浅析建筑钢结构涂层的应用

　　随着我国钢结构技术的发展，钢结构在建筑上的应用亦日益广泛。但钢结构容易锈蚀，所以，钢结构防锈成为钢结构工程中不可缺少的重要一环。而钢结构涂层对钢结构建筑的防锈防腐，以及维护钢结构的强度和使用起着重要的作用。目前常用于钢结构防腐防锈的涂层有红丹防锈类漆、环氧富锌类、氟碳类等。这些涂层在使用过程中各有优势和缺陷，我们力图通过研究不同涂层在钢结构使用过程中的锈蚀影响，而找出维护钢结构的有效方法。

　　1　钢结构的锈蚀机理

　　根据钢结构建筑周围的环境、空气中的有害成分(如酸、盐等)及水会对钢结构造成锈蚀等情况，钢结构的锈蚀可分为两类：化学锈蚀和电化学锈蚀。

　　1.1　化学锈蚀

　　化学锈蚀钢结构表面与周围介质直接起化学反应而产生的锈蚀。如钢在高温中与干燥的O2、NO2、SO2、H2S等气体以及非电解质的液体发生化学反应，在钢结构的表面生成钝化能力很弱的氧化保护薄膜FeO、FeS等，其腐蚀的程度随时间和温度的增加而增加，这种情况在钢结构建筑中一般发生在特殊环境下。

　　1.2　电化学锈蚀

　　呈活化态的钢筋表面有水分存在时，有电势差，就发生铁电离的阳极反应和溶液态氧还原的阴极反应，相互以等速度进行，其反应式如下：

　　阳极反应2Fe-4e-→2Fe2+

　　阴极反应O2+2H2O+4e-→4OH-

　　腐蚀过程的全反应是阳极反应和阴极反应的组合，在钢筋表面析出氢氧化铁，其反应式为：

　　2Fe+O2+2H2O→2Fe2++4OH-→2Fe(OH)2

　　4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3

　　该化合物被溶解氧化后生成氢氧化铁Fe(OH) 3，并进一步生成nFe3O3mH2O(红锈)，一部分氧化不完全的变成Fe3O4(黑锈)，在钢筋表面形成锈层。红锈体积可大到原来体积的4倍，黑锈体积可大到原来的2倍。铁锈体积膨胀，对周围产生压力，使保护层开裂或脱落，而裂缝及保护层的剥落又进一步导致钢筋更剧烈的腐蚀，从而大幅降低钢结构的强度，造成坍塌和事故。

　　钢结构用钢材产生电化学作用锈蚀须具备4个条件：①钢筋表面要有电势差;②阴极和阳极之间要有电介质联系;③在阳极金属表面要处于活化状态;④在阴极，钢筋表面要有足够数量的氧和水分。

　　金属常用的防锈防腐保护基于3个基本原理：①屏障保护，利用涂层膜形成屏障，将钢铁表面和环境中的电解质隔离，在钢铁表面形成一道对空气中的水蒸气和氧气等的保护屏障;②化学抑制，在涂料中添加的有效化学成分，能抑制金属阳极或阴极反应;③电流(阴极)保护，利用涂料中的大量金属(锌、铝等)粒子积聚对钢铁产生电流保护，如同在钢铁表面上形成锌(铝)阳极。钢结构实际使用中防护主要是应用阴极保护和屏障保护。根据钢结构的锈蚀原理和钢结构建筑的使用情况选用不同的防护和维护涂层，还要根据建筑结构所处的环境、使用功能、经济性和耐久性、稳定性等因素来选用合适的防锈防腐涂料，这样就要对不同的涂层作详细的了解。

　　2　不同建筑钢结构涂层的特点及适用环境

　　2.1　醇酸涂层

　　醇酸系列漆有醇酸红丹防锈底漆、醇酸铁红防锈底漆、醇酸云铁防锈底漆或中间漆、醇酸磁漆。

　　在一般的钢结构工程中，可以选用防锈能力强，有较好的坚韧性、防水性和附着力的油性红丹防锈漆作为防锈底漆，或环氧漆为面漆。红丹防锈漆的原理是采用处于晶格外层的铅离子与腐蚀初始阶段的铁离子产生离子置换生成难溶物质，红丹在水和氧的存在下与油基漆生成铅皂，其裂解的单羟酸铅、二羟酸铅盐具有缓蚀作用。铅离子与许多腐蚀介质生成如硫酸铅等不溶性盐，铅皂的封闭作用随时间生成致密和结实涂层，具有较好的附着力、光泽性、保色性较好，但耐酸碱、耐水性差，只能用于室内，不能用于室外，其使用年限约3～5年。生产红丹漆需要大量的有色金属铅，虽然价格低廉为8～10元/m2、10元/kg，但为保证工人身体健康，许多科研和制造单位正积极研制替代红丹防锈底漆的漆料。

　　2.2　酚醛涂层

　　酚醛涂层防腐蚀性、耐磨性、耐水性、绝缘性好，但耐老化差，涂膜硬脆，不适合室外用，建筑上用得较少，主要用于门窗，家具。有酚醛红丹防锈底漆、酚醛锌黄防锈漆、酚醛云铁防锈底漆。

　　2.3　富锌涂层

　　钢结构富锌涂层分无机富锌漆和有机富锌漆：有机环氧富锌漆由锌粉、环氧树脂和固化剂配制而成，主要用于钢结构的重防腐涂装体系作长效通用底漆，也可用作镀锌件的防锈漆，其应用的适宜温度为10～35℃，并避免在雨、雾、雪天施工涂刷;无机富锌漆主要以水玻璃为基料，加入锌粉、漂浮剂和固化剂等配制而成，此漆具有与镀锌层相同的阴极保护作用，为可焊漆，其耐候性及耐老化性能良好，可耐450℃的温度，但耐酸碱度差。这种涂料对钢结构表面处理要求较高，一般规定应达到Sa2.5级标准。在低温、高温情况下，该涂料不可施工。它与钢结构表面之间有优异的物理、力学性。漆膜中富含锌，在机械加工及运输和安装过程中漆膜划伤处铁锈不蔓延，在盐水浸渍下划伤，能保持划痕处铁金属的光泽。同时，作为保养底漆，室内或露天均能达到半年以上的防锈效果。切割、焊接加工时烧伤面积小，带漆焊接后，焊接强度不受影响。由于防护效果及可焊性均佳，将其用于钢结构出厂前的防腐底漆涂刷，可保护钢结构在运输过程中不致锈蚀，又不影响工地现场的焊接和安装。富锌涂层价格一般在25～35元/m2、15元/kg，富锌涂层的使用年限约5～10年。

　　2.4　环氧涂层

　　钢结构环氧涂层有环氧红丹漆、环氧富锌漆、环氧铁红漆、环氧磷酸漆环氧云铁漆等，不耐紫外线，附着力、耐碱、耐盐水、绝缘性、防腐蚀性好。

　　2.5　氟碳涂层

　　氟碳漆是由氟碳树脂、颜料、助剂等加工而成，是目前综合性能最优异的涂料之一。由于树脂分子内含有机物中键能最高的C～F键，使得氟碳漆涂料具有许多优异于普通涂料的特殊性能。主要表现在耐候性、耐盐性、耐洗性、不粘附性等方面。其性能指标均数倍优于普通涂料，故氟碳漆有“涂料王”的誉称。

　　氟碳漆科用于各种环境下建筑表面的装饰与保护。氟碳漆特点：高档装饰，超长耐久，不粘尘，有自洁功能;施工温度在5～35℃为宜，相对湿度小于80%。其与传统涂料比较，具有更加出色的耐光、耐侯性;操作更简易，翻新容易，不受建筑物形状的限制，可任由设计者发挥想象力;价格在70～150/m2、150元/kg左右，使用年限20～50年，综合性能优异。

　　2.6　氯化橡胶涂层

　　以含氯量达65%的氯化橡胶为主要成膜物质的涂料。通过溶剂挥发干燥成膜，涂膜坚硬、耐候性、保光性和稳定性优良。一般用25%～70%酯类增塑剂、植物油、树脂、氯化石蜡等进行增塑。特点是常温快干，一天内可涂3～4次，膜厚可达200～300μm，可在-10℃～45℃宽范围下施工。耐腐蚀性、耐海洋大气性、抗水蒸气渗透性好。氯化橡胶漆价格15～20元/m2、15元/kg。

表1　常用钢结构涂层的特点及适用环境

鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋