钢结构建筑防腐工程

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第1篇

【关键词】建筑；钢结构；防腐施工技术

中图分类号：TU74文献标识码： A

一、前言

目前，我国建筑钢结构设计的过程中，并没有重视防腐设计，导致部分钢结构建筑在使用过程中出现了不同程度的腐蚀问题。因此，有必要对建筑钢结构的防腐设计进行研究。

二、钢结构腐蚀概述

当前，在建筑工程中，钢结构所占比例日益增多，充分发挥了其高强轻质、抗震性能好、工业化程度高、施工周期短、对城市环境影响小等优点，但钢结构也有一个明显弱点——易腐蚀。据不完全统计，国内每年因腐蚀而造成的经济损失在400亿人民币以上，每年9000万t钢产量中，约30%被各种形式的腐蚀消耗掉，给国家和人民带来巨大的损失和安全隐患。

钢材的腐蚀，一种是化学腐蚀，即钢材表面与周围介质直接起化学反应而产生的腐蚀，其腐蚀的程度随时间和温度的增加而增加；二是电化学腐蚀，即钢材在存放和使用中与周围介质之间发生氧化还原反应而产生的腐蚀。钢腐蚀对工程危害极大，而要有效地选择防腐体系，须先对自然环境下钢材料腐蚀的规律性作深入了解，以揭示腐蚀行为的一些规律性，为防腐措施提供相关依据。

三、建筑工程中钢结构防腐技术的应用

1、钢结构防腐技术要求

（一）表面处理

通过表面处理应清除原有存在于钢结构表面的污物和生锈层，尤其是残留在钢结构表面的黑氧化皮，一定要按照相关要求处理干净，它是钢铁生锈的根源

（二）材料选择

钢结构材料的质量直接体现了钢结构防腐技术的水平，也直接关系到防腐的质量，防腐材料的运用是目前钢结构防腐的主要手段。

（三）涂层的厚度

涂层的厚度要求很严格，涂层的厚度要根据钢结构的位置以及生锈程度进行确定，切记不可只凭个人的主观意识进行判定，涂层要均匀，不可漏涂。

2、钢结构的防腐方法

钢结构的防腐方法也有很多种类，目前最常用的钢结构防腐方法是涂层法。这种方法的应用范围很广，有很强的适应性，而且成本较低，也易于操作。涂层法防腐防锈原理是对钢结构表面涂上一层特殊的金属涂层，使钢结构制品与腐蚀介质隔离，从而起到防腐保护作用。目前，最常用的涂层方法有两种，一种是通过电镀、热镀等手段在钢结构表面镀上一层保护层起到防腐防锈的效果，另一种是在钢结构制品表面涂上机油、凡士林等抗腐蚀的非金属材料，从而达到防腐保护的目的。

三、当前我国钢结构防腐工程中存在的问题

当前钢结构的腐蚀问题已引起越来越多相关学者的关注，并取得一定研究进展，但总体来说，防腐工程中仍存在一些问题，笔者主要从设及施工两方面进行概述：

1.防腐设计不合理

钢结构防腐设计需综合考虑工业大气腐蚀环境、防腐年限、涂装场所的温度和温度、室内或室外、装饰性要求、保光保色性要求、是否易于维修等条件。因没有制定钢结构防腐相关技术标准，一些设计人员仅凭经验设计，选用涂料与腐蚀环境不相适应，耐腐蚀性能不满足要求，有时档次过高，有时过低，品种多样、颜色各异，经济合理性较差。

2.施工质量控制不严

基层处理未达到应有的标准，特别是老结构，大部分除锈不满足要求，有的连表面浮锈和灰尘也未清理干净。在涂装前钢铁基层必须除锈，钢铁基层的除锈等级应符合相关国家标准的要求。新建工程重要构件的除锈等级不应低于Sa2.5，喷射或抛射除锈后的表面粗糙度宜为40～75m，并不应大于涂层厚度的1/3。国外许多研究表明涂装质量中，约60%以上取决于基层处理质量，可见基层处理质量的重要性。

擅自减少涂刷遍数，涂膜厚度不足，据测定一般为设计要求的80%，多数工程存在偷工减料现象。涂层厚度是增加防腐效果的有效途径，金属构件外防腐蚀涂层的喷涂厚度对被保护金属的使用寿命起着重要作用，涂层薄起不到应有的保护作用。

涂装施工时很少考虑施工环境条件，为加快施工进度，涂装施工可能在没有封闭厂房的情况下，又未能避开雨天，使得涂装时铁锈还未除净的钢结构表面又产生了结露水珠，为防腐工作留下了隐患。如果环境相对湿度过高（>80），有可能导致钢结构表面产生结露，在这种条件下涂装，一方面由于水的存在而使涂料附着力下降，另一方面水分的存在，将使锈蚀反应向生成锈蚀物一方进行，且水在温度升高时由于体积膨胀而导致破坏过程加速。

四、腐蚀环境分类及涂装要求

1.钢结构腐蚀环境分类

在国际标准ISO12944《钢结构利用油漆涂装系统进行防腐保护》中，对环境的分类进行了明确的规定。它是利用低碳钢样块和锌样块在经过一年大气环境的暴露后，计算其单位面积上的质量、厚度的损失来定义环境的腐蚀级别（有关样板的制作及试验的方法可参见国际标准ISO9226）。

2.涂装要求

在确定环境的类别之后即可考虑涂装配套的耐久性。按照国际标准ISO12944《钢结构利用油漆涂装系统进行防腐保护》中的规定，涂装的耐久性是指涂装系统在进行第一次大修之前所期望保护的年限。它是有关各方在油漆进行第一次大修之前，根据国际标准ISO4628-1至ISO4628-5（或其他协议）的规定来判断油漆的损坏程度，从而确定是否要进行大修。油漆的耐久性可分为3个范围，即低：2～5年；中：5～15年；高：15年以上。

五、钢结构防腐处理措施

涂料对钢结构的腐蚀保护作用主要有3种：屏蔽作用、缓蚀作用和阴极保护作用。

1、氯磺化聚乙烯由氯和二氧化硫混合气体对聚乙烯进行氯化和磺化而制得。具有耐臭氧、耐候性和抗老化性能。耐酸碱性优良，物理力学性能良好，耐水耐油性好：抗寒耐湿热，耐化学品性能十分好。但是因为固体含量低，须多道施工才能达到规定膜厚。

氯磺化聚乙烯防腐漆由氯磺化聚乙烯树脂、颜料、助剂及有机溶剂经研磨分散而成，另外配置固化剂。其主要特性是漆膜有良好的弹性、柔韧性、耐寒性及耐久性，并有抗氧化、臭氧作用。主要适用于混凝土设施及普通钢铁结构的表面防护及装饰。不宜在湿度大于85％条件下施工。氯磺化聚乙烯防腐面漆和底漆的基本性能指标如表1所示。

2、高氯化聚乙烯防腐漆由高氯化聚乙烯、防锈颜料、填料、助剂等组成。高氯化聚乙烯发展有富锌涂料、防锈漆、中间漆、面漆和清漆等系列产品，其主要特性是水蒸汽和氧气对漆膜的渗透率低，具有优异的耐水性和防腐蚀性能：干燥快，具有良好的耐候性、耐臭氧化和耐久性；与氯化橡胶防腐涂料相比具有较好的耐热性：具有优良的低温施工性能，可在-10～50℃环境下施工；漆膜对钢铁有良好的附着力，漆膜层间溶为一体，具有优良层闻附着力；在本类涂料旧漆膜上重新涂装时，不必除掉旧漆膜，维修方便。适用于化工设备金属防锈、船舶金属表面、桥梁钢铁结构，地下管道金属表面及其他钢铁结构的防腐涂装。高氯化聚乙烯防腐面漆和底漆的基本性能指标如表2所示。

3、氯化橡胶防腐面漆由氯化橡胶树脂、颜料、助剂经研磨分散而成。”其主要特性是漆膜干燥快，附着力好，机械强度高、施工方便、防腐蚀性和耐候性良好。适合在钢铁构件等表面用作防腐保护面漆；不宜在高温条件下使用，涂装前道漆应完全干透，除尽漆膜上所有油污和杂物，氯化橡胶防腐面漆的基本性能指标如表3所示。

另外氯化橡胶防腐面漆、丙烯酸聚氨醋面漆、醇酸防锈底漆、醇酸磁漆、环氧漆等也有应用，并得以试验验证，达到明显效果。

六、结束语

总而言之，在今后钢结构的设计过程中，应该要将防腐施工技术作为钢结构施工技术的一个重点环节，不断提高建筑钢结构的防腐工艺水平，从而提高建筑钢结构的使用效果。

【参考文献】

[1]岳松平.试论建筑钢结构的防腐技术[J].科技资讯.2009(15)

第2篇

关键词： 钢结构 防腐体系 热浸镀锌

1.钢结构腐蚀的特点及其影响

近年来我国城市建设发展迅速，大量大跨、高耸的民用及工业建筑都采用了钢结构，充分发挥了钢结构高强轻质、抗震性能好、工业化程度高、施工周期短等优点。另外，轻钢结构体系用于住宅建筑，其综合经济效益优于一般住宅建筑体系。采用轻钢结构其使用面积可比砖混结构提高5%左右，建造成本比混凝土结构降低10%以上。在我国钢材产量相当充裕的条件下，轻钢结构住宅的建设是十分适宜的，且钢结构体系亦与可持续发展的理念相符。

但是在钢结构建筑的建造和使用中，钢材易腐蚀的问题严重影响着钢结构的耐久应用。钢材的腐蚀可分为两种。一种是化学腐蚀，即钢材表面与周围介质直接起化学反应而产生的腐蚀，其腐蚀的程度随时间和温度的增加而增加。另一种是电化学腐蚀，即钢材在存放和使用中与周围介质之间发生氧化还原反应而产生的腐蚀。钢结构腐蚀不仅仅是材料的锈蚀，还是一个复杂的化学物理过程，而它最终的表现在于结构的可靠度及经济指标。其对钢结构建筑的影响可归纳为以下三个方面，第一，腐蚀造成大量钢材的损耗。根据 Battelle Columbus Labs［1］的报告，在美国由于钢结构腐蚀而产生的损耗每年达到3千亿美元，而其中很大一部分可由防腐方法加以避免。据有关方面统计，目前中国每年钢材因腐蚀造成的损失占钢产量的7%［2］ 。第二，钢结构发生腐蚀后，会在构件表面产生很多微观裂缝，并且不断地增长，从而减小构件的截面。这将会严重影响结构的承载能力。近来，一些学者对腐蚀后的钢结构进行了相关性能的试验研究，并取得了不少成果。我国台湾学者Kwang-Lung Lin等［3］采用湿热试验方法对钢板进行了腐蚀后的力学性能试验，结果表明在腐蚀缺陷处的应力集中现象十分明显，并且随着距缺陷的距离增加而趋向平缓。日本学者 Y. Sakumoto等［4］对轻钢结构的腐蚀耐久性能进行了研究，采用的方法是盐雾试验方法，试验证明腐蚀后的轻钢结构的滞回性能有明显降低，如图一所示。第三，腐蚀影响钢结构表面外观，增加构件表面涂装的工程量。钢结构腐蚀后，由于表面特征的变化，也许程度很小，但也会对建筑物的使用者造成不必要的心理压力。这一点在轻钢住宅体系的表现会很明显。另外，大部分的表面装修或涂装都要求对构件进行表面处理，而锈蚀后的构件表面将增加处理的成本。

图一 钢结构腐蚀前后滞回性能比较

2.钢结构腐蚀影响的研究和防腐方法

2.1自然环境下钢腐蚀的规律性研究

大多数钢结构建筑都处于自然环境中，在选择有效防腐体系之前，必须对自然环境下材料腐蚀的规律性作深入的了解。因此各个国家都十分重视对各种自然环境下腐蚀数据的积累与研究。它可以揭示自然环境下腐蚀行为的一些规律性，还可以为防腐体系的服务期限预测提供依据。ISO 曾组织十四个国家进行自然大气环境下的腐蚀行为研究，并且基于低碳钢的腐蚀速率提出了如表1所示的五种腐蚀地区的建议［5］。

表1 低碳钢腐蚀率建议值

从1926起，美国材料试验协会和其他一些机构便开始收集在不同类型的大气环境条件下镀锌涂层腐蚀表现的连续数据。镀锌涂层的大气环境试验在世界各地进行，从而得到了锌在不同大气环境下的腐蚀率。通过考虑各种影响因素，比如主导风向、大气污染物的类型和密度、海水喷溅的数量、潮湿持续的时间等，得出的结论是镀锌的腐蚀率不会超过7.62微米/年，并且提出了镀锌厚度与服务年限的建议值［1］。

曹楚南院士等针对我国的典型大气环境的腐蚀数据作了大量的积累，进行了腐蚀行为的规律研究工作［6］。研究证明我国碳钢和低合金钢在我国大气环境中，绝大部分土壤中，以及各海域的海水飞溅区和潮差区的腐蚀量（C）随时间（t）的变化可以用幂函数规律表述为：C=Atn，A值相当于第一年的腐蚀深度，n值表征腐蚀的发展趋势。

大量的研究工作为钢结构防腐体系的设计提供了指导，从而可以比较正确地确定材料的腐蚀率和采用何种防腐体系及其服务的期限。

2.2常用的防腐方法

目前的防腐体系可分为三大类型［7］，一是表面涂装防腐材料；二是采用阴极保护来防止腐蚀；三是依靠材料本身的防腐特性，即采用耐久材料。各种防腐类型都有其特点，并且各自适用于一定范围。有些防腐体系是几种类型的综合，其目的是更好地起到防腐的作用。在选择防腐体系时有一点十分重要，就是确保所选防腐体系的表面处理，大约百分之七十的防腐体系的早期失效由于不正确的或者不充分的表面处理所引起［9］。不同的防腐体系对钢材表面的处理有不同的要求，包括喷射或抛射除锈Sa、手工和动力除锈St、火焰除锈FI，如表2所示，具体可参阅我国现行GB50205―2001《钢结构工程施工质量验收规范》及国家标准GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈标准》。

表2 各种底漆或防锈漆要求最低的除锈等级

3.建筑钢结构防腐体系

建筑物的使用年限比较长，一般至少是50年。在建筑物使用期限内，为了使建筑钢结构不发生腐蚀或把腐蚀控制在一定范围内，就需要选择长效防腐体系，即在钢结构使用期限内，所采用的防腐体系能够起到良好的防腐效果，并且最少次数地进行维护或不维护。目前大多建筑钢结构都采用长效防腐体系，主要包括富锌涂料体系、热喷锌（铝）体系、热浸镀锌体系三种。富锌涂料体系的应用可分两个类型：无机富锌涂料，以硅酸盐作为粘结剂结合锌粉；有机富锌涂料，基于各种有机物载体（包括丙烯酸、氯化橡胶、乙烯基和环氧树脂、氨基甲酯），其中以环氧树脂应用最广。热喷锌（铝）体系为多层次复合涂层，即复合涂层加上涂料，第一层为锌层打底，第二层为铝中间层，第三层为锌涂层，通过喷射对铝层封孔。再加上涂料封闭，组成多层次复合涂层，这样的涂层防腐抗蚀能力很强。热浸镀锌体系是通过酸洗和电镀等工艺在钢结构表面形成一层锌与铁的合金层，从而达到很好的防腐目的。

以上三种防腐体系的原理基本相同，都是通过金属层阻止环境中的湿气及腐蚀物质与钢结构表面的接触，以达到防腐的目的。一旦金属层出现裂缝或破坏（在钢结构运输和安装过程中很容易出现），锌会提供阴极保护。在电镀系列中，锌比铁活泼得多，一旦同时处于腐蚀环境中时，锌会成为锈蚀循环中的阳极。当锌发生锈蚀后，锌的锈蚀产物基本是不溶的，可以密封涂层中的裂缝及任何孔隙，从而进一步阻止锈蚀的发生。根据已有资料显示，这三种防腐体系的长效防腐效果都十分理想，一般都能超过40 年。其中，以热浸镀锌体系最为突出，在澳大利亚，热浸镀锌体系有记载的最长服务期限为110年［7］。这对大多的建筑钢结构都是足够的。

4.热浸镀锌防腐体系的特点与应用

目前，随着国际市场中锌的价格持续的下降，以及电镀厂家的增加，较大的电镀槽不断建成。热浸镀锌作为一种良好的长效防腐体系，越来越被人们所重视。在美国已有可满足超过24米长、3米宽构件镀锌要求的电镀槽。2003年美国堪萨斯州进行了重达约39吨的钢构件镀锌，电镀槽为25×3.6×3（米）［8］，是世界上最大的热浸镀锌工程之一。在我国电镀企业已具有长16m、宽1.2m、深1.6m的电镀槽，可满足绝大部分建筑钢结构构件。与其他的防腐体系相比较，热浸镀锌防腐体系具有以下特点：

（1）防腐期限长，热浸镀锌的防腐服务期限定义在25至50年是非常普遍的，大部分的服务期限都能超过40年。一般镀锌量为600g/m2的热浸镀锌钢材，其防腐使用年限可达50年以上。

（2） 没有防腐体系维护问题。根据美国国家腐蚀工程协会（NACE）统计，涂料防腐方法大约11年左右就要重涂一次，即在钢结构使用年限内，涂料防腐体系需要维护。而根据目前已有的研究资料显示，热浸镀锌防腐体系在其服务期限之内是不需要维护的。这就从两个方面体现了热浸镀锌的优势。首先，对使用中的建筑重新喷涂防腐材料是不容易实施的，工程量非常大，而热浸镀锌防腐在其服务期限内是不需要维护的。其次，涂料防腐体系需要业主作长期的防腐维护的预算。大多数建筑物作预算时，增加初期投资比较容易，比较具体，业主也比较容易计划，但作长期的维护预算就比较复杂，它会牵扯到一些不确定因素，包括若干年后的人工费用、涂料费用等。热浸镀锌在初期投资会大一些，但是它不需要维护的预算，这一点越来越被业主和设计人员所青睐。

（3）工业化程度高。由于热浸镀锌的工业化程度高，因此它的涂装速度很快，一个全新无锈构件的镀锌过程可在一个小时左右完成。对于急需投入使用的建筑来讲，这一点是十分重要的。另外，由于其工业化程度高，所以表面处理和防腐层质量是非常容易保证的，这是大多手工涂装的防腐体系无法相比的。

（4）构件的各个表面具有同样的防腐保护。建筑用钢构件的开口截面形式有很多，由于尺寸的限制，对一些表面的防腐涂装是十分困难的。而热浸镀锌是把构件浸入电镀槽中镀锌，它对构件各个表面的涂装是相同的，这就很好解决了构件较难涂装所有表面的防腐问题。另外，热浸锌构件在焊接连接及螺栓连接时无需特殊的处理，基本与无镀锌构件相同。

（5）热浸镀锌对环境是无害的。锌是一种微量的营养元素，它对人类和其他物种都是有益的。相对于一些含有有机挥发物的涂层，热浸镀锌对环境是无害的。这一点在21世纪的防腐工程中显得更为重要。

当然，热浸镀锌并非适用于所有环境，在酸及碱环境中，热浸镀锌防腐层将很快腐蚀，一般也不推荐在地下环境使用。

由于热浸镀锌体系良好的防腐性能，很多学者对其进行了研究，包括锌浴中各种微量元素对其的影响，镀锌材料腐蚀状态下的力学性能研究，以及镀锌体系防腐期限研究，等等，而这些研究更进一步推动了热浸镀锌防腐体系的应用。在国外它的应用已非常广泛，如一些大型钢结构公共建筑，大型钢结构工业建筑及钢结构住宅，如澳洲墨尔本市Albert公园的体育娱乐中心［9］、美国新罕布什尔州曼彻斯特市的机场停车库等［10］。目前国内的一些大型公共钢结构也采用了此种方法，比如首都机场，北京东方广场，上海八万人体育馆，浦东国际机场和黑龙江电视塔（龙塔）等。作为一种性能优良的长效防腐体系，热浸镀锌体系在建筑钢结构领域中必将得到越来越广泛的应用。

参考文献：

［1］AGA Guide.Hot-Dip Galvanizing for Corrosion Protection-A Specifier’s Guide［M］.US:American Galvanizers Association，2002.

［2］陈冬，金向雷.中国镀锌结构钢材生产现状及其对锌的需求前景.河北冶金，2002.

［3］Kwang-Lung Lin.Deformation and Corrosion in hot dip Galvanized Coatings［J］.Materials Chemistry and Physics，1997.

［4］Y.Sakumoto.Durability of Galvanized Light-gauge Steel Shapes［J］.Journal of Structure Engineering，2004.

［5］Corrosion of Metals And alloys――Classification of Corrosivity of Atmospheres［M］. ISO9223，1992.

［6］曹楚南等.九五基金重大项目材料在我国自然环境中腐蚀数据积累及规律性研究取得重要进展［J］.中国科学基金，2003.

［7］Pedro Albrecht.Atmospheric Corrosion Resistance of Structural Steels［J］. Journal of Materials in Civil Engineering，2003.

［8］Francis，R.A.An Update on The Corrosion Process and Protection of Structural Steelwork，Steel Construction［J］.1996.

［9］George Thomson.Why Galvanize［J］. Construction in Steel，1999.