钢结构的复合长效防腐涂层

一、钢的腐蚀及其对国民经济的影响

腐蚀给人类带来巨大的损失。据有关统计，世界上每年因腐蚀而报废的金属材料和设备相当于生产的20%以上，一些发达国家因金属腐蚀造成的经济损失约占国民经济总产值的2-4%。除了直接损失，日本还从钢结构的受力分析中统计了这些数据。钢结构受力腐蚀，腐蚀1%，强度下降10 ~ 15%。如果双面腐蚀各达到5%，该结构将被废弃。随着全球工业的发展，腐蚀问题越来越严重。在世界范围内，虽然污染控制和研究工作同时进行，防腐技术措施不断发展，缓解了腐蚀问题，但总的来说，金属腐蚀仍然非常严重。

在金属腐蚀中，钢筋腐蚀是主要的，而在钢筋腐蚀、海洋条件、潮湿大气和大气腐蚀等工业密集地区占据重要地位。与许多强介质腐蚀相比，虽然这种弱介质腐蚀的腐蚀强度相对较低，但其数量大、范围广所造成的损失和影响更加突出。

中国是一个大国。气候类型和条件复杂，海岸线漫长。以A3钢为例，中国主要地区的相对腐蚀速率统计如下:

接触面积

地面点

相对腐蚀速率

在北方干燥的沙尘暴地区

中部农村气氛

北部郊区气氛

北方冶金工业的氛围

北方海洋大气

中国西南部的潮湿地区

南大洋大气

化学气氛(氯、碱)

包头

湖北

北京

鞍钢

天津青岛

成都

湛江

Gedian

1.O

1.8

2.O

2.6

4.5

6.O

8.O

15-80岁

从表中不难看出，在海洋条件和潮湿气候下，钢的腐蚀比一般干旱地区高得多，因此控制和减缓这些地区钢的腐蚀的任务是繁重而紧迫的。

二。钢结构的防腐方法及效果

钢结构防腐常用的方法主要有以下几种:(1)研究耐腐蚀钢，提高材料本身的耐腐蚀性能。一般来说，这种方法是昂贵的，特别是对于有大量材料的结构。(2)对港口结构和地下金属管道采用电化学保护，如外加电流阴极保护。(3)外包金属和金属材料，应用有机内衬。(4)采用有机或无机涂层、热镀金属和喷涂金属涂层等涂层方法进行保护。

在各种防腐方法中，涂层保护被广泛应用。从20世纪50年代初至今，大量的研究和应用结果表明，单独热喷涂铝或锌或与涂层结合制备的复合涂层对各种室外钢结构和机电产品具有显著的防腐效果，可提供长达25年以上的长期防腐能力。

根据拟定的防护寿命要求，喷涂铝、锌涂层的防腐大致可分为:中长期防腐(5-15年)；长期防腐(15-25年):超长期防腐(25年以上)。对应这三种使用寿命，一般采用单喷铝或锌涂层，喷铝或锌涂层封孔，喷铝或锌涂层与涂层复合。早在1983年，国外就已经公布了喷涂金属层与涂层复合涂层的设计，其极限寿命为40-50年。

喷涂铝和锌金属层能对钢结构获得长期腐蚀防护的主要原理是，首先喷涂金属层起到密封和隔离作用，更重要的是，从电化学角度看，铝和锌金属层相对于喷涂钢基体形成一对微孔；铝和锌为钢基体提供牺牲阳极保护，而铝和锌在各种大气腐蚀条件下比钢具有更好的耐腐蚀性。请看下表。

铝、锌和碳钢在几种大气中的腐蚀速率。

平均腐蚀速率(微米/年)

大气类型

碳钢

锌

铝金属

海洋

26-104

O.5~8

O.4—0.6

工业

28-175

2-16岁

1

乡村

4-65岁

0.2~3

0—0.1

这种电化学保护也可以起到相应的保护作用，即使涂层在一定范围内被局部刮伤以暴露基底。此外，与涂膜(包括有机或无机)相比，金属涂层与基体的结合强度高，达到140-150公斤/平方厘米。当长时间暴露在大气和阳光下时，金属涂层不具有与涂膜相同的老化现象。它不会变脆或开裂，也不会造成介质侵入、破坏界面和保护层脱落，这是任何其他涂膜无法比拟的。在由喷涂金属涂层和涂层组成的复合长效防护涂层中，喷涂金属涂层中存在微孔，例如涂层可以渗透到微孔中形成铆接，从而增加涂层薄膜与被保护结构表面的结合力，从而提高同一涂层的防护效果。喷涂金属涂层的应用温度可达800-1000℃..

三。热喷涂铝和锌涂层的工作原理和一般工艺

热喷涂技术是许多现代喷涂技术的总称。它使用热源来熔化某种材料的粉末或金属丝。通过额外的气流或热流本身作为热源，熔化的材料被推动、加速并以颗粒的形式喷出。当喷射出的粒子流撞击到基底上时，会立即在基底上形成沉积层，这是热喷涂的一般过程。现代热喷涂方法很多，如电弧喷涂、火焰喷涂、等离子喷涂和爆炸喷涂，以及近年来发展起来的超音速火焰喷涂。目前，粉末火焰喷涂和电弧等离子喷涂在工业上应用广泛。

铝锌防腐涂层的热喷涂主要采用氧乙炔火焰喷涂设备和电弧喷涂设备。

该涂料的制备工艺一般如下:首先，用喷砂工艺对钢结构表面进行清洗和粗糙化处理，达到要求的标准，然后按要求喷涂一定厚度的铝和锌涂层。如果防腐寿命要求在15年内，工作将完成。如果要求使用寿命超过15年，涂层将根据具体要求进行密封，或者在表面涂覆一层涂层。每道工序都要严格按照工艺要求进行，否则会影响涂层的应用效果。可靠的设备、严格的工艺条件和优良的涂层设计是获得高性能涂层的关键。

四.应用:

我国已经开展了喷涂铝和锌以防止钢结构腐蚀的研究工作，但近20年才应用于大型工程。机械委员会武汉材料保护研究所组织完成了葛洲坝船闸闸门、海南岛无线电天线等大型工程建设。自1985年以来，冶金部钢铁研究所先后组织完成了中国援建的毛里塔尼亚友谊港栈桥栏杆防腐工程，并在当地安排了大量的腐蚀试验样品，北京焦化厂万立方米储气柜内外表面防腐工程， 北京史静高速公路人行天桥等市政工程，高速公路防撞护板，近100个30米高的灯杆和近1000个分散的灯杆表面防腐工程。 亚运会期间，还与北京路灯管理处合作，在亚运会道路、场馆、使馆区的照明结构中采用了该技术，效果明显。北京路灯管理处是北京第一个应用这项技术的单位。这些项目的完成将对促进和加快我国金属涂层防腐技术的推广应用起到很好的作用，同时也将使我国钢结构防腐技术更接近国际水平。

1991年，*广场的国旗旗杆经过这种特殊处理，不仅颜色鲜艳，而且大大提高了其防腐能力。总之，在大型钢结构表面喷涂铝和锌，如各种港口结构、钢铁码头、各种铁塔、储油罐、油轮油箱、桥梁和照明系统，以制备长期防腐涂层是该技术应用的一个重要方面。