鋼結構工程中,鋼材的防腐防銹工作,是影響鋼結構建筑使用年限的關鍵工作,也是鋼結構工程在加工制作、施工安裝以及后期維護過程中的難點。
在環境介質(如空氣、水、酸、堿等)的化學作用或電化學作用下而發生的逐漸破壞現象,稱為銹蝕。銹蝕不僅會使構件有效截面減小,降低承載力,還會形成不同程度的銹坑,導致應力集中,加速構件的破壞,尤其是在沖擊荷載或循環荷載作用下,容易發生脆性列段。另外,鋼材銹蝕時,體積會隨之增大,最嚴重的可達原體積的六倍。
化學腐蝕是指鋼材直接與周圍介質發生化學作用而產生的腐蝕,這種腐蝕多數是氧化作用,使鋼材表面形成疏松的氧化物。在常溫下,未進行防腐處理的鋼材表面很容易發生反應,造成腐蝕。在干燥環境下,銹蝕進展緩慢,但隨著溫度、濕度的增大而加快。
電化學腐蝕是由于金屬表面形成了原電池而產生的銹蝕。鋼材本身含有鐵、碳等多成成分,由于這些成分電極電位不同,形成許多微電池。在潮濕的空氣中,鋼材表面吸附一層極薄的水膜,通過水膜和微電池,鐵被氧化成疏松易剝落的紅棕色的鐵銹Fe(OH)3。
金屬的銹蝕遍及國民經濟各個領域,給國民經濟帶來了巨大的損失。在工業發達的國家中,腐蝕造成的直接經濟損失占國民經濟總產值的1%-4%,每年腐蝕生銹的鋼鐵約占產量的20%,約有30%的設備因腐蝕而報廢。在我國,由于金屬腐蝕造成的經濟損失每年高達300億元以上,約占國民生產總值的4%。
防止鋼鐵銹蝕的方法有改變冶煉成分、施加保護層兩大類。改變鋼材冶煉成分,是指冶煉時加入提高抗腐蝕能力的合金元素(如銅、鎳、鉻等),形成耐候鋼或不銹鋼,這種方法防腐效果顯著,但價格昂貴。施加保護層是在鋼材表面覆蓋一層防止侵蝕作用的保護層,此法相對經濟實用。保護層有金屬保護層(如電鍍、熱鍍等)、化學保護層(如磷化、鈍化等)和非金屬保護層(如涂料、塑料等)三類,其中油漆類涂料保護層是目前鋼結構防腐措施中的最經濟實用的方法。
油漆類防腐涂料和其他涂料一樣,其配方組成主要包括基料、防銹顏料和溶劑;鲜浅赡の镔|,是涂料中的主要成分,它的分子結構決定著涂料的主要性能;防銹顏料是用來輔助隔離腐蝕因素的材料;溶劑分為有機溶劑或水,用來溶解基料樹脂,便于成膜。常用油漆類防腐涂料的情況如下:
(1)瀝青涂料
瀝青是防腐涂料中重要的原材料,主要有天然瀝青、石油瀝青和煤焦瀝青三種。前兩種瀝青主要應用于埋地管道中,鋼結構防腐涂料中使用的主要是煤焦瀝青。煤焦瀝青耐水性強,有良好的表面潤濕性,適用于水下環境,而且價格低廉,但冬脆夏軟。
(2)醇酸樹脂涂料
醇酸樹脂是以是以多元醇和多元酸的酯為主鏈,以脂肪酸或其他一元酸為側鏈組成。用于配置涂料的醇酸樹脂主要有純干性油醇酸樹脂、改性的純干性油醇酸樹脂和非干性油醇酸樹脂。醇酸樹脂涂料與油性漆相比,干性、保色性、耐候性、附著力等均有很大程度的提高,但耐酸性、耐水性差,適宜于干燥環境,不能用于水下結構。
醇酸樹脂涂料可以自成體系,常用的涂料品種有:醇酸紅丹防銹底漆、醇酸鐵紅防銹第七、醇酸云鐵防銹底漆或中間漆、醇酸磁漆等,在鋼結構防腐方面應用非常廣泛。醇酸磁漆一般用作面漆,光澤性好,耐候性強。
(3)酚醛樹脂涂料
以酚醛樹脂為主要成膜物的涂料,干燥性好,耐磨,涂膜堅硬光亮,耐水、耐化學腐蝕性好,有一定的絕緣能力,單組分施工方便,但涂膜硬脆,顏色易泛黃變深,耐候性差。酚醛樹脂涂料主要有醇性酚醛樹脂、改性酚醛樹脂、純酚醛樹脂等幾類。酚醛樹脂涂料主要用于家具、門窗的涂裝。在鋼結構中,酚醛樹脂涂料主要有酚醛紅丹防銹漆、酚醛鋅黃防銹漆、酚醛云鐵防銹漆,一般用于打底。
(4)環氧樹脂涂料
以環氧樹脂為主要原料的涂料,附著力非常好,耐堿、油和鹽水,絕緣性能優良,但不耐紫外線,在陽光作用下容易失去光澤和粉化。另外對施工溫度、重涂間隔時間的要求比較嚴格。
環氧樹脂涂料是現代鋼結構中比較常見的防腐涂料,常見品種有:環氧紅丹防銹底漆、環氧富鋅底漆、環氧磷酸鋅防銹底漆、環氧云鐵防銹漆或中間漆環氧磁漆、快干型環氧涂料等。
(5)氯磺化聚乙烯涂料
氯磺化聚乙烯涂料是由聚乙烯、氯和二氧化硫在引化劑作用下反應生成的聚合物,其最大特點是耐化工大氣老化,主要應用于化工、冶金、石油行業建筑,缺點是成膜難。一般用于底漆和中間漆。
(6)氯化橡膠涂料
氯化橡膠涂料是天然橡膠或合成橡膠經氯化而成。漆膜致密但發脆,常加入氯化石蠟作為增塑劑。常用品種有:氯化橡膠鐵紅防銹底漆、氯化橡膠云鐵防銹底漆以及各色氯化橡膠面漆。氯化橡膠面漆近年來逐漸被丙烯酸面漆代替。
(7)聚氨酯涂料
聚氨酯涂料是以聚氨基甲酸樹脂為基料的涂料,具有優良的防腐蝕和力學性能,耐候性好。丙烯酸聚氨酯面漆是目前鋼結構工程中應用比較經濟和廣泛的面漆品種之一。
(8)富鋅涂料
富鋅涂料時常用的重防腐涂料,涂料中含有大量鋅粉作為電化學防銹顏料,不但防腐性能優良,而且與剛才的附著力強,與環氧云鐵中間漆和其他高性能面漆也有很好的粘合力,但施工工藝復雜。常用富鋅涂料品種有環氧富鋅底漆、無機富鋅底漆等,壽命可達7-15年。
可以看出,防腐涂料的品種很多,防銹及涂裝應與鋼結構重要性、侵蝕環境、除銹等級、維護條件及使用壽命相匹配。