防腐工程
大型鋼箱梁防腐防水工程

大氣環境下的鋼結構受陽光、風沙、雨雪、霜露及一年四季的溫度和濕度變化作用,其中大氣中的氧和水分是造成戶外鋼鐵結構腐蝕的重要因素,引起工業氣體含有SO2、CO2、NO2、CI2、H2S及NH3等,這些成份雖然含量很小,但對鋼鐵的腐蝕危害都是不可忽視的,其中SO2影響最大,CI2可使金屬表面鈍化膜遭到破壞。這些氣體溶于水中呈酸性,形成酸雨,腐蝕金屬設施。

海洋大氣的特點是含有大量的鹽,主要是NaCI,鹽顆粒沈降在金屬表面上,由于它具有吸潮性及增大表面液膜的導電作用同時CI-本身又具有很強的侵蝕性,因而加重了金屬表面的腐蝕。鋼結構離海岸越近腐蝕也越嚴重,其腐蝕速度比內陸大氣中高出許多倍。

防護方法

鋼結構常用加重腐蝕塗料構成長效防腐結構,或者用配套重防腐塗料塗裝防護。金屬鋅、鋁具有很大的耐大氣腐蝕的特性。在鋼鐵構件上噴鋅或噴鋁,鋅、鋁是負電位和鋼鐵形成犧牲陽極保護作用從而使鋼鐵基本得到了保護。目前用噴鋁塗層來防止工業大氣、海洋大氣的腐蝕,其特點如下:

(1)噴鋁塗層與鋼鐵基體結合力牢固、塗層壽命長,長期經濟效益好;

(2)工藝靈活,適用于重要的大型及難維修的鋼鐵結構的長效防護,可現場施工;

(3)噴鋅或噴鋁塗層加防腐塗料封閉,可大大延長塗層的使用壽命,從理論和實際應用的效果來看,噴鋅或噴鋁的塗層是防腐塗料的最好底層。金屬噴塗層與防腐塗料塗層的複合塗層的防護壽命較金屬噴塗層和防腐塗料防護層二者壽命之和還要長,爲單一塗料防護層壽命的數倍。

重防腐長效塗料由底漆、中間漆和面漆構成。

從長效經濟性考慮,噴鋁塗層最爲經濟,但一次性投入大,施工良好的塗層可在10年內無需維修。環氧富鋅底漆+環氧雲鐵中間漆及丙烯酸聚氨酯長效防護系統具有較佳的經濟性。

作用機理

鋼結構防腐,通常采取REMAKE金屬基自修複系統進行修複。REMAKE具有阻止金屬基材電化學腐蝕功效,它能把金屬基面的鐵鏽轉化爲致密的氧化膜對鋼板形成第一道防線。利用活性高的金屬元素陽極犧牲保護原理,能阻止基材的進一步氧化,從而形成第二道防線;

表面隔離塗料具有高效的隔離功能,從而達到了阻隔外界與金屬基材的直接接觸,完全杜絕了腐蝕的源頭。

金屬基自修複底面塗料層保護了REMAKE表面隔離塗料層不會因爲金屬基材的氧化而剝落,同時隔離塗料層又減少了底面塗料層中活性金屬元素的損耗,以及氧化膜被破壞的可能,從而達到對金屬基材的長久保護。

材料介紹

防腐材料

1、采用耐候鋼:即耐大氣腐蝕鋼,在鋼中加入一定量的鉻、鎳、钛等合金元素,可制成不鏽鋼。通過加入某些合金元素,可以提高鋼材的耐鏽蝕能力。

2、金屬複蓋:鍍或噴鍍的方法複蓋在鋼材表面,提高鋼材的耐腐蝕能力。薄壁鋼材可采用熱浸鍍鋅(白鐵皮)、鍍錫(馬口鐵)、鍍銅、鍍鉻或鍍鋅後加塗塑料塗層等措施。

3、非金屬複蓋:鋼結構防止鏽蝕通常采用表面刷漆、噴塗塗料、搪瓷、塑料等方法。常用的底漆有紅丹、環氧富鋅漆、鐵紅環氧底漆等,面漆有調和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。

4、混凝土用鋼筋的防鏽:混凝土配筋的防鏽措施,根據結構的性質和所處環境等,考慮混凝土的質量要求,主要是提高混凝土的密實度,保證足夠的鋼筋保護層厚度,限制氯鹽外加劑的摻入量。混凝土中還可摻用阻鏽劑。鋼材鏽蝕時,伴隨體積增大,最嚴重的可達原體積的6倍,在鋼筋混凝土中會使周圍的混凝土脹裂。埋入混凝土中的鋼材,由于混凝土的堿性介質(新澆混凝土的pH值爲12左右),在鋼材表面形成堿性保護膜,阻止鏽蝕繼續發展,故混凝土中的鋼材一般不易鏽蝕。預應力鋼筋一般含碳量較高,又多是經過變形加工或冷加工的,因而對鏽蝕破壞較敏感,特別是高強度熱處理鋼筋,容易産生鏽蝕現象。所以,重要的預應力混凝土結構,除了禁止摻用氯鹽外,還應對原材料進行嚴格檢驗。

納米技術

大型鋼結構是大量基礎設施的重要組成部分。橋梁、電站、輸油輸水管道、油氣儲罐、大型生産裝置、船舶、海工結構、塔架及許多大型建築物均大量采用鋼結構。雖然所用的碳鋼與一些低合金鋼具有很好的力學性能與合理的價格,但它們存在著嚴重的電化學腐蝕問題。由于具有用量大、壽命要求長的特點,所以需要的防腐手段也具有特殊性。在各種腐蝕控制方法中,主要選用不同表面處理與施加防腐塗層的方法來對大型鋼結構進行防護。到目前爲止,應該說大多情況下防護效果還遠不理想,主要是存在由于化學與力學失效引起的複蓋層壽命問題。因此開發高性能、長壽命、並在新形勢下滿足環保要求的表面改性a技術與防腐産品,是一項重要的任務。而解決這樣的問題,離不開高技術與新思路和采用。

目前,納米技術在钢结构重防腐产品中的应用还处于起步阶段。国内外均少见型产品应用的报导。但普遍认为,納米技術的采用无疑将会给该领域带来世大的收获。原因很简单,因为防护所涉及的表面材料与自防护腐蚀产物的性质主要由其微观结构所决定,这里涉及界面问题,电化学历程的改变,传输行为、表层材料强度与塑性的变化等。例如,某些各类的纳米粒子引入有机涂层可以增加其抗老化性,无机涂层的塑性可由于其结构的纳米化而改善。

技術特點

由于腐蝕體系的複雜多樣化,導致腐蝕控制手段的多樣化。在工業中使用最多的防腐技術大致可分爲如下幾點:

(1)合理選材:根據介質與使用條件,選擇合適的材料;

(2)陰極保護:利用電化原理,對構件進行外加陰極極化以減緩腐蝕;

(3)陽極保護:對可鈍化體系采用外加陽極電流使構件表面致鈍以減緩腐蝕;

(4)介質處理:去除促進腐蝕的有害成分,調節PH值等;

(5)添加緩蝕劑:向介質中添加少量減緩腐蝕的物質;

(6)金屬表面複蓋層:噴、襯、滲、鍍、塗上一層耐蝕性金屬或非金屬(有機或無機)物質以及將金屬進行磷化、氧化處理,以降低構件腐蝕速度;

(7)防腐設計與改進生産工藝流程。

對于一個具體的腐蝕體系,應據腐蝕原因、效果、施工難易與經濟效益等進行綜合考慮。對大型鋼結構而言,可以采用的方案也是多種多樣的。但針對它們的使用特點,主要采用選材控制和表面複蓋進行防護,有時也常與陰極保護聯合使用。以防腐塗料爲例,我國每年的用量可能已達到20萬噸左右,約占塗料總量的10%,而且它們品種繁多,功能各異。

納米技術/鋼結構防腐

納米技術在各种表面改性层与不同用途的涂料中具有广泛的应用前景。这里只针对钢结构腐蚀控制的特殊要求进行讨论。

(1)無機複蓋層主體結構納米化:在無機防腐塗層或表面處理層的情況下,使用某些特殊方法,可以使複蓋層呈現納米結構,從而帶來一系列膜層性質的變化。通常,複蓋層在化學性質上相對鋼基體總是惰性的。如要達到好的防蝕效果與長久不失效,就要求它與基體的結合強度要高,複蓋完整,孔隙率與缺陷少,均勻性好,耐沖擊,具有高的強度與一定的韌性。其中韌性與一定的形變能力是重要的。許多情況下無機塗層失效的主要原因就是它的韌性差。當然還有結合力的總量。納米結構無疑會使無機複蓋層的與強度得到改善,從而提高它的抗失效能力。由于形變協調性增加,還會提高它與鋼表面的結合強度。還應注意到,一般塗層防腐靠的是它對介質的傳輸減緩和界面鍵合的作用,有時通過合適組分加入,也可有鈍化和陰極保護作用。對這些作用,層結納米化也不可避免地帶來有益或無益的影響。

(2)傳統有機塗料的性能的提升:通過向塗料中添加某些各類的納米粒子形成的納米複合塗料,可以導致性能的大幅度提高。如TiO2、SiO2、ZnO、Fe2O3等納米粒子通過對紫外線的散射作用,可以地提高有機塗料的耐老化性。此外還可用以改善某些各類塗料的流變性、附著力、膜的機械強度、硬度、光潔度、耐光性和耐候性等。納米粒子在這些方面的作用,對于鋼結構防腐塗料與其它用途的塗料來說在本質上並無差別。這方面的工作相對較多,但距離在重防腐中得到有效應用還有一段路要走。

(3)鋼結構自防護腐蝕産物形態控制:耐候鋼相對于碳鋼有較好的耐大氣腐蝕性能,一般不需要表面處理就具有抗蝕性,因而得到廣泛應用。原因在于其表面形成的腐蝕産物阻礙了腐蝕介質的進入,從而保護了基體。但它也存在腐蝕失效問題。近年研究發現,通過表面忏悔處理,可以得到更加致密的腐蝕産物層,使防蝕性能得到大幅度提高。研究表明,所得産物具有納米結構。這裏的關鍵是如何能夠有效地人爲控制腐蝕産物的形態。

規律性

鋼結構防腐蝕是鋼結構設計、施工、使用中必須解決的重要問題,它牽涉到鋼結構的的耐久性、造價、使用性能、維護費用等諸多問題。

鋼結構REMAKE防腐施工前要經過一些預處理措施。預處理手段大體分爲手工處理、化學處理、機械處理等。所謂化學處理,顧名思義是利用堿性或酸性溶液,使工件表面的油汙及氧化物溶解在堿性或酸性的溶液中,以達到去除工件表面氧化皮、鏽迹及油汙的目的。但若時間控制不當,即使加緩蝕劑,也能使鋼材産生過蝕現象。對于較複雜的結構件和有孔的零件,若處理不當,浸入孔穴或縫隙中的余酸難以徹底清除,將成爲隱患,因此化學處理適用于對薄板件清理。且化學物質易揮發,成本高,若化學排放處理不當,會對環境造成嚴重的汙染。隨著人們環保意識的提高,這處理方法正被機械處理法取代。

前期處理

通常采用機械處理法,主要包括噴丸法和抛丸法。噴丸又分爲噴丸和噴砂。用噴丸進行表面處理,打擊力大,清理效果明顯。但噴丸容易使薄板工件變形,且無法徹底清除油汙。清理效果最佳的還應是噴砂,適用于工件表面要求較高的清理。抛丸法清理是利用離心力將彈丸加速,抛射至工件進行除鏽清理的方法。H型鋼構件焊接完成後進入抛丸除鏽封閉空間,可以對鋼構件表面的中鏽以下程度的表面進行抛丸除鏽,抛丸除鏽工藝除具有除鏽作用以外,還可以消除H型鋼構件焊接完成以後産生的殘余應力,改善鋼構件施加荷載後的受力狀態。采用抛丸除鏽設備,與采用傳統的手工除鏽、噴砂除鏽相比,具有鋼結構抗腐蝕年限更長、改善構件應力狀態的特點。但抛丸受場地限制,在工件內表面易産生清理不到的死角,設備結構複雜,葉片等零件磨損快,一次性投入費用高。

防腐蝕原理

腐蝕電池體系正在作用時,接入另一電極絲,該電極的電位較負,這個時候原腐蝕電池就與這個電極就組成了一個新的宏觀電。從電化學原理來說,負的電極就是這個新電池的陽極,所謂的陰極便是原腐蝕電池。從電解質向被保護體從陽極體提供一個陰極電流,這時被保護體就會進行陰極保護,就會完成陰極保護。伴隨著陽極材料不斷消耗不斷流出電流,這樣就有了犧牲陽極。

钢结构的锈蚀速度颇显規律性:

①先快後慢;

②沿海或潮濕環境快;

③重工業區是市區的2倍,是山區、田園的10倍;

④無防鏽層比有防鏽層快5倍;

⑤室外爲室內的4倍。

防腐措施

防腐塗裝施工主要采用無氣噴塗或有氣噴塗、刷塗、輥塗等方式進行,防腐施工的作業環境應該寬敞明亮,通風情況良好,必要時應具備防雨、防風設施。施工過程中要注意:

1、高空作業注意安全,要安置好必要的腳手架和腳手板。

2、明顯凹凸不平的焊縫應進行補焊與磨平處理,使之成爲圓滑的面。

3、對開孔、自由邊緣、角隅等位置,要進行多遍塗刷,保證塗裝塗層厚度達到設計要求。

4、施工完成後清理幹淨現場。

5、天氣氣溫驟然變化時應暫停施工,天氣氣溫正常後方可再次施工。

6 、涂刷油漆的缺陷修补的具体方法:

在现场施工检测中发现不合格的位置,应及时进行修补。修补的方法是用砂纸或砂轮将漏点或薄涂位置及周 围辐射5cm区域的涂装涂层打毛,再重新涂装。固化后再次进行漏点和厚度检查,直至合格。

耐高溫及有機矽工藝

施工材料配比:我國在這個行業中還是沒有給出一個合理的有效的防腐處理方案高溫防腐塗料施工塗料爲雙組分包裝,混合比例爲A:B=2粉:1,重量比,把液體緩慢倒入粉中,充分混合攪拌後使用,塗層常溫自然固化。塗刷工具:可采用刷子、輥子、刮板或高壓無氣噴塗的方式施工。施工條件:塗料施工溫度在1070℃之間,相對濕度小于60%,通風幹燥環境中施工,不要在潮濕、密閉、溫度過高或溫度過低的環境中施工。

塗刷技術:

有機矽耐高溫漆施工工藝

(2) 用稀释剂擦洗工件表面;

(3) 用专用配套稀释剂调节涂料粘度,稀释剂采用专用稀释剂,用量大致为:无气喷涂——约5%(以涂料重量计);空气喷涂——约15-20%(以涂料重量计);刷涂——约10-15%(以涂料重量计);

(4) 施工方法:无气喷涂、空气喷涂或刷涂。注意:施工时底材温度必须高于露点以上3℃,但不得高于60℃;

(5) 涂料固化:施涂完毕,常温自然固化后投入使用或室温干燥0.5-1.0小时,然后置于180-200℃烘 箱中烘烤0. 5小时,取出降温待用。

其它施工參數密度——約1.08g/cm3;

干膜厚度(一道)25um;湿膜厚度56 um;

閃點-27℃;

涂复用量--120 g/m2;

塗裝間隔時間:8-24小時/25℃以下,4-8小時/25℃以上。

塗料貯存期:6個月。超過此期限,經檢驗合格仍可使用。

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