        在鋼結構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構。
        3.3  熱浸鋅
        熱浸鋅是將除銹后的鋼構件浸入600℃左右高溫融化的鋅液中,使鋼構件表面附著鋅層,從而起到防腐蝕的作用。這種方法的優點是耐久年限長,生產工業化程度高,質量穩定。因而被大量用于受大氣腐蝕較嚴重且不易維修的室外結構中。
        4.1  屏蔽作用
        防腐的物理原理就是以防腐涂層將被保護材料與外界的腐蝕介質隔離開,使用成膜劑獲得致密的防腐涂層,來隔離腐蝕性物質對被保護材料的傷害,即所謂的屏蔽作用。涂膜阻止腐蝕介質和材料表面接觸,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
        防腐的化學原理就是將有害的酸堿物質中和為中性的無害物質,來保護防腐涂層內的材料不受腐蝕性物質的侵害。防銹涂料中經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產物,對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,這些物質很容易和酸堿等有害物發生化學作用,從而實現防腐目的。
        4.3  電化學作用
        防腐的電化學作用是指在防銹涂料中添加一些特殊的物質,這樣在水分和氧氣通過防銹涂料時會發生反應而形成防腐離子,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極而“犧牲”,從而使金屬底材(陰極)得到保護。這種特殊物質中最常見的就是鉻酸鹽。
         影響防腐蝕涂料的主要因素
        5.1  涂料成膜物質的影響
        防腐蝕涂料的成膜物質在腐蝕介質中具有化學穩定性,其性能與成膜物質的組成和化學結構有關。主要是看它在干膜條件下是否易與腐蝕介質發生反應或在介質中分解成小分子。
        (1)無論從防止電化學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構氣孔和涂層針孔。
        (2)水、氧和離子對涂膜的透過速率是不同的。水的透過速率遠遠大于離子的。氧的透過速率比較復雜,與溫度的關系很大。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,可不考慮它們對金屬底材的直接作用,但會增加涂膜的導電率。
        (3)當成膜物結構中分子有較多的官能團時,涂膜的結構氣孔少,并且在成膜過程中能彼此反應,形成交聯密度高的網狀立體結構,從而增強涂料的防腐蝕性。
        (4)涂膜的物理機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分子質量、鏈節、側基團等有關。
        5.2  顏填料的影響
        在涂料中著色顏料起著色作用,體質顏料用來調節涂膜的機械性能或涂料的流動性;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環境的屏蔽作用。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。當水分浸入涂層時,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,從而使底材受到陰極保護。此外,鋅的腐蝕產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。
        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,切斷涂層中的毛細孔?;ハ嗥叫薪化B的鱗片在涂層中起迷宮效應,延長腐蝕介質滲入的途徑,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。
         防腐蝕涂料的技術指標
        涂料的技術性能指標主要有以下3類。
        (1)液態涂料的技術指標:固體含量、細度、黏度、遮蓋力、單位面積使用量等。
        (2)涂膜的物理機械性能指標: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)涂膜的耐腐蝕介質指標:耐酸堿鹽的性能、耐水性、耐石油制品和化學品、耐濕熱性、耐鹽霧性能等。
        上述涂料的各項技術指標從不同的方面說明了涂料產品的特點。比如固體含量、遮蓋力等指標重點表明涂料的經濟性;附著力、柔韌性等指標表明涂料產品的基本性能;而耐介質性能指標則說明涂料的防腐蝕性能水平。同時,一個涂料產品的某些技術指標是相互一致的,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下降,涂層越厚其柔韌性下降等。因此,涂料的技術指標在某種程度上代表了諸多矛盾的平衡點,苛求其全面而完美是不現實的。
         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,正確選用對涂層的防蝕效果和使用壽命至關重要。選用時應考慮:
        (1)被涂物體表面材料性質。如黑色金屬可選擇鐵紅、紅丹底漆,而紅丹底漆對鋁等有色金屬不僅不起保護作用,反而起破壞作用。
        (2)被涂物體的使用環境。防腐蝕涂料對環境的針對性很強,要根據具體使用環境,如介質的類型、濃度、溫度、設備運轉情況等因素來選用最適宜的涂料品種。
        (3)施工條件。應根據施工現場實際狀況選擇適宜的涂料品種。如在通風條件差的現場施工宜采用無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場只能選用自干型涂料。
        (4)技術、經濟綜合效果。不僅要考慮技術性能是否優異,還要考慮經濟的合理性。在進行經濟核算時要綜合考慮材料費用、表面處理費用、施工費用、涂層性能及使用壽命、維修費用等。
        7.2  防腐蝕涂料的施工原則
        涂料施工質量的好壞對涂層的性能影響極大。在實際涂裝過程中由于施工方法不當而達不到預期防蝕效果的例子很多。特別是許多性能優異的防腐蝕涂料對施工方法極為敏感,只有嚴格按照其各自的施工條件進行施工才可形成正常的涂層,達到預期的防蝕保護效果。
        (1)底材必須進行嚴格的表面處理。鋼鐵基材必須經除銹、除油處理,磷化處理則可根據具體情況而定。
        (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揮保護作用,一般為150~200μm。
        (3)控制涂裝現場的溫度、濕度等環境因素。室內涂裝溫度應控制在20~25℃;相對濕度視涂料品種而異,一般以65%左右為宜。在室外施工時應無風沙、細雨,溫度不低于5℃,相對濕度不高于85%。以避免在未完全固化的涂層上結霜、降露、雨和降落沙塵等。
        (4)控制涂裝間隔時間。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效果。
        (5)此外,還必須加強對施工人員的培訓和施工質量的管理。要求施工人員了解涂料的性質、用法、施工要點和技術要求。管理人員要加強質量監控,保證每道工序都符合技術要求,以便最終得到性能優異的防腐蝕涂層。還要加強勞動安全防護,注意溶劑揮發,加強通風,以免中毒。
         鋼結構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件表面的毛刺、鐵銹、油污及其它附著物,使構件表面露出金屬光澤;基層處理越徹底,附著效果越好?;鶎犹幚淼姆绞接惺止C械處理、化學處理、機械噴射處理等,具體的基材處理方法見表1。
        8.2  涂層施工
        (1)涂層結構的形式有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揮最佳的作用,取得最佳效果。
        (2)合理的涂覆方式,對保證涂裝質量、施工進度、節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、空氣噴涂法和無氣噴涂法等。
        8.3  質量控制
        (1)涂層法施工的第一步是底材除銹。優質的涂層依賴于徹底的除銹。所以質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?,F場施工的涂層可用手工除銹。涂層的選擇要考慮周圍的環境,不同的涂層對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,與面漆結合性好。面漆則基料多,成膜有光澤,能保護底漆不受大氣腐蝕,并能抗風化。
        (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要注意它們的相容性。
        (4)涂層的施工要有適當的溫度(5~38℃)和濕度(相對濕度不大于85%)。涂層的施工環境粉塵要少,構件表面不能有結露。涂裝后4h之內不得淋雨。
        (5)涂層一般涂刷4~5遍。干膜總厚度室外工程為150μm,室內工程為125μm,允許偏差為25μm。在海邊或海上強烈腐蝕性的大氣中,干膜總厚度可為200~220μm。
         結語
        建筑用鋼結構在空氣或潮濕的環境中易于銹蝕,鋼材表面的鐵原子在空氣中被氧化成質地疏松的鐵銹,特別是當空氣中含有酸堿鹽類的介質時情況就更為嚴重。腐蝕不僅使鋼材表面產生不均勻的銹蝕,而且局部的銹蝕引起應力集中,促使鋼結構提前破壞,尤其是在反復沖擊的荷載作用下,更促進疲勞強度降低,出現脆性斷裂。鋼材的腐蝕危害建筑物的安全,并造成巨大的損失,因此只有在設計建造的同時,對其進行有效的防腐,才能確保鋼結構的長久壽命。
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