水工鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料發(fā)展趨勢分析

張萬霞 王和山 王和東 安徽開林新材料股份有限公司 李子榮 安徽科技學(xué)院 朱小姣 安徽大學(xué)

隨著海洋工程的逐步啟動和實(shí)施，水利水電工程鋼結(jié)構(gòu)的防腐問題越來越受到專家、學(xué)者和一線工作者的重視。這類工程的主要目的是盡可能減少鋼結(jié)構(gòu)在使用中的腐蝕損失，從而延長其使用性能和使用壽命。通過涂料的色彩和環(huán)境的積極配合，水利工程的象征性和裝飾性特征進(jìn)一步凸顯。本文總結(jié)了水工鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的發(fā)展趨勢，以期對相關(guān)工作提供有效的指導(dǎo)和參考。

一、防腐材料概述

一般防腐涂料的防腐原理在于化學(xué)、物理和電化學(xué)方向。防腐的化學(xué)原理是將有害的酸堿物質(zhì)中和成中性無害物質(zhì)，保護(hù)防腐涂層中的材料免受腐蝕性物質(zhì)的侵蝕。防銹涂料中常加入一些兩性化合物，如氫氧化鋁、氫氧化鋇、氧化鋅等，它們很容易與酸、堿等有害物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到防腐效果。防腐的物理原理是通過防腐涂層將被保護(hù)材料與外部的腐蝕物質(zhì)隔開，即通過成膜劑獲得致密的防腐涂層，隔離防腐效果對被保護(hù)材料的損傷。如含鉛涂料與油反應(yīng)后可形成鉛皂，以保證防腐層的致密性；防腐的電化學(xué)作用是指在防銹漆中加入一些特殊物質(zhì)，使水和氧氣通過防銹漆時(shí)發(fā)生反應(yīng)，形成互穿的防腐離子，使混凝土結(jié)構(gòu)、鋼材等金屬表面鈍化，從而防止金屬離子的溶解，達(dá)到防腐的目的。

二、水工鋼結(jié)構(gòu)腐蝕環(huán)境分析

水利水電鋼結(jié)構(gòu)包括各種攔污柵、閘門、升船機(jī)、啟閉機(jī)、清污機(jī)、壓力鋼管等，這些統(tǒng)稱為水工鋼結(jié)構(gòu)，水工鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕環(huán)境則包括地理位置的結(jié)構(gòu)運(yùn)行工況和自然條件。其都會對水工金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕過程產(chǎn)生直接影響，也是涂裝設(shè)計(jì)的重要參數(shù)和依據(jù)。

首先，自然環(huán)境。所謂自然環(huán)境主要包括與金屬腐蝕有關(guān)的條件，如氣候、氣象、水溫、氣溫、水質(zhì)、相對濕度、沉積物濃度、露水、霧和風(fēng)等。不難發(fā)現(xiàn)，不同的地方、不同的區(qū)域、不同的自然環(huán)境對金屬結(jié)構(gòu)有不同的腐蝕。因此，在油漆設(shè)計(jì)之前和期間，應(yīng)該對施工環(huán)境進(jìn)行有效和清晰的調(diào)查。

其中，金屬作為大氣腐蝕中較為常見的電化學(xué)腐蝕條件，不存在于大量的電解質(zhì)溶液中，而是在金屬表面的弱水膜下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，要么由于水的沉降、濕度的變化要么由于空氣溫度的變化而凝結(jié)。在水的凝結(jié)和沉淀的影響下，將會加入各種污染物，包括CO2、O2、H2S和其他塵埃。這些污染物將從根本上改善水膜的新導(dǎo)電性，使金屬更快地發(fā)生電化學(xué)腐蝕。結(jié)合當(dāng)前水利水電工程的特點(diǎn)，水工鋼結(jié)構(gòu)的大氣腐蝕因素較多，其中最明顯的是大氣相對濕度。當(dāng)相對濕度超過一定的臨界點(diǎn)時(shí)，金屬的腐蝕速率會增加，即腐蝕的臨界相對濕度。常規(guī)分析表明，鋼生銹的臨界相對濕度為75%，這導(dǎo)致鋼在不同環(huán)境中的腐蝕速率增加，具體如下：

其次，空氣中的污染雜質(zhì)對金屬的大氣腐蝕速率有很大影響。比如0.1%SO2污染的大氣，相對于清潔的大氣，會使鋼的腐蝕速率增加5倍。

目前我國大部分水利水電工程位于西北和西南地區(qū)，空氣相對清潔。但由于水氣規(guī)律和地理位置的影響，或者由于晝夜溫差大，容易發(fā)生凝結(jié)。因此，應(yīng)重視水工鋼結(jié)構(gòu)的防腐性能，選擇涂裝工藝和防腐涂料，確保工程竣工投產(chǎn)后不影響使用壽命。

三、水工鋼結(jié)構(gòu)建筑物防腐蝕措施

選址原則與實(shí)驗(yàn)條件相似，不同的是選址實(shí)施時(shí)要考慮不同的方法、配套條件和具體的門區(qū)。在系統(tǒng)和科學(xué)的實(shí)地調(diào)查中，選擇了三個(gè)不同的實(shí)施點(diǎn)。首先，選取某一海水區(qū)域作為研究對象。經(jīng)測量，本區(qū)水閘的海水水質(zhì)如下：

（一）去污和除銹表面處理

用清水或高壓水涂抹鋼結(jié)構(gòu)表面的污垢或油污。對于腐蝕嚴(yán)重的鋼結(jié)構(gòu)，可以用銹錘敲掉，用特殊合金鏟掉老化的漆層使其變白，然后用空壓機(jī)噴砂除銹，達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。用高壓空氣機(jī)將表面的灰塵吹掉后，用干凈的棉紗清除，對閘門破損生銹的部位進(jìn)行打磨，打磨標(biāo)準(zhǔn)控制在Sa2.5。

（二）防腐材料涂層

水工鋼結(jié)構(gòu)除銹等級和表面清理達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后，環(huán)境溫度在5-38℃低于85%時(shí)，方可進(jìn)行刷涂作業(yè)。鋼結(jié)構(gòu)外表面濕度在85%以上時(shí)，不得涂漆，涂漆后4小時(shí)應(yīng)加以保護(hù)，不得下雨。按材質(zhì)要求涂刷，涂刷間隔4h，確保每道涂料干燥衛(wèi)生。

四、對重防腐涂料涂裝的說明

（一）重防腐涂料涂層的作用機(jī)理研究

在涂裝技術(shù)的發(fā)展過程中，可以知道鋼橋防腐的主流是重防腐涂裝，其防腐涂裝技術(shù)和涂裝品種非常相似，都非常接近。涂料品種由環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云母氧化鐵中間漆和聚氨酯或環(huán)氧面漆組成。

（二）水性金屬防腐涂料

就目前的形式而言，溶劑型金屬防腐涂料處于重要地位?；诃h(huán)保的要求，水性金屬防腐涂料的發(fā)展非常迅速。對于金屬防腐涂料，主要是解決防火和超厚涂層存在的問題。防腐涂料對成膜材料的要求更高。同時(shí)要求樹脂對金屬的腐蝕相對指數(shù)也具有代表性。在美國防腐涂料方面，樹脂比例最高的是環(huán)氧樹脂，說明環(huán)氧樹脂具有良好的防腐效果，是可行的。至于環(huán)氧樹脂，它的基本缺點(diǎn)是不能在低溫下固化，所以不能在低溫下應(yīng)用。聚氨酯樹脂可以在低溫下固化，具有綜合性能，因此在這種情況下具有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

五、水工鋼結(jié)構(gòu)建筑物防腐蝕材料發(fā)展

（一）水性無機(jī)富鋅涂料

目前用于防腐領(lǐng)域的富鋅涂料包括溶劑型無機(jī)新涂料、溶劑型環(huán)氧富鋅涂料和水性無機(jī)富鋅涂料。從以上廣泛使用的富鋅涂層分析，目前的技術(shù)比較成熟，原理是涂膜成膜后形成相應(yīng)的保護(hù)，即涂膜在水蒸氣下轉(zhuǎn)化為原電池，鋅在原電池中具有負(fù)電位，從而釋放電子犧牲陽極。與鋅相比，鐵電極的電位更高，從而接收電子成為陰極，得到有效保護(hù)。

（二）水性聚氨酯涂料

聚氨酯涂層是指成膜后，漆膜含有一定量的聚氨酯涂層。早期的聚氨酯涂料油性大，產(chǎn)品多，用途廣，在涂料產(chǎn)品的低位很重要。目前，市場上應(yīng)用于水工鋼結(jié)構(gòu)防腐領(lǐng)域的涂料是氟碳聚氨酯涂料。

（三）其他防腐涂料

在鋼結(jié)構(gòu)防腐領(lǐng)域，仍有許多相對重要的水性涂料正在開發(fā)或使用，如水性氟碳涂料、水性丙烯涂料等。由于產(chǎn)品在使用過程中有很大的局限性，需要改進(jìn)和完善。

六、結(jié)束語

在復(fù)雜的防腐工業(yè)污水、廢水和海水的環(huán)境影響下，選擇合適的水工建筑物防腐處理材料至關(guān)重要。國內(nèi)海水水利工程比較多。通過分析研究不難發(fā)現(xiàn)，只有積極探索適合中小型水利工程的施工工藝和防腐材料，才能創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。