摘 要：介紹了海南國際會展中心鋼結(jié)構(gòu)所處的腐蝕環(huán)境──C5-M，論述了鋼材結(jié)構(gòu)形式對其防腐蝕設(shè)計的影響。根據(jù)ISO 12944:2007標準和ISO 2808:1997標準，設(shè)計了4種防腐蝕涂層配套方案，即室內(nèi)、外鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層體系和有防火功能的室內(nèi)、外鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂層體系。介紹了涂裝技術(shù)條件、工藝流程和漆膜質(zhì)量評定方法。

關(guān)鍵詞：防腐,防腐工程,防腐處理,防腐涂料,鋼結(jié)構(gòu)防腐

1 前言

海南國際會展中心由會展中心、五星級酒店、七星級酒店、酒店式公寓、辦公及商業(yè)配套以及經(jīng)濟總部等組成。它是海南省政府確定的2009年重點項目，它的開工建設(shè)，將對2010年以后海口以至海南經(jīng)濟平穩(wěn)、較快發(fā)展作出貢獻。其中，一期工程主要建設(shè)會展中心。海南國際會展中心采用新穎的結(jié)構(gòu)選型，如預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，主體采用巨型鋼筋混凝土，屋蓋為鋼結(jié)構(gòu)單層網(wǎng)殼，局部輕鋼結(jié)構(gòu)，防腐工程是其中的重要組成部分。主體單層，層高20 m，約耗用鋼材1萬t。該工程用地面積33.7萬m2，總建筑面積13.5萬m2，建筑高度44 m。會展中心建筑外部構(gòu)型具有獨創(chuàng)性和標志性，富有創(chuàng)意：它似一只展翅的大鵬，又似一個來自神秘海底世界的古老生物。它是在“像”與“不像”的理念之間設(shè)計出來的抽象建筑物，將成為未來從空中鳥瞰海南國際會展中心的一道獨特景觀。它在滿足功能使用的前提下，充分體現(xiàn)熱帶濱海省會城市的特色：既注重環(huán)保、節(jié)能等特色，又注重新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，還注重防腐抗風、抗震及消防安全等

2 鋼結(jié)構(gòu)腐蝕環(huán)境、因素分析

2. 1 鋼結(jié)構(gòu)防腐中考慮的自然環(huán)境

�？谑形挥诒本�19°32′~ 20°05′，東經(jīng)110°10′~ 110°41′，地處低緯度熱帶北緣，屬于季風性熱帶氣候。擬建的海南�？跁�展中心，距海邊僅100 m。�？诘淖匀画h(huán)境對會展中心的鋼結(jié)構(gòu)防腐必定產(chǎn)生一定的不利影響，具體體現(xiàn)在以下方面：

(1) 鋼結(jié)構(gòu)防腐中的相對濕度。是指某一溫度下空氣中的水蒸氣含量與該溫度下空氣所能容納的水蒸氣的最大含量的比值。相對濕度達到某一臨界點時，水分在鋼結(jié)構(gòu)表面形成水膜，從而促進了鋼材的腐蝕。�？谄骄�相對濕度85%，最高相對濕度95%，最低40%。海口處于沿海地區(qū)，空氣中含鹽，臨界相對濕度低，鋼材表面容易形成水膜。鋼材表面形成水膜與空氣相對濕度臨

界值的關(guān)系見表1。

表1 鋼材表面形成水膜的空氣相對濕度臨界值

鋼材的表面狀態(tài) 臨界相對濕度/%

干凈表面在干凈的空氣中 接近100

二氧化硫處理過的表面 接近80

干凈表面在含0.01%二氧化硫的空氣中 70

在3%氯化鈉溶液中浸泡的表面55

(2) 鋼結(jié)構(gòu)防腐中的溫度。�？趯賮啛釒�氣候，夏長無冬，春秋不分，年平均氣溫23.9 °C。7月氣溫最高，平均28.1 °C，最高氣溫40.5 °C；1月份氣溫最低，平均17.3 °C，極端最低氣溫2.8 °C。當相對濕度達到金屬臨界相對濕度時，溫度對大氣的防腐影響較大。�？趯贊駸釒�，雨多溫高，故腐蝕嚴重。而且，溫度的變化還會引起結(jié)露。

(3) 鋼結(jié)構(gòu)防腐中的降水量。降雨增大了大氣的相對濕度，延長了鋼鐵表面的濕潤時間。同時，降雨會沖刷鋼材表面產(chǎn)物的保護性。在工業(yè)大氣環(huán)境中，雨水溶解空氣中的污染物，如SO2、Cl−等，促進了腐蝕的發(fā)展。�？诮涤炅枯^多，年均降水量1 785 mm，5 ~ 10月為雨季(冬季雨較少)，雨季往往伴隨臺風，降水量占全年80%，會加速鋼結(jié)構(gòu)腐蝕。霧況：冬、春兩季有霧出現(xiàn)，多在清晨至上午9時發(fā)生，偶爾也在傍晚或下午出現(xiàn)。年平均霧日約一個月左右。

(4) 鋼結(jié)構(gòu)防腐中的空氣中的污染物。全地鋼結(jié)構(gòu)屋面防腐szbasa.cn 據(jù)中國環(huán)境檢測總站統(tǒng)計，2008年�？谑锌晌�入顆粒物濃度年平均值為0.036 mg/m3，二氧化氮濃度年平均值為0.012 mg/m3，二氧化硫濃度年平均值為0.09 mg/m3，全年空氣污染指數(shù)為36(以上4項主要指標均優(yōu)于國家一級標準)。但海口會展中心處于海邊，海上鹽霧環(huán)境含NaCl顆粒塵埃(是氯離子的主要來源)，會對鋼鐵造成腐蝕。試驗表明，低濕度中碳鋼的腐蝕速率為10.03 g/(m2•a)，而海洋中碳鋼的腐蝕速率為501.1 g/。

(5) 鋼結(jié)構(gòu)防腐中的日照時間。日照時間對高分子材料和涂層的大氣老化有重要影響。太陽光中的紫外線能促進有機高分子材料的老化。對于鋼鐵材料，當其表面存在污染物時，受日照影響，溫度上升就會促進腐蝕的發(fā)展。�？谑腥�年日照時間長，輻射能量大，年平均日照時間2 225 h，太陽輻射能可達到110 ~ 120 kcal(即460 ~ 502 kJ)。

(6) 鋼結(jié)構(gòu)防腐中的風向和風速。風向影響著Cl−的傳播，風速對鋼鐵表面漆膜的干濕交替有一定的影響。�？谑刑幱诤Ｑ蟠髿猸h(huán)境，常年以東北風和東南風為主，年平均風速3.4 m/s。5 ~ 10月為臺風季節(jié)，最高風力達到11 ~ 12級，并伴隨著大雨、暴雨，對鋼結(jié)構(gòu)腐蝕嚴重。根據(jù)上述分析和ISO 12944-2的有關(guān)規(guī)定，�？趪�際會展中心處于很高的C5-M腐蝕級別。水和土壤的腐蝕分類見表2。szbasa.cn有關(guān)C5-M腐蝕環(huán)境，已經(jīng)采用ISO 20340來指導(dǎo)防護涂料系統(tǒng)的應(yīng)用。

表2 水和土壤的腐蝕分類

分類 環(huán)境 環(huán)境和結(jié)構(gòu)的案例

lm1 淡水 河流的安裝結(jié)構(gòu)，水力發(fā)電站

lm2 海水或淡水 港口區(qū)的結(jié)構(gòu)，如閘門、防洪堤、近岸工程

lm3 土壤 埋地儲罐，鋼柱和鋼管

2. 2 鋼材本身對鋼結(jié)構(gòu)防腐的影響

海南國際會展中心的鋼結(jié)構(gòu)采用Q345B普通碳素鋼。鐵是其中的主要元素，約占化學(xué)成分的98%或更高，含碳量約0.26% ~ 0.50%。碳是形成鋼材強度的主要因素，且直接影響到鋼材的可焊性。此外，鋼中還含有限量以內(nèi)的硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)。鋼結(jié)構(gòu)防腐工程中，由于其他元素的存在，當鋼材處于大氣環(huán)境中，會因為自身內(nèi)部各處的腐蝕電位不同，而開始被空氣緩慢地氧化腐蝕。另外，鋼鐵與其他金屬接觸，會導(dǎo)致不同金屬之間的電偶腐蝕，故應(yīng)在設(shè)計中加以避免。

2. 3 鋼材結(jié)構(gòu)形式與防腐設(shè)計

根據(jù)鋼材的結(jié)構(gòu)特點，海南會展中心在結(jié)構(gòu)設(shè)計中充分考慮了鋼結(jié)構(gòu)防腐因素：

(1) 鋼結(jié)構(gòu)防腐工程中設(shè)計排水孔，下水管道開口朝下等，以防止水的局部富集。

(2) 該工程中有很多混凝土與鋼結(jié)構(gòu)接觸的部位。對于這些部位，可以在鋼結(jié)構(gòu)與混凝土的結(jié)合處預(yù)留一個小的坡度(如圖2所示)，以避免雨水在結(jié)合處聚集或沿著鋼構(gòu)件/混凝土縫隙滲入混凝土內(nèi)部，對鋼結(jié)構(gòu)防腐繼續(xù)造成不利影響。

(3) 海南國際會展中心的屋頂網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用壁厚

10 ~ 12 mm的鋼管，鋼管直徑約30 cm。由于鋼管間焊接時會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，故焊接部位往往是防腐蝕最薄弱的區(qū)域，設(shè)計和施工時應(yīng)加以嚴格控制。若采用重防腐涂料，焊接前通常不涂裝防腐涂料，需要在焊接后重新采取表面處理、修補等防腐措施。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)合部位及其防水聚集設(shè)計圖

(4) 鋼構(gòu)件的焊縫盡量處理得平滑圓潤，以避免焊渣、跳焊及大的焊縫出現(xiàn)，并避免棱角處應(yīng)力偏大而在焊縫處吸潮、聚集雨水，造成后續(xù)鋼材腐蝕。鋼結(jié)構(gòu)焊縫處理狀況如圖3所示。

(a) 差(b) 好(c) 最好

圖3 鋼結(jié)構(gòu)防腐工程中的鋼結(jié)構(gòu)焊縫處理狀況

3 室、內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層設(shè)計方案

3. 1 室外鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層設(shè)計方案

3. 1. 1 鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層體系設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂層體系設(shè)計方案有兩種。其中，

A方案為：無機硅酸鋅防腐底漆(1道)80 μm 環(huán)氧封閉漆(1道)30 μm 環(huán)氧云鐵防腐中層漆(2道)150 μm 丙烯酸聚氨酯防腐面漆(2道)80 μm 合計(6道)310 μm 按國際標準ISO 12944-1，該涂層體系使用壽命達到高持久性，即>15年[2]。該標準中，鋼結(jié)構(gòu)所處的腐蝕環(huán)境、使用壽命和涂層厚度的關(guān)系見表3。

B方案(電弧噴鋅鋁合金+ 重防腐涂料封閉)為電弧噴鋅鋁合金(2道)150 μm 環(huán)氧封閉漆(1道)30 μm 環(huán)氧云鐵防腐中間漆(1道)100 μm 丙烯酸聚氨酯防腐面漆(2道)80 μm 合計(6道)330 μm 按國際標準ISO 14713，該涂層體系壽命可大于20年。ISO 14713規(guī)定的涂層壽命≥20年的熱噴涂鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層體系與腐蝕環(huán)境的關(guān)系如表4所示。

表3 鋼結(jié)構(gòu)所處腐蝕環(huán)境、使用壽命和漆膜厚度的關(guān)系

腐蝕環(huán)境 使用壽命 δ(干膜)/μm

低80

中150 C2

高200

低120

中160 C3

高200

低160

中200 C4

高240(含鋅粉)，280(不含鋅粉)

低200

中280

C5-I

C5-M

高320

表4 涂層壽命≥20年的腐蝕環(huán)境與熱噴涂防腐蝕涂層體系的

關(guān)系

腐蝕環(huán)境 鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層體系

C2

噴鋁100 μm

噴鋁50 ~ 100 μm + 封閉

C3

噴鋁或鋅100 μm

噴鋁或鋅50 ~ 100 μm + 封閉

C4 噴鋁或鋅100 μm + 封閉

C5 噴鋁或鋅150 μm + 封閉Im2

噴鋁或鋅250 μm

噴鋁或鋅150 μm + 封閉

3. 1. 2 有防火功能的室外鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂層體系

無機硅酸鋅防腐底漆(1道)80 μm

環(huán)氧封閉漆(1道)30 μm

環(huán)氧云鐵防腐中間漆(1道)100 μm

防火涂料 規(guī)定膜厚

丙烯酸聚氨酯面漆(2道)80 μm

3. 2 室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層設(shè)計方案

3. 2. 1 防腐涂層

環(huán)氧富鋅防腐底漆(1道)80 μm

環(huán)氧云鐵防腐中間漆(1道)100 μm

丙烯酸聚氨酯面漆(2道)80 μm

合計(4道)260 μm

按表4判斷，該涂層的使用壽命大于15年。

3. 2. 2 有防火涂料的防腐涂層

環(huán)氧富鋅防腐底漆(1道)80 μm

環(huán)氧云鐵中間漆(1道)100 μm

防火涂料 規(guī)定膜厚

丙烯酸聚氨酯面漆(2道)80 μm

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說明：

(1) 按HG/T 3668–2000《富鋅底漆》的規(guī)定，無機硅酸鋅底漆干膜中鋅粉含量達到80%，環(huán)氧富鋅底漆干膜中鋅粉含量達到70%以上，能夠起到較好鋼結(jié)構(gòu)防腐效果。

(2) 經(jīng)過鋼結(jié)構(gòu)防腐實驗測試，防火涂料與環(huán)氧云鐵中間漆、丙烯酸聚氨酯面漆有較好的配套性能，且不影響防火效果。

(3) 鋼結(jié)構(gòu)防腐工程施工中，為利于涂覆工藝和維修的順利進行，環(huán)氧云鐵防腐中間漆和丙烯酸聚氨酯面漆均無最大涂覆間隔的限制。

3. 3 防腐涂層使用壽命

鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層的使用壽命即為涂覆到第一次大修的時間。此時，涂層銹層等級達到國際標準ISO 4628-3的Ri 3級，銹蝕面積為1%。關(guān)于涂層銹蝕等級的規(guī)定，szbasa.cn,ISO與歐洲標準、ASTM標準的對應(yīng)關(guān)系見表5。

表5 鋼結(jié)構(gòu)防腐工程中關(guān)于銹蝕等級的規(guī)定，ISO與歐洲標準、ASTM標準的對應(yīng)關(guān)系

銹蝕面積/% ISO 歐洲標準 ASTM D 610

0 Ri 0 Re 0 10

0.05 Ri 1 Re 1 9

0.5 Ri 2 Re 2 7

1 Ri 3 Re 3 6

3 Re 4

8 Ri 4 Re 5 4

15/20 Re 6

40/50 Ri 5 Re 7 1 ~ 2

75/85 Re 8

95 Re 9

Re 10

按國際標準ISO 12944:2007和ISO 14713:2008規(guī)定，防腐涂層的使用壽命即為涂層的耐性。本設(shè)計中，重防腐涂料配套涂層具有最高耐久性，即大于15年；電弧噴鋅鋁鍍層與重防腐涂料配套涂層有大于20年的耐久性。

4 防腐涂裝工藝[1]

4. 1 防腐涂裝工藝流程

4. 1. 1 無防火涂料的鋼結(jié)構(gòu)防腐工程做法

鋼管─去油，清潔表面─噴砂除銹─吹灰塵─焊縫預(yù)涂裝(刷涂)─無氣噴涂機噴底漆─噴中間漆─噴面漆─裝運現(xiàn)場─安裝焊接等─焊縫及破損處修補底、中、面漆─噴第2道面漆─檢查漆面質(zhì)量─修正─交驗。

4. 1. 2 有防火涂料的鋼結(jié)構(gòu)防腐工程做法

鋼管─去油，清潔表面─噴砂除銹─吹灰塵─焊縫預(yù)涂裝(刷涂)─無氣噴涂機噴底漆─噴中間漆─噴面漆─裝運現(xiàn)場─安裝焊接等─焊縫及破損處修補底、中漆─涂裝防火涂料─噴第2道面漆─檢查漆面質(zhì)量─修正─交驗。

4. 2 鋼結(jié)構(gòu)表面處理

(1) 鋼結(jié)構(gòu)防腐前鋼材表面原始質(zhì)量評定達ISO 8501-1的A、

B、C、D級。

(2) 鋼結(jié)構(gòu)防腐中鋼材表面經(jīng)過去油、機械除銹后，清潔度達到ISO 8501-1的Sa 2½級(相當于GB/T 8923–1988的Sa 2½級)。

(3) 鋼材表面經(jīng)機械除銹后，粗糙度達到ISO 8503標準，Rz= 65 ~ 75 μm(Ra= 10.0 ~ 13.0 μm)。國家標準GB/T 14977–1994《熱軋鋼板表面質(zhì)量的一般要求》中規(guī)定了鋼材表面缺陷的種類、深度和影響面積、修整要求及鋼板厚度等。鋼結(jié)構(gòu)防腐中的規(guī)定，國際標準ISO 8501-3中描述了不同的表面缺陷，主要包括焊縫、切割邊和一般的鋼材表面。故對于鋼材表面的處理級別，適用

于涂料施工的共分3個等級：P1(輕微的處理)，涂漆前需要考慮的最小處理；P2(徹底的處理)，涂漆的大多數(shù)表面缺陷要修正和進行處理；P3(非常徹底的處理)，表面沒有可見缺陷。表面缺陷的處理等級與鋼結(jié)構(gòu)暴露的腐蝕環(huán)境(ISO 12944-2)有一定聯(lián)系，如表6所示。

表6 鋼結(jié)構(gòu)表面缺陷處理級別與腐蝕環(huán)境的關(guān)系

鋼結(jié)構(gòu)防腐處理級別 腐蝕等級(ISO 12944-2)

P1 C1和C2

P2 C3和C4

P3 C5-I和C5-M

4. 3 噴漆

(1) 鋼結(jié)構(gòu)防腐中對焊縫及死角等的防腐預(yù)涂裝及修補采用刷涂。

(2) 底、中、面漆推薦采用無氣噴涂法。按照涂料供應(yīng)商規(guī)定與推薦，不同鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料采用不同的噴漆機、噴漆壓力和噴嘴。

(3) 在鋼結(jié)構(gòu)防腐中需控制噴漆作業(yè)環(huán)境條件，如溫度(鋼材表面溫度高于露點溫度3 °C)、相對濕度等等。

(4) 在鋼結(jié)構(gòu)防腐中需控制涂料施工過程中的技術(shù)參數(shù)，如混合配比、混合使用時間、稀釋劑和稀釋率、涂覆間隔等等szbasa.cn。

4. 4 鋼結(jié)構(gòu)防腐需漆膜質(zhì)量評定[3]

(1) 按ISO 12944:2007標準和ISO 2808:1997標準，每道涂層都必須遵照80–20原則：80%的測量值不低于規(guī)定干膜厚，其余20%的測量值不能低于規(guī)定膜厚的80%。

(2) 漆膜表面測量。漆膜表面無針孔、氣泡、剝落和嚴重流掛等漆膜弊病出現(xiàn)，顏色和光澤度符合業(yè)主的規(guī)定要求。

(3) 鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層附著力。

A：劃叉法。由于總膜厚>250 μm，故按ASTM D 3359–1997規(guī)定，應(yīng)達到3A級以上。

B：拉開法。鋼結(jié)構(gòu)防腐中，拉開法是評價附著力的最佳測試方法，應(yīng)用的標準有ISO 4624:2002，GB/T 5210–1985《涂層附著力的測定法 拉開法》以及ASTM D 4541。拉開法測試儀器有機械式和液壓/氣壓驅(qū)動兩種類型。典型的測試儀器有Elcometer 106型(機械式)、Elcometer 108型(液壓式)以及PAT M01(液壓型)。ISO 12944-6中對于涂層系統(tǒng)(干膜厚度大于250 μm時)的附著力要求，按照ISO 4624 拉開法進行附著力測試至少要達到5 MPa。對于舊涂層的維修，參考數(shù)值至少要達到2 MPa，才能認定為原涂層具有一定的附著力，可以保留；否則，舊涂層應(yīng)予以去除。對于防火涂料，水泥型的要求達到2.0 MPa；對于環(huán)氧類產(chǎn)品，則要求達到3.0 MPa為合格。

5 結(jié)語

按照ISO 12944-2國際標準，海南國際會展中心鋼結(jié)構(gòu)防腐工程處于很高的C5-M腐蝕環(huán)境。故根據(jù)會展中心內(nèi)外側(cè)及防火要求，設(shè)計了4種配套方案。按ISO 12944-5的規(guī)定，所有鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層壽命可達15年以上。

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