钢结构防腐施工措施及评论研究

2020-01-06张朝亮

中国金属通报 2020年17期

张朝亮

（福建畅跃建筑工程有限公司，福建福州 350000）

钢铁材料在恶劣环境下，会加快其腐蚀速度，严重影响了我国工业的经济发展。当前钢结构防腐不仅是一个技术问题，而且涉及到对自然资源、社会能源、建筑材料、人身安全的保护[1]。加速钢结构防腐技术的研究，对于降低我国工业建筑被腐蚀与破坏程度所造成的经济损失，延长建筑设备和建材的正常使用寿命，具有十分重要的现实意义和长远意义，有助于发展国民经济[2]。

防腐涂层能有效地延长钢结构的使用寿命，在使用过程中，要有效地控制混凝土施工中涂料的质量，采用科学的施工工艺和先进的施工技术，确保涂料的施工效果，这样既能满足施工规范的技术要求，又能提高钢结构防腐涂料的施工质量，具有较高的使用效益。

1 钢结构腐蚀原因探究

钢铁腐蚀有许多原因，腐蚀按环境介质可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学性腐蚀性是指在室温或高温下氧化或硫化，钢氧化是与氧化介质发生化学反应而引起的，其中包括空气、氧、蒸气、二氧化碳、二氧化硫、氯气等等，都会产生松散的氧化物，随温度、湿度的增加，反应速度加快，尤其在湿相中，腐蚀现象更为严重[3]。大气层腐蚀主要是指钢结构中空气、氧、水和其它物质之间的电化学或化学反应，这些物质在钢结构表面形成一层电解质，并将其溶解于氧、水和其它物质中。电化学腐蚀，又称湿腐蚀，是电池作用于钢板表面而产生的一种电化学现象，因为钢被湿空气吸收，它的表面被非常稀薄的水所覆盖。微电池的形成主要是由电极表面成分不均匀或受力变形所致，阴极氧化铁离子形成水膜，水中溶有来自空气的氧，在阴极区，氧被还原成OH根离子，两者结合成不溶于水的Fe(OH)2，并进一步氧化生成疏松易剥落的铁锈Fe(OH)3。

局部腐蚀，又称不均匀腐蚀，是钢结构腐蚀中常见的一种现象，包括了缝隙腐蚀和电气腐蚀。缝隙腐蚀的主要原因是钢构件与非金属之间以及钢构件与钢结构之间的表面裂纹，在裂隙宽度为0.025mm时，液体在裂隙间易滞留，易产生裂隙腐蚀，甚至在不同金属组合的接缝处也经常发生腐蚀，并在不同金属间形成腐蚀原电池，以保护普通金属，而负金属会加速腐蚀[4]。

应力腐蚀是由材料、力学、电化学等因素引起的钢结构的腐蚀。大部分建筑工程中，钢结构都是处于弯曲状态，如压力、应力等，通过大量的试验数据可以看出，在正常工况下，钢结构的腐蚀很少受到外力的影响，而在应力状态下，钢结构的腐蚀速度会加快，局部腐蚀，可能在某一时刻突然断裂。在施工之前没有对由机械腐蚀引起的结构破坏进行预警，其后果往往十分严重，如建筑物倒塌、管道泄漏、桥梁倒塌等，往往会造成严重的经济损失和人员伤亡[5]。

2 钢结构防腐施工措施

2.1 热浸锌防腐处理

钢结构可以通过空气中的锌层进行保护，并且在空气中热浸锌后，其保护时间可以延长一年以上。但是，由于使用热浸锌进行防腐时，熔池容量有限，因此仅适用于小型钢结构和固定车间。在热浸镀锌过程中，由于钢材内部元素量大，小元素的反应也不同，因此在具体施工中，针对不同的钢材，应采用不同的镀锌工艺，以达到保护目的。

2.2 热喷涂处理

热喷工艺中，热喷原料主要为锌、铝、锌铝介质。换言之，加热、溶解这些原料以及雾化熔融的颗粒都需要热源，最终，雾化颗粒被喷射到钢液表面，形成一种特殊的保护层。这一特殊保护层既能起到物理隔离的作用，又能在电化学侧起到一定的抗比作用，从而实现对钢的双重保护。采用电弧喷涂和火焰喷涂技术进行钢的热浸锌处理，可有效地弥补热浸锌处理的不足，且施工方便。采用锌铝合金涂层的钢结构比采用单一锌涂层的钢结构更能保护钢结构免受电化学作用和高强腐蚀。

2.3 涂油漆处理

此外，在钢板表面涂覆防腐涂料也是很好的防腐方法，但只有一小部分能起到保护钢板、使其外观更美观的作用。常用的方法是给钢涂上三层涂料。第一道底漆，第二道中间漆，第三道台漆。前两种涂层的主要作用是保护钢材，防锈，中间层主要是用来增加涂层的厚度，进一步增强防锈能力，下面两层能防止钢材的适当腐蚀，并且美化材料，使整个结构更加美观。这三层涂层基本上可以达到防腐的效果。在施工过程中，对钢结构材料有严格的要求，对施工方法和工具也有一定的要求。在涂覆前，必须先将钢结构清理干净，然后选择适当的底漆、油漆、及中强度方法涂覆钢结构。

涂抹和喷涂金属表面以形成非金属保护膜，使金属从腐蚀介质中分离出来。钢构的腐蚀是由表面涂层造成的。这种涂料可以用来保护钢结构的内部和外部。涂装要根据环境选择，不同涂装条件下的腐蚀程度也不一样，涂装底物少，粉末多，涂装底膜粗糙，对钢的附着力强，对对涂效果好。在腐蚀性很强的环境中，常使用锌含量高的底漆，磷锌底漆一般用于抗腐蚀的环境，环氧富锌底漆与无机硅酸锌底漆相比，具有如下优点：第一，该底漆与中间漆之间不需要密封漆；第二，该底漆对空气湿度不敏感，因为环氧富锌底漆一般是基于环氧树脂、聚胺或聚邻苯二甲酰胺的固化机理，所以能够在空气中无水固化；第三，它可以自我修正，具有强大的约束力，环氧富锌底漆广泛应用于钢结构防腐。

对于高性能的涂料，中间层通常采用环氧消声剂，层叠和错位的消音装置能有效地防止水，氧和电解液的渗透，因此对中间涂层有更好的隔膜保护，延长了涂布时间窗口，提高了涂布性能。由于多数钢结构需要防褪色，因此具有高色泽和光洁度的高性能饰面可节省大量维修费用。涂装时要保持适当的湿度和温度。涂料施工环境应减少零件表面的灰尘和冷凝。

2.4 在钢材上热喷铝（锌）复合涂层

先对钢片表面喷砂，使之有金属光泽，再刷光，融化后，将坯料的表面被吹入钢中，通过空气形成多孔铝（锌）涂层。涂层孔内被填入环氧树脂或氯丁橡胶形成复合物。因为这种方法不适用于建筑物的内墙，所以必须采取必要的措施来防止内壁腐蚀。这种方法具有尺寸适应性强、尺寸限制小、热变形小等优点，但工业化程度低，且受操作人员影响较大。

热喷防腐工艺要点如下：一是热处理采用热源喷涂材料、熔融粒子喷涂、喷涂；在钢结构基底表面形成10 mm左右的保护层，可对结构起到有效的保护作用。热喷方法有很多种，常用的有电弧、火焰、爆炸、等离子、激光等热喷方法。在防腐蚀方法中，电弧喷涂法和火焰喷涂法是两种主要的防腐蚀方法。具有喷涂涂层的耐久钢结构材料已经测试了很多次。钢材上的主要材料是铝、锌和锌-铝合金涂层，它们可以提供物理和电化学保护钢结构。

2.5 选用良好的防腐材料

实际施工中，应结合钢结构的实际情况选择保护方式，可选择涂料，复合保护，金属保护。采用涂层防腐蚀技术对钢结构进行防腐，可取得良好的效果。保护薄膜，涂在钢片上底、面漆对特殊工艺有一定的防腐作用，可使漆膜与底漆、面漆紧密结合，增强其附着力和防腐能力，有效防止腐蚀的发生。此外，该涂层对底面有很好的保护作用，因此要求该涂层的渗透性较低，并能抵抗由风化引起的物理化学分解。为提高耐腐蚀性，在实际施工过程中，常选用复合涂料来延长钢结构的使用寿命。

2.6 阴极保护技术

对需要在水下或地下使用的钢结构，通常采用阴极保护的方法进行防腐，尤其是电流阳极和牺牲阳极。渗漏措施是对裸露的钢构件施加渗漏作用，这需要消耗大量的保护电能。这种牺牲阳极由金属和合金构成，其负电势高于钢，能够保护钢结构免受腐蚀。研究表明，采用阴极保护技术能有效地防止钢结构腐蚀，显著地降低了钢结构腐蚀速度。

3 钢结构防腐蚀工艺的相关问题

对钢材的防腐处理有不同的要求，热浸时，温度会影响整个组件，所以响应组件两端不允许关闭。镀锌板内的空气膨胀会使其开裂，如果有封闭的孔的话，会造成安全事故。为解决构件内部防腐蚀处理带来的不便，采用热喷涂复合铝膜或涂层工艺时，构件两端必须气密焊接并密封。在焊接钢板或钢板时，如彼此间有粘结面，粘结面内的腐蚀处理不彻底，长期腐蚀会影响结构的耐久性，应尽量避免。焊缝附近的防腐蚀层应在焊接前清理干净，以免损坏。耐蚀性较长的涂层，如热喷涂铝、热浸锌等，现场难以修复，因此只能与耐蚀性涂层修复相似。伴随着中国现代化进程的加速，钢结构的品种、规格、数量迅速增加，质量、性能不断提高，其应用也越来越广泛。易腐蚀钢是钢结构发展的一个瓶颈。要注意防止和控制腐蚀。

4 钢结构防腐施工评论

伴随着中国经济建设的快速发展和环境污染的加剧，钢铁等金属材料的腐蚀问题日益严重，年度腐蚀损失难以估计，因此需要采用电化学保护、添加防腐剂、涂层防腐等金属防护措施，其中，抗腐蚀涂料应用最广。其原因是：涂料防腐应用广泛，施工方便，造价低廉，效果良好。涂料是金属腐蚀防护的主要手段，也是近年来国内外研究的热点。

目前防腐蚀的涂料种类很多，如酚醛树脂、环氧树脂、全氯乙烯、聚氨酯、呋喃树脂、橡胶等，并可用于各种防腐蚀用途。据悉，日本每年防腐涂料的成本高达2万亿日元，占中国各类防腐工程总成本的65%。这对日本的经济建设起着重要作用。中国在环氧、全氯乙烯、氯磺化聚乙烯、呋喃、聚氨酯树脂等材料的防腐涂料领域也取得了令人瞩目的成就，在防腐工程中得到了成功应用。

由于国际市场锌价持续下跌，电镀企业不断增加，目前已建成大型电镀车间。热浸镀锌作为一种良好的长期防腐蚀体系，越来越受到人们的关注，因此本文针对热浸镀锌进行评论。热浸镀锌防腐系统与其它防腐系统相比，具有以下特点：

（1）防腐蚀寿命很长，热浸镀锌防腐蚀使用寿命定义为25到50年，大多数使用寿命可超过40年。

（2）无需维护防腐蚀系统。现有资料表明，热浸镀锌防腐系统不需要维护。热镀锌的优点主要体现在两个方面。一是建筑物内难以实现重喷涂防腐蚀材料，且工程量较大，且在使用过程中无需保持热浸镀锌防腐蚀。二是涂料防腐系统需要业主进行长期的维修预算。尽早增加投资是比较容易的，因为大多数建筑都是在预算较早的时候，业主可以很容易地规划。但长期维护的预算要复杂得多，而且有很多不确定因素，比如多年的人工和油漆费用。热镀锌工艺初期投资大，但无维修预算，因而越来越受到业主和设计师的青睐。

（3）产业化程度高。由于工业化程度高，镀锌速度快，所以一小时左右就能完成，镀锌零件不会生锈。对急需使用的建筑来说，这很重要。此外，由于工业化程度很高，很容易保证表面处理和防腐层的质量，这是大多数手工防腐层所不具备的。

（4）表面各部分的腐蚀防护都是一样的。建筑用钢构件的截面形式多种多样，有些表面因受尺寸限制，不易进行防腐蚀处理。热镀锌就是把零件浸入锌镀槽内进行电镀，每个零件的表面都有完全一致的镀层，解决了整个表面电镀后耐腐蚀性能差的问题。此外，热浸锌构件与未镀锌构件的焊接和螺栓连接没有什么特别的区别，它们基本上是一样的。

（5）热镀锌不会造成环境污染。锌是对人体及其它生物有益的微量元素。热浸镀锌比挥发性有机涂料具有更好的环保性能，对防腐工程在21世纪尤其重要。热浸镀锌当然不是在所有环境中都适用的。热浸镀锌防腐层在酸碱环境中腐蚀快，一般不适用于地下施工。

热镀锌体系具有优良的耐蚀性能，国内外学者对其进行了大量的研究，包括各种微量元素对液态锌的作用、镀锌材料在腐蚀条件下的力学性能、耐腐蚀寿命等。镀锌层等对热浸镀锌防腐系统的应用进行了深入研究。热浸镀锌作为一种长期防腐体系，在建筑钢结构中的应用将越来越广泛。