建筑鋼結(jié)構(gòu)涂層的應(yīng)用淺析

　　1　鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕機理

　　根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)建筑周圍的環(huán)境、空氣中的有害成分(如酸、鹽等)及水會對鋼結(jié)構(gòu)造成銹蝕等情況，鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕可分為兩類：化學(xué)銹蝕和電化學(xué)銹蝕。

　　1.1　化學(xué)銹蝕

　　化學(xué)銹蝕鋼結(jié)構(gòu)表面與周圍介質(zhì)直接起化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的銹蝕。如鋼在高溫中與干燥的O2、NO2、SO2、H2S等氣體以及非電解質(zhì)的液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在鋼結(jié)構(gòu)的表面生成鈍化能力很弱的氧化保護(hù)薄膜FeO、FeS等，其腐蝕的程度隨時間和溫度的增加而增加，這種情況在鋼結(jié)構(gòu)建筑中一般發(fā)生在特殊環(huán)境下。

　　1.2　電化學(xué)銹蝕

　　呈活化態(tài)的鋼筋表面有水分存在時，有電勢差，就發(fā)生鐵電離的陽極反應(yīng)和溶液態(tài)氧還原的陰極反應(yīng)，相互以等速度進(jìn)行，其反應(yīng)式如下：陽極反應(yīng)2Fe-4e-→2Fe2+ 陰極反應(yīng)O2+2H2O+4e-→4OH- 腐蝕過程的全反應(yīng)是陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)的組合，在鋼筋表面析出氫氧化鐵，其反應(yīng)式為： 2Fe+O2+2H2O→2Fe2++4OH-→2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3

　　該化合物被溶解氧化后生成氫氧化鐵Fe(OH) 3，并進(jìn)一步生成nFe3O3•mH2O(紅銹)，一部分氧化不完全的變成Fe3O4(黑銹)，在鋼筋表面形成銹層。紅銹體積可大到原來體積的4倍，黑銹體積可大到原來的2倍。鐵銹體積膨脹，對周圍產(chǎn)生壓力，使保護(hù)層開裂或脫落，而裂縫及保護(hù)層的剝落又進(jìn)一步導(dǎo)致鋼筋更劇烈的腐蝕，從而大幅降低鋼結(jié)構(gòu)的強度，造成坍塌和事故。

　　鋼結(jié)構(gòu)用鋼材產(chǎn)生電化學(xué)作用銹蝕須具備4個條件：①鋼筋表面要有電勢差；②陰極和陽極之間要有電介質(zhì)聯(lián)系；③在陽極金屬表面要處于活化狀態(tài)；④在陰極，鋼筋表面要有足夠數(shù)量的氧和水分。

　　金屬常用的防銹防腐保護(hù)基于3個基本原理：①屏障保護(hù)，利用涂層膜形成屏障，將鋼鐵表面和環(huán)境中的電解質(zhì)隔離，在鋼鐵表面形成一道對空氣中的水蒸氣和氧氣等的保護(hù)屏障；②化學(xué)抑制，在涂料中添加的有效化學(xué)成分，能抑制金屬陽極或陰極反應(yīng)；③電流(陰極)保護(hù)，利用涂料中的大量金屬(鋅、鋁等)粒子積聚對鋼鐵產(chǎn)生電流保護(hù)，如同在鋼鐵表面上形成鋅(鋁)陽極。鋼結(jié)構(gòu)實際使用中防護(hù)主要是應(yīng)用陰極保護(hù)和屏障保護(hù)。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕原理和鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用情況選用不同的防護(hù)和維護(hù)涂層，還要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境、使用功能、經(jīng)濟性和耐久性、穩(wěn)定性等因素來選用合適的防銹防腐涂料，這樣就要對不同的涂層作詳細(xì)的了解。

　　2　不同建筑鋼結(jié)構(gòu)涂層的特點及適用環(huán)境

　　2.1　醇酸涂層

　　醇酸系列漆有醇酸紅丹防銹底漆、醇酸鐵紅防銹底漆、醇酸云鐵防銹底漆或中間漆、醇酸磁漆。在一般的鋼結(jié)構(gòu)工程中，可以選用防銹能力強，有較好的堅韌性、防水性和附著力的油性紅丹防銹漆作為防銹底漆，或環(huán)氧漆為面漆。紅丹防銹漆的原理是采用處于晶格外層的鉛離子與腐蝕初始階段的鐵離子產(chǎn)生離子置換生成難溶物質(zhì)，紅丹在水和氧的存在下與油基漆生成鉛皂，其裂解的單羥酸鉛、二羥酸鉛鹽具有緩蝕作用。鉛離子與許多腐蝕介質(zhì)生成如硫酸鉛等不溶性鹽，鉛皂的封閉作用隨時間生成致密和結(jié)實涂層，具有較好的附著力、光澤性、保色性較好，但耐酸堿、耐水性差，只能用于室內(nèi)，不能用于室外，其使用年限約3～5年。生產(chǎn)紅丹漆需要大量的有色金屬鉛，雖然價格低廉為8～10元/m2、10元/kg，但為保證工人身體健康，許多科研和制造單位正積極研制替代紅丹防銹底漆的漆料。

　　2.2　酚醛涂層

　　酚醛涂層防腐蝕性、耐磨性、耐水性、絕緣性好，但耐老化差，涂膜硬脆，不適合室外用，建筑上用得較少，主要用于門窗，家具。有酚醛紅丹防銹底漆、酚醛鋅黃防銹漆、酚醛云鐵防銹底漆。

　　2.3　富鋅涂層

　　鋼結(jié)構(gòu)富鋅涂層分無機富鋅漆和有機富鋅漆：有機環(huán)氧富鋅漆由鋅粉、環(huán)氧樹脂和固化劑配制而成，主要用于鋼結(jié)構(gòu)的重防腐涂裝體系作長效通用底漆，也可用作鍍鋅件的防銹漆，其應(yīng)用的適宜溫度為10～35℃，并避免在雨、霧、雪天施工涂刷；無機富鋅漆主要以水玻璃為基料，加入鋅粉、漂浮劑和固化劑等配制而成，此漆具有與鍍鋅層相同的陰極保護(hù)作用，為可焊漆，其耐候性及耐老化性能良好，可耐450℃的溫度，但耐酸堿度差。這種涂料對鋼結(jié)構(gòu)表面處理要求較高，一般規(guī)定應(yīng)達(dá)到Sa2.5級標(biāo)準(zhǔn)。在低溫、高溫情況下，該涂料不可施工。它與鋼結(jié)構(gòu)表面之間有優(yōu)異的物理、力學(xué)性。漆膜中富含鋅，在機械加工及運輸和安裝過程中漆膜劃傷處鐵銹不蔓延，在鹽水浸漬下劃傷，能保持劃痕處鐵金屬的光澤。同時，作為保養(yǎng)底漆，室內(nèi)或露天均能達(dá)到半年以上的防銹效果。切割、焊接加工時燒傷面積小，帶漆焊接后，焊接強度不受影響。由于防護(hù)效果及可焊性均佳，將其用于鋼結(jié)構(gòu)出廠前的防腐底漆涂刷，可保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)在運輸過程中不致銹蝕，又不影響工地現(xiàn)場的焊接和安裝。富鋅涂層價格一般在25～35元/m2、15元/kg，富鋅涂層的使用年限約5～10年。

　　2.4　環(huán)氧涂層

　　鋼結(jié)構(gòu)環(huán)氧涂層有環(huán)氧紅丹漆、環(huán)氧富鋅漆、環(huán)氧鐵紅漆、環(huán)氧磷酸漆環(huán)氧云鐵漆等，不耐紫外線，附著力、耐堿、耐鹽水、絕緣性、防腐蝕性好。

　　2.5　氟碳涂層

　　氟碳漆是由氟碳樹脂、顏料、助劑等加工而成，是目前綜合性能最優(yōu)異的涂料之一。由于樹脂分子內(nèi)含有機物中鍵能最高的C～F鍵，使得氟碳漆涂料具有許多優(yōu)異于普通涂料的特殊性能。主要表現(xiàn)在耐候性、耐鹽性、耐洗性、不粘附性等方面。其性能指標(biāo)均數(shù)倍優(yōu)于普通涂料，故氟碳漆有“涂料王”的譽稱。

　　氟碳漆科用于各種環(huán)境下建筑表面的裝飾與保護(hù)。氟碳漆特點：高檔裝飾，超長耐久，不粘塵，有自潔功能；施工溫度在5～35℃為宜，相對濕度小于80%。其與傳統(tǒng)涂料比較，具有更加出色的耐光、耐侯性；操作更簡易，翻新容易，不受建筑物形狀的限制，可任由設(shè)計者發(fā)揮想象力；價格在70～150/m2、150元/kg左右，使用年限20～50年，綜合性能優(yōu)異。

　　2.6　氯化橡膠涂層

　　以含氯量達(dá)65%的氯化橡膠為主要成膜物質(zhì)的涂料。通過溶劑揮發(fā)干燥成膜，涂膜堅硬、耐候性、保光性和穩(wěn)定性優(yōu)良。一般用25%～70%酯類增塑劑、植物油、樹脂、氯化石蠟等進(jìn)行增塑。特點是常溫快干，一天內(nèi)可涂3～4次，膜厚可達(dá)200～300μm，可在-10℃～45℃寬范圍下施工。耐腐蝕性、耐海洋大氣性、抗水蒸氣滲透性好。氯化橡膠漆價格15～20元/m2、15元/kg。

　　氯化橡膠漆常用于特殊的化學(xué)防腐場合，日常民用建筑較少或不用。特別是因其含有放射性元素污染環(huán)境，對人體有害，而漸被淘汰。

　　2.7　防火涂層

　　鋼結(jié)構(gòu)防火涂料分膨脹型和非膨脹型，有薄型、超薄型、厚型，由新型阻燃樹脂及多種高效阻燃隔熱材料、發(fā)泡劑、助劑等組成。性能特點外觀平整，與基材結(jié)合力強，耐沖擊、抗震性好?？膳渲贫喾N顏色、裝飾效果好等特點。涂料刷在鋼結(jié)構(gòu)表面時可起到防火、防腐、裝飾作用，遇火時涂層表面迅速膨脹，形成均勻致密的防火隔熱層，從而達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)作用。大跨度重型鋼結(jié)構(gòu)建筑的承重鋼結(jié)構(gòu)件的防火涂覆保護(hù)。該涂層低密度、低導(dǎo)熱率、高機械強度，可抗長達(dá)3h以上的強熱氣流剪切。價格7～10/m2、15元/kg左右，使用年限10～15年。

　　2.8　有機硅涂層

　　有機硅涂層的主鏈為-Si-O-，無雙鍵存在，因此不易被紫外光和臭氧所分解。有機硅具有比其他高分子材料更好的熱穩(wěn)定性以及耐輻照和耐候能力。有機硅中自然環(huán)境下的使用壽命可達(dá)幾十年，有優(yōu)異的耐候性；其化學(xué)鍵高低溫下不斷裂、不分解，不但可耐高溫，而且也耐低溫，可在一個很寬的溫度范圍內(nèi)使用。另外，有機硅涂層還具有良好的電絕緣性能、疏水性，在濕態(tài)條件下使用具有高可靠性的保障。

　　3　鋼結(jié)構(gòu)涂層施工工藝

　　3.1　除銹

　　鋼結(jié)構(gòu)在涂刷防銹蝕涂料前，必須徹底除銹，將構(gòu)件表面的毛刺、鐵銹、油污及附著物清除干凈，否則將嚴(yán)重影響涂料的附著力，并使漆膜下的金屬表面繼續(xù)生銹擴展，使涂層破壞失效，達(dá)不到預(yù)期的防護(hù)效果。目前鋼結(jié)構(gòu)常用的除銹方法在工廠中多為人工除銹噴砂、噴丸，隨著國家標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)制定，鋼結(jié)構(gòu)表面除銹的質(zhì)量控制已有相應(yīng)的規(guī)定，如《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》(GB50205-1995)對噴射、拋射或手工、動力工具等劃分了相應(yīng)的等級。手工除銹，盡管其工效低，勞動條件差，除銹不徹底，但因其人工除銹費用低，僅為噴砂除銹的16%～19%，在漆種對鋼結(jié)構(gòu)表面處理要求不高的情況下，此種方式仍可采用。但在除銹質(zhì)量要求較高的情況下，就要采用噴砂除銹。噴砂除銹是一種較為先進(jìn)的除銹方法，對于同一種油漆，同樣條件下，噴射除銹較手工除銹的漆膜壽命可延長3～5倍。它不僅除銹較徹底，而且工效高，操作簡便，目前已廣泛采用。酸洗除銹及酸洗磷化處理雖然除銹徹底，工效高，但僅適用于形狀復(fù)雜及小型和薄壁型鋼結(jié)構(gòu)件。因酸洗槽設(shè)備的限制，目前大型構(gòu)件尚應(yīng)用不多。

　　凡漆層壽命要求在5年以上，必須采用噴砂或拋丸除銹，除銹等級達(dá)到Sa2.5級。

　　3.2　　施工工藝流程

　　基層檢查→基層處理→除銹→防銹底漆施工→中層漆施工→面層漆施工→驗收。

　　4　建筑鋼結(jié)構(gòu)涂層性能及采用標(biāo)準(zhǔn)

　　鋼結(jié)構(gòu)涂層使用壽命可用公式表示：T=L2/6D。使用壽命T與涂層厚度L的平方成正比。增加涂層厚度能加強涂層的隔離能力，是提高涂層壽命、保護(hù)鋼鐵的有效手段。但厚度根據(jù)涂料品種的不同而不同。涂層太厚，容易引起開裂、剝落，反而降低防腐防銹效果。交工前要用測厚儀和電火花檢漏儀檢查。

　　鋼結(jié)構(gòu)紅丹醇酸防銹漆執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為HG3346-1999；富鋅底漆為HG/T3668-2000；鋼結(jié)構(gòu)防火涂料標(biāo)準(zhǔn)為GB14907-2002；應(yīng)用技術(shù)規(guī)范為GB/T5464-1999；環(huán)氧防腐涂層執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為HG/T2884-1997；氟碳漆噴涂型材建筑防水材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T9780-2005或HG/T3793-2005、鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50205-2001。

　　5　鋼結(jié)構(gòu)涂層使用和維護(hù)

　　常規(guī)設(shè)計中，鋼結(jié)構(gòu)在50年內(nèi)出現(xiàn)因荷載過大而破壞的概率極小。國外大型的鋼結(jié)構(gòu)建筑使用年限有的超過100年。但是，由于鋼結(jié)構(gòu)一旦銹蝕，結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能將很難保證，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中對使用超過25年的鋼結(jié)構(gòu)要求有較好的防腐措施，鋼結(jié)構(gòu)的廠房、板材等構(gòu)件，供應(yīng)商的質(zhì)量保證一般都為10年左右。因此鋼結(jié)構(gòu)涂層使用年限已從1～2年、4～5年、6～8年延長到25年，從醇酸漆、丙稀酸漆、聚氨酯漆發(fā)展到高性能的氟碳漆。超過10年的鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)定期維護(hù)和保養(yǎng)。國家體育場鳥巢鋼結(jié)構(gòu)防腐工程展開面積約為284000m2，招標(biāo)材料被指定為鋼結(jié)構(gòu)防腐氟碳漆，包括底漆、封閉漆、中間漆、面漆、色漆、罩面漆，其設(shè)計使用年限超過100年。

　　6　結(jié)論鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用越來越廣泛，鋼結(jié)構(gòu)的安全和維護(hù)越來越重要，根據(jù)設(shè)計和使用的要求選用合適的涂層至關(guān)重要，鋼結(jié)構(gòu)對涂層的質(zhì)量要求和維護(hù)要求正日益完善。
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建筑鋼結(jié)構(gòu)涂層的應(yīng)用淺析

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