典型的钢结构防腐涂层介绍与分析
一、钢结构防腐涂层介绍与分析
1、热喷涂锌铝及其合金防腐涂料
热喷涂技术早在1910年就已经形成，国外在三十年代开始广泛采用此技术来防护钢铁构件的大气腐蚀及特殊要求的处理，我国在五十年代引进了热喷涂技术，并将其应用在大型钢铁构筑物的防腐。热喷涂锌铝及其合金防腐涂料主要用于大气和水腐蚀环境中，使用寿命20-30年。金属锌和铝均具有很好的耐大气腐蚀特性。在钢铁构件上喷涂锌，锌是负电位和钢形成牺牲阳极保护作用，从而使钢铁基体得到了保护。目前大气防护金属喷涂层更多地倾向于喷涂铝涂层。一般热喷涂锌铝及其合金防腐涂料的前处理要求很高，喷砂除锈到Sa3级标准，很难达到。而且，原料Zn和铝的纯度要求很高（Zn要求99.99％，Al要求99.5％），否则将大大缩短使用热喷涂涂层的防腐寿命。热喷涂锌铝及其合金防腐涂料还需要外封闭层，主要采用环氧树脂涂料和聚氨酯涂料。由于此类防腐涂料成本很高，国内应用不多。代替的方法之一就是采用性能好而价格便宜的环氧富锌涂层。
金属喷涂防护涂层有如下特点：
1) 涂层与基体结合牢固，涂层寿命长，长期经济效益好；
2) 工艺灵活，适用于重要的大型及难于维护的钢铁结构的长效防护，且可现场施工；
3) 涂层经封闭及涂装处理，可大大延长涂层的使用寿命，从理论和实际应用的效果来看，热喷锌或喷铝的涂层是涂装的最好底层。二者结合起来即形成金属喷涂层与涂装涂层的复合涂层。此复合涂层的防护寿命较金属喷涂层和涂料防护层二者寿命之和还要长，常为单一涂料防护层防护寿命的数倍；
4) 施工工艺要求严格，表面处理必须达到Sa3级，要求有专业熟练操作工人。工程施工周期较长。
2、富锌底漆
重防腐长效涂料系统中，多采用无机或有机富锌涂料作底漆。因富锌涂料底漆组分中，含有大量的金属锌，除具有良好的屏蔽性及渗入焊接处等优点外，有牺牲阳极保护作用。
2.1无机富锌漆具有耐水、耐盐雾、耐湿热、耐候等特点，对基体表面处理要求严格， 否则涂层不牢固， 注意与面漆的配套性，否则会发生起泡、脱落现象。
2.2有机富锌漆是环氧富锌漆或聚氨酯富锌漆，具有良好的附着力，具有耐油、耐水、耐溶剂、耐冲击好的特点，对基体表面处理要求比无机富锌漆要低一些， 电化学保护作用比无机富锌漆稍差。常用环氧富锌漆作底漆。
3、环氧中间漆
环氧中间漆是底漆或面漆之间的中间层，它既联底又接面，起承上启下作用，增强屏蔽作用，又可提高涂膜厚度，长效重防腐涂料体系中环氧云铁防锈漆是首选中间漆。云母氧化铁是稳定的α-Fe2O3，是六角形片状晶体，在涂膜中以平行的方向重叠排列，可以有效地防止水汽的渗透，对阳光反射力强，还能吸收红外线，延缓漆膜的老化，因此有很好的防锈性能和耐候性。在环氧云铁防锈漆中，环氧基团提供了漆膜优异的附着力。它常与富锌底漆配套使用，具有良好的封闭性能、耐候性、耐久性及耐磨性等。表面具有一定的粗糙度，对面漆有良好的附着力。常与环氧、聚氨酯面漆配套使用。
4、氯化橡胶防腐涂料
氯化橡胶的Cl-Cl键有一定的极性，有良好的附着力，又因它的组成中不含酯键，故耐腐蚀，漆膜透水率低。在我国大量应用于船舶、港湾结构等重防腐场合，效果良好，所以有人将氯化橡胶作为使用寿命长达30～50防腐方案的面漆涂层唯一选择 [5]，这忽视了氯化橡胶比较低劣的装饰性能。由于氯化橡胶中氯的质量分数高达65%以上，所以在受紫外线照射时，常析出氯化氢而降解，用于钢结构表面，这种面漆的装饰性较差，其外观寿命一般不超过五年，在户外使用一、二年后就会严重失光、失色，装饰性能极差，无法适应现代社会同时强调防腐和装饰的新要求。 5、氯乙烯－醋酸乙烯共聚物防腐涂料
氯乙烯－醋酸乙烯共聚物涂料，－在美国及海湾地区广泛使用。耐腐蚀性优良，漆膜坚韧性及流平性好，耐老化，保色性好，制成的漆不泛黄，但存在溶解性差，黏度高，固体含量低，价格高，污染严重等缺点。
6、脂肪族丙烯酸聚氨酯涂料
脂肪族丙烯酸聚氨酯涂料是以HDI缩二脲为主要原料的脂肪族聚氨酯与丙烯酸树脂聚合改性的各色丙烯酸聚氨酯漆，它同时兼有丙烯酸树脂和脂肪族聚氨酯的优良性能，又具有优异的耐候性、抗粉化、抗龟裂和优异的耐蚀性、耐油、耐碱、耐工业废料，此外漆膜坚韧耐磨、丰满光亮、美观，具有良好的装饰性，常用于高档装饰。但其户外耐候性寿命也只有12年左右。
7、氟树脂涂料
氟碳涂料是在氟树脂基础上经改性、加工而成的一种新型涂层材料。其基料氟树脂所含碳－氟键的分子结构是已知最强的分子键，键能高达110千焦/mol，而且碳一氟键长度短，因此氟碳涂料有远比一般涂层材料优异的耐酸、耐碱、抗腐蚀、耐候性和摩擦系数小、憎油、憎水、抗粘、抗污染等优异性能。其户外寿命可达20年以上。
二、钢桥长效防腐涂层设计
我国常用的钢结构长效防腐方案如下：
(1)环氧富锌底漆―环氧云铁涂层―聚氨酯面漆/氟碳面漆；
(2)正硅酸乙醋锌粉漆（无机富锌漆）―环氧云铁涂层―聚氨醋面漆/氟碳面漆；
(3)热喷（锌、铝）层―雾化环氧云铁封闭漆－环氧云铁涂层―聚氨酯面漆/氟碳面漆。
上述（1）、（2）两种底漆（环氧富锌底漆和正硅酸乙酯锌粉漆（无机富锌漆，以下简称）中，均有采用，效果良好。从理论上、研究试验结果上以及实际使用上无机富锌漆的防腐蚀性能均要比环氧富锌漆要好，因它可与钢面反应生成硅酸铁，所以附着力很强；环氧富锌底漆涂层的孔隙电阻率要比无机富锌涂层的孔隙电阻率小得多；受损伤的钢铁表面用无机富锌要比用环氧富锌的要好。但是由于无机富锌底漆的施工性能以及与后续中间漆的附着力没有环氧富锌底漆来得好，一般情况下还是选择环氧富锌底漆。所以国内一般采用的比较好的涂层体系是：环氧富锌底漆―环氧云铁涂层―聚氨酯面漆/氟碳面漆。
“全寿命经济分析法”（LCCA）是在成本—效益分析的基础上，将工程的使用年限作为主要考虑指标的一种经济分析方法。它起源于美国，当今世界许多国家也在效仿使用此方法。由于美国在基础设施腐蚀方面经济损失巨大，美国政府用“立法”形式强力推行“全寿命经济分析法”，并优先在基础设施工程方面推广采用。
在美国，“全寿命经济分析法”首先是是法令。美国《联邦基础设施投资原则》（第12893号政府令）明确要求，投资成本要细化、量化、合理化，工程项目的投资成本包含整个使用寿命期内的一切费用。美国联邦公路局（FHWA）于1994年发布公文《关于实施全寿命经济分析法的政策声明》（FHWA-94-15），文件指明：凡联邦和与地方联合管理的基础建设项目的投资评估，均执行“全寿命经济分析法”。美国运输部也下发指令，要求对桥梁、路、人行道等工程，在设计、施工阶段，实施LCCA。1995年美国发布国家公路系统（NHS）设计指令，要求在路、桥等设计阶段，贯彻执行LCCA。
LCCA 作为法令是必须执行的，同时它又是一个可以具体操作的方法，是重要的投资评估和经济分析方法。美国典（ＵＳＣ）给ＬＣＣＡ的定义是“ＬＣＣＡ是一个程序和方法，用于评价可行计划项目的总经济价值。包括初始成本和经折扣的进一步成本——整个寿命期内的维护、修复、重建和表面翻新处理成本”。
以往的工程项目，往往主要考虑初建成本。工程进入使用后再花多少钱，则很少事先考虑，乃至不予考虑。实践证明，仅考虑初建成本的做法往往是技术、经济都不合理的。执行ＬＣＣＡ方法，要求每一个工程立项，首先对其投入资金及其合理性进行评估。全部投资资金资金包括初始投资和进一步投资两部分组成。第一部分是指建设时的设计、施工相关费用（初建成本）；第二部分包括保证达到寿命期所必须的“进一步费用”。这两项花费的分配要合理，并按程序对其进行评估。只有评估结果符合ＬＣＣＡ标准的，才可立项。设计、施工的投标方案，也要按程序对其进行评估。
建立在全寿命经济分析法分析基础上的钢结构防腐蚀设计和施工，与传统的涂层相比，在技术、经济上要更为合理、更具竞争性。钢结构涂装不仅应重视初期投资，而且更应该重视钢结构在运转、维修、保养、停工等费用。我们应该避免走“眼前少花钱，而后花大钱”的老路。因此，钢结构桥梁要求采用半永久性涂装甚至永久性涂装,即在整个钢桥服役期间只进行一次大修或不进行大修,只需进行维护涂装，就能保证钢桥防腐蚀效果，即要求钢结构桥梁的涂层寿命在20～30年以上。
为了达到以上目的，新建钢桥宜采用表面涂装富锌类防腐漆或进行喷金属处理,再涂装其它配套漆。为此，铁道科学研究院提出了铁路钢桥保护的3个新涂装体系：①水性自固型无机富锌涂料+灰云铁环氧中间漆+灰铝粉石墨脂肪族聚氨酯面漆体系；②环氧富锌防锈漆+灰云铁环氧中间漆+灰铝粉石墨脂肪族聚氨酯；③电弧喷铝镀层+灰云铁环氧中间漆+灰铝粉石墨脂肪族聚氨酯面漆体系。其中使用最多的是②涂装体系以及环氧富锌防锈漆+灰云铁环氧中间漆+氯化橡胶漆体系。
衡峰公司采用全寿命经济分析法，在总结国内外钢结构防腐设计上的各种经验基础上，在2001年就提出了以超耐候的常温固化FC-S200氟碳涂料为面漆的FUVIT－ST钢结构涂装系统（表2），其中所采用的涂层体系就是环氧富锌底漆―环氧云铁涂层―FC-S200氟碳涂料面漆，估计室外使用寿命可达20年以上。已经达到全寿命经济分析法要求的钢结构桥梁的使用寿命。
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于领先地位，并率先通过了国际质量体系认证。