鋼結(jié)構(gòu)防腐施工措施及評(píng)論研究

張朝亮

（福建暢躍建筑工程有限公司，福建 福州 350000）

鋼鐵材料在惡劣環(huán)境下，會(huì)加快其腐蝕速度，嚴(yán)重影響了我國(guó)工業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)防腐不僅是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，而且涉及到對(duì)自然資源、社會(huì)能源、建筑材料、人身安全的保護(hù)[1]。加速鋼結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)的研究，對(duì)于降低我國(guó)工業(yè)建筑被腐蝕與破壞程度所造成的經(jīng)濟(jì)損失，延長(zhǎng)建筑設(shè)備和建材的正常使用壽命，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義，有助于發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)[2]。

防腐涂層能有效地延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，在使用過(guò)程中，要有效地控制混凝土施工中涂料的質(zhì)量，采用科學(xué)的施工工藝和先進(jìn)的施工技術(shù)，確保涂料的施工效果，這樣既能滿(mǎn)足施工規(guī)范的技術(shù)要求，又能提高鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的施工質(zhì)量，具有較高的使用效益。

1 鋼結(jié)構(gòu)腐蝕原因探究

鋼鐵腐蝕有許多原因，腐蝕按環(huán)境介質(zhì)可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。化學(xué)性腐蝕性是指在室溫或高溫下氧化或硫化，鋼氧化是與氧化介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的，其中包括空氣、氧、蒸氣、二氧化碳、二氧化硫、氯氣等等，都會(huì)產(chǎn)生松散的氧化物，隨溫度、濕度的增加，反應(yīng)速度加快，尤其在濕相中，腐蝕現(xiàn)象更為嚴(yán)重[3]。大氣層腐蝕主要是指鋼結(jié)構(gòu)中空氣、氧、水和其它物質(zhì)之間的電化學(xué)或化學(xué)反應(yīng)，這些物質(zhì)在鋼結(jié)構(gòu)表面形成一層電解質(zhì)，并將其溶解于氧、水和其它物質(zhì)中。電化學(xué)腐蝕，又稱(chēng)濕腐蝕，是電池作用于鋼板表面而產(chǎn)生的一種電化學(xué)現(xiàn)象，因?yàn)殇摫粷窨諝馕眨谋砻姹环浅Ｏ”〉乃采w。微電池的形成主要是由電極表面成分不均勻或受力變形所致，陰極氧化鐵離子形成水膜，水中溶有來(lái)自空氣的氧，在陰極區(qū)，氧被還原成OH根離子，兩者結(jié)合成不溶于水的Fe(OH)2，并進(jìn)一步氧化生成疏松易剝落的鐵銹Fe(OH)3。

局部腐蝕，又稱(chēng)不均勻腐蝕，是鋼結(jié)構(gòu)腐蝕中常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，包括了縫隙腐蝕和電氣腐蝕。縫隙腐蝕的主要原因是鋼構(gòu)件與非金屬之間以及鋼構(gòu)件與鋼結(jié)構(gòu)之間的表面裂紋，在裂隙寬度為0.025mm時(shí)，液體在裂隙間易滯留，易產(chǎn)生裂隙腐蝕，甚至在不同金屬組合的接縫處也經(jīng)常發(fā)生腐蝕，并在不同金屬間形成腐蝕原電池，以保護(hù)普通金屬，而負(fù)金屬會(huì)加速腐蝕[4]。

應(yīng)力腐蝕是由材料、力學(xué)、電化學(xué)等因素引起的鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。大部分建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)都是處于彎曲狀態(tài)，如壓力、應(yīng)力等，通過(guò)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在正常工況下，鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕很少受到外力的影響，而在應(yīng)力狀態(tài)下，鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速度會(huì)加快，局部腐蝕，可能在某一時(shí)刻突然斷裂。在施工之前沒(méi)有對(duì)由機(jī)械腐蝕引起的結(jié)構(gòu)破壞進(jìn)行預(yù)警，其后果往往十分嚴(yán)重，如建筑物倒塌、管道泄漏、橋梁倒塌等，往往會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡[5]。

2 鋼結(jié)構(gòu)防腐施工措施

2.1 熱浸鋅防腐處理

鋼結(jié)構(gòu)可以通過(guò)空氣中的鋅層進(jìn)行保護(hù)，并且在空氣中熱浸鋅后，其保護(hù)時(shí)間可以延長(zhǎng)一年以上。 但是，由于使用熱浸鋅進(jìn)行防腐時(shí)，熔池容量有限，因此僅適用于小型鋼結(jié)構(gòu)和固定車(chē)間。在熱浸鍍鋅過(guò)程中，由于鋼材內(nèi)部元素量大，小元素的反應(yīng)也不同，因此在具體施工中，針對(duì)不同的鋼材，應(yīng)采用不同的鍍鋅工藝，以達(dá)到保護(hù)目的。

2.2 熱噴涂處理

熱噴工藝中，熱噴原料主要為鋅、鋁、鋅鋁介質(zhì)。換言之，加熱、溶解這些原料以及霧化熔融的顆粒都需要熱源，最終，霧化顆粒被噴射到鋼液表面，形成一種特殊的保護(hù)層。這一特殊保護(hù)層既能起到物理隔離的作用，又能在電化學(xué)側(cè)起到一定的抗比作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼的雙重保護(hù)。采用電弧噴涂和火焰噴涂技術(shù)進(jìn)行鋼的熱浸鋅處理，可有效地彌補(bǔ)熱浸鋅處理的不足，且施工方便。采用鋅鋁合金涂層的鋼結(jié)構(gòu)比采用單一鋅涂層的鋼結(jié)構(gòu)更能保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)免受電化學(xué)作用和高強(qiáng)腐蝕。

2.3 涂油漆處理

此外，在鋼板表面涂覆防腐涂料也是很好的防腐方法，但只有一小部分能起到保護(hù)鋼板、使其外觀(guān)更美觀(guān)的作用。常用的方法是給鋼涂上三層涂料。第一道底漆，第二道中間漆，第三道臺(tái)漆。前兩種涂層的主要作用是保護(hù)鋼材，防銹，中間層主要是用來(lái)增加涂層的厚度，進(jìn)一步增強(qiáng)防銹能力，下面兩層能防止鋼材的適當(dāng)腐蝕，并且美化材料，使整個(gè)結(jié)構(gòu)更加美觀(guān)。這三層涂層基本上可以達(dá)到防腐的效果。在施工過(guò)程中，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)材料有嚴(yán)格的要求，對(duì)施工方法和工具也有一定的要求。在涂覆前，必須先將鋼結(jié)構(gòu)清理干凈，然后選擇適當(dāng)?shù)牡灼帷⒂推帷⒓爸袕?qiáng)度方法涂覆鋼結(jié)構(gòu)。

涂抹和噴涂金屬表面以形成非金屬保護(hù)膜，使金屬?gòu)母g介質(zhì)中分離出來(lái)。鋼構(gòu)的腐蝕是由表面涂層造成的。這種涂料可以用來(lái)保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部和外部。涂裝要根據(jù)環(huán)境選擇，不同涂裝條件下的腐蝕程度也不一樣，涂裝底物少，粉末多，涂裝底膜粗糙，對(duì)鋼的附著力強(qiáng)，對(duì)對(duì)涂效果好。在腐蝕性很強(qiáng)的環(huán)境中，常使用鋅含量高的底漆，磷鋅底漆一般用于抗腐蝕的環(huán)境，環(huán)氧富鋅底漆與無(wú)機(jī)硅酸鋅底漆相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：第一，該底漆與中間漆之間不需要密封漆；第二，該底漆對(duì)空氣濕度不敏感，因?yàn)榄h(huán)氧富鋅底漆一般是基于環(huán)氧樹(shù)脂、聚胺或聚鄰苯二甲酰胺的固化機(jī)理，所以能夠在空氣中無(wú)水固化；第三，它可以自我修正，具有強(qiáng)大的約束力，環(huán)氧富鋅底漆廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)防腐。

對(duì)于高性能的涂料，中間層通常采用環(huán)氧消聲劑，層疊和錯(cuò)位的消音裝置能有效地防止水，氧和電解液的滲透，因此對(duì)中間涂層有更好的隔膜保護(hù)，延長(zhǎng)了涂布時(shí)間窗口，提高了涂布性能。由于多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)需要防褪色，因此具有高色澤和光潔度的高性能飾面可節(jié)省大量維修費(fèi)用。涂裝時(shí)要保持適當(dāng)?shù)臐穸群蜏囟取Ｍ苛鲜┕きh(huán)境應(yīng)減少零件表面的灰塵和冷凝。

2.4 在鋼材上熱噴鋁（鋅）復(fù)合涂層

先對(duì)鋼片表面噴砂，使之有金屬光澤，再刷光，融化后，將坯料的表面被吹入鋼中，通過(guò)空氣形成多孔鋁（鋅）涂層。涂層孔內(nèi)被填入環(huán)氧樹(shù)脂或氯丁橡膠形成復(fù)合物。因?yàn)檫@種方法不適用于建筑物的內(nèi)墻，所以必須采取必要的措施來(lái)防止內(nèi)壁腐蝕。這種方法具有尺寸適應(yīng)性強(qiáng)、尺寸限制小、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)，但工業(yè)化程度低，且受操作人員影響較大。

熱噴防腐工藝要點(diǎn)如下：一是熱處理采用熱源噴涂材料、熔融粒子噴涂、噴涂；在鋼結(jié)構(gòu)基底表面形成10 mm左右的保護(hù)層，可對(duì)結(jié)構(gòu)起到有效的保護(hù)作用。熱噴方法有很多種，常用的有電弧、火焰、爆炸、等離子、激光等熱噴方法。在防腐蝕方法中，電弧噴涂法和火焰噴涂法是兩種主要的防腐蝕方法。具有噴涂涂層的耐久鋼結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)測(cè)試了很多次。鋼材上的主要材料是鋁、鋅和鋅-鋁合金涂層，它們可以提供物理和電化學(xué)保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)。

2.5 選用良好的防腐材料

實(shí)際施工中，應(yīng)結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況選擇保護(hù)方式，可選擇涂料，復(fù)合保護(hù)，金屬保護(hù)。采用涂層防腐蝕技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐，可取得良好的效果。保護(hù)薄膜，涂在鋼片上底、面漆對(duì)特殊工藝有一定的防腐作用，可使漆膜與底漆、面漆緊密結(jié)合，增強(qiáng)其附著力和防腐能力，有效防止腐蝕的發(fā)生。此外，該涂層對(duì)底面有很好的保護(hù)作用，因此要求該涂層的滲透性較低，并能抵抗由風(fēng)化引起的物理化學(xué)分解。為提高耐腐蝕性，在實(shí)際施工過(guò)程中，常選用復(fù)合涂料來(lái)延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。

2.6 陰極保護(hù)技術(shù)

對(duì)需要在水下或地下使用的鋼結(jié)構(gòu)，通常采用陰極保護(hù)的方法進(jìn)行防腐，尤其是電流陽(yáng)極和犧牲陽(yáng)極。滲漏措施是對(duì)裸露的鋼構(gòu)件施加滲漏作用，這需要消耗大量的保護(hù)電能。這種犧牲陽(yáng)極由金屬和合金構(gòu)成，其負(fù)電勢(shì)高于鋼，能夠保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)免受腐蝕。研究表明，采用陰極保護(hù)技術(shù)能有效地防止鋼結(jié)構(gòu)腐蝕，顯著地降低了鋼結(jié)構(gòu)腐蝕速度。

3 鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕工藝的相關(guān)問(wèn)題

對(duì)鋼材的防腐處理有不同的要求，熱浸時(shí)，溫度會(huì)影響整個(gè)組件，所以響應(yīng)組件兩端不允許關(guān)閉。鍍鋅板內(nèi)的空氣膨脹會(huì)使其開(kāi)裂，如果有封閉的孔的話(huà)，會(huì)造成安全事故。為解決構(gòu)件內(nèi)部防腐蝕處理帶來(lái)的不便，采用熱噴涂復(fù)合鋁膜或涂層工藝時(shí)，構(gòu)件兩端必須氣密焊接并密封。在焊接鋼板或鋼板時(shí)，如彼此間有粘結(jié)面，粘結(jié)面內(nèi)的腐蝕處理不徹底，長(zhǎng)期腐蝕會(huì)影響結(jié)構(gòu)的耐久性，應(yīng)盡量避免。焊縫附近的防腐蝕層應(yīng)在焊接前清理干凈，以免損壞。耐蝕性較長(zhǎng)的涂層，如熱噴涂鋁、熱浸鋅等，現(xiàn)場(chǎng)難以修復(fù)，因此只能與耐蝕性涂層修復(fù)相似。伴隨著中國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的加速，鋼結(jié)構(gòu)的品種、規(guī)格、數(shù)量迅速增加，質(zhì)量、性能不斷提高，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。易腐蝕鋼是鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的一個(gè)瓶頸。要注意防止和控制腐蝕。

4 鋼結(jié)構(gòu)防腐施工評(píng)論

伴隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展和環(huán)境污染的加劇，鋼鐵等金屬材料的腐蝕問(wèn)題日益嚴(yán)重，年度腐蝕損失難以估計(jì)，因此需要采用電化學(xué)保護(hù)、添加防腐劑、涂層防腐等金屬防護(hù)措施，其中，抗腐蝕涂料應(yīng)用最廣。其原因是：涂料防腐應(yīng)用廣泛，施工方便，造價(jià)低廉，效果良好。涂料是金屬腐蝕防護(hù)的主要手段，也是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

目前防腐蝕的涂料種類(lèi)很多，如酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、全氯乙烯、聚氨酯、呋喃樹(shù)脂、橡膠等，并可用于各種防腐蝕用途。據(jù)悉，日本每年防腐涂料的成本高達(dá)2萬(wàn)億日元，占中國(guó)各類(lèi)防腐工程總成本的65%。這對(duì)日本的經(jīng)濟(jì)建設(shè)起著重要作用。中國(guó)在環(huán)氧、全氯乙烯、氯磺化聚乙烯、呋喃、聚氨酯樹(shù)脂等材料的防腐涂料領(lǐng)域也取得了令人矚目的成就，在防腐工程中得到了成功應(yīng)用。

由于國(guó)際市場(chǎng)鋅價(jià)持續(xù)下跌，電鍍企業(yè)不斷增加，目前已建成大型電鍍車(chē)間。熱浸鍍鋅作為一種良好的長(zhǎng)期防腐蝕體系，越來(lái)越受到人們的關(guān)注，因此本文針對(duì)熱浸鍍鋅進(jìn)行評(píng)論。熱浸鍍鋅防腐系統(tǒng)與其它防腐系統(tǒng)相比，具有以下特點(diǎn)：

（1）防腐蝕壽命很長(zhǎng)，熱浸鍍鋅防腐蝕使用壽命定義為25到50年，大多數(shù)使用壽命可超過(guò)40年。

（2）無(wú)需維護(hù)防腐蝕系統(tǒng)。現(xiàn)有資料表明，熱浸鍍鋅防腐系統(tǒng)不需要維護(hù)。熱鍍鋅的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是建筑物內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)重噴涂防腐蝕材料，且工程量較大，且在使用過(guò)程中無(wú)需保持熱浸鍍鋅防腐蝕。二是涂料防腐系統(tǒng)需要業(yè)主進(jìn)行長(zhǎng)期的維修預(yù)算。盡早增加投資是比較容易的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)建筑都是在預(yù)算較早的時(shí)候，業(yè)主可以很容易地規(guī)劃。但長(zhǎng)期維護(hù)的預(yù)算要復(fù)雜得多，而且有很多不確定因素，比如多年的人工和油漆費(fèi)用。熱鍍鋅工藝初期投資大，但無(wú)維修預(yù)算，因而越來(lái)越受到業(yè)主和設(shè)計(jì)師的青睞。

（3）產(chǎn)業(yè)化程度高。由于工業(yè)化程度高，鍍鋅速度快，所以一小時(shí)左右就能完成，鍍鋅零件不會(huì)生銹。對(duì)急需使用的建筑來(lái)說(shuō)，這很重要。此外，由于工業(yè)化程度很高，很容易保證表面處理和防腐層的質(zhì)量，這是大多數(shù)手工防腐層所不具備的。

（4）表面各部分的腐蝕防護(hù)都是一樣的。建筑用鋼構(gòu)件的截面形式多種多樣，有些表面因受尺寸限制，不易進(jìn)行防腐蝕處理。熱鍍鋅就是把零件浸入鋅鍍槽內(nèi)進(jìn)行電鍍，每個(gè)零件的表面都有完全一致的鍍層，解決了整個(gè)表面電鍍后耐腐蝕性能差的問(wèn)題。此外，熱浸鋅構(gòu)件與未鍍鋅構(gòu)件的焊接和螺栓連接沒(méi)有什么特別的區(qū)別，它們基本上是一樣的。

（5）熱鍍鋅不會(huì)造成環(huán)境污染。鋅是對(duì)人體及其它生物有益的微量元素。熱浸鍍鋅比揮發(fā)性有機(jī)涂料具有更好的環(huán)保性能，對(duì)防腐工程在21世紀(jì)尤其重要。熱浸鍍鋅當(dāng)然不是在所有環(huán)境中都適用的。熱浸鍍鋅防腐層在酸堿環(huán)境中腐蝕快，一般不適用于地下施工。

熱鍍鋅體系具有優(yōu)良的耐蝕性能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究，包括各種微量元素對(duì)液態(tài)鋅的作用、鍍鋅材料在腐蝕條件下的力學(xué)性能、耐腐蝕壽命等。鍍鋅層等對(duì)熱浸鍍鋅防腐系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。熱浸鍍鋅作為一種長(zhǎng)期防腐體系，在建筑鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

5 結(jié)束語(yǔ)

鋼構(gòu)施工過(guò)程中，不注意腐蝕處理，將加速鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速度，從而降低承載構(gòu)件的性能，存在安全隱患。所以在混凝土施工過(guò)程中必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐處理，才能有效地提高其安全性，延長(zhǎng)其使用壽命。