海洋气候环境下ACCT冷喷锌-环氧-聚硅氧烷重防腐方案
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海洋气候环境下ACCT冷喷锌-环氧-聚硅氧烷重防腐方案

编辑: 来源:ACCT 发布日期: 2019-02-25
信息摘要:
采用ACCT TW707冷喷锌作为底漆、ACCT TH108无溶剂环氧重防腐涂料作为中间漆、ACCT TW713聚硅氧烷耐候面漆的底中面配套方案在重防腐领域的应用。

一.海洋环境下钢的电化学腐蚀机理

 所谓海洋环境是指从海洋大气到海底泥浆这一范围内的任一种物理状态,诸如温度、风速、日照、含氧量、盐度、PH 值以及流速等,一般可分成性质不同的几种类型:海洋大气区、浪溅区、水位变动区、全浸区以及泥下区。钢结构在海洋环境的五个区域中都有电化学腐蚀发生,这个电化学腐蚀过程与电解质电池反应相同,构成这种反应的三个要素是阳极、阴极及导电解质。钢铁是铁元素和渗碳体的混合物,铁元素的电位较低,渗碳体的电位较高,电位不等的两种元素在电解质溶液的作用下,构成了以铁元素为阳极,渗碳体为阴极的微电池网络,产生电流。在阳极区,由于极性水分子的作用,铁素体被析出,呈自由状态的铁离子因而进入溶液,这就是金属的活性溶解过程。在阴极区,由于电位差的作用,阳极区的电子经钢铁本体流到阴极,被溶液中的某些物质所吸收。在通常情况下,即溶液的PH 值大于4 时,表现为氧的还原;当溶液的PH值小于4 时,则表现为氢的析出:阳极产物铁离子与阴极产物氢氧根离子相结合,生成初步的腐蚀产物氢氧化亚铁而沉淀,氢氧化亚铁进一步为溶液中的氧所氧化,转变为氢氧化铁( 即铁锈)。氢氧化铁的溶解度较小,呈疏松的薄膜状包裹于钢铁的表面,有一定的保护作用,但抗渗能力很弱,性质不稳定,当溶液中有充足的氧气供应时,则腐蚀过程一直进行,直至钢铁成为铁锈为止。

 

二.钢结构在大气区的腐蚀

  海洋大气是指海面飞溅区以上的大气区和沿岸大气区,在此区域中主要含有水蒸气、氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫以及悬浮于其中的氯化盐、硫酸盐等,它具有比普通大气湿度大、盐分高、温度高及干、湿循环效应明显等特点。由于海洋大气湿度很大,水蒸气在毛细管作用、吸附作用、化学凝结作用的影响下,附着在钢材表面上形成一层肉眼看不见的水膜,CO2、SO2 和一些盐分溶解在水膜中,使之成为导电性很强的电解质溶液。由于钢材的主体元素铁和微量元素碳等元素的标准电极电位不同,当它们同时处于电解质溶液中时,就形成了很多原电池,铁作为阳极在电解质溶液( 水膜) 中被氧化而失去电子,变成铁锈。这一过程的反应速度取决于相对湿度、温度、降水量以及大气组成、含盐量、灰尘、大气污染等因素,这一点与内陆大气环境下的腐蚀是相同的。但由于海洋大气环境相对湿度较大,水膜较厚,含盐量较高,水膜电解能力更强,同时海洋大气环境中的钢结构,白天经日光照射,水分蒸发提高了表面盐度,晚间又形成潮湿表面,这种干湿循环使得腐蚀速度大大加快。此外水膜中溶解的其他物质,如氧气、二氧化碳、二氧化硫及另外一些氯化物和硫酸盐也沉积在钢材表面,一方面,盐分在水膜中溶解,二氧化碳和二氧化硫使水膜呈酸性,提高了水膜的导电能力;另一方面,氯离子有穿透作用,它能加速钢材的点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀。由此可见,海洋大气腐蚀环境远比内陆大气环境恶劣。

 

三.海洋环境下钢腐蚀的热力学机理

 钢发生腐蚀是由它本身的性质所决定的。任何一种元素,包括金属元素和非金属元素在自然界都有一种最稳定状态,即能量最低状态。如果用某种方法,例如通过化学法或电化学法改变元素的状态,使其成为较高能量状态,则该元素具备了一种恢复到稳定态的能量,一旦条件合适便自发地回到原来状态,这就像水总是要流到最低处,即能量最低状态一样。如果把水用某种方法提到较高的位置,则水便具备了一种回到原来状态( 低处) 的能量( 势能),一旦条件合适,水便自发的从高处流向低处,恢复到原来的状态。钢是由铁制成的。而铁是在高炉中用焦炭中的碳对赤铁矿(Fe2O3) 还原而得到的。铁锈是铁氧化物的水合物,其成分类似于赤铁矿,从而可以解释在大多数情况下钢为何容易生锈,可以认为这个生锈的过程就是形成钢铁原始矿石的自然反应。由于自然界的矿石更为稳定,因此钢有转变为其原始状态的趋势。这种腐蚀过程热力学计算的反应趋向与化学系统的平衡态以及所发生的能量变化有关,这个过程的反应方向也可以用热力学上的吉布斯自由能判据来描述。

 

四.海洋环境下钢结构重防腐蚀的涂层配套方案的选型

    海洋环境大气环境下的涂料涂层保护的方式,所选用的涂料品种亦采用满足上述腐蚀环境下的涂料配套,注重高性能的重防腐涂料的品质及技术指标尤为重要。涂装配套的检验标准为:道数涂层干膜厚度涂层结构的检测。 

    1. 底涂(底漆)设计采用锌含量高达96%以上的冷喷锌涂料,形成高效保障阴极保护层,有效防止钢结构的电化学腐蚀。(ACCT TW707冷喷锌涂料的检测报告可下载或联系销售代表)

    2. 中涂(中间漆)采用高固含量无溶剂体系的厚浆型涂层,形成致密坚硬的密封封闭层,有效防止腐蚀性气体的渗透产生的化学氧化腐蚀。(ACCT TH108无溶剂环氧重防腐涂料的检测报告可下载或联系销售代表)

    3. 面涂(面漆)采用聚硅氧烷涂料,公认的优异的耐候性能瞒住阳光中紫外线及其它射线对有机材料的老化腐蚀。(ACCT TW713聚硅氧烷涂料的检测报告可下载或联系销售代表)

 配套方案如下:

 1(底) ACCT TW707冷喷锌涂料            75µm

 2(中) ACCT TH108无溶剂环氧重防腐涂料  200µm

 3(面) ACCT TW713聚硅氧烷涂料           80µm             合计涂层干膜厚度: 355µm

 

五.钢结构重防腐蚀的涂层涂装工艺

钢结构涂装工艺具体包括下列五项工作:

①涂装前表面处理。

    钢结构用的均为热轧钢材,表面有一层均匀的氧化皮。氧化皮从表面上看来是完整的,实际上有无数微小缝隙,水气和腐蚀介质渗透到松动的氧化皮下,发生缝隙腐蚀和浓差腐蚀。不去除干净,还会造成涂膜的剥离和钢材的锈蚀;另外,从电化学上分析,氧化皮的电极电位比铁正0.15—0.2O eV。在大量氧化皮存在时,特别是处于潮湿环境中,氧化皮的大阴极与少量裸露的铁阳极形成微电池,会造成裸露区的局部腐蚀。在机械除锈工艺中必须彻底去除氧化皮。另外,在待喷漆的钢材表面,若有未清除的疏松铁锈等锈蚀产物时,漆膜表面与钢铁不能直接接触,涂层的附着力降低。同时锈蚀产物里含有的FeSO4、NaC1等杂质会促进钢的腐蚀,涂漆前钢材表面必须除锈。在钢结构制造业中,重防腐涂料对涂漆前表面处理清洁度要求达到ISO8501的Sa 2.5级,等同于我国标准GB 8923的Sa 2.5级、美国钢结构标准SSPC SPIO的接近出白级。它的文字定义为:“非常彻底地抛(喷)丸” 机械除锈,钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、锈斑等附着物;仅留轻微的点状或条状痕迹:95%以上钢材表面受到磨料冲击,露出金属的本色。”参见ISO8501标准对照照片Asa2.5、Bsa2.5、Csa2.5、Dsa2.5。对于电焊缝表面、局部锈蚀部位修补前,可采用手工和动力工具除锈,清洁度等级达到ISO8501的St3级。它的文字定义为:“非常彻底地手工和动力工具除锈。钢材表面无油脂和污垢,无附着不牢的氧化皮、铁锈、涂层等,钢材表面应具有金属底材的光泽”。参见ISO8501标准对照照片BSt 3、CSt 3和DSt 3。

②防腐蚀涂料配套体系确定。

 1(底) ACCT TW707冷喷锌涂料            75µm

 2(中) ACCT TH108无溶剂环氧重防腐涂料  200µm

    3(面) ACCT TW713聚硅氧烷涂料           80µm             合计涂层干膜厚度: 355

③涂装工艺流程确定。

结合实际生产工艺制定涂装工艺流程

④重防腐涂料的喷涂施工。

ACCT涂层涂装方案

冷喷锌涂料

75μm

无溶剂环氧重防腐涂料

200μm

聚硅氧烷面漆

40μm

聚硅氧烷面漆

40μm

车间内施工

现场施工

(1)钢材喷砂到Sa 21/2

(1)漆膜破损处,动力工具打磨到St3

(2)统喷:冷喷锌涂料底漆

(2)局部修补:冷喷锌涂料底漆

(3)统喷:无溶剂环氧重防腐涂料

(3)钢结构全面清洁干净

(4)统喷:聚硅氧烷面漆1至2道

(4)统喷:聚硅氧烷面漆

采用无气喷涂设备喷涂施工:

无气喷涂是现代化钢结构工程主要的喷涂方法,无气喷涂具有下列优点:

 涂装效率高。有些现代化的钢结构厂生产中,属于高速度,快节奏的流水线作业,只有无气喷涂才能适应钢结构涂装的需要。按重庆长江机械厂的测试,该厂生产的QPT6528无气喷漆机每小时涂装面积可在达400~1000m2;可喷涂高固体含量,厚膜型涂料。一次喷涂即可达到规定膜厚的要求。同时能有效控制和提高膜厚质量,减少损耗;无气喷涂对涂料飞散较少,因可不加或少加稀释剂施工,有机渗剂挥发量减少,有利于环境保护;因喷射雾化的涂料中不混有压缩空气、油、水等杂质,加上涂料压力高,涂料射向钢材表面后渗透力强,涂层附着力好。无气喷涂有利于实施喷漆工艺自动化作业。

 1.无气喷涂原理

 无气喷涂是使涂料通过加压泵(0.14~0.69MPa)被加压,通过特制的硬质合金喷嘴(0.17~1.8mm)喷出,其速率非常高。当高压漆流离喷嘴到达大气后,随着冲击空气和高压的急剧下降,涂料内溶剂剧烈膨胀而分散雾化,高速地涂覆在被涂物件上。因涂料雾化不用压缩空气,所以称之为无空气喷涂,它是利用高压产生雾化,故又称之为高压无空气喷涂。

 2.无气喷漆机的组成

无气喷涂设备的组成.png

1—动力源;2—喷枪;3—涂料输送管道;4—蓄压过滤器;5—涂料容器;6—高压泵

图1   无气喷涂设备的组成

 

 在钢结构涂装工艺中,无气喷漆机多采用压缩空气作动力源;喷枪将涂料形成雾状,喷射于被涂物表面;加压泵提供高压,使涂料可高速喷出;蓄压器使涂料液压稳定,减少喷涂时的压力波动;漆料过滤器过滤漆料,减少漆路堵塞;

高压软管输送漆料,耐涂料侵蚀、耐高压。

 3.喷漆压力

 气动型高压、无气喷漆机,采用压缩空气驱动泵,通过减压阀调整空气压力来控制涂料的输出压力,涂料喷出的压力可达输出气压的几十倍。涂料喷出压力与进气压力之比称为压缩比。涂料压力是重要的喷涂条件。提高喷漆压力可以增加涂料喷出量,在一定范围内可提高喷漆效率,但不适当地依靠提高喷漆压力来增加涂料喷出量是不可取的。有人经过测试,压力提高44%,而漆料喷出量却只增加20%。压力过高,对无气喷漆机来说,会造成设备过早磨损,影响使用寿命;喷漆压力过高,还会使漆料易“反弹”,浪费多,漆雾飞扬,碰到气温较高时,易造成“干喷”,使涂膜十分粗糙;相反,喷漆压力过低,喷幅达不到规定要求,涂膜薄而且均匀度差,易发生“橘皮”和“流挂”现象。确定每种钢结构涂料的喷漆压力的主要依据是涂料厂提供的技术说明书。在说明书的施工指导中均标有规定膜厚时的推荐喷漆压力。尚有不清楚处,应向兴通力得(北京)科技股份有限公司的技术服务咨询。

 喷漆压力是通过涂料说明书,查到该漆所需的喷漆压力,再根据无气喷漆泵的压缩比确定进风压力。计算公式为:进风压力=喷漆压力/压缩比

 无气喷漆机的喷涂压力总是低于输出压力。所以,在确定喷漆压力时,必须考虑到无气喷涂设备的压力损失因素,如涂料输送管压力损失,特别在涂料粘度大,管道比较长,管径比较小时,压力损失比较大;又如喷枪与高压泵所处的高度差,也会产生压力损失。涂料输送管的长充一般不超过25m。

 d.喷嘴的选用

 喷枪的喷嘴通常由钨化金属制成。由于无气喷枪具有开关功能;在喷枪上没有控制空气和涂料的装置,喷涂流量和扇形的幅度,只能通过喷嘴的选择来达到目的。

 经过测试和计算,无气喷漆时,流量Q与喷嘴当量孔径d、涂料压力p、涂料密度有如下的关系:

 式中k——比例常数;d——孔径;P——涂料压力;s——涂料密度。

 在上式中,可以明显看同,喷嘴当量孔径与流量的关系最为密切,喷嘴孔径大,涂料喷出量出大:

 喷嘴孔形多为椭圆形,有些厂商提供的孔径尺寸,是指与椭圆等面积圆的直径;有的厂商不提供孔径尺寸,而提供一定条件下的流量数据。

 喷嘴的形状则决定了喷雾幅度的大小,有的厂商仅提供一定条件的喷距下,喷射角的角度,喷射角大,喷雾幅度亦大。各厂商生产的喷嘴都有一系列的规格。这些规格决定了各自的型号,从型号可以看出喷嘴的孔径(或流量)与喷雾幅度(见图2)。

无气喷涂设备的组成 

图2   喷嘴的技术参数

 

⑤涂装质量的检验和评定。

1检验环境   检验在生产现场的检验工位进行。当异地检验存在争议时,选用的检验场地应符合下列条件:

1.1  环境整洁,空气清新,不应有明显影响检验作业的热气、湿气、烟尘,噪音不得高于70Db(A)。

1.2  检验场地长度和宽度至少应超出被检车身3m,地面和墙壁均为白色,且不应反光眩目。

1.3  采用带反射板自然纯正色日光灯照明。日光灯的映像,在垂直涂面呈上下方向,在水平涂面呈左右方向,照度1000~2000 lx。

2检验人员   检验人员辨色力正常,视力在0.8以上(含校正后)。检验人员应经过培训并得到授权。

3检验仪器及量检具

3.1  检验仪器:漆膜测厚仪、光电光泽仪、DOI值测定仪、便携式漆膜硬度计等。

3.2  量检具:钢板尺、中华牌高级绘图铅笔(H、HB、B三种规格),单面刀片等。

3.3  所有仪器及量检具应符合计量检定要求,并在有效的检定周期内。4   检验内容

4表面油漆涂层质量

    表面油漆(包括装饰性面漆和防护性底漆)涂层质量检验包括:缺漆(露底)、颗粒、流痕、缩孔、起皱、桔皮、杂漆发花、擦伤划痕、砂纸纹、遮盖不良、补漆雾圈、生锈、气泡、坑包、开裂脱落、涂层不干、底材凹凸、胶条堆积等外观缺陷,并检验漆膜硬度、厚度、附着力、鲜映性、光泽参数等。