鋼結(jié)構(gòu)工程中,鋼材的防腐防銹工作,是影響鋼結(jié)構(gòu)建筑使用年限的關(guān)鍵工作,也是鋼結(jié)構(gòu)工程在加工制作、施工安裝以及后期維護(hù)過程中的難點。
在環(huán)境介質(zhì)(如空氣、水、酸、堿等)的化學(xué)作用或電化學(xué)作用下而發(fā)生的逐漸破壞現(xiàn)象,稱為銹蝕。銹蝕不僅會使構(gòu)件有效截面減小,降低承載力,還會形成不同程度的銹坑,導(dǎo)致應(yīng)力集中,加速構(gòu)件的破壞,尤其是在沖擊荷載或循環(huán)荷載作用下,容易發(fā)生脆性列段。另外,鋼材銹蝕時,體積會隨之增大,最嚴(yán)重的可達(dá)原體積的六倍。
化學(xué)腐蝕是指鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用而產(chǎn)生的腐蝕,這種腐蝕多數(shù)是氧化作用,使鋼材表面形成疏松的氧化物。在常溫下,未進(jìn)行防腐處理的鋼材表面很容易發(fā)生反應(yīng),造成腐蝕。在干燥環(huán)境下,銹蝕進(jìn)展緩慢,但隨著溫度、濕度的增大而加快。
電化學(xué)腐蝕是由于金屬表面形成了原電池而產(chǎn)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(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域,給國民經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的損失。在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中,腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失占國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的1%-4%,每年腐蝕生銹的鋼鐵約占產(chǎn)量的20%,約有30%的設(shè)備因腐蝕而報廢。在我國,由于金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失每年高達(dá)300億元以上,約占國民生產(chǎn)總值的4%。
防止鋼鐵銹蝕的方法有改變冶煉成分、施加保護(hù)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(hù)層是在鋼材表面覆蓋一層防止侵蝕作用的保護(hù)層,此法相對經(jīng)濟(jì)實用。保護(hù)層有金屬保護(hù)層(如電鍍、熱鍍等)、化學(xué)保護(hù)層(如磷化、鈍化等)和非金屬保護(hù)層(如涂料、塑料等)三類,其中油漆類涂料保護(hù)層是目前鋼結(jié)構(gòu)防腐措施中的最經(jīng)濟(jì)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。基料是成膜物質(zhì),是涂料中的主要成分,它的分子結(jié)構(gòu)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(jī)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(yīng)用于埋地管道中,鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料中使用的主要是煤焦瀝青。煤焦瀝青耐水性強(qiáng),有良好的表面潤濕性,適用于水下環(huán)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(cè)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(huán)境,不能用于水下結(jié)構(gòu)。
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(jié)構(gòu)防腐方面應(yīng)用非常廣泛。醇酸磁漆一般用作面漆,光澤性好,耐候性強(qiáng)。
(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(xué)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(jié)構(gòu)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(huán)氧樹脂涂料
以環(huán)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(yōu)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(yán)格。
環(huán)氧樹脂涂料是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)中比較常見的防腐涂料,常見品種有:環(huán)氧紅丹防銹底漆、環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧磷酸鋅防銹底漆、環(huán)氧云鐵防銹漆或中間漆環(huán)氧磁漆、快干型環(huán)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(yīng)生成的聚合物,其最大特點是耐化工大氣老化,主要應(yīng)用于化工、冶金、石油行業(yè)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(jīng)氯化而成。漆膜致密但發(fā)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(yōu)良的防腐蝕和力學(xué)性能,耐候性好。丙烯酸聚氨酯面漆是目前鋼結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用比較經(jīng)濟(jì)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(xué)防銹顏料,不但防腐性能優(yōu)良,而且與剛才的附著力強(qiáng),與環(huán)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(fù)雜。常用富鋅涂料品種有環(huán)氧富鋅底漆、無機(jī)富鋅底漆等,壽命可達(dá)7-15年。
可以看出,防腐涂料的品種很多,防銹及涂裝應(yīng)與鋼結(jié)構(gòu)重要性、侵蝕環(huán)境、除銹等級、維護(hù)條件及使用壽命相匹配。