钢结构防腐蚀涂料的施工技术研究

　　马永新
　　
　　（齐齐哈尔市龙江县天贺建设工程质量检测有限责任公司，161100）
　　
　　摘要：介绍了防腐蚀涂料的原理及作用，及影响防腐蚀效果的主要因素。阐述了钢结构防腐蚀涂料施工工艺及其质量控制。
　　
　　关键词：钢结构；防腐蚀涂料；施工技术
　　
　　0引言
　　
　　在建筑工程领域，钢结构以其独特的优点，特别是高层、超高层、轻型钢结构、大跨度空间结构等，因建筑造型美观、抗震性能好等受到越来越广泛的重视和应用。尽管钢结构有许多优点，在建筑工程中得到广泛的应用，但在应用中也遇到一些问题，首要问题即钢结构的防腐蚀。
　　
　　1钢结构常用的防腐蚀方法
　　
　　1.1耐候钢
　　
　　改变金属结构的组成，在钢材治炼过程中增加铜、铬和镍等合金元素，使金属表面形成保护层，以提高防腐蚀性。
　　
　　1.2阴极保护法
　　
　　在钢结构表面附加较活泼的金属，防止钢材腐蚀，常用于水下或地下结构。
　　
　　1.3热浸锌
　　
　　将除锈后的钢件浸入600℃高温融化的锌液中，使钢件表面附着锌层，从而起到防腐蚀的作用。这种方法的优点是耐久年限长，工业化程度高，质量稳定，大量用于受大气腐蚀严重且不易维修的室外钢结构。
　　
　　1.4热喷铝（锌）复合涂层
　　
　　这是一种与热浸锌防腐蚀效果相当的长效防腐蚀方法。具体做法是，先对钢件表面进行喷砂除锈处理，使其表面露出金属光泽并打毛。然后用乙炔氧焰将不断送出的铝（锌）丝融化，并用压缩空气吹附到钢件表面，以形成蜂窝状的铝（锌）喷涂层（厚度约80~100μm）。最后用环氧树脂漆或丁苯橡胶漆等填充毛细孔，以形成复合涂层。这种工艺的优点是对构件尺寸适应性强，构件的形状、尺寸几乎不受限制，大到诸如葛洲坝的船闸就是采用这种方法施工。该工艺的另一个优点是这种工艺的热影响是局部的，不会产生热变形。与热浸锌方法相比，这种方法的工业化程度较低，喷砂喷铝（锌）的劳动强度大，质量易受操作者的影响。
　　
　　1.5涂层法
　　
　　涂层法也就是采用防腐蚀涂料的方法，具有价格低、选择范围广、适用性强等优点，是最常用的防腐蚀方法。本文主要介绍涂层法。
　　
　　2防腐蚀涂料的原理及作用
　　
　　2.1防腐蚀的物理原理
　　
　　防腐蚀的物理原理就是通过防腐蚀涂层将被保护材料与外界的腐蚀性物质隔开。采用成膜物形成致密的防腐蚀涂层，来隔离腐蚀性物质对被保护材料的侵蚀，即所谓的屏蔽作用。例如含铅的涂料与油料反应后就能形成铅皂，来保证防腐蚀涂层的致密性。
　　
　　2.2防腐蚀的化学原理
　　
　　防腐蚀的化学原理就是将有害的酸碱物质中和为中性的无害物质，来保护防腐蚀涂层内的材料不受腐蚀性物质的侵蚀。防锈涂料中经常添加某些两性化合物、某些颜料或其与成膜物或水分的反应产物，对金属底材可起缓蚀作用（包括钝化）。例如氢氧化铝、氢氧化钡和氧化锌等物质很容易与酸碱等有害物质发生化学中和作用而实现防腐蚀效果。
　　
　　2.3防腐蚀的电化学作用
　　
　　防腐蚀的电化学作用是指在防腐涂料中添加一些特殊的物质，这样在水分和氧气通过防腐涂料时会发生反应而形成防腐蚀离子，使钢铁等金属的表面钝化，从而阻止金属离子的溶出，达到防腐蚀的目的，即所谓的阴极保护作用。漆膜的电极电位较金属底材低，在腐蚀电池中它作为阳极而“牺牲”，从而使金属底材（阴极）得到保护。这种特殊物质中最常见的就是铬酸盐。
　　
　　3影响防腐蚀涂料防腐蚀效果的因素
　　
　　3.1成膜物的影响
　　
　　防腐蚀涂料的成膜物在腐蚀介质中具有化学稳定性，成膜物的组成与其化学结构有关。主要是看它在干膜条件下是否易与腐蚀介质发生反应或在介质中分解成小分子。无论从防电化学腐蚀还是从单纯的隔离作用考虑，防腐蚀涂料的屏蔽作用取决于其成膜物的结构气孔和涂层针孔。水、氧和离子对漆膜的透过速度是不同的。水的透过速度远远大于离子。氧气透过比较复杂，与温度关系很大。水和氧透过漆膜后，可在金属表面形成腐蚀电池。离子透过漆膜较少，可不考虑它们对金属底材的直接作用，但会增加漆膜的导电率。当成膜物的分子结构中有较多官能团时，漆膜的结构气孔少，并且在成膜过程中能形成交联密度高的网状立体结构，从而增强涂料的防腐蚀性。漆膜的物理机械性能在很大程度上影响到防腐蚀涂料的防腐蚀效果。它们与成膜物的相对分子质量、链节、侧键基团等有关。

　　 　　3.2颜填料的影响
　　
　　在涂料中着色颜料起着色作用；填料则用来调节漆膜的机械性能或涂料的流动性。对于防腐蚀涂料，除了颜填料外，还加有以防腐蚀为目的的两类颜料：一类是利用其化学性能抑制金属腐蚀的防锈颜料；另一类是片状颜料，通过物理作用提高涂层的屏蔽性。防锈颜料可分为碱性颜料、可溶性颜料和金属粉末颜料3种。碱性颜料，如红丹、一氧化二铅、氰氨化铅、碱式铬酸铅、铅酸钙和碱式硫酸铅等，可与油性__类成膜物反应生成金属皂。金属皂与水接触后，其分解物可起到缓蚀作用。另外，生成金属皂的漆膜提高了对环境的屏蔽作用。碱性颜料使漆膜、金属和界面保持微碱性，也可使金属表面钝化，从而起到防腐蚀作用。可溶性颜料，通常为铬酸盐颜料。该类颜料与水分接触后，溶解出铬酸根离子，具有强氧化作用。就金属粉末颜料而言，广泛使用的金属粉末颜料是锌粉。富锌涂料干燥后的涂层主要由锌粉组成，在锌粉颗粒之间，以及底材和锌粉之间保持直接接触。当水分侵入涂层时，就形成了由锌粉和底材钢板组成的电池。电流从锌向铁流动，从而使底材受到阴极保护。此外，锌的腐蚀产物沉积在锌粉间和钢铁表面，使涂层的屏蔽作用得到增强。片状颜料在涂层中能屏蔽水、氧和离子等腐蚀因子透过，切断涂层中的毛细孔。互相平行交叠的鳞片状颜料在涂层中起迷宫效应，延长腐蚀介质渗入的途径，提高涂层的防腐蚀能力。常用的片状颜料有云母粉、铝粉、云母氧化铁、玻璃鳞片、不锈钢鳞片等。
　　
　　4防腐蚀涂料的施工工艺
　　
　　4.1底材处理
　　
　　底材处理的目的是清除构件表面的毛刺、铁锈、油污及其他附着物，使其表面露出金属光泽。底材处理越彻底，涂料附着效果越好。底材处理的方式有手工机械处理、化学处理、机械喷射处理等，见表1。

　　表1底材处理方法

　　4.2配套涂层施工
　　
　　涂层一般有底漆层和面漆层之分。底漆含粉料多，基料少，成膜粗糙，与钢材附着力强，与面漆黏结性好。面漆则基料多，涂膜有光泽，能保护底漆不受大气腐蚀，并能抗风化。不同的涂料之间有相容与否的问题，选用不同涂料时要注意它们的相容性。配套涂层的形式有底漆-中涂漆-面漆、底漆-面漆和底面合一漆3种。其中底漆主要起附着和防锈作用；面漆主要起防腐蚀和防老化作用；中涂漆的作用介于底、面漆之间，并能增加漆膜厚度。它们只有配套使用才能发挥最佳的作用，取得最佳效果。合理的涂装方式对保证涂装质量、施工进度、节约材料和降低成本有很大的作用。常用的涂装方式有手工刷涂法、手工辊涂法、浸涂法、空气喷涂法和无气喷涂法等。
　　
　　4.3涂层施工的质量控制
　　
　　涂层施工的第一步是除锈。优质涂层依赖于彻底的除锈，一般多用喷砂喷丸除锈，露出金属光泽，除去所有的锈迹和油污。现场施工的涂层可用手工除锈。涂层的施工温度（5~38℃）和湿度（相对湿度≤85%）应适宜；施工环境粉尘要少；构件表面不能有结露；涂装后4h内不得淋雨。一般涂装4~5道。室外工程的干漆膜总厚度为150μm，室内工程为125μm，允许偏差为25μm；海边、海上或强烈腐蚀性大气中，干漆膜总厚度为200~220μm。
　　
　　5结语
　　
　　建筑钢结构在空气或潮湿环境中易锈蚀，特别是空气中含有酸碱盐类介质时更为严重。腐蚀不仅使钢材表面产生不均匀的锈蚀，而且局部的锈蚀引起应力集中，促使钢结构提前破坏，尤其是在反复冲击的荷载作用下，更促进疲劳强度降低，出现脆性断裂。钢结构的腐蚀会危害建筑物的安全，并造成巨大的损失。只有在设计建造的同时，对其进行有效的防腐蚀，才能确保钢结构的长久寿命。