钢结构复合涂装工艺技术

湖南省涟源钢铁集团有限公司    刘赞成    417009

提要：钢结构的涂装防护是目前国内外钢结构防护的主要方法，涂装防护的关键是涂装质量，它决定着涂层的防护寿命和防护效果，本文从多年从事防腐涂装工作实践论述了一种新型的《钢结构复合涂装工艺技术》，它包括防腐涂装体系的选择，涂层结构的设计，涂层的基层处理标准，涂装施工管理等，可供钢结构防护设计和施工应用。

关键词：钢结构·复合涂装工艺技术

一、概述

1、钢结构腐蚀的分类。

钢结构的腐蚀，即钢铁的变质损坏，是钢铁和周围环境中的介质发生化学或电化学反应，使钢铁由表及里受到破坏，丧失其原有性能的过程。

⑴、钢铁的腐蚀，按腐蚀的机理分，可分为：

化学腐蚀：在非电解质或干燥气体中进行

⑵、钢铁的腐蚀，按腐蚀的环境条件分：

自然条件下的腐蚀：大气、水、土壤、海水……

工业生产的腐蚀介质的腐蚀：酸、碱、盐、各种有机化合物……

实际腐蚀过程往往表现为许多环境因素的综合，而且一般均表现为电化学腐蚀。

2、钢结构防腐蚀的重要性。

腐蚀是个自然现象和自然规律，因而普遍地存在。钢结构材料在自然环境中暴露就生锈，钢结构材料不加防护措施裸露在大气中50小时就会全面出现锈斑，500小时就会出现严重锈斑，钢材在大气中放置五年，最大腐蚀量可达1—1.5mm。据国内外调查表明，目前，因腐蚀造成的损失约占国民生产总值的4%，最近美国公布了涉及26个行业的腐蚀调查结果，平均每年的直接经济损失高达2760亿美元，我国2003年因腐蚀造成的损失，估计约为2000多亿人民币，损耗钢材约2000多万吨，其中，石油和化工行业是腐蚀的重灾户，其腐蚀造成的损失约占全行业生产总值的6%，每年损失约700多亿人民币，这些惊人的数字，说明了腐蚀造成的损失之大。

据统计，造成的直接经济损失的数据如下：

美国：2003年          2760亿美元

日本：2003年          1986亿美元

中国：2003年          500亿美元（4185亿人民币）

全球：2003年          12000亿美元

以上还不包括因腐蚀引起的设备故障，停工待料等间接损失，往往间接损失比直接损失更为巨大。仅全球去年因腐蚀造成的经济损失约12000亿美元，远远超出自然灾害损失的总和，去年我国腐蚀损失估算高达约500亿美元，而钢材每年约30%因腐蚀而报废，其中约10%（2000多万吨）变为铁锈而全部报废，极大的浪费了宝贵的有限的自然资源。

由此可见，防腐蚀工作是何等重要而紧迫的课题。

3、涂料在钢结构防腐蚀中的重要地位。

钢结构防腐蚀有很多方法。例如：

选用钛材、不锈钢、合金钢等耐腐蚀金属材料：

采用化学方法使钢铁表面钝化；

采用化学缓蚀剂；

采用外加电流进行阴极保护；

采用喷锌、喷铝、喷镍等热喷镀涂层覆盖；

采用橡胶、搪瓷、塑料等非金属材料。

在各种防腐蚀措施中，使用最广泛的依然是采用涂料涂装的方法。根据日本调查，日本使用的各种防腐蚀措施及其费用比例见下表1：

由此可见，涂料涂装在防腐蚀措施中的重要地位。

4、涂料防腐蚀的机理

⑴屏蔽作用。涂料涂装后，在钢铁表面形成连续的涂膜，使腐蚀介质与钢铁隔开。

⑵钝化缓蚀作用，防锈颜料和某些助剂能在钢铁表面发生化学反应，形成保护膜，并使钢铁表面电极电位升高，起到钝化缓蚀作用。

⑶阴极保护。如涂料中使用锌粉，锌的电极电位(-0.76伏)远低于铁的电极电位(-0.414伏），在电化学反应中锌可以不断牺牲而保护了作为阴极的铁不受腐蚀。

5、涂料防腐蚀的特点。

⑴、施工简便，尤其适合面积大，造型复杂的钢结构件的保护。

⑵、涂层的修补和重涂方便。

⑶、一般情况下，施工所需的仪器设备较不贵重。

⑷、一般说来，材料费和施工相对其他防腐蚀措施为低。

⑸、施工周期较短，对生产影响小。

⑹、能美化、亮化环境，具有较好的装饰功能。

二、复合涂装工艺技术简介

1、复合涂装工艺技术的概念。

复合涂装工艺技术，又称高性能防腐蚀涂装，复合涂装工艺技术是在金属表面上涂装YJ型—LHG多功能防腐涂料，该复合涂装工艺技术是根据金属腐蚀电化学机理，采用具有渗透性，转化型，屏蔽性和阴极保护原理等多功能涂层结构，迫使金属表层腐蚀电流向逆方向流动，从而使金属得到有效保护而免遭腐蚀，其防护周期由目前国内一般三至五年提高到十五年以上，涂装成本下降28.7%。与普通传统防腐涂装相比，至少有以下几点本质区别：

⑴、适应范围广，具有渗透、转化、屏蔽、阴极保护等多功能涂层结构，迫使钢基表层腐蚀电流向逆方面流动，从而使钢基得到有效保护。如：酸、碱、盐介质，水下、地下、海上、化工大气、湿热地区……

⑵、维修周期长，使用寿命高，是传统涂装工艺的5.8倍以上，有利减少总的维修费用。尤其对大型的、高层的钢铁设施，更显重要。

⑶、多以配套体系提供，包括基层处理工艺及方法，涂层底中面选择等有严格要求。

⑷、厚膜化，其总厚度一般大于180μm，要求有严格的基层处理和涂装工艺来保证复合涂装体系的正确应用。

2、主要技术方案是：基层处理//涂刷浸润型涂料//涂刷防锈型涂料//涂刷配套型中间（过渡）涂料//涂刷配套型面涂料。

3、涂层主要特点：YJ型——LHG多功能防腐涂料具有高固体份，含溶剂最高30%，最低时不到5%，有效成份高，涂膜厚度厚，一般干膜厚度一次可达50~100μm，最高可达150~200μm，可大大减少涂装道数，这是涂料技术发展方向的关键。

4、涂装施工管理十分严格。有整套的日本式的涂装施工技术服务规范。

涂层结构具有多功能，是一般涂料涂膜厚度的三倍以上，经数年使用，实际效果优于一般涂层结构，把它称作为金属的“保护卫士”，在国民经济基础建设中起着无可替代的作用，为保护有限的不可再生的宝贵金属资源而作出贡献。

三、复合涂装工艺技术的特点

1、复合涂装工艺技术由于在严酷环境条件下的金属及钢结构设施表面使用，故有种种特殊性能要求，形成其自身的特点。

⑴、要求涂层结构形成配套体系。一般说来，复合涂装工艺要求有底、中、面涂料的配套，综合发挥防腐蚀作用。各层涂料的作用分述如下：

① 、底涂。该层涂料与金属表面直接接触，具有很好的附着力。该层涂料的主要作用是防锈。颜料应选用能使金属钝化或具有阴极保护作用的防颜料，如红丹、磷酸锌、铬酸锌、锌粉等。

② 中涂。作为底涂与面涂之间的过渡层，具有很好的结合力，主要作用是要对底涂起到屏蔽保护作用，使水汽、空气中氧气、腐蚀介质等不易渗入。此层涂料 有采用片状云母氧化铁、高经厚比微片、玻璃鳞片等防锈颜料的。

③ 面涂。要起到耐候和抗紫外线作用、同时具有优异的美化装饰作用或耐周围环境中的腐蚀介质的作用。

⑵ 要求有一定的涂膜厚度。

为了获得有效的抗渗性，配套涂层要达到一定厚度，起码要超过能达到保护作用的临界厚度。一般说来，防腐蚀的要求不同，应有相应的涂膜厚度的要求：

一般防腐复合涂装工艺：130~180μm

强防腐复合涂装工艺：200~300μm

加强防腐复合涂装工艺：500~1500μm

为了达到涂膜总厚度的要求，同时又要尽量减少施工道数，降低施工成本，人们重视发展厚膜型乃至超厚膜型的强防腐复合涂装工艺。

⑶ 要求有较长的使用年限

采用普通的防腐涂装工艺，虽然初期一次性投资费用低，但由于涂膜易被破坏或厚度达不到防御厚度要求，需频繁重涂，故总的费用比较高。特别对于大型、高层的钢结构设施，重涂的因难和费用就更大。腐蚀工作者急切期望创造发明一种新型复合涂装工艺技术进行涂装，延长涂膜寿命，减少重涂次数，以降低维修费用，减少腐蚀带来的直接和间接经济损失。

据日本本州一の国之间的海上钢铁上部构造研究委员会涂装分会估算，详见下表2涂装相对费用对照表：

由此可见，严酷环境下的大型钢铁设施，采用优良的复合涂装配套体系，总的是合算的。但实际使用时究竟有多少防腐年限，不仅与选用的涂料品种质量有关，而且与钢铁表面处理和涂装施工管理密切相关，也与使用环境条件密不可分。情况千差万别，不能一概而论。

四、钢结构复合涂装工艺技术注意事项

使用YJ型—LHG多功能复合涂装工艺，必须严格注意以下问题：

1、根据环境条件，有针对性地选用YJ型—LHG多功能复合涂装工艺，设计相应的配套体系。

⑴、越是严酷环境下的防护涂装，越应选用性能较好的相应品种，总膜厚也应加厚。下述环境中可供选用的面涂品种（指树脂类型分）推荐如下：

①、设施外部。

酸雾或盐雾环境：YJ型—LHG氯化橡胶涂料、YJ型—LHG环氧树脂涂料、YJ型—LHG聚氨酯涂料、YJ型—LHG环氧沥青涂料。

溶剂环境：YJ型—LHG环氧树脂涂料、YJ型—LHG聚氨酯涂料，YJ型—LHG氟橡胶涂料。

②、设施内部

水、海水：首选YJ型—LHG环氧树脂涂料和YJ型—LHG环氧沥青涂料；其次是YJ型—LHG氯化橡胶涂料和YJ型—LHG聚氨酯涂料。

纯水：YJ型—LHG环氧树脂涂料

油类：YJ型—LHG环氧树脂涂料及YJ型—LHG聚氨酯涂料。

溶剂：YJ型—LHG氟橡胶涂料最好，YJ型—LHG环氧树脂涂料和YJ型—LHG聚氨酯涂料次之。

气体：YJ型—LHG环氧树脂涂料最好，YJ型—LHG聚氨酯涂料和YJ型—LHG环氧沥青涂料次之

酸：YJ型—LHG环氧树脂涂料或YJ型—LHG聚氨酯涂料，YJ型—LHG氟橡胶涂料最好。

碱：YJ型—LHG环氧树脂涂料最好，YJ型—LHG环氧沥青涂料次之。

③、水中部分

浸水部分：YJ型—LHG环氧树脂涂料、YJ型—LHG环氧沥青涂料最好，YJ型—LHG氯化橡胶涂料和YJ型—LHG聚氨酯涂料次之。

干湿交替部分：YJ型—LHG氯化橡胶涂料、YJ型—LHG环氧树脂涂料、YJ型—LHG聚氨酯涂料、YJ型—LHG环氧沥青涂料。

④、铁塔

一般大气环境或酸雾、盐雾环境：YJ型—LHG氯化橡胶涂料，YJ型—LHG丙烯酸涂料。

⑵、YJ型—LHG多功能涂料的特点分述如下：

①、YJ型—LHG环氧树脂涂料：附着力好，耐水性、耐化学品性好。

②、YJ型—LHG氯化橡胶涂料：抗渗性好，耐候性好，低湿干燥性好。

③、YJ型—LHG聚氨酯涂料：耐水性，耐化学药品性，耐候性（非黄变型）好，低温干燥性好。

④、YJ型—LHG环氧沥青涂料：耐水性好。

⑤、YJ型—LHG丙烯酸树脂涂料：耐候性、耐光性、保色性好。

⑥、YJ型—LHG氟橡胶涂料：耐腐（酸碱、盐、溶剂）蚀性好。

2、十分重视涂装前钢基的表面处理。

⑴、钢基在涂装前，必须去除表面的油污、锈蚀及氧化皮，这是至关重要的。否则，钢铁表面的涂膜难以牢固附着，并且表面锈蚀会继续扩大，以至破坏上面的涂膜。一般说来，国际通行的表面处理标准是瑞典SIS标准。若采用喷砂、喷丸方法，表面粗糙度应达到45~75μm，并去除85%以上的铁锈及氧化皮，相当于SISSa2   级。我国标准为GB8923—88 Sa2   级。这适用于富锌涂料的表面处理要求，对于钢基表面的重涂体系而言，往往因钢铁设施的现场不具备喷砂、喷丸条件，所以一般不宜推荐富锌涂料。但即使用其他品种的涂料，例如聚酰胺固化的特殊YJ型—LHG“三带”多功能底涂，可在潮湿和带锈的钢材表面施用，但仍要能达到一定的表面处理要求（SIS  St3级要求）。

⑵、根据日本经验，影响涂膜寿命的因素见下表3：

⑶、据I.  C.  I介绍，影响涂膜寿命的因素见下表4：

从表3、表4可以看出，表面处理对保证涂装质量、保证涂膜使用寿命确实起到了至关重要的作用。

3、十分严格地进行涂装管理

⑴、首先，要严格进行金属表面处理，主要控制除锈程度和表面粗糙度，前者用标准样板或照片对照检查，后者用仪器进行检查。

⑵、表面处理后，一般应在4小时内涂装，防止再次生锈。

⑶、涂装有关人员应了解所用涂料的性能、质量、用量、用法等。涂装前应将涂料调对均匀。漆皮、漆脚要除去。要按规定要求加稀释剂。对于双组份及多组份涂料要按配比调和，不能多加或少加。要注意搅拌均匀，等等。

⑷、要注意涂装的气候环境、如气温、湿度、风向等。下雨、下雪均不能进行涂装。

⑸、各种复合涂装工艺的涂装均有湿度要求，除醇溶型无机富锌涂料的涂装要求湿度在40%以上，其余一般均要求湿度在85%以下。

⑹、各种复合涂装工艺的涂装对温度要求如下：

环氧、环氧富锌、环氧沥青：>10℃

特殊环氧底涂：>5℃

氯化橡胶涂料：>-10℃

无机富锌：>5℃

云铁醇酸树脂涂料：>0℃

⑺、要注意每道涂装后的间隔时间，每道涂装后均要测定漆膜的湿膜和干膜厚度，达不到规定厚度要求的，要补涂或下道涂装时稍涂厚些。

⑻、要作好涂装记录，如表面处理情况，涂装道数，颜色，膜厚，用量，气象情况，操作者，检查者姓名，以备日后考查，检查者应严格负起责任，不合格的涂装一定要采取改进和补救措施，直至达到合格。

五、工程实例

钢结构复合涂装工艺工程实例

注：1、ASTM  D  610-85美国锈蚀率评价标准图，共分7个等级。1级：无锈蚀；2级：<0.3%；3级：0.3~1%……；7级：≥33%。

2、tanδ值是评价涂层及其基层状况的特性参数，共分5级。1级：≤0.1涂层完好；2级：0.1~0.3锈蚀率超过0.3%；3级：0.3~1.0……；5级：不能测定。

六、结论

1、《钢结构复合涂装工艺技术》是经过多年防腐蚀涂装工作实践不断探索、总结而成的一套新型防腐涂装技术。已于2001年5月申请发明专利（申请号：01114429.7）。并在2004年5月由科技部、商务部等7个部委主办的第七届中国北京国际科技产业博览会上获76个重点项目之一。

近几年已在涟钢技改工程、大修工程以及国家重点工程和湖南省工业化进程中的标志工程——湖南华菱涟钢超薄板工程项目中发挥着重要作用。

2、21世纪钢结构产业将成为中国的重点支柱产业，钢结构的防护问题任重道远。大型钢结构工程设计寿命均在百年以上，如果钢结构的防护涂装周期从目前的三至五年延长到十五至五十年免维护的话，企业将节省大量的维护经费，并大大提高钢结构安全性和使用寿命。涟钢创造发明的《钢结构复合涂装工艺技术》目前能达到二十年的涂装维护周期水平。

3、《钢结构复合涂装工艺技术》的关键在于：涂装设计、涂层结构、涂装工艺、表面处理质量、使用环境和预期耐蚀寿命、涂料品种及质量，施工质量管理等体系控制。

七、参考文献

1、虞兆年，《防腐蚀涂料与涂装》，化学工业出版社。1996年          128—12955

2、李柴俊，《钢结构工程防腐涂料试谈》，涂料工业。2000年       ⑴     32—34

3、《中国国际钢结构先进技术设备及设计施工推广应用交流会》论文集

2003年    ⑵     152—157

4、《钢结构防腐蚀涂料保护技术》      钢结构。             1997年    ⑴、⑶