露天钢结构腐蚀防护技术

参考文献（五号，黑体）
[1]《优利格腐蚀手册》（原著第二版），R?温斯顿?里维主编，杨武等译，化学工业出版社出版。
[2]《工程防腐蚀指南》（2006年2月第一版），初世宪、王洪仁编著，化学工业出版社出版。
钢结构用金属覆盖层大多为锌及其合金，常采用的工艺有电镀、热浸、喷涂、扩散和机械镀等。铝及其合金的应用也在钢结构有应用，其工艺为喷涂、热浸、扩散、包缚和气象沉积等，铝的耐蚀性远高于锌，但其工艺性能不如锌覆盖层，特别是在喷厚之后，其韧性以及其与基体的结合能力较差，在建筑结构中较少应用。
火力发电工程中对于金属覆盖层应用最广泛的的一般为输变电的塔架、空冷平台、室外平台格栅板等，近年来由于沿海电厂腐蚀较重，也有工程在室外露天钢结构中采用锌金属覆盖层。我国在19世纪五六十年代就开始锌金属覆盖层的应用，主要为热喷和热浸工艺，近年来随着技术交流和进步，在国外广泛使用的冷喷锌技术开始在国内电力工程建设中应用。
1．钢结构腐蚀分析
由于建筑结构暴露在大气中，其主要的腐蚀为大气腐蚀。金属在大气中的腐蚀主要是金属表面形成的电解质液态膜与空气中去极化因子同时作用的结果。存在电解质液态膜时，阳极氧化反应将金属溶解，而阴极反应通常被认为是氧的还原反应。
Fe→Fe2e+2e-O2+2H2O+4e-→4HO-
根据碳钢在大气中腐蚀的主要影响因子，得出的腐蚀速率经验计算公式：
方案
冷喷锌+有机涂层复合体系
环氧富锌涂层体系
初始投入
首次防腐理论涂料费用
48元/m2
40元/m2
理论涂料费用
960元/吨
800元/吨
首次防腐总费用（前处理＋实际涂料费用＋涂装费用）
4＋(48×1.2)＋10＝71.6元/m2
4＋(40×1.2)+12=64元/m2
单位防腐总费用
1432元/吨
1280元/吨
3.1腐蚀防护方案选择原则
随着国民经济水平的不断提高，火力发电厂露天钢结构腐蚀防护方案的选择，应满足使用功能和寿命要求，本着安全可靠，便于施工、维护，环境友好，经济合理的原则。
按照一般经验，各种防腐蚀方法单位面积的费用按下列顺序递增：
缓蚀剂<有机涂层<无几涂层<有机层加阴极保护<金属层<金属（或转化膜）层加有机层<包裹层<复合材料<耐蚀材料<高耐蚀材料
1432元/吨
2680元/吨
总体防腐费用比
1：1.87
注：1以上表中防腐总费用为估算价格，参考的是华中地区防腐平均施工费用，地区不同，各厂设备条件不同费用会有差异，仅供参考。
2表中涂料价格仅供参考，施工损耗系数按照20％计算，实际施工时根据施工厂家技术条件不同，会有差异。
4．小结
电力工程建设中露天钢结构防腐蚀涂层的维护已成为一种常态，耗费了大量的人力和物力，一些较先进的防护方案却由于初始投资稍高，没能在重要工程中应用，希望本文能够给大家一些启示。通过合理的技术经济分析，特定的环境选择适当防护材料，使材料和费用达到较好的结合点，实现寿命期效益最大化。
2.2钢结构的无机非金属涂层腐蚀防护
以非金属元素氧化物或金属与非金属元素生成的氧化物为主体构成的覆盖层统称为无机非金属覆盖层。无机非金属覆盖层具有耐热、耐蚀和高绝缘性的优点，但由于其脆性大冲击韧性差在建筑结构的腐蚀防护中应用受限。
2.3钢结构金属覆盖层腐蚀防护
凡把一种（或多种）金属通过一定的工艺方法牢固地附着在其他基体上，而形成几十微米乃至几个毫米以上的功能覆盖层称为金属覆盖层。
M=0.484T+0.701W+0.075H+8.202S-0.022Y-52.67
式中：M—碳钢在大气中的腐蚀量，mg/(dm2?d)；
T—地区气温，℃；
W—地区湿度，%；
H—海盐粒子量，mg/L；
S—SO2量，mg/(dm2?d)；
Y—降水量，mm.
从以可以看出，对暴露在空气中的钢结构的腐蚀相关因素为ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ温、湿度、海盐粒子量（主要为氯离子腐蚀）和SO2量。
首次防腐投入比
1．11：1
维护投入
重涂年限及方式
15年免维护
5～7年左右必须彻底重涂，15年使用周期中重涂1～2次
重涂费用元/m2
0
按至少一次重涂计算（彻底前处理15元+重涂涂料费用40元+人工15元）×20m2/吨=1400元/吨
停工损失
0
较大，无法量化
使用成本比
0：1400
单位钢材15年防腐总费用
但是，应用较多的预应力钢筋混凝土空心楼板的耐火性能很差，其原因是：预应力钢筋的温度达2000℃时，屈服点开始下降，3000℃时，预应力几乎全部消失，蠕变加快，致使预应力板的强度、刚度迅速降低，从而板中的挠度变化加快，板下面出现裂缝，预应力钢筋直接受到高温作用，其刚度和强度进一步下降，混凝土在高温下性能也在改变，板下的混凝土受热膨胀方向与板受拉方向一致，助长了板中挠度的变化。混凝土在3000℃时，强度开始下降，5000℃强度降低一半左右，8000℃强度几乎丧失。在建筑火灾中，这类楼板均在0.5h左右即断裂垮塌。
有机涂层防腐体系是利用上述的一种或两种技术的组合达到控制金属腐蚀的目的，《钢结构设计手册》（第三版）给出的油漆配套组合红丹系列、氯化橡胶系列、氯磺化聚乙烯系列等多是阻抗抑制、氧缺乏河缓蚀的综合应用。环氧富锌底漆属则是通过油漆中的锌粒的放电来保护金属基层，相对保护效果比较好。
在室外使用的耐候性树脂覆盖层的耐久性按下面的顺序递增：
ISO12944标准―腐蚀定义和环境（仅作参考的温性气候下的典型环境）：
2．钢结构腐蚀防护
2.1钢结构的有机涂层腐蚀防护
涂料覆盖层俗称“油漆覆盖层”，它是应用最广泛的一种防腐蚀方法。我国在20世纪五六十年代涂料的产量就达到600万吨，日本的涂料覆盖层在防腐蚀领域占有62%—63%的比例，可见涂料覆盖层在钢结构的腐蚀防护中占有很大的比例。
一般按照电厂所处地区的环境条件的不同按以上顺序选择合理的涂装材料。笔者认为内陆地区可选用环氧富锌底漆配套环氧云铁中间漆和氯化橡胶面漆；在沿海地区由于环境湿度大，空气中含盐粒子量大，一般采用环氧富锌类油漆3-7年就需要维护性涂装，且可维护性较差，可采用全寿命周期内经济性较好的冷喷锌复合涂层方案。
3.2沿海大气环境两种腐蚀防护涂装方案的经济比较
预应力混凝土空心板广泛用于现代建筑物中作为承重的楼板，由于它的耐火性差，成为贯彻建筑设计防火规范的一个难题。为了提高预应力楼板的耐火极限，人们首先采取了增加钢筋混凝土保护层厚度的办法，但效果不很明显，反而增加了楼板的质量并占用了有效空间。借鉴钢结构防火涂料用于保护钢结构的原理，我国从20世纪80年代中期起，逐步研究和生产预应力混凝土楼板防火涂料，较广泛地用于保护预应力楼板，喷涂在预应力楼板配筋一面，遭遇火时，涂层有效地阻隔火焰和热量，降低热量向混凝土及其内部预应力钢筋的传递速度，以推迟其升温的时间，从而提高预应力楼板的耐火极限，达到防火保护的目的。
近年来随着国民经济的大幅增长，火力发电工程的建设步伐加快，钢结构或钢构件在工程中大量的应用，国内的工程建设对钢结构或钢构件的腐蚀防护并不是特别重视，腐蚀成为影响结构安全性的重要因素。由于腐蚀造成的经济损失也是一个惊人的数字，国内通过对5个行业的调查分析得出每年由于腐蚀造成的损失占国民经济的5%-6%。各国腐蚀防护专家普遍认为，合理应用腐蚀防护技术，会降低因腐蚀造成的经济损失25%-30%。本文对火力发电厂的腐蚀环境较恶劣的露天钢结构腐蚀防护进行研究。
由有机高分子化合物为主体组成覆盖层统称为有机覆盖层。有机涂料覆盖层是通过阻抗抑制、氧缺乏、阻止金属向环境放电和缓蚀技术来达到腐蚀防护的目的。
阻抗抑制：涂膜的作用类似于离子过滤器，它保证任何通过涂膜连续区到达金属表面的水分在涂沫-金属界面都要具有足够高的阻抗，从而抑制阳极区和阴极区间的电流迁移。
氧缺乏：合适配方的涂膜可以阻止足够的氧达到金属，从而阻碍阴极反应。
油脂≤酚醛≤醇酸树脂≤氯化橡胶系≤丙烯酸系≤聚氨脂系≤丙烯酸有机硅≤氟树脂类
树脂种类
醇酸树脂
氯化橡胶
丙烯酸
聚氨脂
丙烯酸有机硅
氟树脂
耐久年限（年）
2-5
5-8
5-10
7-12
10-15
20
相对价格比
1
2
1．6
4
5
13
有机涂料覆盖层防腐蚀寿命的决定因素有材料质量、涂层厚度、施工质量和使用环境等，一般影响涂层使用寿命的因数比例如下：
影响因素
基体表面处理
层数与厚度
材料质量
环境及其它
影响比例
49%
19%
10%
22%
由此可见基体表面处理对涂层质量影响较大，一般要求：
（1）基面要干净、无油污、无杂质、无焊药、表面平整、无毛刺等。
（2）表面干燥无水分，特别是酸洗、磷化前处理的基面，一定要表面干燥完全之后才可以涂装。
（3）不同基体表面的粗糙度要求不同。
9、结语
随着我国城镇建设开发力度的进一步加大，钢结构因其钢性和塑性都比较优良，将被广泛应用在大型展览、体育中心及高层建筑中。因此，必须进一步深入研究钢结构防火涂料性能，根据不同需要、不同功能，提高钢结构耐火极限，增强建筑物抗御火灾能力，确保国家和人民群众生命财产安全。
3．火力发电厂露天钢结构腐蚀防护方案选择
阻止金属向环境放电：阴极保护在涂膜中通过阻止金属向环境放电来保护金属底漆。为达到这一效果，可以在金属表面应用阳极金属涂膜（通过锌来保护钢结构）。涂料中锌粒的担载量要足够高，从而保证有连续的电流可以穿过涂层。如能确保电流连续的从涂层到环境放电，金属就可以保护。
缓蚀技术：缓蚀涂层通过改变界面环境使钢结构构件达到钝化或缓蚀，从而控制腐蚀。
露天钢结构腐蚀防护技术
【摘要】：钢结构由于自重轻、承载能力高、抗震性能好和施工安装便利等优点在火力发电厂建设中广泛应用，钢结构的腐蚀问题日益突出，国内由于腐蚀造成的国民经济损失占国民经济总产值的5%左右，而全世界每六分钟就有4吨钢铁腐蚀变成红锈。本文对露天钢结构防腐蚀技术进行了综述。