建筑钢结构涂装及表面处理

1建筑钢结构涂装及表面处理对使用寿命的影响上海市闵行区科学技术协会腐蚀科技专业委员会沈志聪摘要：建筑钢结构涂料涂装的使用寿命，受表面处理质量、涂料品种的选用、涂层厚度及施工环境条件控制等几个因素影响，影响率大小，各学者论证和引证不一。本文研究探讨涂料涂装对耐腐蚀寿命的重要影响因素，扬长避短，抓住有利因素，避免不利因素。提出涂料涂装工程质量管理要到位，增加涂装工程的科技含量，提高涂料涂装的使用寿命。建筑钢结构涂料防腐蚀施工，由工程设计文件指导，影响涂装涂层外观质量及使用寿命的因素有表面处理质量、涂料品种的选用、涂层厚度及施工环境条件控制等四个因素。这几个因素已为国外内涂料生产企业认可并把这些内容列入产品说明书。国内外学者有不同的论述，表1中上行为国外资料的论述，下行为国由书刊及文件的论述，中石化兰州设计院、第三设计院主编SH3022-1999《石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范》设计一般规定的条文亦如此说明。表1影响涂装涂层使用寿命的因素因素表面处理（％）涂料品种选用（％）涂层厚度（％）施工工艺（％）资料引用49.54.919.126.5国内书刊40202020表面处理因素是表面处理的除锈等级和粗糙度，也就是表面处理质量是否到位；涂料品种的选用因素;也就是涂料品种的配套是否合理；涂层厚度因素;也就是涂层厚度是否足够；涂装工艺因素;也就是施工工艺是否恰当。1.表面处理的因素1.1钢材原始状态对涂层使用寿命的影响涂装前钢材的预处理受钢材的原始状态影响，即材料的锈蚀等级影响。2实验以红丹亚麻仁油涂料试验，试验结果见表2，涂层使用寿命差别达50%，告诫建设方要做好材料的保管工作。重要的工程，重要的构件不得选用D级钢材。表2钢材原始状态对涂层使用寿命的影响原始状态ABCD表面处理清洁度（级）ASa3BSa3CSa3DSa3涂层的使用寿命a17151191.2表面处理因素的影响表面处理的因素是指设计基本正确情况下的对涂层使用影响，而不能理解为表面处理差，佐藤·靖在《防锈防蚀涂装技术》一书中阐明钢材表面处理对涂层使用寿命影响，并以图1表示。该实验以五种不同的底涂料，在不同表面处理面上涂装，覆涂相同的铁红醇酸树脂面涂料，经长期观察得出的结果。我们可以从中学习到不同的涂料品种对不同表面处理的适用性，根据工程的实际情况选择一个投入与使用年限的最佳点。图1不同的处理方法对涂装工程的耐久性影响涂装方式：底涂料1道，面涂铁红醇酸树脂涂料1道工业建筑防腐蚀设计规范（GB50046-95）5.4.6条中关于＂钢结构在涂装前必须除锈＂，并在表5.4.6条中列出涂料品种所对应的最低除锈等级，其条文说明指出：＂除锈效果不同的基层，其涂层使用寿命差别达２～３倍。＂规范虽未论述表面处理与涂料品种之间的耐久性关系，但说明国家规范对建设工程涂料施工工艺均有具体化的指导条文。31.3我国钢材表面处理标准与国外同类标准的比较见表3。表3我国钢材表面处理标准与国外同类标准对照中国瑞典日本美国英国德国GB8923-88SISO5900-1967日本造船研究会-1975美国钢结构涂装委员会-1975BS4232-1967DIN55928-1977Sa1（B、C、D）Sa1（B、C、D）--SSPC-SP·7--Sa1Sa2（B、C、D）Sa2（B、C、D）Sh1Sd3SSPC-SP·6BS3Sa2Sa21/2（A、B、C、D）Sa21/2（A、B、C、D）Sh2Sd3SSPC-SP·10BS2Sa21/2Sa3（A、B、C、D）Sa3（A、B、C、D）Sh3Sd1SSPC-SP·5BS1Sa3St2（B、C、D）St2（B、C、D）Pt2SSPC-SP·2----St3（B、C、D）St3（B、C、D）Pt3SSPC-SP·3----1.4不同除锈方法的防护效果表4不同除锈方法的防护效果〔年〕除锈方法红丹、铁红各两道两道铁红手工2.31.2A级（钢材）不处理8.23.0酸洗＜9.74.6喷射＜10.36.3表4是红丹、铁红涂料品种实验的数据，涂装前钢材表面的锈蚀等级与除锈质量，因涂料底涂层品种的适应性有较大的差异，不能以除锈质量不符合要求作定性，不符合要求还有一个程度问题，各种底涂层有相适应的除锈等级，其除锈等级的差异构成的使用寿命或称耐久性，并不定性为以除锈质量不符合要求。1.5表面处理除锈用材料的影响4⑴GB50205－2001《钢结构工程施工质量验收规范》14.2.1条：涂装前钢材表面除锈应符合设计要求和国家现行有关标准和规定。处理后的钢材表面不应有焊渣、焊疤、灰尘、油污、水和毛刺等。⑵GB50393-2008《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》C.1.1应根据表面处理等级要求，按表C.1.1选择合适的磨料，不得使用海砂，不宜使用河砂。河砂、海砂与石英砂相比，强度低，易破碎，只能使用一次。由于河砂、海砂颗粒呈圆形无棱角，质地较脆，被处理表面的粗糙度达不到金属热喷涂、非金属防腐蚀衬里及涂料涂装的要求，故对Sa3级和Sa21/2级除锈等级不宜采用。由于河砂、海砂比石英砂质软易碎，故压力比石英砂稍低，会影响喷砂处理的效率。但在宁波舟山、青岛渤海湾、广东等近海石油储罐区建设工程中，还是出现实施河沙作为表面处理的磨料；甚至还有用所谓水洗海砂作磨料。由于没有严格按照规范施工，时有质量事故发生，严重影响涂装质量。1.5.1舟山××国家石油储备库工程舟山××国家石油储备库在《××国家石油储备库防腐施工方案》中规定：“使用金属磨料采用钢丸和钢丝切丸按7：3混合的方式、磨料的粒径≤1.5mm，以后添加磨料按9：1的混全比进行添加。飞溅到设备外围的钢丸回收之前，必须经除尘处理后进行回收。以保证钢丸中的含灰率≤0.1‰。”而在实际施工中，施工单位却选用河砂作为表面处理的磨料来施工。喷射处理质量与磨料质量、工效与处理质量的有关联。除了除锈等级还有粗糙度等级以及处理表面的粉尘、可溶性盐的清洁度指标。而使用河砂或海砂作为磨料，由于磨料的硬度及含无机盐，致使表面粗糙度不能达标，粉尘和可溶性盐超标。采用河砂作为表面处理工程磨料的国家石油库工程，一、二年后贮罐已出现部份锈蚀。究其原因，由其喷砂磨料采用河砂造成，河砂在喷射过程中表面粗糙度低，与水性无机富锌涂料的附着力降低，加之河砂硬度差、粉尘多，残留无机盐，降低了使用寿命。1.5.2山东渤海湾某油罐区工程山东渤海湾某油罐区，贮油量为50万吨。在招标时，中标单价很低，喷涂五道涂料清包工费用5和包工包料喷砂除锈Sa21/2，含税中标价格在13元/m2以下，致使施工队采用河砂作磨料来喷砂，未按标准规范施工，降低表面处理质量，最终造成施工一年左右就开始出现锈斑，减低了使用寿命，造成了较大浪费。1.5.3坚持规范要求的中石化上海石油分公司杨浦油库工程中石化上海石油分公司杨浦油库1999年完全按规范进行施工，用铜矿砂、石英砂作磨料对贮罐喷砂表面处理，达Sa21/2级等级标淮，粗糙度为40—60μm。按施工方案涂料涂装。今年年初前往检查，经10年使用尚无锈蚀，表面情况很好。用河砂作为表面处理磨料明显的不能达到表面处理的要求，因此在规范中，指出不能使用是有其理论、实践根据。1.6不同防护涂料要求的最低除锈等级《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046－95）对钢结构、管架等不同防护涂料要求的最低除锈等级，上述除锈等级标准较《工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》（HGJ229-91）低半级，建设工程各责任方能严格按规范标准实施，一般均能取得良好的实效。除锈等级标准核验及检测，应符合《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》，表5为各类底漆涂装要求钢铁基层除锈等级。表5各类底漆涂装要求钢铁基层除锈等级涂料品种最低除锈等级各类富锌底漆、喷镀金属基层Sa21/2其他树脂类涂料、乙烯磷化底漆Sa2醇酸耐酸涂料、氯化橡胶涂料、环氧沥青涂料St3或Sa2沥青涂料St2或Sa2注：1.不易维修的重要构件的除锈等级不应低于Sa21/2级；62.钢结构的一般构件选用其他树脂等涂料时，除锈等级可不低于St3级；3.除锈等级标准应符合现行国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923-88）表6除锈质量等级与涂料的适应性除锈方法除锈等级（GB8923）涂料种类洗涤底漆有机富锌无机富锌油性涂料长油醇酸环氧沥青环氧涂料氯化橡胶喷砂除锈Sa3OOOOOOOOSa21/2OOO～△OOOOOSa2OO～△ｘOOO～△O～△O动力工具St3△△ｘOO～△△△△手工工具St2ｘｘｘ△△ｘｘｘ注：O为适合；△为稍不适合；ｘ为不适合。表6为《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205－95）条文说明4.11.3附表内容。国家规范对选用涂料品种，要求相对应的表面处理除锈等级，新建工程管理者可由设计文件、施工投标书、工程监理现场管理等几个环节防止出现差错，保证涂装工程质量。2涂层厚度对防护寿命的影响2.1涂层防护的一般规律涂膜厚度影响涂料涂装防腐蚀效果，油性防锈涂料和醇酸树脂面涂料配套暴晒试验，生锈率达到0.1％所要的时间与涂膜厚度成正比，但涂膜厚度增加而引起的收缩、裂纹、剥落；温度的变化形成和涂装面收缩率不一致，导致涂膜的脱层开裂等。桥梁钢结构一般设计涂层厚度200～250μｍ，当涂装厚度达到400μｍ时，耐久性可大范围的增加。实际上设计人员会取一个涂料涂装成本、防护性能以及维修周期综合考虑的最佳点。上海电视台发射天线铁塔、南浦、杨浦等大桥以及东方明珠钢构等，即按此规律办事，取得良好的实效。2.2涂层厚度的设计2.2.1工业建筑防腐蚀设计规范（GB50046-95）设计定位表7钢结构防护涂层的最低厚度（μｍ）构件类别强腐蚀中等腐蚀弱腐蚀重要构件2001501207一般构件及建筑配件150150120室外构件及维修困难的构件增加20～60表7钢结构防护涂层的最低厚度（μｍ）。工业建筑防腐蚀设计规范（GB50046-95）设计定位，对不易维修的重要构件的除锈等级由Sa2级提高到Sa21/2级，涂料涂装厚度设计增加20～60μｍ，保证了重要构件及特殊部位钢构件的防护要求。2.2.2钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）设计定位上述规范14.2.2条：“涂料、涂装遍数、涂层厚度均应符合设计要求。当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，其允许偏差为–5μm。”规范虽未论述涂料品种与厚度和耐久性关系，但国家规范对工程施工均有具体化的指导条文。涂层的厚度固然和防腐蚀耐久性有关，但也和工程造价联系在一起。施工人员按涂料的固体含量、比重、损耗等计算在规定厚度下涂料的使用量，资料介绍特定环境下对涂层厚度要求列于表8表8特定环境下涂层的厚度环境条件涂层厚度/μm环境条件涂层厚度/μm一般性涂层装饰性涂层保护性涂层80-100100-150150-200含有盐雾的海洋环境液体冲击的设备耐腐蚀涂层200-250250-350250-350涂料涂装厚度的影响率，常以穿衣保暖的浅近例子来解释容易接受。技术论著与专业刊物所主张的影响率基本一致，应该没有不同的观点，但存在两者论点的前提有所不同。技术论著以实验数据来说明某个涂层厚度范围对防护寿命的影响，对施工设计、工艺评价是中性的，而刊物所主张的有倾向，其前提是厚度不足，事实上厚度不足并没有进一步阐明厚度不足与影响率的关系，应该用一个图表来说明。3涂料品种选用对涂装工程使用寿命的影响《防蚀技术》的实验数据，是实验设计的结果。决不是毫无根据的涂料配套选择，实验无系统性，涂料配套选择不当，其结果也成不了论据。在适用条件下，的确存在涂料种类影响率较小的事实。8笔者得得到一份宁波东外环甬江大桥涂装方案，要求防腐蚀寿命为20年以上，表9、表10为二套涂装方案：表9涂装方案一结构部位涂层涂装体系膜厚（μm）钢箱主体、人行道及风嘴外表面（除桥面）钢板处理喷砂Sa2.5无机硅酸锌车间底漆20喷砂Sa2.5底漆锌加60中间漆环氧云铁封闭漆50面漆聚氨酯漆80钢箱梁主体内表面钢板处理喷砂Sa2.5无机硅酸锌车间底漆20喷砂Sa2.5底漆