摘要:根据钢结构防护效果与基体表面预处理品质、防腐防火涂料的涂装品质及施工环境的关系,提出了一套钢结构涂层防护施工品质的控制方法,具有较好的可操纵性和实用性。防腐和防火施工的重点是除锈、防腐防火涂装施工及其品质控制。
关键词:钢结构;防腐涂料;防火涂料;施工;品质控制
0引言
近年来,随着我国基本建设的快速发展,以钢结构为承重构件的建筑逐渐增多。钢结构具有自重轻、强度高、塑性高、韧性高、抗震性能高等优点[1]。另外,钢结构建筑还具有造型美观、施工方便、建设工期短、投资小等特点[2]。所以,钢结构在大型的运动场馆、会展中心、商贸中心、产业厂房、仓库等大跨度的建筑中被广泛使用[3]。但是,钢结构和混凝土结构相比,也具有一些自身无法克服的缺点,其主要表现有两方面:一是易于受到四周环境的影响,尤其是在某些大型化工企业中使用钢结构的生产厂房,易于发生钢结构的电化学腐蚀,使寿命缩短;二是防火灾能力较低,在发生火灾时,导致结构强度的快速下降,造成结构破坏的跨塌事故[4]。所以,钢结构的防腐与防火设计施工就显得特别重要。在钢结构建筑工程的设计施工中,必须严格按照国家或行业有关标准进行,钢结构防腐设计施工执行的国家标准有GB8923—1988《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》[5],防火设计施工的标准有GB50205—2001《钢结构工程施工质量验收规范》[6],GBJ16-1987《建筑设计防火规范》[7]、GB14907-2002《钢结构防火涂料》[8]等。对于钢结构防腐设计达到15a以上的工程,基体表面的除锈等级要达到Sa2.5级,表面粗糙度达到Ra30～70μm,防腐涂层一般为3层,总厚度要达到230μm以上,第1层通常选用环氧富锌底漆,厚度≥70μm;中间层为环氧云铁中层涂料,厚度≥80μm;面层为氯化橡胶涂料,厚度≥80μm。在防火设计施工中,防火涂层厚度要根据设计耐火极限达到标准要求的最小厚度,对厚涂型、薄涂型和超薄型防火涂层厚度分别控制为8～50mm、3～7mm和3mm以下,耐火极限分别为0.5～3h、0.5～2h和0.5～2h。防腐、防火涂料要全部通过国家质量检验监视部分的认可。
1钢结构表面预处理及其品质控制
钢结构表面防护前必须进行预处理,表面处理的品质对涂层附着力、耐久性及防护效果都有很大关系。在防护施工中正确选择涂料品种十分重要,关系到涂层对钢结构的防护效果和使用寿命。在涂料品种确定之后,重要的是表面的预处理及其施工工艺是否符合要求。要进步涂层的防护品质,涂装前必须彻底除往表面的污物、氧化皮、铁锈等,否则,涂层会很快出现起泡、脱落、泛锈等现象,严重影响涂层的附着力和使用寿命。在防腐施工中最重要的就是表面的预处理,该项目已被列为钢结构防护施工中的保证项目。
1.1钢结构表面预处理的品质标准
材料防护要达到一定的防腐效果,首先要求表面除锈品质达到一定等级,对钢结构防护施工一般要求表面除锈要达到Sa2.5级。其次,保证除锈后的表面能形成一定的粗糙度,粗糙度是影响表面和涂层之间附着力的重要因素。假如粗糙度太小,则涂层附着力达不到防腐要求;假如粗糙度过大,将增加涂层厚度,不仅浪费涂料,而且可能在涂层下面截留住气泡,也可能产生没有被涂层覆盖住的波峰,从而发生“波峰腐蚀”。在防腐施工中,一般把基体表面粗糙度控制在Ra30～70μm之间。
1.2钢结构表面预处理方法的选择
钢结构表面的预处理方法有人工除锈、机械除锈、喷砂除锈、化学除锈等[9]。人工除锈和机械除锈效果较差,劳动强度较大,通常用于除锈品质要求不高,且工作量不大的除锈作业,对于除锈品质要求较高的大型工程,则不宜采用这两种除锈工艺。酸洗除锈虽可达到优良的除锈等级,但表面粗糙度低,涂层的附着力通常达不到防腐的品质要求,酸洗除锈也不适合大型构件的除锈。喷砂除锈不仅除锈效果好,除锈后表面除锈品质和粗糙度能达到要求,除锈效率也非常高。因此在钢结构的防腐施工中,一般采用喷砂除锈,除锈品质可达Sa2.5级和Ra30～70μm。
1.3钢结构表面喷砂除锈工艺参数控制
钢结构表面喷砂除锈的品质与压缩空气压力、砂粒流速、喷嘴停留时间等因素有关。压缩空气压力越大,砂粒流速越大,其冲量就越大,达到除锈质量要求所需时间越短;喷嘴停留时间越长,除锈品质越高。喷砂除锈后的表面应呈均匀的粗糙度,粗糙度主要与砂的硬度、外形、粒度及喷射工艺等因素有关。砂的硬度大、棱角多、颗粒粗,产生的粗糙度大。一般来说,石英砂的硬度较大,经过粉碎和筛分后,可得到多棱、粒度分布均匀的合格石英砂。使用这种砂除锈后,可在表面产生较好的粗糙度。影响表面粗糙度的喷射工艺参数主要有压缩空气压力、喷嘴直径、喷射角度、喷距等。压缩空气压力大、喷嘴直径小时,砂的喷速就大,产生的粗糙度大,考虑到耐压胶管等设备的承压能力以及喷射压力对操纵职员的后坐力的影响,压缩空气压力和喷嘴直径必须控制在一个合适的范围。喷距和喷射角度对除锈效果和除锈品质也有很大影响;喷距小,不仅砂粒的冲量大,而且砂粒的作用面积小,作用密度大,均使其除锈效率进步,产生的表面粗糙度大;当喷射角度为45°时,产生的粗糙度最大。值得留意的是,当压缩空气压力大、喷距小时,也存在着砂粒浪费增加的题目,由于砂粒的破碎程度会随着压缩空气压力的增加和喷距的减小而增加,从而使砂粒的回用率降低。喷砂除锈工艺参数的控制如表1所示。
表1喷砂除锈工艺参数
钢结构防腐与防火涂装施工及其品质控制
2防腐涂料涂装及其品质控制
我国一些经济发达地区出现空气污染,空气中通常会存在HCl、H2S、SO2、NO2等酸性气体或NH3气等碱性气体和水蒸气,在空气中形成酸雾或碱雾,酸雾或碱雾发生凝聚后形成的电解质水膜附着于金属设备表面,从而造成设备的电化学腐蚀。因此,正确地选择涂料品种和涂装工艺十分重要。
2.1涂料和涂装方法的选择
对钢结构表面耐腐蚀涂料的要求[9]是:(1)涂料在钢铁表面有良好的附着力;(2)涂层有良好的物理机械性能;(3)对腐蚀性介质有良好的稳定性;(4)抗渗透性能好;(5)价格低廉,施工性能好。一般选择尽可能满足以上性能要求的一种或几种涂料配套使用,使它们各自的性能得到充分的发挥。
2.1.1涂料的特性
对于防腐涂料的施工,涂料品质是影响防腐效果的一个重要因素。环氧富锌漆、环氧云铁中层漆、氯化橡胶面漆的主要特性和主要理化性能如表2、表3所示。从表2和表3可以看出,这些涂料可以满足防腐施工对涂料性能的要求。
表23种涂料的主要特性
钢结构防腐与防火涂装施工及其品质控制
表33种涂料的主要理化性能
钢结构防腐与防火涂装施工及其品质控制
注:(1)测定温度25℃;(2)测定温度30℃。
2.1.2涂装方法的选择
涂装方法主要有:手工刷涂、辊涂、喷涂等。对于面积较小的基体表面,尤其是细圆柱状或球形的基体,采用喷涂施工时,涂料的流挂现象一般比较严重,这主要与试件外形及稀释剂的添加量有关;而且对细圆柱形或球形表面,采用喷涂施工时,涂料浪费很严重,一般用刷涂方法施工。
2.2涂装品质的控制
2.2.1表面预处理品质和涂层品质的控制防护施工属隐蔽工程。所以,应建立严格的品质控制体系,并配备必须的品质控制检测仪器设备,如除锈等级标准图、粗糙度仪和测厚仪等。对除锈品质、粗糙度、涂层厚度等进行逐一检测,合格后才能进行下道工序的施工。
2.2.2涂层复涂间隔时间的控制
表面除锈后,必须尽快刷涂头道底层涂料,一般不答应超过4h,更不答应过夜,否则表面将发生二次锈蚀(泛锈)。前道涂层刷好以后,不应长时间暴露,否则会使涂层之间的附着力降低;另外,环氧富锌底漆在溶剂挥发形成的针孔处,还可能发生泛锈。所以,应在环氧富锌底漆涂膜表干以后,实干之前刷涂环氧云铁中间层涂料封闭针孔。各涂层复涂间隔时间如表4所示。
表4各涂层的复涂间隔时间
钢结构防腐与防火涂装施工及其品质控制
2.2.3涂层表面缺陷的控制
涂层的防护作用机理:一是屏蔽作用。涂层将表面与腐蚀性介质分隔开,使两者不能接触,从而达到防护的目的。二是电化学保护作用。涂料中含有比铁活性更高的金属锌粉,假如化学介质渗透涂层内部,首先与金属锌接触发生电化学反应,锌作为阳极而牺牲,从而保护了铁不被腐蚀。所以,只有当涂层完好无损时,才能有效地起到保护作用,假如涂层出现缺陷,就不会起到良好的保护作用。常见表面缺陷及防止方法如表5所示[9]。
表5常见表面缺陷及防止方法
钢结构防腐与防火涂装施工及其品质控制
防腐施工的品质与施工环境也有很大关系。在防腐施工时,还要考虑温度、湿度、降雨、大风等因素的影响。温度太高,溶剂挥发快,涂层易产生刷痕、起皱、针孔等。温度太低,涂料固化很慢,甚至停止固化,还可能在表面凝聚水珠。在夏季太阳直射下,表面温度高达50℃以上。所以,在夏季不宜露天涂装施工。湿度太大,不仅表面轻易返锈,而且涂层轻易产生针孔、泛白等。一般在空气相对湿度大于80%时,应停止涂装施工。大风扬起的尘土将污染待防护表面,使涂层间的附着力降低,并影响涂层的外观质量。所以,碰到大风、大雾、下霜、下雨及雨后几天,应停止涂装施工。
3防火涂料涂装及其质量控制
防火涂料按作用机理可分为膨胀型涂料和非膨胀型涂料,膨胀型防火涂料的涂层受热后膨胀形成蜂窝状炭化层,使火焰热量受到隔离而降低对防护对象的热传导。非膨胀型防火涂料是靠其自身的高难燃性达到阻燃防火的目的[10]。膨胀性和非膨胀性防火涂料的性能如表6所示。目前,国内外应用较多的防火涂料主要是高性能膨胀型防火涂料。
表6膨胀型和非膨胀型防火涂料的性能
钢结构防腐与防火涂装施工及其品质控制
3.1防火涂料的选择
对于防火涂料的涂装施工,防火涂料品质是影响防火效果的一个重要因素。所以涂料的选择非常重要。对钢结构防火涂料的要求主要有:(1)防火隔热性能优良,耐火极限高;(2)与防腐蚀面层涂料的层间粘接强度高;(3)耐候性能好、耐水、耐冻、不起皮、不剥落、耐老化、使用寿命长;(4)涂料不含对人体有害的物质,无毒、无味,在火灾发生时不产生有毒有害气体;(5)价格低廉,施工性能好。在选用防火涂料时,应根据防火设计的内容和施工要求,尽可能地选择满足以上性能要求的防火涂料。某些型号的厚涂型、薄涂型、超薄型钢结构防火涂料主要理化性能如表7所示。
表7防火涂料的理化指标
钢结构防腐与防火涂装施工及其品质控制
3.2防火涂料的施工及质量控制
防火涂料涂装施工时,应根据涂料类型、涂层厚度以及钢构件的外形和面积大小选择合适的涂装方法,可以采用刷涂、辊涂、喷涂等施工方法。必须在防腐工程阶段性验收合格以后,进行防火工程的施工。防火涂装施工时,首先将防腐涂层表面的灰尘、油污等清除干净,然后进行防火涂料的涂装施工。在防火施工时,一次涂装厚度必须严格控制,涂层过厚轻易出现流挂和涂层开裂,过薄则增加劳动强度,影响施工进度。对于厚涂型涂料,一次涂层厚度应控制在5～10mm,第一层防火涂层的厚度不宜超过5mm;对于薄涂型涂料一次涂层厚度易控制在1～2mm,第一次涂装厚度不宜超过1mm;对超薄型防火涂料,一次涂层厚度应控制在0.25～0.4mm之间,第一层的厚度不宜超过0.25mm。涂装间隔时间控制在6～8h。对于溶剂性防火涂料,施工环境的适宜温度为5～40℃,相对湿度为80%以下。假如环境的温度过低,湿度过大,表面易于结露,此时施工会影响涂层品质。在防火施工时,还应留意的题目有:(1)施工现场透风条件良好,避免明火,并留意个人防护;(2)为保证防火涂料和面层防腐涂料之间有最佳的结协力,第一遍防火涂层厚度不宜过厚;(3)涂装间隔时间为6～12h;(4)防火涂料不得与其他涂料混合使用,以免降低或破坏防火性能;(5)涂层干透之前应避免碰撞,避免水、油、灰尘等污物污染;(6)阴天、雾天、雨天,空气湿度往往大于80%,不宜施工。 |
