本文转自公众号“广东省结构安全顾问院”
轻质高强钢是一种性能优异的建筑材料,但也有其致命弱点,若没有有效的防护措施,易发生腐蚀,防火性能较差。最早的钢结构是经过防腐设计的铁结构,铸铁结构相对较差,但由于设计保守,截面较大,因此大量铸铁结构得以存续至今。
在西方,第一座完全用铸铁建造的桥梁于1779年出现在英国的科尔布鲁克代尔,至今仍然存在。1889年,埃菲尔铁塔落成通车,自建成以来,每7年进行一次全面整修,每道涂装工序平均需要用到70吨左右的油漆。2016年4月11日,港珠澳大桥青州航道桥顺利合龙,这座钢箱梁混凝土墩斜拉桥按使用年限120年进行耐久性设计。钢箱梁外表面采用“环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆+氟碳面漆”体系,内表面采用“环氧富锌底漆+环氧厚浆漆+除湿系统”。
如今,钢结构是轻质结构的代名词,给它涂上一层有效的保护层才是让它永葆青春的正确方法。本文就钢结构防腐涂料(油漆)进行简单探讨,希望对这个我们既熟悉又陌生的领域分享一些见解。抛出一些想法。
图 1 英国 Colebrookdale 铸铁桥
图2 港珠澳大桥青州航道桥
钢结构的防腐方法有防腐涂层;采用各种工艺形成的锌、铝等金属保护层;阴极保护措施;耐候钢;以及以上几种防腐方案的组合。
根据《工业建筑防腐蚀设计标准》GB/T 50046-2018第3.3.3条规定,保护层的设计使用年限应符合以下规定:
1、使用寿命较低,一般为2至5年;
2、使用寿命为6至10年;
3、使用寿命长,使用寿命可达11~15年;
4、延长使用寿命:使用寿命可达15年以上。
在设计方面,应采用以下方法来控制钢结构的腐蚀:
1、排水设计:室外钢结构上不应有积水区,否则积水区必定会加速腐蚀速度,例如H型钢截面墙轴线水平放置时钢结构油漆一般用什么钢结构油漆一般用什么,就会有形成积水区的隐患;封闭截面端部必须设置端部封板,杆件开孔时也必须采取足够的措施。
2、边角设计:边角处不能有尖角,要打磨光滑,否则这里首先会出现生锈的情况。
3、避免双金属设计:避免两种不同金属直接接触,如铁管与铜接头,铁管因电位差会腐蚀得更快,同样应减少铆接,否则也会加速腐蚀。
4、焊接设计:焊接应满焊,不得点焊,且表面应打磨平整,清除所有溅渣,否则必然加速腐蚀。基于以上设计措施,防腐涂层可达到比较理想的防腐效果。
防腐涂装(油漆)是钢结构最常见的防腐方式,新建钢结构的设计使用年限一般为50年,在其使用期间,防腐涂层需要多次更新,其中对底漆、中漆、面漆的要求都有明确的规定,那么这“三漆”到底有哪些要求呢?
底漆是直接涂装在物体表面作为面漆坚实基础的涂料,是油漆体系的第一层,起着提高面漆的附着力、增加面漆的丰满度、提供耐碱性、提供防腐功能等作用,同时保证面漆的均匀吸收,使油漆体系达到最佳效果。
底漆主要用于直接喷涂在已进行过喷丸处理或者其他处理过的钢材表面,主要起到封闭钢材、增加附着力、填充三大作用,中间漆主要增加涂层的整体厚度,提高整个涂层的防腐性能。涂层的防腐性能有时取决于整个涂层体系的整体膜厚,有些功能性的底漆不宜涂得太厚,而面漆的成本又比较高,所以合理使用中间漆,既可以保证整体膜厚,又可以减少面漆的用量,从而降低配套成本。
目前中涂通常制成高固体份厚膜型涂料,采用无气喷涂施工,涂装一至两道即可达到所需的厚膜效果;面漆主要起装饰和保护作用,面漆中成膜物质含量相对较高,填料较少。
根据GB/T50046-2018中5.2.3条规定,钢结构表面防护应符合下表要求。
防腐层最小厚度(μm)
保护层使用寿命(年)
强腐蚀
中等腐蚀
弱腐蚀
320
280
240
>15
280
240
200
11~15
240
200
160
6~10
200
160
120
2~5
国内外钢结构桥梁通常采用“底漆+中涂+面漆”的防腐体系,底漆材料分为金属喷涂和重防腐涂料,金属喷涂材料又分为锌、铝、锌铝合金等,重防腐底漆材料又分为无机富锌漆和环氧富锌漆,中涂多为环氧云铁漆,面漆材料分为苯甲酸聚氨酯漆、硅氧烷漆、氟碳漆等。
钢结构常用底漆有醇酸防锈漆(普通防锈漆)、无机富锌底漆、环氧富锌底漆、高氯化聚乙烯底漆(用于化工行业耐酸碱钢结构)、环氧煤沥青底漆(用于地下钢结构)。钢结构常用中涂漆有环氧云铁中涂漆、高氯化聚乙烯中涂漆、环氧煤沥青中涂漆等。钢结构常用表面涂料有丙烯酸漆、氟碳漆等。
醇酸防锈漆(普通防锈漆)就是我们常见的红色油漆,只能和醇酸磁漆、调和漆等普通油漆配套使用,用于腐蚀不太严重,对外观和防腐要求不高的涂装,只在一般大气环境下有较好的防锈效果,不适用于化工、海边及耐候性要求较高的涂装领域,对钢结构涂装前表面处理要求不高,除锈后手工打磨至St2级即可正常涂装。
无机富氧底漆(一般与环氧云铁中间漆及各种高性能双组份面漆配套使用)具有电化学防锈、缓蚀等多重防锈效果,耐盐雾、耐溶剂、耐碱、耐油。该漆耐高温,可作为高温管道的防锈底漆。
环氧富锌底漆作为重防腐涂料的配套底漆,具有阴极保护作用,适用于储罐、容器、钢结构、钢管、海上平台、船舶、港口设施及恶劣防腐环境的基底涂装等。
在钢结构、桥梁重防腐体系中,通常采用环氧云铁中间漆作为中间漆,虽然也可以作为防锈底漆使用。环氧云铁中间漆(底漆)是以灰色云母氧化铁颜料,以环氧树脂为基料,以聚酰胺树脂为固化剂等组成的双罐冷固化环氧涂料。由于云母氧化铁和环氧树脂各自的优越性能,使漆膜坚韧,具有良好的附着力、柔韧性、耐磨性和封闭性。环氧云铁漆一般作为中间层漆使用,与环氧富锌底漆配合使用,以加强涂层间的封闭防腐性能。在每一个工程中都能看到环氧云铁中间漆的身影,它不仅可以提高防锈效果,还可以节省成本,是一种性价比很高的涂料。
根据《钢结构工程施工质量验收标准》GB50205-2020第13.2.3条规定,防腐涂层、涂装次数、涂装间隔、涂层厚度必须符合设计文件和涂料产品标准的规定。当对层厚没有要求时,涂层干漆膜总厚度在室外不应小于150μm,在室内不应小于125μm。
检验数量:随机抽检10%,同一型号的零部件不少于3个。
检验方法:用干漆膜测厚仪检查。在每个部件上测试5个位置,每个位置的数值为相距50mm的3个测量点的干漆膜厚度的平均值。漆膜厚度的允许偏差应为-25μm。
5.1防腐涂层厚度检测:
检测时可采用涂层测厚仪,最大量程应不小于1200μm,最小分辨力应不大于2μm,示值相对误差不大于3%。同一构件应在5处进行检测,每处数值应相隔3点。取50mm测点处涂层厚度的平均值。
5.2防腐涂层厚度:
1)每个测点的3个测点的平均涂层厚度不应小于设计厚度的85%,同一构件上15个测点的平均涂层厚度不应小于设计厚度;
2)当设计对涂层厚度无要求时,涂层干漆膜总厚度室外宜为150μm,室内宜为125μm,允许偏差为-25μm。
钢结构涂装现场检验
研究表明,P、Cu、Cr、Al等元素有利于钢的耐腐蚀性能,其次是Ni、Si、Mo、Co、Be等,而C、Mn、S等则促进腐蚀。
根据学者们在美国基尔海滨测试的钢桩5年后的锈蚀情况,计算出无涂层保护的钢材的锈蚀速度如下表所示。
腐蚀速率 毫米/年
耐海水腐蚀钢
碳钢
海洋大气区
0.04~0.05
0.10~0.30
飞溅区
0.10~0.15
0.30~0.50
潮汐范围
0.05~0.10
0.05~0.10
全浸没区域
0.15~0.20
0.20~0.25
海泥区
0.04~0.06
0.05~0.10
东河南是装配式钢结构基坑支护技术专家。
该技术适用于三层以内(深度15米)的地下室开挖。
安全性高、工期短(节省工期30%以上),
具有成本低(节省成本10%以上)、可回收利用等优点。