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钢结构防腐

2020-09-02

轻质高强的钢是性能优越的建筑材料,可是它也有阿喀琉斯之踵,在缺乏有效防护措施的前提下易腐蚀,防火性能较差。较早的钢结构为铁质结构,防腐蚀设计较差,但得益于保守设计导致的较大截面,一大批铸铁结构有幸存留至今。在西方国家,首先完全用铸铁建造的桥梁于1779年出现在英国科尔布鲁克代尔,仍存留至今。1889年,埃菲尔铁塔建成开放。自建成起,每隔7年的时间便会整体涂装一次,每次涂装平均需要使用70吨左右的涂料。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基于120年设计使用寿命进行耐久性设计,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+除湿系统体系”。如今,钢结构是轻巧结构的代名词,给她披上有效的防护外衣才是常葆青春的正道。本文对钢结构的防腐涂料(油漆)略作讨论,期待在这个我们既熟悉又陌生的领域抛砖引玉。


钢结构的防腐方式有防腐蚀涂料;各种工艺形成的锌、铝等金属保护层;阴极保护措施;耐候钢;上述防腐方案的组合。
根据《工业建筑防腐蚀设计标准》GB/T 50046-2018第3.3.3条,防护层的设计使用年限应符合下列规定:
1、低使用年限,使用年限应为2年~5年;
2、中使用年限,使用年限应为6年~10年;
3、长使用年限,使用年限应为11年~15年;

4、超长使用年限,使用年限应为15年以上。

在设计上,首先应采取以下方式控制钢结构腐蚀:
1、排水设计:不应在户外钢结构上出现可积水区域,否则积水区域一定会加快腐蚀速度。例如H型钢截面墙轴沿水平向放置的时候,就会有形成积水区域的隐患;闭口截面端头需设置端封板,杆件上开孔的时候需采取足够的措施。
2、边角设计:边角处不应出现利角,应将其打磨平滑,否则此处将先出现锈蚀。
3、避免双金属设计:应尽量避免两种不同的金属直接接触,如铁管和铜连接器,此时由于电位差的存在,铁管会加速腐蚀。同样,应减少铆接,否则也会加速腐蚀。
4、焊接设计:焊接时应满焊,不应点焊,并且应将其表面打磨平滑,除去所有飞溅的焊渣,否则将不可避免地加速腐蚀。
在上述设计措施基础上,再使用防腐蚀涂料,就可以达到比较理想的防腐蚀效果。
防腐蚀涂料(油漆)是最常见的钢结构防腐方式。新建钢结构设计使用年限一般为50年,在其服役期内,需要更新几次防腐蚀涂层。在一般的钢结构设计设计总说明里面,都会写明底漆、中间漆及面漆三项要求。那究竟这“三漆”有何讲究?
底漆是指直接涂到物体表面作为面漆坚实基础的涂料,是油漆系统的首层,用于提高面漆的附着力、增加面漆的丰满度、提供抗碱性、提供防腐功能等,同时可以保证面漆的均匀吸收,使油漆系统发挥较佳效果。底漆主要直接喷涂用于在表面抛丸或者其他方式处理过的钢材表面,主要是起到封闭钢材、增加附着力、填平这三种作用。中间漆主要起到增加涂层的总体厚度,提高整个涂层的防腐性能。涂层的防腐性能有时依赖于整个涂层系统的总体膜厚,有些功能性底漆不宜太厚,而面漆的成本又相对较高,所以合理使用中间漆,即可以保证整体膜厚又可以减少面漆的用量,降低配套成本。目前通常将中间漆制成高固体分厚膜型涂料,可以采用无气喷涂的方法,涂装一到两次就能达到所需要的厚膜效果。面漆的作用主要还是装饰和保护作用,一般面漆中成膜物质含量比较高,填料较少。
根据GB/T50046-2018第5.2.3条,钢结构的表面防护宜符合下表规定。

防腐蚀涂层最小厚度(μm

防护层使用年限(年)

强腐蚀

中腐蚀

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“底涂+中涂+面涂”的防腐体系,底涂材料分为金属喷涂和涂料重防腐。而金属喷涂的材料又分为锌、铝、锌铝合金等。重防腐底涂材料也分为无机富锌涂料和环氧富锌涂料等。中涂多采用环氧云铁涂料,面涂材料分为苯烯酸聚氨酯涂料、硅氧烷涂料及氟碳涂料等。


钢结构常见的底漆有醇酸防锈漆(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(用于耐酸碱化工行业钢结构)、环氧煤沥青底漆(用于地下钢结构)。钢结构常见的中间漆有环氧云铁中间漆、高氯化聚乙烯中间漆、环氧煤沥青中间漆等。钢结构常见的面漆有丙烯酸漆和氟碳漆等。
醇酸防锈漆(普通防锈漆)就是我们常见的红通通的那种油漆,仅能够配套醇酸磁漆、调和漆等普通油漆,用于腐蚀不严重、外观及防腐要求不高的涂装领域,仅在普通大气环境下有着较好的防锈效果,不宜用于化工、海边、高耐候要求的涂装领域。它在涂装前对钢结构的表面处理要求较低,钢结构表面动力除锈、手工打磨至St2级别即可正常涂装。
无机富氧底漆(一般配套环氧云铁中间漆及各种高性能的双组份面漆),具有电化学防锈防腐、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使用。
环氧富锌底漆,作重防腐涂层的配套底漆,有阴极保护作用,适用于储罐、集装箱、钢结构、钢管、海洋平台、船舶、海港设施以及恶劣防腐蚀环境的底涂层等。


在钢结构、桥梁重防腐体系中,中间漆通常选用环氧云铁中间漆,尽管它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为颜料,以环氧树脂为基料,聚酰胺树脂为固化剂等组成二罐装冷固化环氧涂料。由于云母氧化铁及环氧树脂的优越性能,漆膜坚韧,具有良好的附着力、柔韧性、耐磨性和封闭性能等。环氧云铁漆一般作为中层漆使用,与环氧富锌底漆配套使用,可增强涂层之间的封闭性和防腐性能。在很多大型钢铁防锈防腐项目中都会见到环氧云铁中间漆的身影。不仅能够提高防锈效果,还能节约成本。环氧云铁中间漆是一款性价比非常高的油漆。


根据《钢结构工程施工质量验收标准》GB50205-2020,
第13.2.3条防腐涂料、涂装遍数、涂装间隔、涂层厚度均应满足设计文件、涂料产品标准的要求。当设计对涂层厚度无要求时,涂层干漆膜总厚度:室外不应小于150μm,室内不应小于125μm。

检查数量:按照构件数抽查10%,且同类构件不应少于3件。

检验方法:用干漆膜测厚仪检查。每个构件检测5处,每处的数值为3个相距50mm测点涂层干漆膜厚度的平均值。漆膜厚度的允许偏差应为-25μm。



5.1 防腐涂层厚度的检测:

可采用涂层测厚仪进行检测,量程不应小于1200μm,最小分辨率不应大于2μm,示值相对误差不应大于3%。同一构件应检测5处,每处的数值为3个相距50mm的测点涂层厚度的平均值。

5.2 防腐涂层厚度:

1)每处3个测点的涂层厚度平均值不应小于设计厚度的85%,同一构件上15个测点的涂层厚度平均值不应小于设计厚度;

2)设计对涂层厚度无要求时,涂层干漆膜总厚度:室外应为150μm,室内应为125μm,其允许偏差应为-25μm。


研究表明,P、Cu、Cr和Al等元素对钢的耐腐蚀性有利,Ni、Si、Mo、Co、Be等次之,而C、Mn、S等助长腐蚀。

根据学者在美国基尔海滨试验的钢桩5年后的腐蚀情况,计算得到的未经涂层保护的钢材腐蚀速率见下表。


腐蚀速率mm/

耐海水腐蚀钢

碳素钢

海洋大气区

0.04~0.05

0.10~0.30

飞溅区

0.10~0.15

0.30~0.50

潮差区

0.05~0.10

0.05~0.10

全浸区

0.15~0.20

0.20~0.25

海泥区

0.04~0.06

0.05~0.10




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