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1、锌铝伪合金、金属铝和无机富锌涂装体系锌铝伪合金、金属铝和无机富锌涂装体系 2011-02-05 19:09:48| 分类： 默认分类 | 标签： |字号大中小 订阅 摘要 我国已连续 7 年钢产量居世界之首，因此我国各项建设必然会纠正以前用混凝土代替钢材的局面。广泛地、正确地推广使用钢结构，必然会引起对钢结构防腐蚀的迫切关注。如何选用长效防腐蚀系统成为至关重要问题。现在在现有的典型防腐蚀系统的基础上发展出效果更好的喷“锌铝伪合金”底层的长效防腐蚀系统，故本文对这三个系统对比研究。关键词 钢结构 长效防腐蚀 锌铝伪合金 电弧喷涂0 前言我国已连续 7 年钢产量居世界之首，产钢量较世界上美、日、俄
2、、德 4 个产钢发达国家的总和还要多。2007 年，我国人均钢产量为 376 kg/人年，而世界人均钢产量为 206 kg/人年，中国接近世界人均水平的两倍，因此我国各项建设必然会纠正以前用混凝土代替钢材的局面。我国本来是一个地震多发的国家，在一切需要抗震防灾的地区首先应该选用钢结构，而克服选用钢结构的障碍，首先是推广长效防腐蚀的方法，同时应进行全寿命成本的核算，而不光看初投资（初投资在使用混凝土时相对比较省）。广泛地、正确地推广使用钢结构，必然会引起对钢结构防腐蚀的迫切关注。桥梁钢结构防腐蚀系统选择不当的例子，如上海某横跨黄浦江的新建大桥，七年后检查，钢箱梁下表面已露出红锈，即腐蚀介质穿过整
3、个防腐蚀系统而被侵蚀到钢铁基层，其原因是建设单位为采用桥梁应有的长效防腐蚀系统，而选用了船舶上层建筑的系统（船舶上层建筑一般允许一年加涂面漆一次，5 年拷铲出白）。铁路钢桥在 2004 年的部标准内提出了 7 种保护系统，其中第 2 项是采用喷铝作底层的系统，第 7项就是特制环氧富锌底漆加氟碳面漆的系统，现在在这些系统的基础上发展出效果更好的喷“锌铝伪合金”底层的长效防腐蚀系统，故本文对这三个系统对比研究。钢箱梁的外表面其腐蚀环境与钢桁梁桥、钢板梁桥的构件的腐蚀条件叫相似，故将其作为典型构件进行详细对比研究。1 三种典型涂装体系表 1 钢箱梁外表面等场合常用的 3 种长效防腐蚀体系比较涂装用料
4、重防腐铝涂层锌铝伪合金喷砂Sa2.5Sa3.0 Rz35100Sa2.5 Rz3575底层富锌涂料80m铝180m锌铝伪合金 50/50120m环氧封孔30m20m环氧云铁100m80m80m聚氨酯或氟碳面漆60m60m60m价格130 元/m2210 元/m2180 元/m22 三种典型涂装体系的差异性比较从表 1 可知，三种体系的比较，其差异性主要表现为涂料基层部分。涂装体系的不同对钢结构表面二次喷砂处理相应有了不同的质量标准的要求。表 2 钢箱梁外表面等场合常用的 3 种长效保护系统的表面处理特点体系清洁度粗糙度涂料体系Sa22.5无特殊要求金属铝体系Sa3.0Rz40100锌铝伪合金体
5、系Sa2.5Rz3575由此而产生的对喷砂用的磨料的等级要求，成本会相应变化，喷砂工作在国际上要达到 Sa3.0 的标准，在船厂内也很难实现。其次，锌铝伪合金涂层（膜）防腐体系为电化学防护和化学遮断防护体系的结合，与涂锌体系和涂铝体系做比较有着很大的差异性。具体表现为，摄取了锌涂层和铝涂层的两个长处，扬弃了锌涂层和铝涂层的短处。锌涂层的长处为电化学保护性能，即阴极保护性能较好。其短处为锌涂层的腐蚀速率较快，形成氧化锌及氯化锌较快、流失较快，从而使用年限较短。因此，通常设计 30 年时间的涂层需要近 300m 的厚度。同时，在施工雾化过程中会形成大量的 ZnO，对人体及环境带来直接的伤害。原材料
6、成本就相对较高。表 3 钢箱梁外表面等场合常用的 3 种长效保护系统的硬度、比重、电位和结合强度等指标重防腐体系（富锌）喷纯铝喷涂锌铝伪合金（50/50）参考标准GB/T18178TB/T1527Q/YQEO1-2005涂层硬度（HV）41.238.5涂层比重（g/cm3）2.74.136腐蚀电位（V）-1.16-1. 30结合强度610Mpa 以上10Mpa 以上10Mpa 以上铝涂层的长处为电化学保护性能较好，具有长效的防腐性能，但与锌铝涂层比较，阴性保护性能就相应差些。铝涂层的施工缺点为,表面处理铝材的硬度较大，对基材纯净度要求高，并且对粗糙度要求更高。同时，因涂层相对硬，使空隙率较大。
7、同样涂层在经过盐雾 500 小时的状态下，铝涂层与钢铁结合部处会有锈蚀发生。其次，铝涂层的附着力不如锌涂层高。锌铝伪合金涂层充分取用了两者的长处，即阴极保护性能的优点和长效保护之利点。实验证明，当锌与铝的质量比为 70对 30时，其涂层的防腐性能为最佳。其次，锌铝伪合金涂层为组合式整体防护膜的层状结构。其主要是经过二次雾化的专利技术，使涂层结构表现成最内层相对铝含量低些，使涂膜的结合性得到优化。外层相对铝含量，特别是氧化铝含量高些，从而形成铝微粒之间构成网状硬构架，不但能阻止锌的腐蚀生成物的流失，同时锌的氧化物会把铝层小孔堵住。铝氧化形成的三氧化二铝其涂层非常致密，使外面的氯氧介质相对减少，锌
8、铝腐蚀就下降了。再有，因使用了具有自主知识产权的大功率二次雾化技术，大大提高了涂膜的密度，减小了涂层的空隙率。3 三种典型涂膜在盐雾试验环境下的不同结果盐雾腐蚀试验是一种评价整个涂装体系综合防护性能的传统手段，对于单独的富锌涂层而言，使用其试验结果却要慎重，因为有时会导致错误结论。仅管如此，该加速腐蚀试验结果仍能反映某些问题，具有一定参考价值。表 4 示出了不同富锌涂层经中性盐雾加速腐蚀试验后的外观变化结果。表 4 不同富锌涂层经中性盐雾试验后外观变化（平均膜厚在 100m） 周期IC531GZH203L-WFZ-11d少量的白锈，面积约占5%较密集白锈，面积约占80%无明显变化无明显变化2d
9、白锈，面积约占 10%较密集白锈，面积约占80%少量白锈无明显变化4d白锈加重，面积约占20%白锈加重，面积约占 80%出现红锈，呈斑点状无明显变化8d白锈加重，面积约占20%白锈加重，面积约占 80%锈蚀加重无明显变化16d局部出现红锈白锈加重，锈层加厚锈蚀加重，约占25%出现少许红锈注：16 天相当于 384 小时。 日本三浦博文等对电弧喷锌、铝、锌铝合金层的试样标明，80m 厚锌涂层，700 小时出现点锈，其后点锈增多；80m 厚铝涂层在 140 小时出现点锈，其后点锈增多；而同厚度的锌铝合金涂层在同样时间下涂层表面颜色变黑，无红锈出现。704 研究所的试验经过 2000 小时试验得出了
10、同样的结论。涂层的质量的变化规律是时间增加，锌涂层减少较大，铝涂层减少量较小，而锌铝合金涂层减少量最低，此规律在一定时间内无变化。根据国外的测试报告分析，锌铝伪合金的涂层寿命是镀锌层的 5 倍；镀铝层的 3 倍；富锌涂层的 8倍。电弧喷涂锌铝伪合金曾经历 16000 小时（相当于使用 80 年）的盐雾试验检查无生锈迹象，可见它的经济效益和社会效益的贡献之深远意义。图 1 16000h 盐雾加速腐蚀试验对比图4 三种涂装体系的综合比较4.1 三种典型防腐技术的综合比较表 5 三种典型防腐技术的比较项目富锌涂装喷铝涂层长效防腐电弧喷涂锌铝伪合金长效防腐涂装方案富锌 1 道 80m；环氧云铁漆 2道
11、 240m；丙烯酸聚氨酯面漆 2 道250m热喷铝涂层 180m；环氧云铁漆2 道 240m；丙烯酸聚氨酯面漆 2 道250m电弧喷锌铝伪合金 120m；环氧云铁漆 2 道 240m；丙烯酸聚氨酯面漆 2 道240m防腐寿命15 年以下30 年以上50 年以上涂层特点防腐寿命短、需要定期涂装维修；水性涂料施工条件苛刻；安装时涂层易被损伤；涂层结合力低；涂装体系易老化、粉化铝涂层与钢铁直接接触，起阴极保护作用，防腐寿命长；涂层结合力高；现场焊缝质量高，可以保证与平面同等防腐效果 锌铝涂层与钢铁直接接触，克服锌粉靠粘接剂的间接接触，阴极保护合理，防腐寿命长；涂层结合力高达 10MPa 以上；现场焊
12、缝质量高，可以保证与平面同等防腐效果。失效形式富锌层被氧化消耗，树脂涂层老化、粉化、鼓泡、剥落，且一旦破损直接被腐蚀表面涂料层即使出现破损、鼓泡、剥落，其涂层仍起保护作用，直至铝涂层铝离子腐蚀消耗完，才腐蚀钢铁。表面涂料层即使出现破损、鼓泡、剥落，其涂层仍起保护作用，直至锌铝伪合金涂层金属阳离子、锌铝腐蚀消耗完，才腐蚀钢铁。维护涂层极限寿命 15 年，每 35 年需要维修一次面漆，每个 15 年需喷砂去除全部涂层后再重新刷涂。维修难度高，维修费用高昂，维修效果差30 年内铝伪合金涂层有效无需维护，30 年间仅需除去铝伪合金涂层表面已经老化的涂料层，每 15 年重新刷涂防腐面漆，无需喷砂除锈和涂
13、防腐底漆。50 年内锌铝伪合金涂层有效无需维护，每 15 年重新刷涂防腐面漆，无需喷砂除锈和涂防腐底漆，减少二次污染。表面处理要求喷砂除锈达 Sa2.5 级，施工比较麻烦，受温度和湿度影响大，涂料易沉淀，涂层质量不易控制。喷砂除锈达 Sa3.0 级、Rz 35110；铝涂层不宜太厚，因为过厚的铝涂层容易出现坑蚀和起泡现象，降低涂层的保护效果。喷砂除锈要求 Sa2.5 级、Rz 3575；全部采用机械施工，质量易控制4.2 从性价比方面4.2.1 按照相同的防腐蚀年限要求作比较以 50 年防腐要求为参数，通过各种典型防腐体系的对比，笔者总和成下表（以单位面积计算）：元/m2（见表 6，图 2）以
14、单位喷涂面积为计算基准(m2)：表 6 钢箱梁外表面用的 3 种防腐蚀体系在 50 年寿命期的费用比较富锌底漆聚氨酯涂料面漆喷铝涂层聚氨酯涂料面漆锌铝伪合金防腐聚氨酯涂料面漆项目建设初期重防腐涂装工厂施工连同铝涂层工厂施工（膜厚锌铝伪合金工厂施工（膜聚氨酯涂料面漆共 4 道油漆200m）表面涂装聚氨酯涂料面漆（膜厚 80m）厚 120m）表面涂装聚氨酯涂料面漆（膜厚 80m）防腐费用13021018050 年间每 10 年重新涂装 1 次，共 5 次（必须喷砂除锈、拷白处理）30 年内铝涂层有效无需维护，每 15 年只需重涂面漆，30年后涂层失效，需重新喷砂除锈，热喷涂纯铝50 年内锌铝伪合金
15、涂层有效无需维护，每 15 年只需重涂面漆，无需喷砂除锈涂装维护费用1305=450302+210=270303=90现场临时设施搭建、人工费、机械损耗费等50 年间综合费用305=150303=90303=9050 年间费用合计930570360图 2 三种典型防腐技术 50 年间的合计费用4.2.2 锌铝伪合金与其他典型防腐技术的测试分析锌铝伪合金取用国外的测试报告分析，其涂层寿命是： 富锌涂层的 8 倍（即富锌涂层 810 年使用年限，锌铝伪合金为近 80 年） 涂铝层的 3 倍（即涂铝层 25 年使用年限，锌铝伪合金为近 80 年） 涂锌层的 5 倍（即涂锌层 15 年使用年限，锌铝伪
16、合金为近 80 年）图 3 三种典型防腐技术的使用4.2.3 中长期的现场试验结果赖国伟7等对钢铁基底热喷涂锌、铝及锌铝伪合金复合有机涂层封闭防护体系在厦门海域进行了实海试验。在飞溅区挂片 8 年后，锌铝伪合金涂层几乎没有变化，而铝涂层有局部脱落，锌涂层有密布的锈点。同样，在潮差区和全浸区，锌铝伪合金涂层的腐蚀面积小于铝涂层及锌涂层。试验证明锌铝伪合金涂层在海洋环境条件下的耐蚀性优于铝涂层及锌涂层。4.2.4 从节能，环境污染角度来分析随着科学技术不断的提高，随着人们对产品质量的不断要求，随着高科技的设备不断在企业中产生应用，随着人们环境意识的提高，环保部门的严格要求，治理扬尘污染及噪声环境已是刻不容缓。喷涂锌铝伪合金长效防腐体系由于不需要制成合金丝或粉末状喷涂空心丝，因而能够节能并大大减少了对环境的多次环境污染。5 结论无论是通过对各种典型的防腐技术的性能、施工工艺、性价比以及从环境的角度来分析比较，都充分、有力地说明了锌铝伪合金涂层（50/50）长效防腐
