防火及防腐蚀（精选7篇）
防火及防腐蚀 篇1
0 引言
在建筑工程领域,钢结构以其独特的优越性,得到越来越广泛的重视和应用。到2015年,全国建筑钢结构的用钢量将达到钢材总量的6%。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;建筑用高强度低合金钢要增加耐候钢、耐火钢、低屈强比钢等品种。
1 现阶段钢结构迅速发展的原因
1.1 钢结构建筑本身具有的优势:
延伸性、抗震性、安全性好,灵活分隔、减少柱截面积、提高使用面积;构件易于标准化、产业化,节能环保,施工周期短,自重轻,可回收利用,提高投资效益。
1.2 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1978年的3 178万t增加到2007年的4.8亿t,成为世界产钢大国,这为大力推广应用钢结构创造了物质基础。
1.3 钢结构发展的技术政策
我国政府提出了要从“节约钢材”转变成“合理使用钢材”,从“限制使用钢结构”到“大力发展钢结构”。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良好的政策环境。
1.4 钢结构发展的市场需要
随着钢结构新技术、新产品开发和应用,人们的观念发生了变化。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。多层、高层钢结构的应用也越来越多。住宅钢结构体系产业化极具潜力,是今后推广应用钢结构的一个重要领域。
2 钢结构应用中的问题
2.1 建筑用钢在空气或潮湿甚至有酸碱盐类的环境中易于锈蚀,在荷载作用下,促进疲劳强度降低,出现脆性断裂。因此,对其进行有效防腐,才能确保钢结构的设计寿命。
2.2 普通建筑用钢在全负荷的情况下失去静衡稳定性的临界温度为540℃左右,一般在300~400℃时,其强度开始迅速下降;临界温度到500℃左右,其强度下降到40%~50%,钢材的屈服点、抗压强度、弹性模量以及荷载能力等力学性能都迅速下降,低于建筑结构的承载许用应力。因此必须采用有效的防火措施,延长钢结构到达临界温度的过程,减轻钢结构在火灾中的破坏,避免重大事故。
3 钢结构防腐
3.1 基本要求
3.1.1 表面处理
表面处理非常重要,应清除钢铁表面的污物和锈层,尤其是轧制钢材时形成的黑氧化皮,它是电化学腐蚀的阴极,是腐蚀的根源,必须除掉。表面处理质量应达到涂装前钢材表面预处理规范的有关要求。
3.1.2 材料选择
表面涂刷专用钢结构防腐漆,仍是目前对钢结构防腐及网架防腐的主要手段。防腐漆分为底漆、中层漆和面漆,各层油漆均有其特性,形成复合涂层,提高防腐性能,延长使用寿命。
3.1.3 涂层厚度
防腐涂料涂装时的厚度要适度,涂层要均匀,不可漏涂。
3.2 防腐涂层考虑因素
主要考虑年限、装饰要求和维护等要求,在何种腐蚀性介质环境下应用,涂装施工时的温湿度和操作空间等因素。
3.3 常用方法
3.3.1 改性金属结构
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。
3.3.2 阴极保护法
在钢结构表面附加较活泼的金属取代钢材的腐蚀。常用于水下或地下结构。
3.3.3 热浸锌
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,从而起到防腐蚀的目的。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。
3.3.4 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)喷涂层(厚度约80~100μm)。最后用环氧树脂或丁橡胶漆等涂料填充毛细孔,以形成复合涂层。这种工艺的优点是对构件尺寸适应性强,构件形状尺寸几乎不受限制。大到如葛洲坝的船闸也是用这种方法施工的。
3.3.5 涂层法
涂层法防腐蚀性一般不如长效防腐方法(但目前氟碳涂料防腐蚀年限甚至可达50年)。所以用于室内钢结构或相对易于维护的室外钢结构较多。它一次成本低,但用于户外时维护成本较高。
在这五种防腐方法中,建筑工程最常用的是涂层法。这种方法价格低廉,选择范围广,适用性强。本文主要介绍涂层法。
3.4 涂层法
钢结构的涂层法防腐需经过基层处理和涂层施工两道工序。
3.4.1 基层处理
基层处理的目的是清除构件表面的毛刺、铁锈、油污及其他附着物,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,详见表1。
3.4.2 涂层施工
(1) 涂层结构的形式有三种:①底漆—中漆—面漆;②底漆—面漆;③底漆面漆为同一种漆。其中底漆主要起附着和防锈作用;面漆主要起防腐蚀和防老化作用;中漆的作用于介于底、面漆之间,并能增加漆膜厚度。它们只有配套使用才能发挥最佳的作用,取得最佳效果。
(2) 合理的涂刷方式,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,常用的涂刷方式有手工刷涂法、手工滚涂法、浸涂法、空气喷涂法和无气喷涂法等。
3.4.3 涂层施工的质量控制
(1) 涂层法的施工质量是否优秀,基层处理至关重要。不同的防腐要求,可采取不同的处理方法。
(2) 涂层用底漆含粉料多,基料少,成膜粗糙,与钢材粘附力强,与面漆结合性好。面漆则同时要注意不同涂料间的相容性。基料多,成膜光泽,抗风化,能保护底漆不受大气腐蚀。
(3) 涂层的施工要在适当的温度(5~38℃之间)和湿度(相对湿度不大于85%)及粉尘少的环境下进行。构件表面不能有结露,涂装后4 h之内不得淋雨。
(4) 涂层一般做4~5遍。干漆膜总厚度室外工程为150μm,室内工程为125μm,允许偏差为25μm。在海边或海上或在较强的腐蚀性大气中,干漆总厚度可为200~220μm。
4 钢结构防火
4.1 防火涂料的分类及性能特点
钢结构防火保护的方法有多种,其中在钢结构表面涂覆各种防火涂料则是目前应用比较多的方法。根据国家标准《钢结构防火涂料》(GB14907-2002)将室内钢结构防火涂料按涂层厚度分为厚型(NH型)和薄型(NB型)两大类。近十年又出现大家关注的“超薄型”(NCB)类。其主要性能特点见表2。
4.2 钢结构防火涂料选型注意的问题
4.2.1 选用的钢结构防火涂料必须经国家级检测中心检验合格,且有产品的型式认可。防止把饰面型防火涂料用于钢结构上。
4.2.2 设计者往往简单地注明采取防火涂料保护措施,而没有具体选型。施工者切莫偏重选择价廉、美观的防火涂料。
4.2.3 应根据钢结构的类型特点、耐火等级和使用环境来选择符合性能要求的防火涂料。室内膨胀型钢结构防火涂料在室内裸露的钢结构、轻型屋面钢结构或有装饰要求的部位,耐火极限在1.5 h以下的可选用。而室内的隐蔽部位、高层全钢结构及多层厂房钢结构,耐火极限在2 h以上时,膨胀型钢结构防火涂料就不适合了。露天钢结构应选用室外钢结构防火涂料。
4.2.4 超薄型钢结构防火涂料目前是我国研究和生产单位竞相研制的热点,超薄型钢结构防火涂料一般为溶剂型,由于涂层更薄,装饰性好,用量大大减少,降低了工程总费用,是目前市场上大力推广的品种。但是,出现了片面追求涂层越来越薄的现象。由于超薄型钢结构防火涂料主要靠配方中有机成分联合作用,任何影响涂料炭化膨胀性质的因素都将影响其最终的防火性能,很难保证较长时间的防火级别。
4.3 加强钢结构防火涂料施工质量的控制
钢结构防火涂料涂装工程是通过人员操作完成的,操作过程的好坏,直接影响涂装的质量,最终影响防火性能。
4.3.1 施工队伍应具备相应的施工资质、技术力量,操作人员应经过培训合格,制定严格的施工方案。涂料的理化性能施工前按规定比例进行抽检,膨胀型防火涂料应当选择不同部位测试发泡性能。
4.3.2 重视基层处理,严格验收。注重防火涂料中的底层和面层涂料的匹配,底层涂料不得锈蚀钢材。
4.3.3 按国家标准《钢结构防火涂料应用技术规范》(CECS24)的规定,进行涂层厚度的设计,节点部位加厚处理,注意构件表面处理、接缝填补、涂料配制、喷涂遍数、涂层厚度等质量控制与验收。若出现涂层有较宽、较多的裂缝,应及时分析工艺是否正确,涂料的配制是否合理。
4.3.4 要有合适的施工方案。(1)防火涂料的喷涂要掌握好涂料的稠度、空压机的压力和喷射时喷抢口与构件的距离。溅落物多说明施工参数不合理,过稀了影响涂料附着力,应当予以调整。(2)在涂料施工过程中,必须在前一遍涂层基本干燥固化后,再施工后一遍。涂层的保护、涂层的均匀度、施工遍数和保护层厚度应按施工设计要求进行,切忌为了抢工期而不按施工方案施工。
4.3.5 防火涂层的竣工验收不仅用测厚仪进行涂层厚度的测量,还应当用目视法检测涂层的平整度、表观性、漏涂和裂缝情况,用0.75~1 kg榔头轻击涂层检测其强度等。用1 m直尺检测涂层平整度。
5 结语
钢结构进行防腐或防火处理后,可大大提高其耐久性和耐火性。但在实际工程应用中,尚存在涂料选型不当,施工管理不善,竣工验收、检测不规范等诸多的问题,严重影响工程质量。因此,必须重视施工前产品的合理选型,确定正确的施工方案;施工中加强监控,注重外观质量观察以及涂层厚度抽查等施工质量的检验,发现问题立即整改;竣工后必须通过严格的检测把关,这样才能更好地提高钢结构工程的经济性、安全性和耐久性。
参考文献
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[2]李秋起,徐敏.钢结构技术推广应用中存在问题及预防措施[J].新型建筑材料,2008(5):76-78.
[3]赵学君,李洪文.钢结构防火涂料应用中存在的问题[J].现代涂料与涂装,2009(9):8-10.
防火及防腐蚀 篇2
现代化大型建筑物的框架及石油化工设施大多采用钢结构。然而,钢材的导热系数大,一般为52 W/(m·K),一旦遇到火灾,在10~15 min内其温度可升至700℃,远远超过了自身的临界温度(538℃),此时,因其屈服强度急剧降至常温态的40%左右而失去承载能力,因此,必须对钢结构进行防火保护。采用膨胀型防火涂料对钢结构进行涂覆保护无疑是最经济、简便、有效的方法之一。将防火涂料喷涂于钢构件表面,涂层受火时发泡膨胀,形成一个比原涂层厚几十倍的难燃海绵状碳质层,其导热系数低,一般小于0.2 W/(m·K),对钢结构起防火隔热作用,防止或延缓钢材在火灾中迅速升温导致强度降低,避免建筑物垮塌。
一般膨胀型防火涂料因涂膜粗糙、疏松而极易造成渗水、透气,而涂层透气是造成金属表面失去阴极保护而加快锈蚀的诱因[1]。一旦钢结构锈蚀,防火涂层就会龟裂、脱落,从而失去防火保护作用。只有当防火涂层具备了致密、坚韧、疏水性强、硬度高、附着力好、电阻大的特性时,才能有效地屏蔽水蒸气、氧气、氯离子等,起到物理防锈及电化学防锈作用,延长防火涂料的使用寿命。
本文制备的超薄型钢结构防火防腐涂料,不但遇火会发泡膨胀,形成具有一定厚度、良好的强度、优异的附着力和隔热能力的碳质泡沫层,而且还具有装饰性、防锈防腐蚀性、耐候等,是一种室内外钢结构兼用的防火防腐涂料。
1 实验
1.1 原材料
改性高氯化聚乙烯(HPE),奉化市裕隆公司;丙烯酸树脂,BS-121-3F,江苏三木集团公司;自干型有机硅树脂,常州嘉诺公司;聚磷酸铵(APP,DP=1000),济南世安化工公司;三聚氰胺(MEL)、季戊四醇(PER),江苏三木集团;氯化石蜡(CP)、三氧化二锑(Sb2O3)、助剂及醋酸丁酯、二甲苯等溶剂,市售;空心玻璃微珠,上海格润亚公司;可膨胀石墨,青岛天鑫石墨公司;纳米复合铁钛粉,无锡万达科技公司;钛酸酯偶联剂,NDZ-401,南京曙光公司。
1.2 基础配方
超薄型钢结构防火防腐涂料的基础配方见表1。
1.3 涂料的制备
(1)将改性高氯化聚乙烯加入混合溶剂中,搅拌溶解成40%的树脂溶液。
(2)将丙烯酸树脂加入有机硅树脂中,搅拌混合均匀成有机硅改性丙烯酸树脂。
(3)将硅改性丙烯酸树脂加入到改性高氯化聚乙烯树脂溶液中,搅拌混合成基体树脂。
(4)将钛酸酯偶联剂溶解于混合溶剂中,在搅拌中喷洒在无机颜填料中,高速分散均匀,待用。
(5)将助剂加入基体树脂中,再加入防火阻燃添加剂、颜填料,高速分散均匀,再经磨砂机研磨2~3遍,至细度小于80μm,再加入空心玻璃微珠搅拌均匀、过滤、包装。
1.4 试验样板的制备
将150 mm×70 mm×3 mm的马口铁板除油、清洗干净,涂1层防锈底漆,干燥后再分几道涂刷本防火防腐涂料,涂层厚度为2 mm,室温下养护10 d,用m(松香)∶m(石蜡)=1∶1的混合熔融物封边。
1.5 物理性能测试
1.5.1 耐曝热性
将制备的样板垂直放置在(50±2)℃的恒温烘箱中,保持720 h取出,观察涂层,应均匀细密、无龟裂纹及起泡现象。
1.5.2 耐湿热性
将试板垂直放置在相对湿度为(90±5)%、温度为(45±5)℃的恒温恒湿箱中,至504 h后取出,垂直放置在无阳光直射的室内干燥,观察涂层,要求表面均匀致密、无龟裂纹和起泡现象。
1.5.3 耐酸和耐碱性
将样板的2/3分别垂直浸入5%盐酸和5%氢氧化钠水溶液中(标准要求酸、碱溶液浓度为3%),浸泡360 h后取出,垂直放置在空气中让其自然干燥,观察样板表面。
1.5.4 耐盐雾腐蚀性
按GB 15930—1995规定进行试验,经过50次周期试验后,取出试板垂直放在不受阳光直射的环境中自然干燥,观察涂层。
1.5.5 耐火性能
按GB 14907—2002《钢结构防火涂料》进行试验,涂层厚度为(2±0.2)mm。
2 结果与讨论
2.1 基体树脂的作用及其对防火涂料性能的影响
防火涂料由基体树脂和阻燃添加剂2部分组成。超薄型防火防腐涂料所要求的树脂,除应具备普通涂料的理化性能外,还应具有难燃性、膨胀性、耐老化性、防腐蚀性、装饰性等,同时还要求与阻燃添加剂具有良好的匹配性、相容性、协同增效性。制备的防火涂料其涂层在受火时膨胀发泡,同时能够捕获发泡剂产生的气体,进而对碳质层中的孔径大小及发泡倍数、碳质层的强度、附着力及隔热性产生积极影响。一般而言,大多数树脂会抑制膨胀体系发泡,不适合作为防火涂料的基体树脂。目前,市场上还很难购到遇火自膨胀、阻燃、防腐蚀兼具的多功能树脂,本文将具有功能互补的几种树脂通过混拼改性,获得了综合性能优良的基体树脂。
2.1.1 树脂种类对防火涂料性能的影响
在防火防腐涂料的配方中,分别选用不同树脂为基料,制备的防火防腐涂料的性能对比结果见表2[2]。
由表2可见,发泡质量最好的是丙烯酸树脂和改性高氯化聚乙烯树脂。改性高氯化聚乙烯含氯量为65%左右,氯是阻燃物质,含氯树脂产生不完全燃烧,能形成较为厚实的碳质层,但其碳质层的密度及强度较低,外层容易产生开裂现象,不过改性高氯化聚乙烯树脂耐候性好、耐化学品腐蚀性优异,因此广泛用于防腐涂料、防火涂料、耐候涂料等领域。丙烯酸树脂具有优异的耐候性、保色性、耐水及防腐蚀性能,其受火发泡效果较好,虽然碳质层产量较少,但是其密度及强度高、发烟量少,不过丙烯酸树脂耐热性差,软化点较低。因此,单独使用一种树脂作防火涂料的基体树脂,其性能都存在着一定缺陷。
2.1.2 混拼改性树脂对防火涂料性能的影响
为了提高丙烯酸树脂的软化点、耐热性,可以用有机硅树脂对其进行改性。有机硅树脂是带有直链或立体结构的有机硅聚合物,具有优异的自交联性、耐水性、耐高温性及防腐蚀性能。其以硅氧键(—Si—O—)为主链,键能比普通有机树脂的碳碳键(—C—C—)高,其硅原子上所连的烃基受热氧化后,形成的是交联更加稳定的—Si—O—Si—键,能防止主链的断裂降解,并能在涂层表面形成稳定保护层,提高丙烯酸树脂的热稳定性。经多次实验表明,当m(丙烯酸树脂)∶m(有机硅树脂)=4∶1时,效果较好。
为了提高防火涂料碳质层的密度及强度,防止碳质层破裂或脱落,用改性高氯化聚乙烯和硅改性丙烯酸树脂(简称硅丙树脂)进行混拼,可以获得优势互补、协同增效的效果。在基础配方中其它因素不变的条件下,改性高氯化聚乙烯与硅丙树脂的混拼质量比对防火防腐涂料性能的影响见表3。
由表3可知,当基料按m(HPE)∶m(硅丙树脂)=3∶1进行混拼时,防火涂料的发泡效果最好,且碳质层产量高、质量好、发烟量较少,理化性能优异。
2.1.3 混拼树脂用量对防火涂料性能的影响
在基础配方中其它因素不变的条件下,只改变混拼树脂用量,测试其对防火涂料碳质层质量及防火效果的影响,结果见表4[3]。
由表4可知,混拼树脂的用量为35%~40%时,防火涂料碳质层的质量最好,防火效果最优。
2.2 膨胀发泡体系的作用及其对防火涂料性能的影响
影响膨胀型防火涂料性能的主要理化因素有:碳质层厚度、结构、导热系数、化学组成及其在火焰冲击下的稳定性即碳质层强度等[3]。理想的碳质层结构应该是孔径均匀细密、结构完整、具有一定厚度、附着力好、强度高、导热系数低,碳质层质量是决定防火涂料耐火性能高低的主要因素。影响防火涂料碳质层质量的因素,除基体树脂外还有膨胀发泡体系,即阻燃添加剂、颜填料及助剂,其中阻燃添加剂的影响最大。
本防火防腐涂料的阻燃添加剂由催化剂聚磷酸铵、发泡剂三聚氰胺、碳化剂季戊四醇和兼具发泡剂、增塑剂、成碳剂作用的氯化石蜡、可膨胀石墨组成,构成防火涂料中的主要膨胀发泡体系。
2.2.1 聚磷酸铵的影响
催化剂聚磷酸铵在290℃左右发生分解并放出NH3和磷酸,磷酸使季戊四醇中的羟基脱水碳化,形成均匀致密不燃的三维空间结构碳质层。选用高聚合度聚磷酸铵更能提高涂料碳质层的质量、增强涂层的耐湿热性、避免出现盐析现象。催化剂的用量必须与碳化剂、发泡剂的用量相匹配,用量太少时因酸源不足,难以使基料和成碳剂脱水形成碳质层,用量太大时则又会使涂层慢干、发黏,降低碳质层质量。
2.2.2 季戊四醇的影响
碳化剂季戊四醇是形成三维空间结构阻燃泡沫碳质层的骨架基础,其碳含量为44%,羟基含量为50%,羟基含量是影响防火涂料碳质层质量的关键技术参数。由于季戊四醇与聚磷酸铵及其他组分相容性、配伍性好,因此能形成优质泡沫碳质层。但是,季戊四醇的分解温度略低于熔融涂层的碳化温度,因此,其用量过多时会导至膨胀层的滑动,用量太少时又会降低碳质层的厚度及强度。
2.2.3 发泡剂三聚氰胺及氯化石蜡的影响
发泡剂三聚氰胺遇火分解产生不燃性气体,如N2、CO2、NH3、HCl、H2O等,使涂层在达到软化点时发泡膨胀,形成海绵状碳质层,产生隔热阻燃效果。为了提高碳质层质量,增强防火阻燃效果,将氯化石蜡和三聚氰胺拼用可产生梯度多层次碳化。防火涂层在火焰的灼烧下,当涂层温度达到220℃左右时,基料组分开始软化,氯化石蜡在210℃左右时开始分解,释放出NH3和HCl气体,使软化的涂层开始发泡,同时HCl气体还具有阻燃作用[4],氯化石蜡脱出HCl后成碳链作为碳架基础。这样就使防火涂层在火灾初期开始发泡,从而保护了涂层。随着温度的升高,季戊四醇先熔融,聚磷酸铵在290℃左右发生分解并放出NH3和磷酸,进而脱水放出偏磷酸和焦磷酸,这些酸作为脱水剂与季戊四醇在气相发生酯化反应,使季戊四醇上的羟基脱水碳化,体系中的NH3可作为酯化的催化剂。发泡剂在稍高的温度(296℃)下发生分解并放出NH3等不燃气体,与反应中的水蒸气同时使熔融体系发生膨胀,与此同时,多元醇和酯脱水碳化,形成多孔的泡沫碳质层[5]。这样,通过梯度发泡、二次碳化,增强了碳质层厚度,提高了碳质层的质量,增强了防火效果。
2.2.4 可膨胀石墨的影响
可膨胀石墨是以天然磷片石墨为原料,经化学或电化学处理而得到的一种无机石墨产品,具有润滑性、导电性、柔韧性、化学稳定性等特性。当其受到200℃以上高温时,吸留在层间点阵中的化合物吸收大量热量而急剧分解、气化、膨胀,最终沿层间膨胀150~200倍,形成亚纳米级微孔结构,成为大量“蠕虫”状碳化体微粒,其表面积大大增加,表面自由能迅速提高,表面活性及吸附力增大,与化学膨胀产生的碳层交联,“蠕虫”状石墨碳化体粘附在基层表面和碳层内部,起到一种交联纤维的作用[6],成为膨胀体系的筋骨,提高了防火涂层的残碳量和热降解过程中的活化能,改善了泡沫碳质层的微观结构。碳质层在高温(800~1000℃)下与钢材有较强的粘合强度,并且有良好的物化性能,还不会产生大量烟气和腐蚀性气体。在基础配方中其它因素不变的条件下,可膨胀石墨用量对耐火时间的影响见表5。
可膨胀石墨是P-N-C化学膨胀发泡阻燃体系的协同增效剂。由表5可知,随着可膨胀石墨用量的增加,防火涂层的耐火时间延长,但添加量达到4%以上时,耐火时间趋减。应该强调的是,可膨胀石墨的用量要与基体树脂、催化剂、发泡剂、成碳剂之间的用量协调匹配,搭配合理。否则,就会降低碳质层质量,影响耐火性能。
通过正交试验确定膨胀发泡阻燃体系的组成为:m(APP)∶m(MEL)∶m(PER)∶m(CP)∶m(可膨胀石墨)=2∶1∶1∶0.5∶0.4。
2.3 无机颜填料的选择及其对防火涂料性能的影响
防火涂料中加入适量无机颜填料,可增加发泡碳质层的强度,防止在高温烈焰气流冲击下发泡层脱落;消除涂层表面的针孔、空穴,使涂膜平整光滑,提高涂层的使用温度,增强附着力和防水性,加入适量的防锈颜料,可提高涂膜的防锈防腐蚀性能,增强对钢材的防锈保护效果。
本涂料配方中选择的无机颜填料为:协同增效阻燃剂三氧化二锑、碳质层增强剂空心玻璃微珠和防锈颜料纳米复合铁钛粉。
2.3.1 三氧化二锑的影响
三氧化二锑可以与含氯树脂起协同阻燃增效作用。当防火涂层受火时,HPE和氯化石蜡受热分解成HCl,HCl与Sb2O3发生化学反应,生成氯氧化锑,氯氧化锑进一步分解成三氯化锑(Sb C13)直接升华,同时吸收大量的热量使涂层降温,Sb C13覆盖在涂层表面起阻燃作用。另外,涂层受火时,三氯化锑可以进入气相燃烧区与不燃阶段中的自由基反应产生RC1、HCl和Sb,这些中间产物、不燃气体冲淡氧气浓度,产生气体屏蔽作用,使氧气难以助燃,从而起到阻燃作用[7]。试验结果表明,Sb2O3的适宜添加量为2%~3%。
2.3.2 空心玻璃微珠的影响
空心玻璃微珠因其空心闭孔结构和密度低而具有对热能的阻隔作用,其壳为光滑的玻璃质,对光热有很强的漫反射作用。防火涂料中加入适量的空心玻璃微珠,不但能提高防火涂层的微观孔隙率,还能对光热进行反射,起到降温、隔热作用。空心玻璃微珠在涂层遇火燃烧、熔融发泡后,形成玻璃釉附着在基材和碳层表面,不但增强了碳质层强度、切断火焰的传播途径,而且还能增强碳质层的附着力,提高防火保护作用。另外,空心玻璃微珠的加入,还能提高防火涂层的流平性、增强涂膜硬度和防腐蚀性、耐候性、耐磨损性等。空心玻璃微珠对防火涂料防火性能的影响见表6。
由表6可见,随着空心玻璃微珠用量的增加,防火涂料中碳质层的致密程度、均匀度及强度均有明显改善,耐火时间延长,但发泡倍数相对降低。因此,空心玻璃微珠的添加量必须适当控制,以2%~3%为宜。
2.3.3 纳米复合铁钛粉的影响
纳米复合铁钛粉是一种活性防锈颜料,由多种不同形态的磷酸盐经处理后形成一种无水聚磷酸盐,然后再与硅基、钛基、铁基氧化物及氧化钇等纳米粉体材料进行复合而成,其自身有一定的防锈能力。磷酸盐中的磷酸根可与钢材表面的铁原子发生反应,生成不溶于水的磷酸铁络盐,并牢固地附着在钢铁表面,起到钝化缓蚀作用,并且隔绝了水、氧、氯离子等,起到化学防腐作用;利用纳米材料的表面能高、表面严重配位不足、易形成活性吸附中心等特性,提高涂膜的致密性、坚韧性及抗水性,阻隔了水蒸气和氯离子的渗透,又进一步提高了涂层的物理防锈作用。
利用纳米铁钛粉极细粒子的表面活性,在涂层遇火发泡膨胀时成为泡核成核剂,增加发泡数量,铁钛粉粒子又可作为泡沫碳质层的硬骨架,提高了碳质层的强度。
在超薄型防火涂料配方中,无机颜填料的添加量一般为10%~12%,过多时会降低碳质层的厚度,过少时又会减弱碳质层的强度,受其它无机颜料添加量的制约,纳米铁钛粉的添加量应为5%左右。
2.4 助剂的作用及影响
助剂是防火防腐涂料的辅助成分,对提高涂料的稳定性、施工性、装饰性、物理机械性能及防火防腐性能起重要作用。
膨胀型防火涂料是由多种组分混合而成的非均相体系。在非均相成核过程中,加入表面活性剂有利于气泡核的形成,改善泡沫碳质层的微观结构、降低导热系数。
从提高无机颜填料在基料中的分散程度以及降低界面自由能的幅度方面比较,偶联剂优于表面活性剂,其中,配位型钛酸酯偶联剂更为适宜。酞酸酯偶联剂的作用机理是:以单分子状态包覆在无机颜填料表面,取代原来吸附的微量水分及气体,同时通过酞酸酯分子的长碳链疏水性非水解基团,增加与有机高分子基料的相容性、降低界面的自由能,从而有利于颜填料的润湿分散,有利于膨胀发泡时气泡核的形成,改善碳质层的质量。另外,配位型钛酸酯在四烷氧基钛上附加了2个亚磷酸酯为配体,在改进水解的同时,又能产生含磷化合物,从而提高涂料的阻燃性和防锈性能。适宜的用量为0.5%左右。
另外,防火涂料中还应加入适量的消泡剂、流平剂、防沉剂等助剂,以便提高涂料的装饰性、稳定性、施工性等。
3 性能指标
研制的超薄型钢结构防火防腐蚀涂料,经国家固定灭火系统和耐火结构质量监督检验中心按GB 14907—2002检验,各项性能指标均达到或优于标准要求(见表8)。
4 结语
研制的超薄型钢结构防火防腐涂料,其涂膜光滑致密、坚韧、疏水性强、附着力好、耐化学腐蚀性优良、耐光、耐热、耐老化,使用寿命长。涂层遇火时膨胀发泡,形成的泡沫碳质层结构致密、强度高、附着力优、导热系数低、防火隔热效果好,是一种室内外兼用的新型超薄型钢结构防火防腐蚀涂料。
摘要：将改性高氯化聚乙烯、丙烯酸树脂、有机硅树脂混拼作为防火防腐蚀涂料的基体树脂,由聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡、可膨胀石墨组成膨胀发泡阻燃体系,以三氧化二锑、空心玻璃微珠、纳米复合铁钛粉为无机颜填料,研制出超薄型钢结构防火防腐蚀涂料,其性能指标符合GB14907—2002标准要求,耐火极限达到2.1h,耐酸、碱、盐雾性优异。
关键词：超薄型,防火涂料,碳质层质量,防火防腐,钢结构
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防火及防腐蚀 篇3
一、钢结构建筑的发展
我国钢结构真正意义上的发展始于上世纪80年代。到90年代, 由于钢材产量多年蝉联世界第一位, 使得钢结构建筑迎来了空前繁荣发展。由于我国钢结构技术的发展滞后于发达国家, 一些大型的公共建筑都是在外国公司的指导和参与下完成的, 一直到1998年大连远洋大厦的建成, 我国的钢结构建筑发展才变成完全国产化。进入21世纪, 钢结构建筑技术日益成熟以及建筑数量不断增多, 钢结构建筑进入快速发展时期。
二、钢结构的特点
1. 钢结构的优点。
钢结构是由钢材经过加工制造成各种形状而形成的。和其他的建筑材料相比, 钢结构具有如下优点:
(1) 质量轻、强度高。钢材的密度虽然比其他建筑材料大, 但由于其强度相比混凝土较高, 钢材的强度与密度的比要比混凝土大许多。以同样跨度承受同样荷载的情况下, 钢筋混凝土屋架的质量是钢屋架的3~4倍还要多。混凝土的抗拉强度远远低于抗压强度, 而钢材的抗拉强度和抗压强度相差无几。这也使得钢结构在大跨度和承受较大荷载的建筑中得以发展。
(2) 塑性、韧性好。钢结构的塑性好, 在承受较大荷载的情况下, 会发生塑性破坏, 能够察觉到一定的变形, 而不是发生突然断裂。韧性好, 能较好地适应动荷载。钢结构具有良好的吸能能力和延性, 具有良好的抗震性能。
(3) 材质均匀、制造简单, 施工方便。钢材的材质均匀, 受力性能优越, 结构的实际受力情况与力学计算比较吻合。钢结构材质均匀, 加工方便, 部件都是采用机械化生产, 精度也较高。对于一些小型的组合构件, 可以先组装, 再吊装, 极大地缩短工期, 避免了高空作业的危险。
(4) 绿色环保。混凝土会毁坏耕地, 且一旦损坏便不可二次利用。钢结构多采用普通螺栓和高强度螺栓连接, 有时也采用焊接, 拆装方便。对于临时性的建筑或是需要拆装的建筑, 可以把钢结构部件拆卸下来, 再次使用。
2. 钢结构的缺点。
(1) 钢材的耐腐蚀性差, 维护费用高。钢材的耐腐蚀性差, 必须对其进行防护。对于经常接触腐蚀性物质和暴露在大气中的钢结构, 因其本身结构受到腐蚀, 而造成承载能力下降, 进而结构破坏。钢筋混凝土结构一经建成维护费用很低, 而钢结构的维护费用就很高。
(2) 钢材耐热不耐火。钢材在经受100摄氏度的热辐射时, 强度没什么变化, 且具有一定的耐热性能。在200℃以内, 钢材性能没有很大变化;在430℃~540℃之间强度急剧下降;600℃时强度很低不能承担荷载。而在发生大火的情况下, 温度高达几百摄氏度甚至上千摄氏度, 这已大大超过了钢材的温度限制, 在发生火灾时, 就会造成钢结构破坏而使整体结构坍塌。
三、钢结构建筑存在的问题及预防措施
1. 钢结构耐腐蚀性过差且易锈。
钢结构除了在高温高湿环境下会腐蚀和生锈外, 在常温条件下也会腐蚀和生锈。前一种情况都是发生在工业建筑中, 后一种情况则发生在所有钢结构中。在高温高湿条件下, 高湿的水蒸汽中夹杂着很多腐蚀性颗粒, 钢结构与腐蚀性颗粒长期接触就会发生化学反应, 直接腐蚀钢结构。在常温条件下, 由于日晒雨淋干湿交替, 钢结构表面的涂层也会不同程度老化、脱落, 使得空气中的氧气和水接触到钢结构构件, 加之钢结构中由于制作工艺不成熟而存在一些夹渣, 就会在其上发生电化学反应。经过腐蚀和生锈的钢结构构件会遭到不同程度的破坏, 在承受荷载的过程中, 会发生应力集中, 造成结构的更大破坏。
钢结构的防腐措施很多, 大致可以分为两种:一是在钢结构构件表面镀一层金属进行保护, 另一个是在钢结构构件表面涂一层非金属进行保护。前一种方法是在构件表面镀上一层更易发生反应的金属膜, 在发生腐蚀时先腐蚀外侧金属, 之后才能腐蚀构件, 从而减少和杜绝钢结构的腐蚀。目前比较成熟的方法有两种:热浸镀锌和热喷铝锌复合涂层。这两种方法都能够长期有效地对构件进行保护。后一种方法是在构件表面涂装油漆, 这种方法价格低廉, 施工方便, 且美观大方, 适合一些小型和短期防腐的建筑, 在施工中应用广泛。
2. 钢结构耐热不耐火。
钢结构可以承受一定程度的辐射热, 但是不能够长时间承受火。在没有任何防火措施的情况下, 钢结构只能承受大约15 min的火作用, 在250摄氏度附近会发生蓝脆现象, 大约260℃~320色℃时有徐变现象, 弹性模量在500摄氏度后就开始急剧下降, 到600摄氏度时弹性模量约为室温弹性模量的40%。根据钢材在150摄氏度范围内材料的特性变化不大的规定, 设计时, 以150摄氏度为宜, 超过这一温度就要设置隔热保护层。
钢结构的抗火研究一直是钢结构领域的热门话题, 研究一直未停止。目前的防火方法大致分为两种:一是截留法, 就是通过某些手法来提高钢结构的耐火极限或是降低起火温度, 如喷涂法、淋水法、屏蔽法等。喷涂法是在钢结构构件表面喷涂防火涂料, 来提高防火能力;淋水法是在钢构件上安装喷水装置, 在着火的时候, 随即喷水在构件表面形成水保护层, 以降低温度和阻止火接触构件, 达到保护作用;屏蔽法是把钢构件埋入混凝土中, 避免与火接触, 进而保护构件。二是导热法, 也就是把传到钢构件上的热能消耗掉或是传导到别的吸热装置上, 避免构件的温度达到耐火极限, 从而使钢结构免遭破坏。
2001年“9·11”事件造成大约3000人死亡和大量的财产损失, 这也是因火灾造成的重大伤亡, 因此钢结构建筑的防火设计必须做到最优, 要严格按防火要求实施, 在火灾发生时就能够减少生命财产损失。
四、结语
防火及防腐蚀 篇4
1 工业钢结构厂房的特点
在进行工业钢结构厂房施工的过程中, 由于所使用的均为成品元件, 并且机械化程度高, 所以施工方法简便, 周期短, 可以很快的投入使用。钢结构所以自身比重大, 但是其可以承受的荷载钢筋混凝土的三到四倍, 在建成后的厂房比重较轻。钢结构的自身性能好, 在强度和韧性方面都具有较强的性能, 所以在车间造型方面比较灵活, 适应工业厂房的设计使用需求。工业厂房一般都要求空间宽阔, 面积利用率高, 有较好的通风和采暖, 利于生产设备的工作和人员的疏散等, 使用钢结构进行施工布置, 都可以很好的满足这些要求。钢结构可以做大跨度的造型设计, 空间利用率高, 通风采暖好, 并且在屋顶利于排水, 所以广泛的应用于工业厂房中。
2 工业钢结构厂房的防腐对策
据腐蚀性等级、腐蚀作用情况、防护层使用年限、使用过程中对防护层材料耐腐蚀性能和物理力学性能的要求, 结合施工、维修条件、可操作性和材料供应等因素对各建筑构件进行综合防腐处理。钢结构表面的防护, 按防护使用年限10至15年考虑, 防腐蚀涂层最小厚度为中腐蚀240μm。防腐涂料的底涂料、中间涂料和面涂料等, 应选用相互间结合良好的涂层配套。涂层与钢铁基层的附着力≥5MPa。附着力的测试方法为拉开法, 应符合现行的国家标准《涂层附着力的测定拉开法》GB/T 5210的规定。钢结构及其构件的表面防护主要采用以下两种方法。
2.1 方法一
第一种承重钢构件防腐蚀涂层配套的涂层构造如下: (1) 底层喷涂锌、铝及其合金的金属覆盖层120μm, 其上再涂环氧密封底涂料20μm; (2) 中间层为环氧云铁中间涂料1遍, 厚度40μm; (3) 面层为丙烯酸聚氨酯面涂料2遍, 厚度60μm。当使用环境为强腐蚀时, 使用年限为10年 (用于主厂房) ;当使用环境为中等腐蚀时, 使用年限为15年;当使用环境为弱腐蚀时, 使用年限为20年。
2.2 方法二
据国有大型钢铁厂 (如宝钢和鞍钢等) 的最新资料显示, 第二种承重钢构件防腐蚀涂层配套的涂层构造如下: (1) 底层涂料采用热镀锌防护 (或热镀铝锌-优于镀锌3倍, 这主要是由于铝的氧化层和锌的电化学保护性起作用) , 该做法在型钢的生产过程中一次完成, 厂家生产底层防护的各种防腐性能的成品型钢。底层金属覆盖层≥120μm, 应符合《金属覆盖层、钢铁制件热浸锌技术要求及试验方法》 (GB/T13912=2008) 的要求; (2) 中间层为环氧云铁中间涂料1遍, 厚度40μm; (3) 面层为长效重防腐面漆2遍, 厚度60μm。各种腐蚀环境下的使用年限同上述的方法一。
随着我国经济的不断发展, 技术不断创新, 新材料和新技术层出不穷, 但新型的防护层新材料的使用, 必须经过5年以上的使用时间检验, 并具有相关的国家权威机构部门的鉴定书后, 才可在建筑施工中使用, 方可保证工程质量。
3 工业钢结构厂房的防火对策
3.1 外包层
在钢结构外表添加外包层, 可以现浇成型, 也可以采用喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强, 以限制收缩裂缝, 并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂泵以形成保护层, 砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂浆, 也可以掺入珍珠岩或石棉。同时外包层也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉水泥、轻混凝土做成预制板, 采用胶粘剂、钉子、螺栓固定在钢结构上。
3.2 充水 (水套)
在钢结构厂房设计中, 如果存在空心钢结构的话, 可以在其中注水来进行防火措施。在发生火灾时, 由于温度较高, 钢管在较高温度的作用下会有所破坏, 那么存在钢管内的水可以吸收管材的热量, 其在空管中可以循环。待水冷却后还可以重复使用, 也可以重新引入凉水来替代。
3.3 屏蔽
对钢结构进行的防火措施还有一种比较经济实用的方法即是将钢结构屏蔽在墙体或者顶棚内, 其中墙体和顶棚都是由耐火材料组成的, 或者是将钢结构敷设在两片墙体间, 然后在其外部在涂抹少许的耐火材料, 这种方法比较经济同时也比较方便。
3.4 防火涂料
可将其分为隔热型防火涂料和膨胀型钢结构防火涂料两大类。目前膨胀型钢结构防火涂料已经被成功应用于各类工业及民用建筑中的钢结构防火保护, 它在我国的研究及应用中虽然起步较晚, 但却十分活跃和迅速, 并正向超薄型、低污染、高性能、装饰性好等多功能方向发展。
结语
随着我国工业建设速度的加快, 工业生产企业的规模也在扩张, 那么在工业厂房设计中, 越来越多的应用到钢结构。因为钢结构自身的自重较轻, 具有很好的强度和韧性, 所以适合工业厂房的造型多样性, 因其强度高, 自身荷载大所以厂房的空间广阔。在钢结构应用的越来越广泛的同时, 对于钢结构厂房的防腐防火措施显得尤为重要, 本文对于厂房的承重钢构件等方面进行了防腐防火方面措施的分析, 虽然每种方法都存在各自的优缺点, 但是随着消防技术的进步和不断的实践, 防腐防火措施将会越来越完善。
参考文献
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防火及防腐蚀 篇5
汽车由各种金属零部件和非金属零部件组成,在使用过程中不可避免地会遇到腐蚀问题,给社会造成了巨大的经济损失。随着社会的发展和人类生活水平的提高,人们对汽车舒适性和耐久性的要求也日益提高;另外,随着消费者维权意识的不断加强,因汽车腐蚀导致的召回事件也越来越多,这就要求汽车整车的防腐蚀性能必须与其使用寿命相适应。为此,发达国家的汽车厂商都制定了针对汽车整车的防腐蚀标准,见表1。
2汽车防腐蚀应对措施
2.1汽车产品设计过程中的防腐蚀措施
2.1.1汽车产品用板材的选择
车身板材的选择非常重要,世界各国汽车行业普遍使用单面镀锌钢板或双面镀锌钢板提高车身的耐腐蚀性能。根据瑞典腐蚀研究所的调查,7~10 μm厚的镀锌层具有良好的耐腐蚀性,2~5 μm厚的锌-镍层防腐能力小于7年。在青岛海洋腐蚀研究所的腐蚀试验场,发现采用相同涂装工艺、但板材不同的2个轿车车门8年后的腐蚀情况出现了明显差别:冷轧板车门由于空腔部位没有泳上电泳漆或电泳漆膜偏薄,在第3年就已经出现锈蚀; 而采用镀锌板的车门8年后基本无腐蚀,见图1。 目前国内绝大部分汽车厂的车身仍全部采用冷轧钢板,只有个别合资企业生产的轿车车身车门等部位采用镀锌钢板。
因此,车身外表面用板材推荐采用电镀锌板和热镀锌板等,车身内表面用板材推荐采用电镀锌、热镀锌、铝板、塑料和复合材料等。目前为满足车身轻量化的需求,高强度钢板和超高强度钢板、铝合金板、复合材料(包括玻璃纤维、碳纤维和天然纤维增强塑料,热塑性塑料和热固性塑料)等在汽车上的应用会越来越广泛。
2.1.2汽车车身结构的设计
为保证整车防腐质量,车身结构设计应特别注意以下几个方面。
2.1.2.1接缝处的设计
接缝处的设计要保证外观平整、光滑,且便于密封和/或防腐处理;同时,应按照汽车行进方向和水飞溅方向设计接缝开口,使之朝向水难以进入的方向,见图2。
2.1.2.2板断面部位的设计
在图3中,设计方式1色圈内区域的漆膜易产生边角效应,漆膜变薄,同时棱边漆膜容易被石击破坏,不利于车身的防腐;2和3的设计方案比较好,板断面底部漆膜有一个保护面,还可以采用喷涂PVC的方式来防止漆膜过早腐蚀;设计方式4的圈内的区域容易堆积淤泥并因此引起锈蚀,不利于车身防腐。目前,欧洲市场的汽车普遍采用第2种设计方式。
2.1.2.3工艺孔的设计
众所周知,目前车身(驾驶室)100%采用电泳涂装,为了保证良好的涂装性(泳透性),车身(驾驶室)必须合理设置工艺孔的位置、大小和数量。 一般应遵循以下几条原则。
a.通常电泳工艺孔的间距设置为150~200 mm。 间距为150 mm时,孔的直径φ为15 mm;间距为200 mm时,孔的直径φ为20 mm;
b.在封闭区域,内、外板应该交叉开孔;
c.车身搭接的板材之间一般要有3 mm左右的间隙;
d.尽量“借用”总装装配孔、焊接定位孔和冲压定位孔;
e.增设电泳工艺孔时,尽量使其兼备排液孔及防气泡孔的功能,以便使白车身出槽(脱脂、磷化、 纯水洗等)时携带的液体在工艺时间内及时排除, 一般沥液时间≤30 s。
f.增设电泳工艺孔时要考虑是否影响整车的密封性。
图4为某轿车B柱开工艺孔的简要说明。
2.2汽车涂装技术的防腐蚀措施
2.2.1汽车耐腐蚀涂层结构
根据汽车总成及零部件在车上的位置、使用工况和涂层性能(包括耐腐蚀性能)要求不同,使用的涂装材料及采用的涂装工艺也不同。国内外各大汽车公司都有相应的关于汽车油漆涂层的企业标准,国内目前有效的标准是汽车行业标准QC/ T484-1999《汽车油漆涂层》。该标准根据汽车零部件的使用条件和涂漆质量要求,将涂层结构分为10个组、17个等级,每个级别都规定了不同的耐腐蚀性能。随着汽车工业的不断发展,该标准亟需修订。作者根据多年的工作经验、大量试验结果及目前汽车涂装材料的性能,按汽车各个部位推荐几种耐腐蚀的涂层结构及涂层所能达到的耐腐蚀性能,见表2。
注:a.○为必须采用的工艺; b.(○)为可以取消的工艺; c.载货车车架推荐采用环氧电泳涂料+喷涂快干聚脲底面合一涂料,中性盐雾时间≥720 h,耐候性能≥500 h; d.铸锻件涂装要根据铸锻件表面粗糙度确定最佳膜厚。经验值是,涂膜厚度为产品材质表面粗糙度值的3倍以上,才能。
2.2.2汽车特殊部位的防腐措施
2.2.2.1车底喷涂PVC涂料、裙边喷涂抗石击涂料
汽车底板和轮罩等部位在汽车行驶过程中经常受到泥沙、碎石、盐和污水等撞击腐蚀,一般需要喷涂PVC车底涂料;另外,轿车车门裙边、发动机舱盖和A立柱等部位距离地面较近,一般要喷涂抗石击涂料。
2.2.2.2 PVC焊缝密封
为提高车身抗腐蚀能力,所有粘接、焊缝或接缝部位在电泳涂装后都应涂覆密封胶,避免水等介质的浸入而造成腐蚀。
2.2.2.3内腔注蜡(灌蜡)、发泡
汽车内腔部位(如乘用车的前翼子板支撑板、立柱空腔、和车门下部空腔等)因焊接形成的焊缝、夹层和空腔由于屏蔽作用,电泳漆膜较薄、防腐蚀能力较差。为此,通常对这些部位进行喷蜡或注蜡(灌蜡)处理(内腔防锈蜡);高档客车和微型车等进行发泡处理来提高整车耐腐蚀性能。
2.3汽车储运过程中的防腐蚀措施
为保证汽车(尤其是出口汽车)涂层在储运过程中完好如初、无锈蚀现象产生,目前在储运过程中普遍应用的防腐蚀措施有以下几种,这些措施可以有效防止海水、盐雾、高温/高湿和日晒对涂层的侵蚀。
a.车身(驾驶室)喷涂面漆保护蜡、车身保护膜、贴附塑料保护膜、车身护衣等;
b.发动机和变速器等部位喷涂发动机保护蜡;
c.其它底盘件(如车架、车桥、传动轴等)喷涂底盘防锈蜡;
d.车门、行李厢等活动铰链处等喷涂合页蜡。
3汽车涂层耐腐蚀试验方法及评价方法
3.1试验室样板、样件涂层的耐蚀性评价
20世纪90年代以前,都采用单纯的中性盐雾试验来考核汽车涂层的耐蚀性能,依据的标准是GB/T-1771《色漆和清漆耐中性盐雾试验的测定》。 第1版标准GB/T-1771-1991只有盐雾试验方法,没有评价方法;目前最新版本是GB/T-1771-2007,增加了采用ISO方法对试验结果进行评价的内容。90年代中期,德国大众PV1210循环交变腐蚀试验方法被普遍用来考核涂层(当时只考核试验室样板及样件涂层的耐腐蚀性能)的耐腐蚀性能,比单纯的盐雾试验更接近汽车涂层的实际使用工况;日本马自达公司也有相应的循环腐蚀试验方法。
3.2整车涂层耐腐蚀性能评价
2000年以后,海南汽车试验研究所起草了汽车行业标准QC/T732-2005《乘用车强化腐蚀试验方法》,2005年7月1日实施,用来考核整车涂层耐腐蚀性能,试验场地是海南琼海,目前只能对乘用车涂层耐腐蚀性能进行考核。德国大众考核整车道路循环腐蚀试验的方法是EP003.09,试验场地在美国的凤凰城。有关试验方法的对比见表3~表5。
每种试验方法的试验条件各不相同,笔者通过大量试验得出了几种试验方法之间的对比关系,见表6。
无论采用QC/T732方法还是采用EP003.09方法,做完整车道路腐蚀试验后,都要拆车按评价等级进行腐蚀评价,见图5。
3.3涂装线现场拆车进行泳透力测试
电泳质量(尤其是车身内部、缝隙、空腔部位的电泳漆膜厚度),直接影响整车的耐腐蚀性。目前,最普遍、也是最有效的办法是对电泳涂装后的整车进行剖车,验证电泳涂装的泳涂性,并根据泳透力结果,对产品设计进行修正。
某汽车公司的评价方法是:在电泳涂装前确定车身内表面(内腔)每个部位需检测膜厚的位置及检测的点数,然后剖解电泳涂装后的被涂物(车身),按规定的部位及检测点数测定漆膜厚度,与目标膜厚进行比较,合格率达到90%以上为合格。 图6(图中1~9是检测的位置)是某轿车后车门内表面检测部位及检测点数的示意图。
目前,国内外汽车公司公认的车身内表面、内腔电泳漆膜厚度的标准是:乘用车,车身内表面膜厚≥12μ m、内腔膜厚≥10 μm;中重型车,驾驶室内表面膜厚≥10 μm、内腔膜厚≥8 μm。
4结束语
与国外先进汽车企业相比,国内汽车企业在产品设计、制造工艺、防护工艺和材料选择等方面还存在一定差距。在汽车防腐技术方面,整车防腐水平与国外相当,但底盘零部件的防腐水平较低。虽然近年来已经对汽车防腐性能的重要性有了一定认识,但在企业产品开发体系中还没有成立专门的腐蚀评价部门,在产品设计过程中也缺乏腐蚀评审流程。所以应尽快转变国内汽车企业的观念,提高企业对汽车防腐性能的认识,建立企业自己的腐蚀评价体系已是当务之急。
图5 拆车进行耐腐蚀评价
图6 某轿车后车门内表面的检测位置
参考文献
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防火及防腐蚀 篇6
基于石油产业所使用的顺丁橡胶装置产品一旦发生腐蚀现象, 就会造成生产停工的现象, 持续作业会导致管线崩裂、污染物泄漏等事故, 严重影响联合生产的正常进行, 甚至会造成重大的安全事故。
中国石油公司某分公司从2010年正式投入生产, 2012年开始出现装置泄漏事件, 经检查主要原因集中在凝聚单元回收装置系统的腐蚀方面;在2013年, 顺丁橡胶装置的腐蚀所导致的问题日益突出, 在设备方面的表现为:出口阀体腐蚀泄漏、管线腐蚀泄漏、叶轮腐蚀脱落、回收容器罐出现腐蚀性裂缝等问题。以上腐蚀性问题中, 有的出现一次后经过补救措施在较长一段时间内运行较为平稳, 但还有一些腐蚀性问题经过修复之后依然频频出现腐蚀事故, 较为严重的如回收溶剂水冷器。
2 顺丁橡胶装置发生腐蚀的原因分析
在进行腐蚀性问题预防之前, 首先要搞清楚顺丁橡胶装置发生腐蚀问题的原因。
顺丁橡胶是我国目前生产规模最大的人工橡胶产业, 顺丁橡胶产品的应用很广泛, 尤其是在石油化工产业中, 由于其具有较好的抗磨性、抗压性特点, 所以很多适合很多装置的生产;在顺丁橡胶的生产过程中, 人工合成材料想要实现高强度的特点, 需要利用催化剂进行合成。其中三氟化硼乙醚络化合物就是主要的催化剂之一。
催化剂的特性是, 本身不发生反应, 不会造成能量和质量损失。但作为一种化学反应中介物质, 它可以加速所需要的目的反应速度和效果, 因此在工业化化学生产中存在一种催化剂回收工艺。由于催化剂不参与反应, 那么在回收不彻底的情况下, 催化剂就会残留在顺丁橡胶生产的胶液中, 并随着胶液的转移进入存储罐;随之进行“闪蒸”工艺, 即在液体饱和状态下迅速降低压力, 这一过程中会有大量的丁二烯和残余三氟化硼乙醚络化合物析出。
气体物质析出之后经过回收可以继续使用, 但残留出来的丁二烯和三氟化硼乙醚络化合物等物质就会与凝结出来的水分子结合, 然后形成氢氟酸和硼酸等物质。在酸性物质的作用下, 就会导致顺丁橡胶装置的腐蚀性出现。
从化学性质角度分析, 氢氟酸主要的腐蚀对象是金属类物质, 它本身就是化学工艺中常用的电解质溶液。金属元素的化学性质非常活跃, 遇到氢氟酸就会变成“电池”, 发生电化学反应, 腐蚀现象自然就无法避免。
3 顺丁橡胶装置防腐措施策略
鉴于顺丁橡胶的优质特性, 国内外都在大量生产和应用, 所以在生产方面的工艺技术也比较成熟。但是, 相对于顺丁橡胶自身容易产生腐蚀性的特点, 目前还没有特别优质的解决方法, 尤其是在石油工业中对生产管线的腐蚀现象。要彻底解决这一问题, 可以通过化学方式和新材料管材的方式。
3.1 化学工艺方面
首先, 由于顺丁橡胶装置中产生酸性物质的主要是三氟化硼乙醚络化合物所形成的硼酸, 最简单的方式是, 通过减少三氟化硼乙醚络化合物的应用来减少硼酸的生成量, 或者改变现有的催化剂体系, 采用新的催化剂产品来代替三氟化硼乙醚络化合物产品。同时, 也可以通过降低酸性催化剂的含量来降低酸性转换率。
其次, 通过中和反应来减少酸性腐蚀。酸与碱的中和作用属于化学手段, 在顺丁橡胶装置中加入碱化系统, 通过碱液的作用实现酸碱中和;应该说这种方法在理论上是非常可行的, 但是在工业化的操作中还存在一些问题, 主要是由于丁二烯等物质不能够溶于水且存在较多, 形成独特的“油包水”现象, 中和效果并不理想。为此, 碱洗一般会进行多次, 并配合水洗来进行。
3.2 物理工艺方面
除了化学手段之外, 物理手段同样可以实现防腐蚀的措施, 这主要从作用于设备管线的角度进行防范。结合发生腐蚀的现状, 一般设备的管线都是金属材料制造的, 例如不锈钢材。可以通过更换防腐蚀性的特地树脂材料或者高分子材料来代替原有设备管线。这种方法的优点在于更换方便, 施工速度更快, 同时在维护工艺上更加简单。但是, 物理方法本质上还是一种“治标不治本”的消极方式, 同时全部更换设备管材也会造成很高的成本, 对企业的生产运营是一种压力。
物理手段的采用原则是在特殊的部位进行修改, 尤其是在一些动态性较强的部分。
综上所述, 作者认为采取物理和化学方法相结合的方式, 可以完美地解决腐蚀性问题。
4 结语
在化工产业中各类装置的腐蚀是不可避免的, 但可以通过相对应地措施来进行预防。顺丁橡胶装置的防腐蚀性研究目前还不成熟, 需要从工艺和设备两方面进行改造, 这样才能够从根本上消除腐蚀性的影响。
参考文献
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防火及防腐蚀 篇7
江苏省三河闸工程为淮河流域骨干性工程, 建成于1953年, 共63孔, 全长697.75米, 设计流量12000m3/s, 为我国最大节制闸之一。三河闸闸身为钢筋混凝土结构, 闸门为弧形钢闸门, 闸门总面积20349m2。江苏省三河闸管理所为国家一级水管单位, 为有效控制闸门的腐蚀, 进行了长期的试验研究工作, 总结出一定的防腐蚀措施和经验。
2 环境介质
闸门所处水质为一般淡水, 水的类型按阿列金分类属CCaⅠ型, PH值为8.1-8.5之间, 电阻率为2650Ω·cm, 离子总量为193mg/L。
3 运行工况
每年5-9月份为淮河汛期, 闸门部分或全部开启泄洪, 10月至次年5月份为蓄水期, 闸门常关闭。闸门上游面90%的时间浸于水中, 水深5.5m左右, 顶部1m为风浪区。闸门下游面常处于水下的仅有0.5m左右, 其余部分处于水上。
4 闸门基本情况
由于钢闸门材质本身具有电化学性能的不均匀加上日光照射、高速水流、杂物的冲刷磨损和防腐技术落后等多种因素, 仅10年时间, 闸门普通发生锈蚀, 10mm厚的面板腐蚀成7-8mm, 严重威胁着闸门的安全运行。
5 防腐蚀措施
5.1 表面处理
采用干喷石英砂除锈技术比较适合水闸应用条件。喷砂处理后, 钢构件表面干净粗糙, 增强了保护层的附着力。应用涂料保护的钢结构, 喷砂除锈较手工除锈延长保护周期近1倍。
5.2 涂料保护
1959-1978年间, 先后在9孔闸门上进行涂料配组试验, 使用了油性调和漆、沥青漆、醇酸树脂、过氯乙烯漆、乙烯漆、环氧树脂漆、聚氨脂、氯化橡胶等8大类143个品种的涂料。经过长时间对比试验, 找到了适合水闸应用条件的涂层方案, 见表1。
5.3 热喷锌 (铝) 保护
5.3.1 火焰喷涂。
1966年, 分别在4#、5#孔闸门上开展喷铝、锌试验, 厚度为300um, 表面采用Ac-15氯化胶铝粉漆封闭。1982年经国家农委和科委联合组织鉴定, 确认防腐周期均大于16年。1991年再次抽取4#、5#孔闸门进行检查。4#孔闸门铝层全部氧化, 闸门生锈, 而5#闸门基本上没有锈蚀, 可见, 在三河闸淡水环境中喷锌防护效果好于喷铝, 保护年限可达25年左右。1993年三河闸第三次加固后, 新闸门均采用热喷锌外加AC-15氯化胶铝粉漆封闭, 运行17年来, 未见有锈蚀现象。
5.3.2 电弧喷涂。
1994年引入电弧喷涂技术, 在四块检修门上试喷锌, 并与火焰喷涂进行对比, 见表2。可见, 电弧喷涂在涂层质量、喷涂速度、能源消耗和安全性等方面均好于火焰喷涂。电弧喷涂与金属基层结合强度是火焰喷涂的3倍。但在闸门的门侧、槽钢乙缘背面等处, 电弧喷枪操作困难, 还需配备火焰喷枪来弥补。
5.4 方案比较及效果分析
喷锌保护周期可达16年以上, 对钢结构没有选择性, 日常维护管理工作量也很少, 年运行费用介于涂料保护和外加电流阴极与涂料联合防腐之间, 但一次性投入大。涂料防腐施工工艺简单, 保护周期相对较短, 年运行费用较高。
结束语
水工钢结构各部分常处于不同环境之中, 腐蚀情况也有所不同, 建议可根据钢结构所处水上、水下的不同部位, 进行“等效保护”, 以达到相同保护周期。闸门常浸于水下的部分, 可采用外加电流阴极保护与涂料联合防腐, 干湿交替部位采用喷锌外加涂料封闭保护。下游面常处水上部分腐蚀较轻, 可采用涂料保护, 水下部分和支臂等结构复杂不便于维修的部分, 采用喷锌外加涂料封闭保护。而闸门滚轮、轨道受磨擦较严重的部位, 可采用热喷锌和不锈钢阶梯涂层进行保护。
摘要：本文主要介绍了运用于三河闸工程中钢闸门的防腐蚀措施及效果, 并对钢闸门涂料防腐、热喷锌 (铝) 两种方案进行了比较, 提出了“等效防护”的建议。