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發(fā)布日期：2020-09-08
來源：綠建之家輕質(zhì)高強(qiáng)的鋼是性能優(yōu)越的建筑材料，可是它也有阿喀琉斯之踵，在缺乏有效防護(hù)措施的前提下易腐蝕，防火性能較差。最早的鋼結(jié)構(gòu)為鐵質(zhì)結(jié)構(gòu)，防腐蝕設(shè)計(jì)較差，但得益于保守設(shè)計(jì)導(dǎo)致的較大截面，一大批鑄鐵結(jié)構(gòu)有幸存留至今。在西方國家，第一個(gè)完全用鑄鐵建造的橋梁于1779年出現(xiàn)在英國科爾布魯克代爾，仍存留至今。1889年，埃菲爾鐵塔建成開放。自建成起，每隔7年的時(shí)間便會整體涂裝一次，每次涂裝平均需要使用70噸左右的涂料。2016年4月11日，港珠澳大橋青州航道橋順利合龍。這座鋼箱梁混凝土墩斜拉橋基于120年設(shè)計(jì)使用壽命進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)，鋼箱梁外表面采用“環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+氟碳面漆”體系，內(nèi)表面采用“環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧厚漿漆+除濕系統(tǒng)體系”。如今，鋼結(jié)構(gòu)是輕巧結(jié)構(gòu)的代名詞，給她披上有效的防護(hù)外衣才是常葆青春的正道。本文對鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂料（油漆）略作討論，期待在這個(gè)我們既熟悉又陌生的領(lǐng)域拋磚引玉。
圖1 英國科爾布魯克代爾鑄鐵橋
圖2 港珠澳大橋
青州航道橋鋼結(jié)構(gòu)的防腐方式有防腐蝕涂料；各種工藝形成的鋅、鋁等金屬保護(hù)層；陰極保護(hù)措施；耐候鋼；上述防腐方案的組合。根據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50046-2018第3.3.3條，防護(hù)層的設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)符合下列規(guī)定：
1、低使用年限，使用年限應(yīng)為2年~5年；
2、中使用年限，使用年限應(yīng)為6年~10年；
3、長使用年限，使用年限應(yīng)為11年~15年；
4、超長使用年限，使用年限應(yīng)為15年以上。
在設(shè)計(jì)上，首先應(yīng)采取以下方式控制鋼結(jié)構(gòu)腐蝕：
1、排水設(shè)計(jì)：不應(yīng)在戶外鋼結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)可積水區(qū)域，否則積水區(qū)域一定會加快腐蝕速度。例如H型鋼截面墻軸沿水平向放置的時(shí)候，就會有形成積水區(qū)域的隱患；閉口截面端頭需設(shè)置端封板，桿件上開孔的時(shí)候需采取足夠的措施。
2、邊角設(shè)計(jì)：邊角處不應(yīng)出現(xiàn)利角，應(yīng)將其打磨平滑，否則此處將最先出現(xiàn)銹蝕。
3、避免雙金屬設(shè)計(jì)：應(yīng)盡量避免兩種不同的金屬直接接觸，如鐵管和銅連接器，此時(shí)由于電位差的存在，鐵管會加速腐蝕。同樣，應(yīng)減少鉚接，否則也會加速腐蝕。
4、焊接設(shè)計(jì)：焊接時(shí)應(yīng)滿焊，不應(yīng)點(diǎn)焊，并且應(yīng)將其表面打磨平滑，除去所有飛濺的焊渣，否則將不可避免地加速腐蝕。在上述設(shè)計(jì)措施基礎(chǔ)上，再使用防腐蝕涂料，就可以達(dá)到比較理想的防腐蝕效果。
防腐蝕涂料（油漆）是最常見的鋼結(jié)構(gòu)防腐方式。新建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限一般為50年，在其服役期內(nèi)，需要更新幾次防腐蝕涂層。在一般的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總說明里面，都會寫明底漆、中間漆及面漆三項(xiàng)要求。那究竟這“三漆”有何講究？
底漆是指直接涂到物體表面作為面漆堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的涂料，是油漆系統(tǒng)的第一層，用于提高面漆的附著力、增加面漆的豐滿度、提供抗堿性、提供防腐功能等，同時(shí)可以保證面漆的均勻吸收，使油漆系統(tǒng)發(fā)揮最佳效果。
底漆主要直接噴涂用于在表面拋丸或者其他方式處理過的鋼材表面，主要是起到封閉鋼材、增加附著力、填平這三種作用。中間漆主要起到增加涂層的總體厚度，提高整個(gè)涂層的防腐性能。涂層的防腐性能有時(shí)依賴于整個(gè)涂層系統(tǒng)的總體膜厚，有些功能性底漆不宜太厚，而面漆的成本又相對較高，所以合理使用中間漆，即可以保證整體膜厚又可以減少面漆的用量，降低配套成本。目前通常將中間漆制成高固體分厚膜型涂料，可以采用無氣噴涂的方法，涂裝一到兩次就能達(dá)到所需要的厚膜效果。面漆的作用主要還是裝飾和保護(hù)作用，一般面漆中成膜物質(zhì)含量比較高，填料較少。根據(jù)GB/T50046-2018第5.2.3條，鋼結(jié)構(gòu)的表面防護(hù)宜符合下表規(guī)定。
防腐蝕涂層最小厚度（μm） | 防護(hù)層使用年限（年） | ||
強(qiáng)腐蝕 | 中腐蝕 | 弱腐蝕 | |
320 | 280 | 240 | >15 |
280 | 240 | 200 | 11~15 |
240 | 200 | 160 | 6~10 |
200 | 160 | 120 | 2~5 |
國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)橋梁通常采用“底涂＋中涂＋面涂”的防腐體系，底涂材料分為金屬噴涂和涂料重防腐。而金屬噴涂的材料又分為鋅、鋁、鋅鋁合金等。重防腐底涂材料也分為無機(jī)富鋅涂料和環(huán)氧富鋅涂料等。中涂多采用環(huán)氧云鐵涂料，面涂材料分為苯烯酸聚氨酯涂料、硅氧烷涂料及氟碳涂料等。
鋼結(jié)構(gòu)常見的底漆有醇酸防銹漆（普通防銹漆）、無機(jī)富鋅底漆、環(huán)氧富鋅底漆、高氯化聚乙烯底漆（用于耐酸堿化工行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)）、環(huán)氧煤瀝青底漆（用于地下鋼結(jié)構(gòu)）。
鋼結(jié)構(gòu)常見的中間漆有環(huán)氧云鐵中間漆、高氯化聚乙烯中間漆、環(huán)氧煤瀝青中間漆等。鋼結(jié)構(gòu)常見的面漆有丙烯酸漆和氟碳漆等。醇酸防銹漆（普通防銹漆）就是我們常見的紅通通的那種油漆，僅能夠配套醇酸磁漆、調(diào)和漆等普通油漆，用于腐蝕不嚴(yán)重、外觀及防腐要求不高的涂裝領(lǐng)域，僅在普通大氣環(huán)境下有著較好的防銹效果，不宜用于化工、海邊、高耐候要求的涂裝領(lǐng)域。它在涂裝前對鋼結(jié)構(gòu)的表面處理要求較低，鋼結(jié)構(gòu)表面動(dòng)力除銹、手工打磨至St2級別即可正常涂裝。無機(jī)富氧底漆（一般配套環(huán)氧云鐵中間漆及各種高性能的雙組份面漆），具有電化學(xué)防銹防腐、緩蝕等多重防銹效果，耐鹽霧、耐溶劑、耐堿、耐油。
該漆耐高溫，可作為高溫管道的防銹底漆使用。環(huán)氧富鋅底漆，作重防腐涂層的配套底漆，有陰極保護(hù)作用，適用于儲罐、集裝箱、鋼結(jié)構(gòu)、鋼管、海洋平臺、船舶、海港設(shè)施以及惡劣防腐蝕環(huán)境的底涂層等。
在鋼結(jié)構(gòu)、橋梁重防腐體系中，中間漆通常選用環(huán)氧云鐵中間漆，盡管它也可以作為防銹底漆使用。環(huán)氧云鐵中間漆（底漆）是以灰色云母氧化鐵為顏料，以環(huán)氧樹脂為基料，聚酰胺樹脂為固化劑等組成二罐裝冷固化環(huán)氧涂料。由于云母氧化鐵及環(huán)氧樹脂的優(yōu)越性能，漆膜堅(jiān)韌，具有良好的附著力、柔韌性、耐磨性和封閉性能等。環(huán)氧云鐵漆一般作為中層漆使用，與環(huán)氧富鋅底漆配套使用，可增強(qiáng)涂層之間的封閉性和防腐性能。在很多大型鋼鐵防銹防腐項(xiàng)目中都會見到環(huán)氧云鐵中間漆的身影。不僅能夠提高防銹效果，還能節(jié)約成本。環(huán)氧云鐵中間漆是一款性價(jià)比非常高的油漆。
根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》GB50205-2020，第13.2.3條防腐涂料、涂裝遍數(shù)、涂裝間隔、涂層厚度均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)文件、涂料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求。當(dāng)設(shè)計(jì)對涂層厚度無要求時(shí)，涂層干漆膜總厚度：室外不應(yīng)小于150μm，室內(nèi)不應(yīng)小于125μm。
檢查數(shù)量：按照構(gòu)件數(shù)抽查10％，且同類構(gòu)件不應(yīng)少于3件。
檢驗(yàn)方法：用干漆膜測厚儀檢查。每個(gè)構(gòu)件檢測5處，每處的數(shù)值為3個(gè)相距50mm測點(diǎn)涂層干漆膜厚度的平均值。漆膜厚度的允許偏差應(yīng)為-25μm。
可采用涂層測厚儀進(jìn)行檢測，最大量程不應(yīng)小于1200μm，最小分辨率不應(yīng)大于2μm，示值相對誤差不應(yīng)大于3％。同一構(gòu)件應(yīng)檢測5處，每處的數(shù)值為3個(gè)相距50mm的測點(diǎn)涂層厚度的平均值。
1）每處3個(gè)測點(diǎn)的涂層厚度平均值不應(yīng)小于設(shè)計(jì)厚度的85％，同一構(gòu)件上15個(gè)測點(diǎn)的涂層厚度平均值不應(yīng)小于設(shè)計(jì)厚度；
2）設(shè)計(jì)對涂層厚度無要求時(shí)，涂層干漆膜總厚度：室外應(yīng)為150μm，室內(nèi)應(yīng)為125μm，其允許偏差應(yīng)為－25μm。
鋼結(jié)構(gòu)涂裝現(xiàn)場檢測 |
研究表明，P、Cu、Cr和Al等元素對鋼的耐腐蝕性有利，Ni、Si、Mo、Co、Be等次之，而C、Mn、S等助長腐蝕。
根據(jù)學(xué)者在美國基爾海濱試驗(yàn)的鋼樁5年后的腐蝕情況，計(jì)算得到的未經(jīng)涂層保護(hù)的鋼材腐蝕速率見下表。
腐蝕速率mm/年 | ||
耐海水腐蝕鋼 | 碳素鋼 | |
海洋大氣區(qū) | 0.04~0.05 | 0.10~0.30 |
飛濺區(qū) | 0.10~0.15 | 0.30~0.50 |
潮差區(qū) | 0.05~0.10 | 0.05~0.10 |
全浸區(qū) | 0.15~0.20 | 0.20~0.25 |
海泥區(qū) | 0.04~0.06 | 0.05~0.10 |
來源：鋼結(jié)構(gòu)
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