水工鋼結構防腐涂料發(fā)展趨勢分析

張萬霞 王和山 王和東 安徽開林新材料股份有限公司 李子榮 安徽科技學院 朱小姣 安徽大學

隨著海洋工程的逐步啟動和實施，水利水電工程鋼結構的防腐問題越來越受到專家、學者和一線工作者的重視。這類工程的主要目的是盡可能減少鋼結構在使用中的腐蝕損失，從而延長其使用性能和使用壽命。通過涂料的色彩和環(huán)境的積極配合，水利工程的象征性和裝飾性特征進一步凸顯。本文總結了水工鋼結構防腐涂料的發(fā)展趨勢，以期對相關工作提供有效的指導和參考。

一、防腐材料概述

一般防腐涂料的防腐原理在于化學、物理和電化學方向。防腐的化學原理是將有害的酸堿物質中和成中性無害物質，保護防腐涂層中的材料免受腐蝕性物質的侵蝕。防銹涂料中常加入一些兩性化合物，如氫氧化鋁、氫氧化鋇、氧化鋅等，它們很容易與酸、堿等有害物質發(fā)生反應，達到防腐效果。防腐的物理原理是通過防腐涂層將被保護材料與外部的腐蝕物質隔開，即通過成膜劑獲得致密的防腐涂層，隔離防腐效果對被保護材料的損傷。如含鉛涂料與油反應后可形成鉛皂，以保證防腐層的致密性；防腐的電化學作用是指在防銹漆中加入一些特殊物質，使水和氧氣通過防銹漆時發(fā)生反應，形成互穿的防腐離子，使混凝土結構、鋼材等金屬表面鈍化，從而防止金屬離子的溶解，達到防腐的目的。

二、水工鋼結構腐蝕環(huán)境分析

水利水電鋼結構包括各種攔污柵、閘門、升船機、啟閉機、清污機、壓力鋼管等，這些統(tǒng)稱為水工鋼結構，水工鋼結構的腐蝕環(huán)境則包括地理位置的結構運行工況和自然條件。其都會對水工金屬結構的腐蝕過程產生直接影響，也是涂裝設計的重要參數和依據。

首先，自然環(huán)境。所謂自然環(huán)境主要包括與金屬腐蝕有關的條件，如氣候、氣象、水溫、氣溫、水質、相對濕度、沉積物濃度、露水、霧和風等。不難發(fā)現(xiàn)，不同的地方、不同的區(qū)域、不同的自然環(huán)境對金屬結構有不同的腐蝕。因此，在油漆設計之前和期間，應該對施工環(huán)境進行有效和清晰的調查。

其中，金屬作為大氣腐蝕中較為常見的電化學腐蝕條件，不存在于大量的電解質溶液中，而是在金屬表面的弱水膜下發(fā)生電化學反應，要么由于水的沉降、濕度的變化要么由于空氣溫度的變化而凝結。在水的凝結和沉淀的影響下，將會加入各種污染物，包括CO2、O2、H2S和其他塵埃。這些污染物將從根本上改善水膜的新導電性，使金屬更快地發(fā)生電化學腐蝕。結合當前水利水電工程的特點，水工鋼結構的大氣腐蝕因素較多，其中最明顯的是大氣相對濕度。當相對濕度超過一定的臨界點時，金屬的腐蝕速率會增加，即腐蝕的臨界相對濕度。常規(guī)分析表明，鋼生銹的臨界相對濕度為75%，這導致鋼在不同環(huán)境中的腐蝕速率增加，具體如下：

其次，空氣中的污染雜質對金屬的大氣腐蝕速率有很大影響。比如0.1%SO2污染的大氣，相對于清潔的大氣，會使鋼的腐蝕速率增加5倍。

目前我國大部分水利水電工程位于西北和西南地區(qū)，空氣相對清潔。但由于水氣規(guī)律和地理位置的影響，或者由于晝夜溫差大，容易發(fā)生凝結。因此，應重視水工鋼結構的防腐性能，選擇涂裝工藝和防腐涂料，確保工程竣工投產后不影響使用壽命。

三、水工鋼結構建筑物防腐蝕措施

選址原則與實驗條件相似，不同的是選址實施時要考慮不同的方法、配套條件和具體的門區(qū)。在系統(tǒng)和科學的實地調查中，選擇了三個不同的實施點。首先，選取某一海水區(qū)域作為研究對象。經測量，本區(qū)水閘的海水水質如下：

（一）去污和除銹表面處理

用清水或高壓水涂抹鋼結構表面的污垢或油污。對于腐蝕嚴重的鋼結構，可以用銹錘敲掉，用特殊合金鏟掉老化的漆層使其變白，然后用空壓機噴砂除銹，達到規(guī)定標準。用高壓空氣機將表面的灰塵吹掉后，用干凈的棉紗清除，對閘門破損生銹的部位進行打磨，打磨標準控制在Sa2.5。

（二）防腐材料涂層

水工鋼結構除銹等級和表面清理達到規(guī)定標準后，環(huán)境溫度在5-38℃低于85%時，方可進行刷涂作業(yè)。鋼結構外表面濕度在85%以上時，不得涂漆，涂漆后4小時應加以保護，不得下雨。按材質要求涂刷，涂刷間隔4h，確保每道涂料干燥衛(wèi)生。

四、對重防腐涂料涂裝的說明

（一）重防腐涂料涂層的作用機理研究

在涂裝技術的發(fā)展過程中，可以知道鋼橋防腐的主流是重防腐涂裝，其防腐涂裝技術和涂裝品種非常相似，都非常接近。涂料品種由環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云母氧化鐵中間漆和聚氨酯或環(huán)氧面漆組成。

（二）水性金屬防腐涂料

就目前的形式而言，溶劑型金屬防腐涂料處于重要地位。基于環(huán)保的要求，水性金屬防腐涂料的發(fā)展非常迅速。對于金屬防腐涂料，主要是解決防火和超厚涂層存在的問題。防腐涂料對成膜材料的要求更高。同時要求樹脂對金屬的腐蝕相對指數也具有代表性。在美國防腐涂料方面，樹脂比例最高的是環(huán)氧樹脂，說明環(huán)氧樹脂具有良好的防腐效果，是可行的。至于環(huán)氧樹脂，它的基本缺點是不能在低溫下固化，所以不能在低溫下應用。聚氨酯樹脂可以在低溫下固化，具有綜合性能，因此在這種情況下具有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

五、水工鋼結構建筑物防腐蝕材料發(fā)展

（一）水性無機富鋅涂料

目前用于防腐領域的富鋅涂料包括溶劑型無機新涂料、溶劑型環(huán)氧富鋅涂料和水性無機富鋅涂料。從以上廣泛使用的富鋅涂層分析，目前的技術比較成熟，原理是涂膜成膜后形成相應的保護，即涂膜在水蒸氣下轉化為原電池，鋅在原電池中具有負電位，從而釋放電子犧牲陽極。與鋅相比，鐵電極的電位更高，從而接收電子成為陰極，得到有效保護。

（二）水性聚氨酯涂料

聚氨酯涂層是指成膜后，漆膜含有一定量的聚氨酯涂層。早期的聚氨酯涂料油性大，產品多，用途廣，在涂料產品的低位很重要。目前，市場上應用于水工鋼結構防腐領域的涂料是氟碳聚氨酯涂料。

（三）其他防腐涂料

在鋼結構防腐領域，仍有許多相對重要的水性涂料正在開發(fā)或使用，如水性氟碳涂料、水性丙烯涂料等。由于產品在使用過程中有很大的局限性，需要改進和完善。

六、結束語

在復雜的防腐工業(yè)污水、廢水和海水的環(huán)境影響下，選擇合適的水工建筑物防腐處理材料至關重要。國內海水水利工程比較多。通過分析研究不難發(fā)現(xiàn)，只有積極探索適合中小型水利工程的施工工藝和防腐材料，才能創(chuàng)造更大的經濟效益和社會效益。