钢结构百年防腐技术--喷涂聚脲弹性体技术

喷涂聚脲弹性体防水防腐材料的优越性：

1. 反应活性高、固化速度快：垂直面、顶面及任意曲面可连续喷涂，不流挂。聚脲弹性体不需催化剂。5秒钟凝胶，1分钟即可达到步行强度

2．对温度、湿度不敏感：施工时受环境温度、湿度影响小。喷涂聚脲弹性体时，地材在-40℃的低温、高环境湿度时可施工，甚至可在水面和冰面固化。

3、 双组分，100%固含量：不含任何挥发性有机物（VOC），对环境友好，在施工和使用中，均无毒、无污染，被誉为“绿色材料、绿色技术”。 固含量是乳液或涂料在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数。100%固体含量是指涂料不用任何溶剂溶解、携走或减少任何涂料树脂，换句话说，就是树脂正常情况下仍为液体状态，涂敷后100%转换成固体涂层。

4．优异的物理性能：如高抗冲磨性能、高抗拉强度、超耐碾压性能、高伸长率、柔韧性、耐撕裂、耐磨性、耐老化、抗冲击强度、抗阴极剥离、绝缘强度等。另外还有优异的低温韧性。硬度可从软橡皮（邵A30）到硬弹性体（邵D75）之间变化。它即有塑料的高强度，又有橡胶的高弹性。粘接力优异，对钢、铝、钢筋水泥、木材、玻璃钢、聚氨酯泡沫等金属、非金属底材均有极强附着力。

5. 优异的耐化学腐蚀性:可耐大部份腐蚀介质（酸、碱、盐和海水的长期浸泡），特别是长期在高温浓碱（NaOH 30%，温度 90℃）状态下，聚脲物化性能不会发生质的改变，是优秀的重防腐材料。

6． 耐低温、高温稳定性好：聚脲弹性体涂层，可在-45℃～150℃下长期使用。

7、耐候性，耐老化性好:脂肪族聚脲不受紫外线侵蚀，不易变黄。

芳香族聚脲虽泛黄，但无粉化和开裂，耐冷热冲击及风雨霜雪的交变冲击。户外使用可达30

-50年。

8．优异的装饰性：可加入各种颜色、染料，任意调制成不同颜色的制品。涂层表面光滑、致密、连续无接缝。调节工艺参数，亦可得到橘皮状表面。

9．施工效率高：使用成套设备，既可喷涂，也可浇注，施工方便，效率高。一次施工的厚度范围可以从数百微米到数厘米，克服了以往多次施工的弊病；将材料保护和喷涂技术有机地结合起来，大大提高工程的质量和进度；

施工速度快，一台设备需3～4人操作，每天可施工1000平方米以上，是传统工艺的15～20倍，最大限度地减少了天气对施工进度的影响。

钢结构喷涂聚脲防腐蚀施工应用技术

1引言

钢结构以其独特的优越性广泛应用在建筑工程领域，特别是高层、超高层、轻型钢结构、大跨度空间结构等，主要优点是施工速度快、节能环保、综合技术经济指标佳、建筑造型美观、抗震性能好等。

预计到 2017年，全国建筑钢结构的用钢量将达到钢材总量的 7％。在建筑钢材方面的目标是高层建筑钢结构用厚板、冷弯型钢用高强度低合金钢、镀铝锌薄板等全部国产；建筑钢材性能稳定性较高；建筑型材规格齐全，建筑用高强度低合金钢品种增加，可以供应耐候钢、耐火钢、低屈强比钢等。

尽管钢结构有许多优点，但在应用中也遇到了一些问题，主要是钢结构的防腐问题。

2 现阶段钢结构迅速发展的原因

2.1 钢结构发展的市场需要

随着国外的钢结构新技术、新产品不断地被引进和应用，人们对钢结构旧的观念逐渐转变。以单层工业厂房为例，采用轻钢结构体系的工程总造价低于钢筋混凝土结构或砖混结构体系，且工期缩短 50％以上，目前在经济发达地区新建工业厂房已基本采用钢结构取代钢筋混凝土结构或砖混结构。随着人们对钢结构认识的加深和观念的转变，钢结构的市场需求会越来越大，从而极大地推动钢结构的发展。

住宅钢结构体系产业化极具潜力，是今后推广应用的一个重要领域。

2.2 钢结构发展的政策

我国经历了从“节约钢材”到“合理使用钢材”，从“限制使用钢结构”到“大力发展钢结构”的政策转变。建设部在修订我国“建筑业推广应用 10 项新技术”中，首次列入了钢结构新技术，充分说明我国钢结构发展已经具备了非常好的大环境。

2.3 钢结构发展的物质基础

改革开放以来，我国的钢铁工业持续快速发展，钢产量从 1978 年的 3 178 万 t 增加到 2014年的 11.26 亿t，成为世界钢铁大国，钢材市场已从过去的卖方市场转变成买方市场，这为大力推广应用钢结构创造了坚实的物质基础。

2.4 钢结构建筑本身具有的优势

⑴延性好、塑性变形能力强、具有优良的抗震性能，能够大大提高建筑物的安全可靠性。

⑵与传统建筑相比，能更好地满足建筑上大开间、灵活分隔的要求，并可以通过减少柱的截面面积和使用轻质墙板来提高使用面积。

⑶构件易于标准化，实现建筑技术集成化、产业化，有利于降低成本。施工工业化，现场湿作业少，符合环保建筑施工要求。

⑷施工周期短，与传统施工期相比，可以缩短 1/3左右，可大大提高投资效益，加快资金周转。

⑸自重轻，约为混凝土结构质量的 1/2，可以大大减少基础造价。

⑹钢结构材料可回收，符合可持续发展的要求。

3 钢结构防腐蚀常用方法

3.1 耐候钢

改变金属结构的组织，在钢材冶炼过程中增加铜、铬和镍等合金元素，使金属表面形成保护层，以提高耐腐蚀性能。

3.2 阴极保护法

在钢结构表面附加较活泼的金属避免钢材的腐蚀，常用于水下或地下结构。

3.3 热浸锌

热浸锌是将除锈后的钢构件浸入 600 ℃左右高温融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，从而起到防腐蚀的作用。这种方法的优点是耐久年限长，生产工业化程度高，质量稳定。因而被大量用于受大气腐蚀较严重且不易维修的室外钢结构中。

3.4 热喷铝（锌）复合涂层

热喷铝（锌）复合涂层是一种与热浸锌防腐蚀效果相当的长效防腐蚀方法。具体做法是先对钢构件表面作喷砂除锈，使其表面露出金属光泽并打毛。再用乙炔氧焰将不断送出的铝（锌）丝融化，并用压缩空气吹附到钢构件表面，以形成蜂窝状的铝（锌）喷层（厚度 80~100 μm）。最后用环氧或氯丁橡胶涂料填充毛细孔，以形成复合涂层。这种工艺的优点是对构件尺寸的适应性强，构件形状尺寸几乎不受限制，如葛洲坝的船闸都是用这种方法施工的。另一个优点则是这种工艺的热影响是局部的，受约束的，因而不会产生热变形。与热浸锌相比，这种方法的工业化程度较低，喷砂喷铝（锌）的劳动强度大，质量也易受操作者水平的影响。

3.5 防腐蚀涂料

防腐蚀涂料的防腐蚀性近年来有了极大的提高，得益于一批新型防腐材料的应用与推广。其中，被誉为二十一世纪“万能涂装新技术”的聚脲及其配套防腐体系是目前市场上最先进，最便捷耐用的防腐新工艺。

聚脲弹性体涂料具有以下特点：

(1) 涂料不含催化剂，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型，无流挂现象，5秒

凝胶，1分钟即可达到步行强度。

(2) 涂料对水分、湿气不敏感，施工时不受环境温度、湿度的影响（可在-10℃下施工；可在冰

面上喷涂固化）。

(3) 双组份涂料，100%固含量，不含任何挥发性有机物(VOC)，对环境友好。

(4) 具有优异的理化性能，如抗拉强度、伸长率、柔韧性、耐磨性、耐老化、防腐蚀等。

(5) 具有良好的热稳定性，可在120℃下长期使用，可承受150℃的短时热作用。

(6) 原形再现性好，涂层连续、致密，无接缝，无针孔，美观实用耐久。

(7) 使用成套设备施工，效率极高；一次施工即可达到设计厚度要求，设备配有多种切换模式，

既可喷涂，也可浇佳。并可通过施工工艺控制接达到防滑效果。

(8) 具有良好的粘结力，可在钢材、木材、混凝土等底材上喷涂成型。

在以上这 5 种防腐方法中，建筑工程最常用的是防腐蚀涂料涂装的方法，这种方法价格低廉、选择范围广、具有很强的市场适用性。

4 防腐蚀涂料的防腐原理

4.1 屏蔽作用

防腐的物理原理就是以防腐涂层将被保护材料与外界的腐蚀介质隔离开，获得致密的防腐涂层，来隔离腐蚀性物质对被保护材料的伤害，即所谓的屏蔽作用。涂膜阻止腐蚀介质和材料表面接触，隔断腐蚀的通路。

例如聚脲喷涂成膜后就能形成致密的有效隔离层，来保护和延长钢结构厂房的使用寿命。

一般经过聚脲防腐处理的厂房，使用寿命普遍能延长10-30年。

4.2 缓蚀作用

防腐的化学原理就是将有害的酸碱物质中和为中性的无害物质，来保护防腐涂层内的材料不受腐蚀性物质的侵害。防锈涂料中有一种转锈剂，材料中间添加了一些两性化合物。而所谓的缓蚀作用，即某些颜料或其与成膜物或水分的反应产物，对底材金属可起缓蚀作用（包括钝化）。

4.3 电化学作用

防腐的电化学作用是指在防锈涂料中添加一些特殊的物质，这样在水分和氧气通过防锈涂料时会发生反应而形成防腐离子，使钢铁等金属的表面钝化，从而阻止了金属离子的溶出，达到防腐的目的。漆膜的电极电位较金属底材低，在腐蚀电池中它作为阳极而“牺牲”，从而使金属底材（阴极）得到保护。这种特殊物质中最常见的就是铬酸盐。

5 影响防腐蚀涂料的主要因素

5.1 涂料成膜物质的影响

防腐蚀涂料的成膜物质在腐蚀介质中具有化学稳定性，其性能与成膜物质的组成和化学结构有关。主要是看它在干膜条件下是否易与腐蚀介质发生反应或在介质中分解成小分子。

⑴无论从防止电化学腐蚀还是从单纯的隔离作用考虑，防腐蚀涂料的屏蔽作用都很重要，而涂膜的屏蔽性取决于其成膜物的结构气孔和涂层针孔。

⑵水、氧和离子对涂膜的透过速率是不同的。水的透过速率远远大于离子的。氧的透过速率比较复杂，与温度的关系很大。水和氧透过涂膜后可在金属表面形成腐蚀电池。离子透过涂膜较少，可不考虑它们对金属底材的直接作用，但会增加涂膜的导电率。

⑶当成膜物结构中分子有较多的官能团时，涂膜的结构气孔少，并且在成膜过程中能彼此反应，形成交联密度高的网状立体结构，从而增强涂料的防腐蚀性。

⑷涂膜的物理机械性能在很大程度上影响到防腐蚀涂料的防腐效果。它们与成膜物的相对分子质量、链节、侧基团等有关。

5.2 颜填料的影响

在涂料中着色颜料起着色作用，体质颜料用来调节涂膜的机械性能或涂料的流动性；防腐蚀涂料，除上述 2 种颜料外，还加有以防腐蚀为目的的颜料：一类是利用其化学性能抑制金属腐蚀的防锈颜料；另一类是片状颜料，通过物理作用提高涂层的屏蔽性。

5.2.1防锈颜料

防锈颜料又可分为碱性颜料、可溶性颜料和金属粉末颜料 3 种。

⑴碱性颜料。

碱性颜料与油性成膜物反应可生成金属皂，如红丹、一氧化二铅、氰氨化铅、碱式铬酸铅、铅酸钙和碱式硫酸铅等。金属皂与水接触后，其分解物可起到缓蚀作用。另外，生成金属皂的涂膜提高了对环境的屏蔽作用。碱性颜料使涂膜和金属的界面保持微碱性，也起到防蚀作用，可使金属表面钝化，从而起到防蚀作用。

⑵可溶性颜料。

通常为铬酸盐颜料。这些颜料与水分接触后溶解出具有强氧化性的铬酸根离子。

⑶金属粉末颜料。

广泛使用的金属粉末颜料是锌粉。富锌涂料干燥后的涂层主要由锌粉组成。在锌粉颗粒之间以及底材和锌粉之间保持直接接触。当水分浸入涂层时，就形成了由锌粉和底材钢板组成的电池。电流从锌向铁流动，从而使底材受到阴极保护。此外，锌的腐蚀产物附积在锌粉间和钢铁表面上，使涂层的屏蔽作用得到了加强。

5.2.2片状颜料

片状颜料在涂层中能屏蔽水、氧和离子等腐蚀因子透过，切断涂层中的毛细孔。互相平行交叠的鳞片在涂层中起迷宫效应，延长腐蚀介质渗入的途径，从而提高涂层的防腐蚀能力。主要的片状颜料有云母粉、铝粉、云母氧化铁、玻璃鳞片、不锈钢鳞片等。

6 防腐蚀涂料的技术指标

涂料的技术性能指标主要有以下 3 类。

⑴液态涂料的技术指标：固体含量、细度、黏度、遮盖力、单位面积使用量等。

⑵涂膜的物理机械性能指标：附着力、柔韧性、硬度、涂膜厚度、光泽、耐磨性等，还有涂膜的耐光性、耐热性以及电绝缘性等。

⑶涂膜的耐腐蚀介质指标：耐酸碱盐的性能、耐水性、耐石油制品和化学品、耐湿热性、耐盐雾性能等。

上述涂料的各项技术指标从不同的方面说明了涂料产品的特点。比如固体含量、遮盖力等指标重点表明涂料的经济性；附着力、柔韧性等指标表明涂料产品的基本性能；而耐介质性能指标则说明涂料的防腐蚀性能水平。同时，一个涂料产品的某些技术指标是相互一致的，而另一些则是相互矛盾的，比如，固体含量越高其黏度越大，涂层厚度越大其耐介质性能越好，硬度越高耐磨性越好等；矛盾的比如柔韧性越好则其硬度可能会下降，涂层越厚其柔韧性下降等。因此，涂料的技术指标在某种程度上代表了诸多矛盾的平衡点，苛求其全面而完美是不现实的。

7 防腐蚀涂料的选择与施工

7.1 涂料品种的选择防腐蚀涂料品种繁多，其性能和用途各有不同，正确选用对涂层的防蚀效果和使用寿命至关重要。选用时应考虑：

⑴被涂物体表面材料性质。如黑色金属可选择铁红、红丹底漆，而红丹底漆对铝等有色金属不仅不起保护作用，反而起破坏作用。

⑵被涂物体的使用环境。防腐蚀涂料对环境的针对性很强，要根据具体使用环境，如介质的类型、浓度、温度、设备运转情况等因素来选用最适宜的涂料品种。

⑶施工条件。应根据施工现场实际状况选择适宜的涂料品种。如在通风条件差的现场施工宜采用无溶剂或高固体分或水性防腐蚀涂料。在不具备烘烤干燥条件的现场只能选用自干型涂料。

⑷技术、经济综合效果。不仅要考虑技术性能是否优异，还要考虑经济的合理性。在进行经济核算时要综合考虑材料费用、表面处理费用、施工费用、涂层性能及使用寿命、维修费用等。

7.2 防腐蚀涂料的施工原则

涂料施工质量的好坏对涂层的性能影响极大。在实际涂装过程中由于施工方法不当而达不到预期防蚀效果的例子很多。特别是许多性能优异的防腐蚀涂料对施工方法极为敏感，只有严格按照其各自的施工条件进行施工才可形成正常的涂层，达到预期的防蚀保护效果。

⑴底材必须进行严格的表面处理。钢铁基材必须经除锈、除油处理，磷化处理则可根据具体情况而定。

⑵要保证必要的涂层厚度。防腐蚀涂层厚度必须超过其临界厚度才能发挥保护作用，一般为 150 ~200 μm。

⑶控制涂装现场的温度、湿度等环境因素。室内涂装温度应控制在 20~25 ℃；相对湿度视涂料品种而异，一般以 65%左右为宜。在室外施工时应无风沙、细雨，温度不低于 5 ℃，相对湿度不高于 85%。以避免在未完全固化的涂层上结霜、降露、雨和降落沙尘等。

⑷控制涂装间隔时间。如底漆涂装后放置过久才涂面漆，将难以附着而影响整体防护效果。

⑸此外，还必须加强对施工人员的培训和施工质量的管理。要求施工人员了解涂料的性质、用法、施工要点和技术要求。管理人员要加强质量监控，保证每道工序都符合技术要求，以便最终得到性能优异的防腐蚀涂层。还要加强劳动安全防护，注意溶剂挥发，加强通风，以免中毒。

8 钢结构防腐涂料的施工工艺

8.1 基层处理

基层处理的目的是清除构件表面的毛刺、铁锈、油污及其它附着物，使构件表面露出金属光泽；基层处理越彻底，附着效果越好。基层处理的方式有手工机械处理、化学处理、机械喷射处理等，具体的基材处理方法见表 1。

8.2 涂层施工（以聚脲涂层防护为例）

⑴涂层结构的形式有 2 种：

①转锈底漆-聚脲防护层-面漆；

②转锈底漆-脂肪族聚脲面漆；

其中底漆主要起附着和防、转锈作用；面漆主要起防腐蚀和防老化作用；中间防腐涂层的作用介于底、面漆之间，并能增加涂膜厚度。它们只有配套使用才能发挥最佳的作用，取得最佳效果。

⑵合理的涂覆方式，对保证涂装质量、施工进度、节约材料和降低成本有很大的作用，常用的涂覆方式有手工刷涂法、手工辊涂法、浸涂法、空气喷涂法和无气喷涂法等。

8.3 质量控制

⑴涂层法施工的第一步是底材除锈。优质的涂层依赖于彻底的除锈。所以质量要求高的涂层一般多用喷砂喷丸除锈，露出金属的光泽，除去所有的锈迹和油污。

现场施工的涂层可用手工喷涂或滚刷转锈剂来除锈。涂层的选择要考虑周围的环境，不同的涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受性。

⑵涂层一般有底漆（层）和面漆（层）之分。底漆含粉料多、基料少，成膜粗糙，与钢材黏附力强，与面漆结合性好。面漆则基料多，成膜有光泽，能保护底漆不受大气腐蚀，并能抗风化。

⑶不同的涂料之间有相容与否的问题，前后选用不同涂料时要注意它们的相容性。

⑷涂层的施工要有适当的温度（5～38 ℃）和湿度（相对湿度不大于85%）。涂层的施工环境粉尘要少，构件表面不能有结露。涂装后 4 h 之内不得淋雨。⑸涂层一般涂刷 4～5 遍。干膜总厚度室外工程为150μm，室内工程为 125 μm，允许偏差为 25 μm。在海边或海上强烈腐蚀性的大气中，干膜总厚度可为200～220 μm。

9 结语

建筑用钢结构在空气或潮湿的环境中易于锈蚀，钢材表面的铁原子在空气中被氧化成质地疏松的铁锈，特别是当空气中含有酸碱盐类的介质时情况就更为严重。腐蚀不仅使钢材表面产生不均匀的锈蚀，而且局部的锈蚀引起应力集中，促使钢结构提前破坏，尤其是在反复冲击的荷载作用下，更促进疲劳强度降低，出现脆性断裂。钢材的腐蚀危害建筑物的安全，并造成巨大的损失，因此只有在其使用的同时，对其进行有效的防腐维护，才能确保钢结构的长久寿命。