(整理)电弧喷铝涂层体系与重防腐涂层体系技术经济性对比

电弧喷铝长效防腐复合涂层体系与重防腐涂层体系(分别以“无机富锌”“环氧富锌”为底漆)经济技术性对比（供参考）目录一、涂层形成原理及失效方式二、涂层耐腐蚀寿命三、涂层结合力四、涂装施工工艺五、电弧喷涂涂装体系比重防腐油漆涂层维护具有明显的优越性六、国内外设计标准七、应用实例电弧喷铝涂层体系与重防腐涂层体系防腐技术对比涂料作为防腐涂层应用具有悠久的历史，仍一直沿用至今，但它对钢铁的防护寿命较短,目前部分钢结构桥梁上采用的涂料重防腐涂层体系多是以“无机富锌”或“环氧富锌”为底漆的涂层体系；随着大气腐蚀环境的日趋恶劣，而钢结构建筑物的设计使用寿命愈加长久，人们对防腐技术提出更高的要求，促使防腐技术获得极大发展。

电弧喷铝长效防腐技术是半个世纪以来防腐技术发展的重要里程碑，可以提供钢结构50年以上的防腐蚀保护，实现一次防腐，钢铁构件终身受益。

重防腐涂料涂装和电弧喷铝涂层都能对钢结构件提供有效的腐蚀防护，均属牺牲阳极的阴极保护涂层，但两种涂装方案在很多方面存在较大差异。

一、富锌涂层形成原理及失效方式富锌涂料主要有无机富锌和有机富锌两大类组成，富锌涂料防腐涂层就是以富锌底漆外加中间漆和面漆组成的重防腐涂装体系（也称重防腐特涂）。

1、无机富锌涂料无机富锌底漆可再分为溶剂基无机富锌底漆与水基无机富锌底漆，溶剂型无机富锌涂料以正硅酸酯为基料，水性无机富锌涂料主要以硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂等硅酸盐为基料，以水为溶剂。

无机富锌漆靠涂料中弥散的无数锌粉粒子来对钢铁提供阴极保护，锌粉粒子靠无机树脂粘结得以形成漆膜，对钢铁基体提供有限的阴极保护作用和机械隔离作用。

无机富锌涂料涂层腐蚀失效机理：涂料中锌粉被自腐蚀和电化学腐蚀，腐蚀结果是锌粉被氧化成氧化锌（白锈）而从涂层中析出，可溶性的氧化锌一旦脱离涂层，导致涂层出现无数微孔，使涂层的腐蚀速率加快，直至涂层被消耗完，防腐作用消失。

2、环氧富锌涂料涂层环氧富锌涂料涂层由环氧树脂、锌粉、固化剂组成的环氧富锌涂料，经涂装固化形成防腐涂层。

锌粉主要靠环氧树脂的包裹才能与钢铁接触，提供钢铁的电化学保护。

环氧富锌涂料的基料为环氧树脂，属于有机物，在腐蚀环境的长期服役过程中，涂料会老化、粉化，其本身也存在无数针孔，导致环氧树脂在一定时间内失效脱落，锌粉也失去赖以生存的结合媒体，从而终结其对钢铁的腐蚀保护；其次，锌粉本身也易被腐蚀析出，导致涂层失效。

3、电弧喷铝涂层电弧喷铝涂层为纯金属铝丝在专用设备的电弧下熔融、雾化、喷涂在工件上形成铝涂层，外加有封闭、中间漆和面漆的长效复合防腐涂层。

它对钢铁提供机械隔离和电化学双重防腐保护。

有机封闭涂层的存在推迟电弧喷铝涂层腐蚀发生时间，即只有封闭涂层失效后，铝涂层才直接暴露在腐蚀环境中被腐蚀消耗；渗入电弧喷铝涂层孔隙内的涂料，还使电弧喷铝涂层更加密实，阻抗增大，降低电弧喷铝涂层的腐蚀速率，这二种效果共同作用（即最佳协同效应），从而使电弧喷铝复合涂层耐腐蚀寿命大大提高。

电弧喷涂金属涂层对钢铁长久提供电化学阴极保护，即以比较低的速率牺牲铝涂层而保护钢铁，封闭涂层起隔离和封闭孔隙作用，并减缓或阻止上述电化学反应的发生从而延长钢铁防腐涂层的使用寿命，电弧喷涂复合涂层的有机封闭层即使像油漆涂层那样老化、粉化失效，喷涂金属涂层仍以恒定的低腐蚀速率慢慢消耗，一定厚度的涂层能提供较久的腐蚀保护。

喷涂金属涂层防腐效果显著，保护和腐蚀现象容易观察。

二、涂层耐腐蚀寿命分析比较为钢铁提供阴极保护的富锌涂料涂层的耐腐蚀性与涂层厚度紧密相关，只有一定厚度涂层方可以提供钢铁较长久的耐腐蚀性。

一、采用富锌底漆的重防腐涂层体系，钢结构件每隔15年左右必须重新进行涂装施工（1）水性无机富锌漆的干膜厚度一般不超过80μm，涂层厚度过厚时漆膜干燥时收缩应力过大易产生龟裂纹。

无机富锌漆的阳极与阴极面积比远小于1，阴极保护效果差。

无机富锌底漆涂层是靠无机树脂粘结剂附着在金属上，漆膜与钢铁膨胀系数不一样，使漆膜产生内应力，引起油漆涂层附着力下降；油漆涂层在太阳光、大气和雨水作用下要老化，水份通过漆膜自身针孔到达漆膜-钢铁交界面，引起金属腐蚀并体积膨胀（电弧喷铝涂层无此现象），导致漆膜鼓泡开裂或局部整体脱壳，涂层防腐失效。

（2）环氧富锌涂料（80%锌含量）涂装一道涂层厚度一般为80μm。

阳极与阴极面积比远小于1，阴极保护效果差。

按纯锌涂层腐蚀速率10μm /年（实际富锌涂料涂层不是纯锌粉颗粒密实排列在一起，其腐蚀速率远大于10μm /年）。

环氧富锌涂料涂层的耐蚀使用寿命还受环氧树脂限制，一般情况下环氧树脂的使用寿命最多仅为12年左右，从而表现环氧富锌涂层的耐蚀寿命不会很长久。

富锌底漆+中间漆+面漆的重防腐蚀涂层体系的耐腐蚀寿命仅为8～10年，最多15年。

即使按照15年的防腐寿命，每8年需维修一次面漆，每隔12~15年需喷砂去除全部涂层再重新涂装。

重防腐油漆涂层是钢构件防腐的唯一屏障，油漆涂层一旦失效脱落，钢构件直接暴露在大气环境下遭受腐蚀，日积月累将给钢结构的使用带来严重隐患和危害。

2、采用电弧喷涂防腐，钢桥在30年内无需维护（1）电弧喷铝涂层与钢铁结合为机械热相嵌和微冶金结合，涂层结合力高，涂层厚度可以从几十微米到几毫米的大范围内变化、涂层质量优良。

电弧喷涂层的阳极与阴极面积比远大于1，阴极保护效果充分。

铝涂层在大气环境下的腐蚀速率平均为4μm /年左右，涂层耐腐蚀寿命可以由涂层厚度任意选取，如150～300μm厚度的铝涂层，按照厚度180μm的仅铝涂层（不含油漆）就可以提供钢铁至少30年的腐蚀保护。

（2）电弧喷涂层的油漆封闭层是涂刷在喷铝涂层上，是钢结构抗腐蚀的第一道防线，即使封闭漆膜粉化、龟裂和剥落，填充在喷涂层孔隙内的封闭涂料继续有效，并与喷涂金属涂层一起组成钢构件抗腐蚀最坚固的第二道防线，电弧喷涂铝涂层对钢铁提供牺牲自己保护钢桥作用。

电弧喷涂层与油漆封闭层间存在最佳协同效应，封闭后的喷铝涂层耐蚀寿命不是电弧喷涂寿命与封闭涂层寿命简单相加，而是二者之和的1.5～2.3倍，这是世界公认的最佳协同效应。

即使10年时间油漆层第一道防腐屏障失效，填充电弧喷涂孔隙内的涂料与电弧喷涂铝层作为钢桥防腐第二道屏障，继续对钢桥进行防腐保护，且比第一道屏障具有更长久的耐腐蚀性，确保钢构件长效防腐寿命达50年以上。

因此电弧喷铝涂层的耐蚀寿命远远大于无机富锌涂料的耐蚀寿命。

三、涂层结合力无论是水性富锌涂料，还是环氧富锌涂料，它们与钢铁的结合力都是靠无机或有机溶液树脂的固化，与钢铁形成机械结合，涂层结合力仅为5-6MPa，若涂层较厚其结合力进一步下降。

涂层结合力较喷铝层低，且随树脂老化，衰减较大。

电弧喷铝涂层与钢铁结合，是靠铝被熔化，热喷涂至工件表面形成机械热相嵌和微冶金结合，涂层结合力达10Mpa以上，远远大于无机富锌涂料与钢铁的结合力。

四、涂装施工工艺富锌涂料特别是水性无机富锌底漆的涂装施工对环境要求高，控制难度大。

（1）水性无机富锌漆在施工过程中，由于涂料为高固体份含量，锌粉与水性溶液难以形成完全均匀一致的液态物质，锌粉易沉淀，因此在施工过程中需要不断搅拌，以保持涂料始终处于较均匀的悬浮状态，否则喷涂的涂层中锌粉含量不均匀；（2）水性无机富锌漆宜在相对湿度65-85%环境下施工，因为涂料要与空气中的二氧化碳、水气反应固化成膜，湿度太低涂料不易固化成膜，另一方面湿度大于85%时，过多的水分又会使涂料流淌，影响漆膜的形成；（3）水性无机富锌漆施工时，要求底材表面的最低温度≥5℃（最好在10℃以上），最高温度≤40℃，漆膜养护温度宜在20-35℃，温度过高会使漆膜干燥太快，从而出现龟裂，温度太低漆膜又不易固化。

水性涂料对施工环境的依赖性很强，如何保证在高湿、低温及封闭环境下获得性能良好的涂层是水性防腐涂料未来需着重解决的问题。

由于油漆施工靠手工涂刷或喷涂，施工中人的因素影响很大，一次漆膜厚度的均匀性和符合性很难达到较好的程度，因此当漆膜较薄时达不到要求的质量,又不能修补；漆膜较厚时，水性无机富锌漆涂层易产生龟裂，涂层结合力也大大降低。

无机富锌涂料涂层损伤后修补很困难，不能使用无机富锌修补，不管是不是再喷砂，只能用环氧富锌涂料修补。

环氧富锌涂层修补性能虽然较好，但耐腐蚀性能比无机富锌涂层又差了很多。

电弧喷涂施工可以在-20～70℃温度、相对湿度85%以下环境下施工，涂层质量优良。

可以保证最低涂层厚度要求，厚度测量不够时可以再补喷达到厚度要求，不影响结合力和涂层性能。

涂层损伤后可以再喷砂后补喷铝，修复较容易。

五、电弧喷涂涂装体系比重防腐油漆涂层维护具有明显的优越性1.为确保钢构件防腐长期有效，必须对防腐涂层进行防腐维护（修）。

重防腐涂层失效维修每隔12~15年一次，必须采用喷砂除去钢构件表面旧漆皮和疏松锈蚀物，然后重新进行涂装施工（很多结构死角无法维修，可能会成为影响钢构件寿命的严重腐蚀点），砂子回收和环保达标困难，作业难度大，维修费用高昂。

即使在油漆层完全失效前就进行每隔2～3年涂刷面漆，也不可能保证钢构件防腐长久有效，因为底漆耐老化时间是有限的，最终漆膜会脆化脱落，避免不了油漆层的完全失效。

电弧喷涂在防腐有效期内进行防腐维护，可以直接在喷铝涂层上刷面漆维护，仅需清除喷涂层上老化的面漆涂层，并用油漆稀释剂清洗即可进行涂装，维护防腐效果好，现场施工简单，费用低廉。

表1 电弧喷涂长效防腐涂装与无机富锌涂料涂装对比表2电弧喷涂长效防腐涂装与有机富锌涂料涂装对比2 .电弧喷铝长效防腐的经济性钢箱梁外表面采用电弧喷铝长效防腐，如果出于景观美观的需要,也仅需每隔8年左右对复合涂层表面涂刷一次面漆维护，而采用重防腐油漆涂装进行防腐，则需在第8年左右进行一次刷面漆维护，并在每隔12年左右重新进行一次防腐，消耗大量人力、物力和财力，必要时还需成立一支涂装养护队伍。

3.钢箱梁外表面防腐方案：（按照35年设计防腐涂装方案）①电弧喷涂长效防腐涂装设计方案：电弧喷铝180μm以上；环氧封闭漆一道，环氧云铁中间漆二道，总厚度80μm；丙烯酸聚氨封闭面漆二道，总厚度80μm。

②重防腐涂层设计方案一：环氧富锌底漆涂料（80%锌含量）二道，80μm；环氧云铁中间漆二道，总厚度2*80μm；丙烯酸聚氨脂面漆二道，总厚度80μm。

③重防腐涂层设计方案二：无机富锌底漆涂料一道，70μm；环氧云铁中间漆二道，总厚度100μm；丙烯酸聚氨脂面漆二道，总厚度80μm。

4. 钢箱梁外表面两种防腐方案防腐及维护费用比较：（仅以35年防腐寿命分析）防腐面积5万㎡，工期11个月为例表1 电弧喷铝35年内防腐及维护费用（元/m2）表2 重防腐涂料35年内防腐及维护费用（元/m2）电弧喷涂：初期防腐费用=160元/m2*50000 m2= 800（万元）维护费用=44元/m2*50000 m2=220（万元）35年防腐总费用：1020万元重防腐涂料：初期防腐费用=132元/m2*50000 m2=660（万元）维护及重新涂装费用=462元/m2*50000 m2=2310（万元） 30年防腐总费用：2310万元考虑在桥址施工的难度，临时设施、人工、电费、及其它各项费用和材料价格上涨，未来的维护及重新涂装的费用将大幅上涨，即使按照目前的不变价格计算经测算，如大桥钢箱梁外表面采用电弧喷铝长效防腐涂装体系，如果考虑景观需要，也只需在未来30年内进行2次面漆维护，即可保证大桥的35年以上的防腐寿命；如采用重防腐涂装体系，除进行正常的面漆维护外，由于油漆的性能原因，在第12年及第24年左右还要进行一次全面的彻底重新涂装，从上述对比可看出重防腐涂装体系年均支出费用是电弧喷铝防腐涂装体系年均支出费用的2.26倍。