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工业防腐
粉末涂料

工业防腐-钢结构

钢结构

建筑业是我国的支柱产业之一,已成为推动我国经济发张的新增长点,由于钢结构具有抗震性能优良、工业化程度高、施工周期短等诸多优点,目前,越来越多的工业和民用建筑采用了钢结构作为承重体系。与传统的混凝土结构建筑相比,建筑钢结构的综合经济效益优势明显,再加上与其配套的围护结构体系可以具有环保、节能等功效的新建建筑材料,且该类建筑的主体结构部分的钢材可以重复利用。

  • 腐蚀背景
  • 设计依据
  • 钢结构新建方案
  • 钢结构翻新方案
  • 钢结构防火方案

建筑钢结构防腐背景

一、建筑钢结构防腐背景

市政公共设施,如大型的会展中心、体育场馆、机场航站楼、电视塔、桥梁等,都会使用到大量的钢材,以钢结构作为主要的结构形式。钢铁是现代建筑中重要的结构材料,强度高、性能稳定、韧性好、加工制作方便、适合于批量生产,并且易于控制质量、安装迅速。故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜。

一般城市环境中汽车排放的尾气、电厂以及锅炉烟囱排放的含硫烟气等;工业城市的工业大气污染,海滨城市的盐雾侵蚀;南方的城市湿热等,这些因素必然会导致钢结构遭受腐蚀。采用防腐蚀涂料进行市政公共设施建筑钢结构涂装保护是经济可行的方法,适当的涂层系统可以达到25年以上的耐久性。

作为建筑钢结构除了要考虑防腐,还要考虑另一个关键的涂层-防火,因为建筑钢结构的抗火性能较差,主要体现两个方面:一是钢材热传导系数很大,火灾下钢构件升温快;二是钢材强度随温度升高而迅速降低,致使钢结构不能承受外部荷载作用而坍塌。建筑钢结构的防火最主要的目的是为当发生火灾时有足够的逃生时间。因此为了防止和减小建筑钢结构的火灾危害,必须对钢结构进行科学的防火设计,采取安全可靠、经济合理的防火保护措施。

防腐防火涂料在市政公共设施建筑钢结构方面的应用,不仅要考虑到长期的耐久性以及美观装饰性,同时还要考虑到环境保护。用于建筑钢结构的重防腐和防火涂料要体现性能、美感和环保法规这三者之间的最佳结合。

二、筑建钢结构建筑腐蚀介质

筑建钢结构建筑面临的腐蚀介质主要包括:

1、大气中的水分:城市环境中空气湿度较高,尤其是靠近河流、湖泊或海边的城市,空气中的水分会在钢结构表面形成水膜,加速腐蚀过程。

2、大气中的氧气:氧气是导致钢铁氧化反应的关键因素,它与钢铁表面的水分结合,形成腐蚀性的电解质。

3、大气污染:城市中的工业排放、汽车尾气等污染物中含有二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)等酸性气体,这些气体溶解会加剧钢结构的腐蚀。

4、灰尘和颗粒物:城市中的灰尘和颗粒物可以吸附在钢结构表面,这些物质中可能含有腐蚀性成分,加速腐蚀进程。

5、盐分:沿海城市的钢结构还会受到盐雾的影响,海水中的盐分(主要是氯化钠NaCl)具有很强的腐蚀性,可以加速金属的腐蚀速率。

6、微生物:在潮湿环境中,微生物如细菌、真菌等也可能参与腐蚀过程,尤其是在温暖潮湿的气候条件下。

7、化学物质:城市中的某些化学品,如清洗剂、防冻剂等,也可能接触到钢结构,这些化学品中的成分可以促进腐蚀的发生。

8、温度变化:城市中的温差变化也会对钢结构造成影响,特别是在昼夜温差较大的情况下,温度的变化会导致钢结构表面凝结露水,进而加速腐蚀。

9、工业排放:工业区内的钢结构还会受到特定工业排放物的影响,如酸性气体、重金属离子等。

为了应对这些腐蚀介质的影响,城市钢结构建筑通常需要采取有效的防腐措施,如涂覆高性能涂料、采用阴极保护系统、使用耐腐蚀合金等方法,以保证结构的耐久性和安全性。

引用标准

现行国家有关标准规范、强制性标准条文等;

《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》 (GB50212-2002)

《涂装前钢材表面腐蚀等级和除锈等级标准》 (GB8923-1988)

《涂装作业安全规程、安全管理规则》 (GB6514-1995)

《防腐蚀涂料的质量要求》 (GB6514-1991)

《涂料作业安全规程、油漆工艺安全及其通风净化》 (DJ/T6931-1999)

《工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》 (HGJ229-91)

《涂装作业安全规程涂装前处理工艺安全》 (GB7692-87)

《建筑施工场界噪声限值》 (GB12523-90)

ISO9001质量管理体系文件

ISO14001环境管理体系文件

GB/T28001职业健康和安全管理体系文件

设计依据

一、设计依据

钢结构的防腐蚀涂装规格主要根据ISO12944来制订。ISO12944是目前全球公认的权威性标准,它是国际标准化组织为从事涂料防腐蚀工作的业主、设计人员、咨询顾问、涂装承包商、涂料生产企业等汇编的标准,为这些人员、单位和组织机构提供了重要的参考。

ISO12944全面介绍了钢结构防护涂装中的所有要求,包括设计寿命、腐蚀环境、结构设计、表面处理、涂层体系、涂料产品性能、施工监理以及新建维修配套方案的制订等内容。在钢结构防腐蚀涂料系统设计时,ISO12944制定涂料系统的思路主要包括以下几方面。

分析钢结构的腐蚀环境,确定其腐蚀等级(ISO12944-2);

确定保护钢结构的期望防护年限(ISO12944-5);

确定钢结构运行工况条件,如温、湿度、介质、户内、户外;

了解建筑钢结构防腐涂装相关国家标准的规定与要求;

按最佳性价比,选择涂料品种和漆膜厚度,确定涂层配套体系

1、关于腐蚀环境

ISO12944-2中定义的腐蚀环境、是制定防护涂层的指导,作为公共设施的大部分的建筑钢结构,例如体育馆、会展中心等,大多数都处在C2~C4的环境中。冶金石化企业和海洋工程钢结构通常处于高腐蚀的C5环境。ISO12944-2中所列举的腐蚀环境和状态 (参看表3-3-93),不能涵盖所有的情况。因此,设计者要根据自己的研究和经验,有针对性地进行涂装方案设计。

环境条件:大气环境对建筑钢结构长期作用下的腐蚀性等级可按表 1 确定。

大气环境腐蚀性分类和典型环境案例
腐蚀性级别 单位面积上质量和厚度损失(经第一年暴露后) 温性气候下的典型环境案例(仅供参考)
底碳钢 外部 内部
质量损失 厚度损失 质量损失 厚度损失
/g·m2 /um /g·m2 /um
C1很低 ≤10 ≤1.3 ≤0.7 ≤0.1 / 加热的建筑物内部,空气洁净,如办公室、商店、学校和宾馆等
C2低 >100-200 >1.3-25 >0.7-5 >0.1-0.7 低污染水平的大气,大部分是乡村地带 冷凝有可能发生的未加热的建筑(如库房、体育馆等)
C3中 >200-300 >25-50 >5-15 >0.7-2.1 城市和工业大气,中等的二氧化硫污染以及低盐度沿海区域 高温度和有些空气污染的生产厂房内,如食品加工厂、洗衣厂、酒厂、乳制品工厂等
C4高 >400-650 >50-80 >15-30 >2.1-4.2 中等含盐度的工业区和沿海区域 化工厂、游泳池、沿海船舶和造船厂等
C5很高 >650-1500 >80-200 >30-60 >4.2-8.4 高湿度和恶劣天气的工业区域和高盐度的沿海区域 冷凝和高污染持续发生和存在的建筑和区域
CX极端 >1500-5500 >200-700 >60-180 >8.4-25 具有高含盐度的海上区域以及具有极高湿度和侵略性大气的热带亚热带工业区域 具有极高湿度和侵蚀性大气的工业区域
注:定义腐蚀性级别所使用的损失值与ISO9223中给出的是相同的。
2、防腐涂料系统的设计使用耐久性 

ISO 12944-1(2017)中对防腐涂料系统的设计使用寿命划分了四个等级。 钢结构防护的设计寿命是指涂料系统在第一次大修前的使用寿命,第一次大修前指涂层锈蚀面积达到IS04628.3标准的Ri3级,锈蚀面积为1%(等同于ASTM D610的6级),而且此时维修效果最好,同时最为经济,需要注意的是,涂层体系的设计寿命并非担保时间,它的设计寿命和实际使用寿命是有一定区别的,设计寿命是认为涂料质量、钢构设计、表面处理、施工标准、施工条件、涂装施工等完全合格或符合要求,同时完工后暴露后的腐蚀环境相对稳定的情况下的涂层体系使用寿命。另外在大修之前,对涂层定期的检查和局部修补是必不可少的保养工作。 钢结构建筑要求有着较高的使用耐久性,因此对于涂料系统来说,也要求具有高耐久性。所以对于钢结构建筑的涂装设计都是在15年以上,甚至25年以上的重防腐涂装系统。

3、涂料系统和漆膜厚度 

在ISO 12944-5中,对现有涂料和涂料体系的使用进行了重要定义。ISO 12944-5在附录C用于碳钢的涂料体系中表格C.1~C.6中举例说明了基于不同黏结剂、防锈颜料、干膜厚度,配合使用的底漆、中间漆和面漆。针对1S012944.2确定的腐蚀因素来选择大致的保护涂料系统,列举出已经被证实适合于不同腐蚀环境和级别相应的保护涂料系统。

采用第四代石墨烯涂料方案

石墨烯涂料在钢结构建筑中的应用展现了其独特的优势:石墨烯独特的二维结构赋予涂料出色的屏蔽性能,能够有效阻止水分、氧气和腐蚀性物质渗透到钢结构表面,显著提升防腐效果。同时,石墨烯的加入显著增强了涂料的力学性能,提高了涂层的抗冲击性和耐磨性,使涂层更加耐用。石墨烯涂料易于施工,能够快速形成均匀的涂层,适用于各种复杂的钢结构表面,简化了施工流程。此外,石墨烯涂料不含挥发性有机化合物(VOCs),减少了对环境的影响,符合绿色建筑的要求。由于石墨烯的稳定性和耐候性,石墨烯涂料能够提供更长久的保护,减少了维护频率和成本。总之,石墨烯涂料为钢结构建筑提供了高效、耐用且环保的防腐解决方案,显著提升了建筑的耐久性和安全性。

表1:钢结构大楼、高铁、机场 梦能涂料防腐方案
设计依据 ISO12944-5:2017 色漆和清漆防护漆体系对钢结构的腐蚀防护
所处环境 C3中等;外部:城市和工业大气,中等的二氧化硫污染以及低盐度沿海区域
设计年限 M中期
表面处理 ISO 8501-1 Sa2.5:非常彻底的喷射或抛射除锈。钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈、油漆涂层等附着物,任何残留的痕迹仅是点状或条状的轻微色斑。
涂装部位 钢结构大楼、高铁、机场
涂层 涂料类型 涂料名称 颜色 配套稀释剂 A:B配套 膜厚μm
第一道 KnkaZinc 石墨烯锌粉底漆 KnkaZinc 30 Gns 石墨灰 石墨烯专用稀释剂 KnkaThinner 17 Gns 30.8:3.2 40
第二道 KnkaCover 石墨烯低表面处理底漆 KnkaCover 220 Gns 灰色,浅灰色,红棕色,白色 中光 石墨烯专用稀释剂 KnkaThinner 17 Gns 25:5 120
第三道 KnkaDur 丙烯酸聚氨酯面漆 KnkaDur 550 支持劳尔、国标调色 聚氨酯稀释剂 KnkaThinner 10 21.4:3.6 40
合计 200

采用第三代冷喷锌防腐涂料方案

冷喷锌技术为钢结构建筑带来了诸多优势:它不仅提供了卓越的防腐性能,有效防止钢结构受到大气、水或化学物质的侵蚀;而且施工便捷高效,无需加热金属基材即可在现场直接进行喷涂,适用于已安装好的钢结构,减少了拆卸和搬运的成本;涂层均匀细腻,即使在复杂的几何形状和细小缝隙处也能形成良好的覆盖,确保防腐效果;冷喷锌涂层与金属基材之间具有极高的结合力,不易剥落,能够在各种环境下保持稳定;涂层几乎立即干燥,可以迅速投入使用或进行后续加工,提高了施工效率;如果涂层局部受损,可以通过局部修补的方式进行修复,降低了维护成本;施工过程中没有有害气体排放,对环境影响较小,符合绿色建筑的要求。总之,冷喷锌技术为钢结构建筑提供了高效、便捷且环保的防腐解决方案。

表2:高铁、机场钢结构大楼采用梦能冷喷锌涂料防腐方案
设计依据 ISO12944-5:2017 色漆和清漆防护漆体系对钢结构的腐蚀防护
所处环境 C3中等;外部:城市和工业大气,中等的二氧化硫污染以及低盐度沿海区域
设计年限 M中期
表面处理 ISO 8501-1 Sa2.5:非常彻底的喷射或抛射除锈。钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈、油漆涂层等附着物,任何残留的痕迹仅是点状或条状的轻微色斑。
涂装部位 钢结构大楼、高铁、机场
涂层 涂料类型 涂料名称 颜色 配套稀释剂 A:B配套 膜厚
第一道 KnkaZinc 冷喷锌 KnkaZinc 96 锌灰色 稀释剂 KnkaThinner 16 AX 30:0 60
第二道 KnkaCover 冷喷锌封闭剂 KnkaCover 167 灰色,无光 环氧稀释剂 KnkaThinner 17 27:4.5 100
第三道 KnkaDur 丙烯酸聚氨酯面漆 KnkaDur 550 支持劳尔、国标调色 聚氨酯稀释剂 KnkaThinner 10 21.4:3.6 40
合计 200

采用第二代重防腐涂料

钢结构建筑具有:施工周期短,抗震性能好,安全度高,预制加工、设计弹性大,适合不同气候条件和大气环境,加之钢结构的施工污染小,噪音低,无粉尘污染,可以称得上是绿色环保型建筑。所以在我国九十年代末,从国外引进大量的先进设计理论和思想,以及加工制造、安装等方面的技术,使得国内钢结构建筑的发展迅猛异常,特别是近些年发展很快。一些超高层建筑、工业厂房建筑、大桥建筑、高架立交、体育和文化场馆的网架架构、塔栀建筑等,采用钢结构的越来越来,但是钢结构的广泛应用也暴露除一系列的全店,而较为严重的则是钢结构的腐蚀。

表3:钢结构的柱子、梁、桁架、框架结构防腐配套方案
设计依据 ISO12944-5:2017 色漆和清漆防护漆体系对钢结构的腐蚀防护
所处环境 C3中等;外部:城市和工业大气,中等的二氧化硫污染以及低盐度沿海区域
设计年限 M中期
表面处理 ISO 8501-1 Sa2.5:非常彻底的喷射或抛射除锈。钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈、油漆涂层等附着物,任何残留的痕迹仅是点状或条状的轻微色斑。
涂装部位 柱子、梁、桁架、框架结构
涂层 涂料类型 涂料名称 颜色 配套稀释剂 A:B配套 膜厚μm
第一道 KnkaZinc 环氧富锌底漆 KnkaZinc 80 锌灰色 环氧稀释剂 KnkaThinner 17 30:3 40
第二道 KnkaCover 环氧云铁中间漆 KnkaCover 150 浅灰云母氧化铁 环氧稀释剂 KnkaThinner 17 25.2:6.8 80
第三道 KnkaDur 丙烯酸聚氨酯面漆 KnkaDur 550 支持劳尔、国标调色 聚氨酯稀释剂 KnkaThinner 10 21.4:3.6 60
合计 180