江郡
东莞市莱钢钢结构有限公司 523753
摘要：本文章笔者主要对涂层防护机理、腐蚀防护措施、钢结构发生的电化学腐蚀反应现象，以及评定涂层防腐性能的方法进行研究，为研制性能更好的防腐蚀涂料以及涂装技术至关重要。
关键词：钢结构；腐蚀；涂层防护
一、钢结构的锈蚀机理
通过钢结构建筑周围的空气与环境的水会对钢结构进行锈蚀，而钢结构的锈蚀分为两类：化学锈蚀和电化学锈蚀。
（1）化学锈蚀
化学锈蚀钢结构表面与周围介质直接起化学反应而产生的锈蚀。如钢在高温中与干燥的O2、NO2、SO2、H2S等气体以及非电解质的液体发生化学反应，在钢结构的表面生成钝化能力很弱的氧化保护薄膜FeO、FeS等，其腐蚀的程度随时间和温度的增加而增加，这种情况在钢结构建筑中一般发生在特殊环境下。1钢结构的腐蚀机理钢结构的腐蚀是一个电化学过程。反应式如下：阳极：FeFe2+ + 2e（1）阴极：2H2O?? 2H+ + 2OH-（2）2H+ + 2eH2（3）总反应：Fe2+ + 2OH- Fe（OH）2（4）电化学腐蚀电池的形成至少需要以下条件：
（1）在钢结构表面不同区域之间存在电位差。
（2）钢结构表面接触湿气、水、酸雨、含盐分雾、液等。
（3）钢结构表面接触大气，特别是氧气。因此，对于钢结构的腐蚀防护，从本质上讲，就是人为地对腐蚀体系施加影响，杜绝电化学腐蚀过程所依赖的上述条件，以减缓腐蚀速度和腐蚀程度，降低材料的腐蚀损伤。
（2）电化学防护阴极保护
电化学防护是利用原电池原理，通过设法消除引起电化学腐蚀的原电池反应来进行金属的保护。电化学保护法分为阳极保护和阴极保护两大类，应用较多的是阴极保护法。阴极保护法是将被保护的金属作为腐蚀电池的阴极，使其不受到腐蚀。阴极保护技术多用于地下和水中的钢结构（如钢桩、海洋平台等），且大多与涂层保护相结合，而大气环境下的钢结构使用阴极保护技术的不多。阴极保护法主要有以下两种：
A：牺牲阳极保护法
是把活泼金属连接在被保护的金属上，当发生电化学腐蚀时，这种活泼金属作为负极发生氧化反应，因而可减小或防止被保护金属的腐蚀。这种方法常用于保护水中的钢桩、钢铁闸门和海轮外壳等，例如通常在轮船的外壳水线以下或在靠近螺旋浆的舵上焊上若干块锌块，用于防止船壳等的腐蚀。
B：外加电流保护法
是把被保护的金属与电源的负极连接，另选一块能导电的惰性材料接电源正极。通电后，使金属表面产生负电荷的聚集，因抑制了金属失去电子而达到保护的目的。此法主要用于防止在土壤、海水及河水中的金属设备受到腐蚀。
二、钢结构的腐蚀防护措施
目前的钢结构，90%以上的防腐蚀策略是选择涂层防护。涂层防护能最大限度地隔绝腐蚀环境。涂层防护的种类众多，包括普通的涂层防护和长效的涂层防护。
（1）普通的涂层防护涂料防护
普通的涂层防护是在钢材表面喷防腐蚀涂料或油漆。涂层体系由底漆、中层漆和面漆构成，三者构成的涂层发挥总体效果。底漆对底材和面漆有较高的附着力和粘接力，并有缓蚀防锈作用，常用的防腐底漆有富锌涂料等；中层漆是过渡层，起抗渗作用；面漆则起抵抗腐蚀介质和外部应力的作用。与富锌涂料相匹配的中层、面层涂料有环氧树脂类、聚氨酯类、氟碳类等，本文仅对常用作底漆的富锌涂料进行介绍。
三、钢结构涂层作用机理
钢结构的涂层防护一般选用防腐、防锈类涂料。该类涂料有以下两方面的作用防护作用原理。
（1）缓蚀钝化作用
加入防腐蚀成分这是防腐、防锈类涂料的独有特点。当在成膜物质内加入一定量的被称作“缓蚀剂”的物质时，即使有机膜层不能完全隔离环境、乃至已经有“腐蚀电池”形成，“缓蚀剂”可以有效地阻止、减缓钢基体腐蚀的发生与发展，以达到更好的防护目的。
（2）隔离环境的作用
在钢基体表面，涂料形成完整的有机膜层，将环境介质与钢基体隔离开来，从而消除“腐蚀电池”形成的条件，达到保护钢基体不受腐蚀的目的。这是一种物理作用，其可靠度是有一定限度的。主要是有机膜层不能完全隔离环境，仍有介质能够渗透到钢表面，渗透能力取决于膜体材料、施工工艺等。另一方面，随着时间，膜层隔离环境的作用会减弱，因此，单靠物理隔离作用，往往不能有效地保护钢基体。
四、不同建筑钢结构涂层的特点及适用环境
（1）氯化橡胶涂层
以含氯量达65%的氯化橡胶为主要成膜物质的涂料。通过溶剂挥发干燥成膜，涂膜坚硬、耐候性、保光性和稳定性。
（2）酚醛涂层
酚醛涂层防腐蚀性、耐磨性、耐水性、绝缘性好，但耐老化差，涂膜硬脆，不适合室外用，建筑
上用得较少，主要用于门窗、家具。有酚醛红丹防锈底漆、酚醛锌黄防锈漆、酚醛云铁防锈底漆。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（3）环氧涂层
钢结构环氧涂层有环氧红丹漆、环氧富锌漆、环氧铁红漆、环氧磷酸漆、环氧云铁漆等，不耐紫外线，附着力、耐碱、耐盐水、绝缘性、防腐蚀性好。
（4）氟碳涂层
氟碳漆是由氟碳树脂、颜料、助剂等加工而成，是目前综合性能最优异的涂料之一。由于树脂分子内含有机物中键能最高的C~F键，使得氟碳漆涂料具有许多优异于普通涂料的特殊性能。主要表现在耐候性、耐盐性、耐洗性、不粘附性等方面。其性能指标均数倍优于普通涂料，故氟碳漆有“涂料王”的誉称。氟碳漆科用于各种环境下建筑表面的装饰与保护。氟碳漆特点：高档装饰，超长耐久，不粘尘，有自洁功能；施工温度在5～35℃为宜，相对湿度小于80%。其与传统涂料比较，具有更加出色的耐光、耐侯性；操作更简易，翻新容易，不受建筑物形状的限制。可任由设计者发挥想象力；价格在70～150/m2、150元/kg左右，使用年限20～50年，综合性能优异。
（5）醇酸涂层
醇酸系列漆有醇酸红丹防锈底漆、醇酸铁红防锈底漆、醇酸云铁防锈底漆或中间漆、醇酸磁漆。在一般的钢结构工程中，可以选用防锈能力强，有较好的坚韧性、防水性和附着力的油性红丹防锈漆作为防锈底漆，或环氧漆为面漆。红丹防锈漆的原理是采用处于晶格外层的铅离子与腐蚀初始阶段的铁离子产生离子置换生成难溶物质。红丹在水和氧的存在下与油基漆生成铅皂，其裂解的单羟酸铅、二羟酸铅盐具有缓蚀作用。铅离子与许多腐蚀介质生成如硫酸铅等不溶性盐，铅皂的封闭作用随时问生成致密和结实涂层，具有较好的附着力、光泽性、保色性较好，但耐酸碱及耐水性差，只能用于室内，不能用于室外，其使用年限约3～5年。生产红丹漆需要大量的有色金属铅，虽然价格低廉为8～10元/m2、10元/kg，但为保证工人身体健康，许多科研和制造单位正积极研制替代红丹防锈底漆的漆料。
（6）富锌涂层
钢结构富锌涂层分无机富锌漆和有机富锌漆：有机环氧富锌漆由锌粉、环氧树脂和固化剂配制而成，主要用于钢结构的重防腐涂装体系作长效通用底漆，也可用作镀锌件的防锈漆，其应用的适宜温度为10～35℃，并避免在雨、雾、雪天施工涂刷；无机富锌漆主要以水玻璃为基料，加入锌粉、漂浮剂和固化剂等配制而成，此漆具有与镀锌层相同的阴极保护作用，为可焊漆，其耐候性及耐老化性能良好，可耐450℃的温度，但耐酸碱度差。这种涂料对钢结构表面处理要求较高。一般规定应达到Sa2，5级标准。在低温、高温情况下，该涂料不可施工。它与钢结构表面之间有优异的物理、力学性。漆膜中富含锌，在机械加工及运输和安装过程中漆膜划伤处铁锈不蔓延，在盐水浸渍下划伤，能保持划痕处铁金属的光泽。同时，作为保养底漆，室内或露天均能达到半年以上的防锈效果。切割、焊接加工时烧伤面积小，带漆焊接后，焊接强度不受影响。由于防护效果及可焊性均佳，将其用于钢结构出厂前的防腐底漆涂刷，可保护钢结构在运输过程中不致锈蚀，又不影响工地现场的焊接和安装。富锌涂层价格一般在25～35元/m2、15元/kg，富锌涂层的使用年限约510年。
五、评定涂层防腐性能的方法
目前除广泛采用的常规测试方法，如盐雾验、湿热试验、浸渍试验和耐侯试验外，还采用流电化
学测试、交流阻抗谱法、电化学噪声法、渗透电流法等。下面分别介绍。
（1）氢渗透电流法
氢渗透电流法是由日本大阪府立大学山川宏二教授等人发明，它应用涂层下阴极还原反应产物氢的渗透原理，通过测量氢的渗透量和变化规律，可确定涂层下腐蚀反应过程的难易程度，进而评价涂层耐蚀性和耐剥落性。
（2）交流阻抗谱法
上述直流电化学法测试法是迫使离子以一种向透过漆膜，这样会引起涂层钢板腐蚀加速，而交流阻抗谱法避免了此缺陷，使用交流阻谱法可以得到涂层在不同交流频率下的阻抗和电值，以及涂层下金属界面的信息。从电容值可以量涂层的吸水量，从电阻值可以衡量涂层的防蚀能，由涂层下面金属电化学腐蚀电荷传递电阻可估算金属腐蚀速度，这样可以对腐蚀发生时涂层面金属界面的变化进行比较直观的研究，目前美Rockwell科学中心按照EIS测量法的测试要求，发出了用于涂层钢板常规分析的测量装置，相应建立了一套快捷的、形象直观的、便于使用的涂阻抗快速解析方法。
（3）直流电化学法
涂层钢板防腐蚀性的直流电化学法测试法分电位/时间法、直流电阻法、极化曲线法和极化阻法等。这些方法主要用在实验室研究中，并不宜用来评定涂层钢板的耐蚀等级。其中电位/时法最简单，而Kinsella采用直流电阻法时发现漆并不是均匀的，有D区和I区之分，D区在溶液导率高时电阻越低，这样就容易发生腐蚀；I区溶液电导率高时电阻越高，不容易发生腐蚀，I大多是组成漆膜的基料聚合物的交联点厂。采极化曲线法所测得的结果与实际情况有差别。leidheiser认为I区漆膜无大的缺陷，电解质溶液度高，水透漆膜中的量减少，这样使电阻升高，区膜有毛孔损失，能使电解质溶液通过，这样电质溶液浓度越高，漆膜的电阻越低。
结束语
综上所述，对于钢结构的腐蚀防护技术，涂料防护是采用最多的一种。而阴极保护技术主要是用在水中以及地下的钢结构，而耐侯钢虽然能够提升抗腐蚀性能，可是也不能进行全面的防腐，所以，钢结构的防护也不只是技术的问题，还有一个重要方面是经济因素。一个科学合理的涂装方案能大大提高钢结构防腐涂装质量，延长防腐年限及维修间隔，降低防腐成本。
参考文献：
[1]刘勇.浅析建筑钢结构涂层的应用[J].安徽建筑.2008（4）.79-81.
[2]虞兆年.防腐蚀涂料和涂装[M].北京：化学工业出版社，2002，7.
[3]周煜竣.钢结构防腐配套方案的设计[ J].电镀与涂饰，2007，（9）：17- 19.
[4]洪乃丰.基础设施蚀防护和耐久性问与答[M].化学工业出版社.2003.143-145.
论文作者:江郡
论文发表刊物:《基层建设》2015年19期供稿
论文发表时间:2015/12/28
标签：涂层论文; 钢结构论文; 底漆论文; 防护论文; 涂料论文; 电化学论文; 阴极论文; 《基层建设》2015年19期供稿论文;