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钢结构防腐

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钢结构防腐




大型钢结构如、避雷针铁塔、海上灯塔、大型水库闸、供水塔、海上采油设施、罐车、球罐、贮槽、油箱、碳化塔、换热器、烟囱、集装箱、舰船船体、海上平台钢结构等,都是长期处于海洋大气、工业大气腐蚀环境下。若要长期使用,而不进行大面积维修,长效涂层防护是为前最佳,使用寿命可达20-30年,维修费用少,可获得明显的经济效益。

腐蚀特点

大气环境下的钢结构受阳光、风沙、雨雪、霜露及一年四季的温度和湿度变化作用,其中大气中的氧和水分是造成户外钢铁结构腐蚀的重要因素,引起钢结构腐蚀的工业气体含有SO2CO2NO2CI2H2SNH3等,这些成份虽然含量很小,但对钢铁的腐蚀危害都是不可忽视的,其中SO2影响最大,CI2可使金属表面钝化膜遭到破坏。这些气体溶于水中呈酸性,形成酸雨,腐蚀金属设施。

海洋大气的特点是含有大量的盐,主要是NaCI,盐颗粒沉降在金属表面上,由于它具有吸潮性及增大表面液膜的导电作用同时CI-本身又具有很强的侵蚀性,因而加重了金属表面的腐蚀。钢结构离海岸越近腐蚀也越严重,其腐蚀速度比内陆大气中高出许多倍。防护方法

金属锌、铝具有很大的耐大气腐蚀的特性。在钢铁构件上喷锌或喷铝,锌、铝是负电位和钢铁形成牺牲阳极保护作用从而使钢铁基本得到了保护。目前用喷铝涂层来防止工业大气、海洋大气的腐蚀,其特点如下:

(1)喷铝涂层与钢铁基体结合力牢固、涂层寿命长,长期经济效益好;

(2)工艺灵活,适用于重要的大型及难维修的钢铁结构的长效防护,可现场施工;

(3)喷锌或喷铝涂层加防腐涂料封闭,可大大延长涂层的使用寿命,从理论和实际应用的效果来看,喷锌或喷铝的涂层是防腐涂料的最好底层。金属喷涂层与防腐涂料涂层的复合涂层的防护寿命较金属喷涂层和防腐涂料防护层二者寿命之和还要长,为单一涂料防护层寿命的数倍。

重防腐长效涂料由底漆、中间漆和面漆构成。

从长效经济性考虑,喷铝涂层最为经济,但一次性投入大,施工良好的涂层可在10年内无需维修。环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆及丙烯酸聚氨酯长效防护系统具有较佳的经济性。

作用机理

钢结构防腐,通常采取REMAKE金属基自修复系统进行修复。REMAKE具有阻止金属基材电化学腐蚀功效,它能把金属基面的铁锈转化为致密的氧化膜对钢板形成第一道防线。利用活性高的金属元素阳极牺牲保护原理,能阻止基材的进一步氧化,从而形成第二道防线;

表面隔离涂料具有高效的隔离功能,从而达到了阻隔外界与金属基材的直接接触,完全杜绝了腐蚀的源头。

金属基自修复底面涂料层保护了REMAKE表面隔离涂料层不会因为金属基材的氧化而剥落,同时隔离涂料层又减少了底面涂料层中活性金属元素的损耗,以及氧化膜被破坏的可能,从而达到对金属基材的长久保护。

材料介绍

防腐材料

1、采用耐候钢:即耐大气腐蚀钢,在钢中加入一定量的铬、镍、钛等合金元素,可制成不锈钢。通过加入某些合金元素,可以提高钢材的耐锈蚀能力。

2、金属覆盖:镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面,提高钢材的耐腐蚀能力。薄壁钢材可采用热浸镀锌(白铁皮)、镀锡(马口铁)、镀铜、镀铬或镀锌后加涂塑料涂层等措施。

3、非金属覆盖:钢结构防止锈蚀通常采用表面刷漆、喷涂涂料、搪瓷、塑料等方法。常用的底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆等,面漆有调和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。

4、混凝土用钢筋的防锈:混凝土配筋的防锈措施,根据结构的性质和所处环境等,考虑混凝土的质量要求,主要是提高混凝土的密实度,保证足够的钢筋保护层厚度,限制氯盐外加剂的掺入量。混凝土中还可掺用阻锈剂。 钢材锈蚀时,伴随体积增大,最严重的可达原体积的6倍,在钢筋混凝土中会使周围的混凝土胀裂。埋入混凝土中的钢材,由于混凝土的碱性介质(新浇混凝土的pH值为12左右),在钢材表面形成碱性保护膜,阻止锈蚀继续发展,故混凝土中的钢材一般不易锈蚀。 预应力钢筋一般含碳量较高,又多是经过变形加工或冷加工的,因而对锈蚀破坏较敏感,特别是高强度热处理钢筋,容易产生锈蚀现象。所以,重要的预应力混凝土结构,除了禁止掺用氯盐外,还应对原材料进行严格检验。

纳米技术

大型钢结构是大量基础设施的重要组成部分。桥梁、电站、输油输水管道、油气储罐、大型生产装置、船舶、海工结构、塔架及许多大型建筑物均大量采用钢结构。虽然所用的碳钢与一些低合金钢具有很好的力学性能与合理的价格,但它们存在着严重的电化学腐蚀问题。由于具有用量大、寿命要求长的特点,所以需要的防腐手段也具有特殊性。在各种腐蚀控制方法中,主要选用不同表面处理与施加防腐涂层的方法来对大型钢结构进行防护。到目前为止,应该说大多情况下防护效果还远不理想,主要是存在由于化学与力学失效引起的覆盖层寿命问题。因此开发高性能、长寿命、并在新形势下满足环保要求的表面改性a技术与防腐产品,是一项重要的任务。而解决这样的问题,离不开高技术与新思路和采用。

目前,纳米技术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,纳米技术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。

技术特点

由于腐蚀体系的复杂多样化,导致腐蚀控制手段的多样化。在工业中使用最多的防腐技术大致可分为如下几点:

(1)合理选材:根据介质与使用条件,选择合适的材料;

(2)阴极保护:利用电化原理,对构件进行外加阴极极化以减缓腐蚀;

(3)阳极保护:对可钝化体系采用外加阳极电流使构件表面致钝以减缓腐蚀;

(4)介质处理:去除促进腐蚀的有害成分,调节PH值等;

(5)添加缓蚀剂:向介质中添加少量减缓腐蚀的物质;

(6)金属表面覆盖层:喷、衬、渗、镀、涂上一层耐蚀性金属或非金属(有机或无机)物质以及将金属进行磷化、氧化处理,以降低构件腐蚀速度;

(7)防腐设计与改进生产工艺流程。

对于一个具体的腐蚀体系,应据腐蚀原因、效果、施工难易与经济效益等进行综合考虑。对大型钢结构而言,可以采用的方案也是多种多样的。但针对它们的使用特点,主要采用选材控制和表面覆盖进行防护,有时也常与阴极保护联合使用。以防腐涂料为例,我国每年的用量可能已达到20万吨左右,约占涂料总量的10%,而且它们品种繁多,功能各异。

纳米技术

纳米技术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)无机覆盖层主体结构纳米化:在无机防腐涂层或表面处理层的情况下,使用某些特殊方法,可以使覆盖层呈现纳米结构,从而带来一系列膜层性质的变化。通常,覆盖层在化学性质上相对钢基体总是惰性的。如要达到好的防蚀效果与长久不失效,就要求它与基体的结合强度要高,覆盖完整,孔隙率与缺陷少,均匀性好,耐冲击,具有高的强度与一定的韧性。其中韧性与一定的形变能力是重要的。许多情况下无机涂层失效的主要原因就是它的韧性差。当然还有结合力的总量。纳米结构无疑会使无机覆盖层的与强度得到改善,从而提高它的抗失效能力。由于形变协调性增加,还会提高它与钢表面的结合强度。还应注意到,一般涂层防腐靠的是它对介质的传输减缓和界面键合的作用,有时通过合适组分加入,也可有钝化和阴极保护作用。对这些作用,层结纳米化也不可避免地带来有益或无益的影响。

(2)传统有机涂料的性能的提升:通过向涂料中添加某些各类的纳米粒子形成的纳米复合涂料,可以导致性能的大幅度提高。如TiO2SiO2ZnOFe2O3等纳米粒子通过对紫外线的散射作用,可以地提高有机涂料的耐老化性。此外还可用以改善某些各类涂料的流变性、附着力、膜的机械强度、硬度、光洁度、耐光性和耐候性等。纳米粒子在这些方面的作用,对于钢结构防腐涂料与其它用途的涂料来说在本质上并无差别。这方面的工作相对较多,但距离在重防腐中得到有效应用还有一段路要走。

(3)钢结构自防护腐蚀产物形态控制:耐候钢相对于碳钢有较好的耐大气腐蚀性能,一般不需要表面处理就具有抗蚀性,因而得到广泛应用。原因在于其表面形成的腐蚀产物阻碍了腐蚀介质的进入,从而保护了基体。但它也存在腐蚀失效问题。近年研究发现,通过表面忏悔处理,可以得到更加致密的腐蚀产物层,使防蚀性能得到大幅度提高。研究表明,所得产物具有纳米结构。这里的关键是如何能够有效地人为控制腐蚀产物的形态。

规律性

钢结构防腐蚀是钢结构设计、施工、使用中必须解决的重要问题,它牵涉到钢结构的的耐久性、造价、使用性能、维护费用等诸多问题。

钢结构REMAKE防腐施工前要经过一些预处理措施。预处理手段大体分为手工处理、化学处理、机械处理等。所谓化学处理,顾名思义是利用碱性或酸性溶液,使工件表面的油污及氧化物溶解在碱性或酸性的溶液中,以达到去除工件表面氧化皮、锈迹及油污的目的。但若时间控制不当,即使加缓蚀剂,也能使钢材产生过蚀现象。对于较复杂的结构件和有孔的零件,若处理不当,浸入孔穴或缝隙中的余酸难以彻底清除,将成为隐患,因此化学处理适用于对薄板件清理。且化学物质易挥发,成本高,若化学排放处理不当,会对环境造成严重的污染。随着人们环保意识的提高,这处理方法正被机械处理法取代。

前期处理

通常采用机械处理法,主要包括喷丸法和抛丸法。喷丸又分为喷丸和喷砂。用喷丸进行表面处理,打击力大,清理效果明显。但喷丸容易使薄板工件变形,且无法彻底清除油污。清理效果最佳的还应是喷砂,适用于工件表面要求较高的清理。抛丸法清理是利用离心力将弹丸加速,抛射至工件进行除锈清理的方法。H型钢构件焊接完成后进入抛丸除锈封闭空间,可以对钢构件表面的中锈以下程度的表面进行抛丸除锈,抛丸除锈工艺除具有除锈作用以外,还可以消除H型钢构件焊接完成以后产生的残余应力,改善钢构件施加荷载后的受力状态。采用抛丸除锈设备,与采用传统的手工除锈、喷砂除锈相比,具有钢结构抗腐蚀年限更长、改善构件应力状态的特点。但抛丸受场地限制,在工件内表面易产生清理不到的死角,设备结构复杂,叶片等零件磨损快,一次性投入费用高。

防腐蚀原理

腐蚀电池体系正在作用时,接入另一电极丝,该电极的电位较负,这个时候原腐蚀电池就与这个电极就组成了一个新的宏观电。从电化学原理来说,负的电极就是这个新电池的阳极,所谓的阴极便是原腐蚀电池。从电解质向被保护体从阳极体提供一个阴极电流,这时被保护体就会进行阴极保护,就会完成阴极保护。伴随着阳极材料不断消耗不断流出电流,这样就有了牺牲阳极。

钢结构的锈蚀速度颇显规律性:

先快后慢;

沿海或潮湿环境快;

重工业区是市区的2倍,是山区、田园的10;

无防锈层比有防锈层快5;

室外为室内的4倍。施工技术措施

炉架、储罐等钢结构采用人工除锈结合机械打磨除锈的方式除去表面的锈层,清洁度要求达到《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》(GB/T8923)规定的Sa3;粗糙度要求达到《涂装前钢材表面粗糙度等级的评定(比较样块法)(GB/T13288)规定的M级。对于不具备除锈的施工现场,表面处理采用钢丝刷、铲刀或粗砂纸打磨除锈,但清洁度一定要达到《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》(GB/T8923)规定的St3级。表面除锈处理的顺序一般为先内后外;先上后下。

防腐措施

炉架、储罐等钢结构的防腐涂装施工主要采用无气喷涂或有气喷涂、刷涂、辊涂等方式进行,防腐施工的作业环境应该宽敞明亮,通风情况良好,必要时应具备防雨、防风设施。施工过程中要注意:

1、高空作业注意安全,要安置好必要的脚手架和脚手板。

2、明显凹凸不平的焊缝应进行补焊与磨平处理,使之成为圆滑的面。

3、对开孔、自由边缘、角隅等位置,要进行多遍涂刷,保证涂装涂层厚度达到设计要求。

4、施工完成后清理干净现场。

5、天气气温骤然变化时应暂停施工,天气气温正常后方可再次施工。

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。

耐高温及有机硅工艺

1. 施工材料配比:我国在这个行业中还是没有给出一个合理的有效的防腐处理方案高温防腐涂料施工涂料为双组分包装,混合比例为A:B=2:1,重量比,把液体缓慢倒入粉中,充分混合搅拌后使用,涂层常温自然固化。涂刷工具:可采用刷子、辊子、刮板或高压无气喷涂的方式施工。施工条件:涂料施工温度在1070℃之间,相对湿度小于60%,通风干燥环境中施工,不要在潮湿、密闭、温度过高或温度过低的环境中施工。

2. 涂刷技术:炉架耐高温防腐施工必须采用人工涂刷,这样才能达到表层油漆压实,防腐性能年限长久些。底漆不能涂刷,耐高温防腐作用于钢结构表层上的油漆,耐高温性要强,厚度不能过厚。

3. 有机硅耐高温漆施工工艺(1) 前处理:基材表面必须采用喷砂外理,达Sa2.5;

(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--5%(以涂料重量计);空气喷涂--15-20%(以涂料重量计);刷涂--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。

其它施工参数 密度--1.08g/cm3;

干膜厚度(一道)25um;湿膜厚度56 um;

闪点-27℃;

涂覆用量北京赛车--120 g/m2;

涂装间隔时间:8-24小时/25℃以下,4-8小时/25℃以上。

涂料贮存期:6个月。超过此期限,经检验合格仍可使用。

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