钢结构建筑的涂层防蚀技术应用

 摘  要：涂层防蚀技术包括除锈工艺和涂层技术两部分。除锈工艺是涂层技术的保证，常用的是喷丸除锈法，涂层技术是除锈工艺的目的，推荐采用环氧树脂漆系列产品及施工工艺。
    关键词：钢结构；防蚀技术；环氧树脂漆；施工工艺

    随着钢结构建筑的日益发展，钢结构建筑的涂层防蚀技术已成为其重点工艺技术之一。在钢结构建筑施工中，涂层防蚀技术包括除锈工艺和涂层技术两部分。除锈工艺是涂层技术的保证，涂层技术是除锈工艺的目的。近年来，国外涂料工业生产技术进展主要集中于改善配方效果、降低成本、减少挥发性有机化合物的挥发量，以及发展新型涂料等领域。由于在项目管理和人员素质方面的原因，国内的钢结构建筑涂层防蚀技术未能得到应有的重视和开发，该技术与国外相比存在一定的差距，其钢结构建筑的防蚀抗腐使用年限大大低于国外同类钢结构建筑。为此，试从以下几方面进行探讨。

1钢结构建筑的腐蚀特征
   钢结构建筑的腐蚀基本上具有大气腐蚀的特征。因此，影响大气腐蚀的一些环境因素，如大气中腐蚀性气体和尘埃的含量、相对湿度、海洋大气中氯化纳微粒的含量等直接影响到钢结构的腐蚀特征。这些环境因素对钢结构腐蚀影响程度主要取决于其所处的地理位置。
    在建筑物所处的各种腐蚀环境中，一般而言，农村或山区是腐蚀性较轻的地方。在农村，特别是内陆农村，远离工厂和海洋，空气中的SO_２等腐蚀性气体含量低，海盐粒子含量少。在这种环境中，钢结构的腐蚀程度主要取决于气候条件，特别是空气的相对湿度。在相对湿度大的地区，钢结构的腐蚀较之干燥地区要严重一些。
    在靠近城市或工厂的地方，空气中的SO_２含量高，特别是靠近化工厂的地方，酸性或碱性气体溶解于水中，使之成为强腐蚀性介质。处于这种环境中的水利和桥梁钢结构容易遭到腐蚀。
    建于海上或海岸边的建筑，处于海洋大气环境条件之下，由于空气中海盐粒子含量高，相对湿度大，加上海水浪花的飞溅，钢结构的腐蚀更为严重。
    鉴于钢结构建筑的上述腐蚀特性，在进行防腐技术或确定防腐维修方案时，就应顾及防蚀技术在相应环境中的耐久性以及该系统对表面处理等级和施工技术的要求。日本对铁路桥梁进行调查，处于农村的桥梁维修间隔为6～9年，处于山区的为7～8年，处于工厂区为6～7年，处于海边的为3～6年。干燥的内部或钢结构被埋置在水泥里的保质期更长。
2钢结构建筑的除锈
    涂层前钢材表面处理的质量控制，主要取决于两个方面：钢材表面的清洁度和粗糙度。为了能正确、方便地评定钢材在除锈之后的表面处理质量，许多国家制定了《涂层前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》。除锈前，钢材表面原始锈蚀状态对除锈后的表面外观质量评定具有一定影响，同时，不同锈蚀程度的钢材，欲达到同一除锈等级，所花费的清理费用也不同。一般根据钢材表面覆盖程度和锈蚀状况将其原始腐蚀程度分为4个等级。
2.1锈蚀程度等级
    A级：全面地覆盖着氧化皮而几乎没有铁锈的钢材表面；
    B级：已发生锈蚀，并且部分氧化皮已剥落的钢材表面；
    C级：氧化皮已因锈蚀而剥落，或者可以刮除，并且有少量点蚀的钢材表面；
    D级：氧化皮已因锈蚀而全面剥离，而且已普遍发生点蚀的钢材表面。
2.2除锈方法
    一般钢结构的除锈可采用①喷丸或抛射除锈；②手工和动力工具除锈；③化学脱胎换骨锈成膜剂除锈；④火焰除锈。在钢结构建筑中多采用第1和第2种方法，其中第1种方法更为普遍，具有较高的质量。对钢结构采用喷丸或抛射除锈处理还可达到表面强化与提高钢结构件抗疲劳强度的效果。
    根据多年工作积累，建议钢结构件尽可能采用喷丸除锈方法。
2.3喷丸除锈法
    喷丸除锈法是以压缩空气为动力，将除锈磨料以一定的线速度向被除锈的钢材表面喷射，使磨料对钢材表面产生冲击和磨削，从而达到清除钢材表面的氧化物、锈层及污物的一种机械除锈的工艺方法。喷丸除锈的磨料通常采用铸铁丸、铸钢丸、碎钢丝或石英砂等。
    喷丸除锈的施工技术参数为：
    ①磨料粒度0.8～1.2ｍｍ；
    ②压缩空气压力0.5ＭＰａ；
    ③喷嘴孔径Φ9～10ｍｍ；
    ④喷射距离0.2～0.4ｍ；
    ⑤喷射角度70º～85º；
    ⑥表面粗糙度40～75μｍ。
    在现场施工时，对局部除锈或二次除锈可采用各种风动或电动除锈工具进行手工和动力工具除锈。但因手工和动力工具除锈是指采用各种工具，依靠动力工具高速旋转或往复运动所产生的动能来带动各种打磨材料(钢丝刷、砂轮等)，以达到除锈目的的一种手工或半机械化除锈工艺方法。由于该法除锈原理与抛丸、喷射不同，因此，经除锈后的表面粗糙度较小。若在经喷丸除锈处理的钢材表面打磨，则会使钢材表面粗糙度下降15%～20%。因此，在某些对表面粗糙度有严格要求的部位，手工或动力除锈工艺的应用受到限制，并只能作为对其他除锈工艺的补充手段而存在。
    钢材在喷丸除锈后，由于磨料的冲击和其他机械加工作业后钢材表面粗糙，许多国家先后制订了表面粗糙度的标准，如德国标准DIN4768，日本标准JIS B0601，中国的GB3505标准等。一般将涂层前钢材表面经喷丸清理形成的粗糙度分为“细级”、“中级”和“粗级”3个等级。这些标准为涂层前钢材表面处理质量控制提供了明确的依据和有效的手段。
3钢结构建筑的涂层技术
    一般金属防蚀技术大致有：合理选用金属材料；采用电化学保护；采用缓蚀剂；采用各种覆盖层4类。在钢结构建筑中主要采用的是涂料覆盖层法，即涂层技术。
    涂层技术是钢结构建筑这一系统工程的重要部分，是除锈工艺的后续技术。钢结构建筑的涂层技术直接关系到其使用寿命和装饰效果。在确定选用何种防腐涂层系统时，应考虑钢结构的架设环境、施工方法，维护管理的难易以及期待的使用年限等因素。目前，绝大多数钢结构建筑所采用的涂层系统大体上是以铅系防锈涂料为主体的涂层系统和以富锌涂料作为底漆的涂层系统。以红丹或氧化亚铅为防锈颜料的铅系防锈涂料，在国内外具有很长的使用历史。这种涂料防锈性能好，对基底表面处理的要求相对较低，涂层(包括维修涂层)施工方便，涂料、涂层和管理费用便宜。所以长期以来，以铅系防锈涂料作为底漆的涂层系统一直是钢结构防腐的首选。
    但是，对于建在海上、海岸边或工业地带这样一些腐蚀环境比较恶劣的建筑，或者对于维护比较困难的建筑，上述涂层系统的耐久性和维护涂层的经济性就受到限制。在与铅系防锈涂料为主体的涂层系统相比，以富锌涂料为防锈底漆的，并使用热氯化橡胶、乙烯树脂、聚氯酯等合成树脂涂料的涂层系统，具有长时间的耐久性，维修周期可以大大延长，从而适用架设于恶劣腐蚀环境的大型、特大型钢结构建筑。这种涂层系统常被称为“重防蚀涂层系统”。重防蚀涂层系统在国外已有成功应用于海上特大型钢结构件的例子。现在，国内也开始在大型钢结构件上使用重防蚀涂层系统来保护钢结构。作为高性能的防锈底漆，环氧富锌漆和无机硅酸锌底漆是常用的品种。由于漆料中高含量锌粉的阴极保护作用，这种底漆的防锈性能较之常规防锈漆有明显提高。作为重防蚀涂层系统的中间漆和面漆，主要有环氧树脂涂料、氯化橡胶涂料、环氧沥青涂料和聚氯酯涂料等。也有采用底、面漆配套的氯磺化聚乙烯涂料系统。高性能涂料的使用，可大大延长了钢结构的防腐周期。
    环氧树脂涂料形成的漆膜韧性好，附着力强，坚硬，耐化学腐蚀优异，如在40%H_２SO_４，5%H_２SO_４，5%ＮａＯＨ，5%ＫＯＨ，10%HCL，3%ＮａCＬ中浸泡3个月无变化；耐溶剂性极好，如耐汽油、松节油等；电性能亦突出。其所以性能较好是由于环氧树脂的长键和良好的空间配置所形成。与其他一般成膜树脂不同，在配方中不需加入增韧剂，所以不会影响它的性能。
    目前在油漆工业上常用的环氧树脂漆是由环氧氯丙烷和二酚丙烷在碱性作用下，缩聚而成的高分子聚合物。环氧树脂涂层具有粘合力强，收缩性小，稳定性高，耐腐蚀性好，电绝缘性能优良，韧性好，在常温下固化等优点，因此在钢结构建筑的防蚀应用正日益广泛。
    在钢结构的内表面，一般可使用耐水性，耐化学药品等性能优良的焦油环氧树脂涂料。
    新建的钢结构建筑的防蚀涂层工程要考虑钢结构的大小，现场环境，制作方法，吊装运输方式，建造周期等诸多因素的影响，典型的钢结构建筑涂层防蚀工序见图1。

    涂层施工的环境温度应符合涂料产品说明书的规定，无规定时，环境温度宜在5～35℃之间，相对湿度不大于85%，构件表面没有结露和油污，涂层后4ｈ内不得淋雨。
    施工图中注明不涂层的部位和安装焊缝处的30～５０ｍｍ范围内的以及高强度螺栓磨擦连接表面，不得有涂层。
    涂料的涂层道数，涂层厚度应符合设计要求，当设计对涂层厚度无要求时，宜进行涂层4～5道。涂层干漆膜总厚度：室外应为150μｍ，室内应为125μｍ，其允许偏差为25μｍ。底层漆厚度，室内为50μｍ，室外为50μｍ。当喷涂防火涂料时，应符合《钢结构防火涂料应用技术规范》(CECS24)的规定。涂层应均匀饱满，无明显起皱、流挂等缺陷。对构件进行涂层后，应按设计图纸进行编号，以便安装和检查。对于大型或重要的构件还应作重心、吊装位置的标记。
4结语
    涂层防蚀技术是整个钢结构建筑的一部分。除锈工艺采用喷丸除锈法具有除锈彻底，增加钢材表面硬度，对于氧化皮较厚的钢结构特别有效。但该法在露天作业时，存在污染环境的缺点。因此，使用喷丸除锈工艺时，需合理安排工序，大量采用工厂化封闭式生产，局部除锈采用其它综合方法。涂层技术目前宜采用环氧树脂涂料，它具有常温干燥，耐腐蚀性强，耐久性长。其缺点是建筑钢结构内部油漆时，存在呛鼻、刺眼、工作环境恶劣的问题。今后需要大力发展“省资源、省能源、低污染、高性能”的新型涂料和涂料发展中的前沿科学技术，重点完善环氧树脂涂料。现代化的钢结构建筑依靠三大工艺支柱，即焊接、安装与涂层防蚀。认真研究涂层防蚀技术在钢结构建筑中的地位和作用、除锈涂层的工作内容与工作过程、防蚀工艺与其他专业工种之间的密切关系，不难发现，涂层防蚀技术是一项全方位、多层次的系统工程，而钢结构建筑防蚀技术的现代化，还需要在一段相当长的时间内，通过全行业的人们坚持不懈的努力才能实现。