化學防腐材料在建筑領域的應用

肖登奎，毛耀泉，唐興勇(中國建筑第二工程局有限公司，北京 101149)

0 引言

目前，在建筑領域引入了工業(yè)設計思想，通過運用其中的產業(yè)鏈思維，建筑企業(yè)已經(jīng)構建了內容完整的建筑產品生產制造產業(yè)鏈條。一方面，可以根據(jù)建筑產品研發(fā)設計、物料采購運輸、施工生產建設、訂單多元處理、市場渠道銷售、售后運維管理等標準環(huán)節(jié)，開展專業(yè)化設計與施工。另一方面，建筑企業(yè)能夠在整個研發(fā)設計過程中，根據(jù)實際的建筑產品防腐需求與風險管理要求，選擇一些有效的化學防腐材料，提升整個建筑產品的生產品質。

1 化學防腐材料概述

化學防腐材料主要是指對防腐對象的化學(或電化學)腐蝕現(xiàn)象進行有效抑制的材料。其中，包括了琉璃鋼、涂料、橡膠制品等。需要注意的是，在化學防腐材料應用過程中，除了材料本身的防腐性能獲得應用之外，通常伴隨有對化學防腐技術的運用[1]。例如在古建筑的腐蝕保護方面，可以選擇一些化學防腐劑(如：季銨銅硼化物ACQ、銅鉻砷CCA-C等)，進行防腐處理。同時，也可以根據(jù)古建筑木質材料的腐蝕情況，針對木腐菌進行氧氣、含率、溫度、食物方面的條件更新，保障木質材料獲得防腐功能，抑制木腐菌繁殖。再如，采用刷防腐漆、加壓浸注、浸泡處理等，實現(xiàn)對古建筑的防腐保護目標等。

2 化學防腐材料在建筑領域的應用

2.1 在古建筑文物保護中的應用

中國是一個擁有五千年文明的古國，也是世界古代文明中唯一沒有發(fā)生文明存續(xù)中斷的國家，因而遺留了不計其數(shù)的古代建筑文物。由于新時代中國政府十分重視古建筑文物保護，較好的促進了建筑領域化學防腐材料的應用。具體而言，古建筑文物暴露于公共空間之中，木質構架、傳統(tǒng)工藝，容易在天氣、蛀蟲、腐爛等多重因素下遭受破壞。因此，為了有效化解此類問題，通常會采用一些科學的處置方案。以天氣因素導致的受潮、發(fā)霉、腐蝕、糟朽為例，造成此類腐蝕的直接原因是天氣，深層原因是菌類孢子，所以，一般情況下要求對其中的氣生菌絲、營養(yǎng)菌絲、直立菌絲等進行有效處理，防止它們被吸收進入木材組織后引發(fā)腐爛現(xiàn)象。當前的處理中以化學防腐劑的使用為主，以化學防腐技術為輔，可實現(xiàn)防腐目標[2]。

例如通常應用CCA木材防腐劑可以預防白蟻、延長壽命、短時間內殺滅蟲害、化解霉菌性腐爛問題。該材料毒性低、抗流失性好、滲透力高，可以在不影響木材料原有性能的情況下，增強其強度、絕緣性、硬度、阻燃性能等。目前對此類材料的使用過程，一般將濃度控制在65%左右。具體應用時，要求根據(jù)不同的方法，選擇適宜的稀釋深度：(1)如果用水將CCA防腐劑稀釋到2.0%～3.0%，再通過加壓法進行有效處理時，通常情況下壓力宜控制在1 MPa、時間宜控制在8 h以上、吸收量宜控制在50 kg/m3。(2)如果采用常壓浸泡法，或者噴涂法時，則宜對其稀釋濃度進行相應的調整。若選擇前一種方法，宜選擇7%的稀釋后濃度，并在常壓之下，將古建筑木材置于盛滿防腐劑的設施之中，按照48 h以上的時間進行浸泡處理?，F(xiàn)階段的經(jīng)驗值表明，將吸收量控制在100～150 kg/m3范圍以內，效果相對較好。若選擇后一種方法，則宜將稀釋后的濃度控制在8%～10%范圍以內。這樣在涂刷三遍之后可以使其吸收量達到0.5 kg/m3，并保障涂刷的有效性。

對古建筑的琉璃磚瓦結構，可以使用有機硅樹脂涂料進行修復或防腐處理。有機硅樹脂無色透明，具有耐日照、耐雨水沖洗及耐老化的特性，經(jīng)對琉璃磚瓦基部進行簡單除創(chuàng)和清理，即可采用噴涂或刷涂的施工方式進行防護處理，涂料固化后在被保護建筑表面形成微薄的有機硅樹脂層，涂層與基部結合牢固，質地堅硬不透氣，可以減弱或隔絕空氣、雨水及日照對建筑物的損傷。

2.2 在鋼結構建筑防腐中的應用

自裝配式建筑工藝應用之后，鋼結構建筑產品受到了市場青睞，獲得了較好發(fā)展。但是，在鋼結構建筑中因鋼材料本身性能的限制，遇到空氣中的水分子與氧后，容易導致銹蝕現(xiàn)象，并在逐漸的發(fā)展過程產生腐蝕作用。同時，鋼結構建筑材料一般都經(jīng)過了電化學處理，可是當建筑產品本身暴露于公共空間環(huán)境后，部分金屬因陰極、陽極的存在，容易形成一種“微電池”現(xiàn)象，從而在其他腐蝕性介質條件下，通過生成的電解溶液達到微電池陰陽兩極的連通，進而產生鐵銹。具體而言，假定存在陽極：Fe/O2，陰極：H2O/C。那么，在電極反應條件下便可以生成鐵銹主要成份脫水化合物 Fe2O3。腐蝕電池的總反應議程如下：

由于在鋼結構中的腐蝕存在應力、電偶、縫隙，以及腐蝕疲勞現(xiàn)象，因而，在具體的處理過程中，為了減少腐蝕現(xiàn)象，通常會選擇適用的化學防腐材料，并配合使用匹配的化學防腐方法。從當前的實踐經(jīng)驗看，首先，要求先進行防腐保護方案設計，確保鋼結構建筑產品本身在構造形式、布局方面趨于合理化、簡單化。這樣可以減少表現(xiàn)積、提高防腐效率、增強耐蝕性。其次，需要對磨損腐蝕現(xiàn)象進行嚴格控制，包括流體流速、方向、截面積、管道液體等方面的控制。在確保鋼結構設計佳、耐磨損性能好的情況下，需要按照腐蝕的原因，選擇相應的化學防腐材料，并通過實驗室試驗，最終確定化學防腐材料的類型。例如，在鍍層保護方面，通?？梢赃x擇電鍍材料進行電鍍處理，或者選擇熱鍍鋅方法進行有效的抗腐蝕處理。目前使用此類方法時，可以選擇綜合方案，如在使用熱鍍鋅方法時，可以配套的應用噴鋁方法，進而在鋼結構表現(xiàn)上生成復合涂層，延長防腐時間、提高防腐涂料的使用效果等。除以上方法之外，當前一些建筑企業(yè)使用的“有機漆料配套體系”也能夠產生較好的防腐效果。如在中國東南沿海地區(qū)，由于鋼結構金屬部位的腐蝕與當?shù)氐臍夂驐l件、濕度、溫度、含鹽度、含水率等密切相關，為了達到有效的防腐目標，建筑企業(yè)通常會根據(jù)不同的影響因素，選擇針對性較強的有機漆料，并按照其防腐性能進行合理的配置，確保多種漆料、處理方法聯(lián)合應用條件下，達到綜合防腐目標[3]。

2.3 在建筑幕墻金屬方面的應用

隨著建筑行業(yè)、產業(yè)、企業(yè)經(jīng)營業(yè)務方面的全面轉型升級，建筑幕墻的應用頻率、應用面積正在快速擴大。可是，現(xiàn)代建筑幕墻之中的常見金屬均具有活潑性能，會在飽和空氣、中性海水中具備電位序。當金屬、合金電位序之間的差值較大、距離較遠時，容易發(fā)生極化腐蝕現(xiàn)象。例如在金屬錳、鋅、鋁(99.5%)、鉛(99.9%)的實際電位序均為負值，而Cu70-Ni30銅鎳合金、鉻和鉻鎳鋼(鈍態(tài)的)的實際電位序為正值。并且差異較大、離得較遠，此時容易發(fā)生極化腐蝕現(xiàn)象。具體而言，建筑幕墻會與土壤、大氣接觸，大氣中也會產生電解質溶液。此時，三種因素下建筑幕墻工程中的金屬結構可發(fā)生相應的腐蝕現(xiàn)象。目前對這種腐蝕現(xiàn)象的處理過程中，以化學保護層防護法居多，具體應用中多選擇化學材料，通過鍍的方法、化合的方法、噴涂與刷的方法等，形成化學、金屬、非金屬保護層[4]。

以化學保護層為例，在建筑幕墻金屬防腐過程中，主要是通過設置化合物薄膜的方法，使金屬與外界環(huán)境之間形成一個隔離腐蝕介質，能夠起到隔離接觸、防止腐蝕的目的。比如，常用的方法中對于建筑幕墻金屬鋁材的電化學氧化處理、對于金屬鋼材料的氧化處理等。以金屬保護層為例，主要是根據(jù)金屬性能，采用多元化的鍍方法，在金屬表面鍍一層保護膜，使其起到隔離介質的作用。通常使用的方法中包括了熱鍍、噴鍍、化學鍍、滲鍍等。比如在建筑幕墻金屬鋁合金型材的金屬保護層設置方面，會應用電泳涂漆、粉沫涂漆的方式達到防腐目標。而在建筑幕墻鋼型材方面通常會采用熱浸鍍鋅的方法等。與化學保護層、金屬保護層相比，非金屬保護層的設置則會選擇一些塑料類型的化學防腐材料，包括硬質塑料、軟質塑料、搪瓷、涂料等，除常規(guī)的涂與刷兩種辦法之外，也會使用到塑料襯里法等起到內部防腐作用。如對建筑幕墻金屬管道類型材的防腐處理中，可以選擇松套法襯里施工、黏結法襯里施工、螺栓固定法襯里施工等，使硬質塑料、軟件塑料應用到一些金屬管道之中，保障建筑幕墻金屬管材內部獲得有效的防腐處理。需要注意的是，建筑幕墻中通常會用到雙金屬，此時腐蝕現(xiàn)象相對復雜。因此，在具體的防腐防護過程中，建議在選材方面盡量規(guī)避異種材料的選擇，以此避免雙金屬因性能差異、實際電位序差異而產生接觸后的腐蝕現(xiàn)象。同時，應該控制好小陽極、大陰極的面積比，并開展適度的保護層處理。目前的實踐經(jīng)驗表明，在金屬鍍層過程中做好電位差的控制，有利于減小對金屬的危害。

3 結語

總之，在現(xiàn)代建筑領域中應用的化學防腐材料及防腐技術相對較多，為了保障應用的有效性，一方面應該增強加大對應用數(shù)據(jù)的采集及整理，從中提煉一些應用效用較高的化學防腐材料；另一方面應該加大對化學防腐材料的應用研究，使其能夠在方面層面，通過防腐處理的精細化發(fā)展，提升防腐效果。通過以上初步分析可以看出，古建筑文物保護、鋼結構建筑、建筑幕墻金屬中，對化學防腐材料的應用，不僅具有多元化特征，而且有利于化學防腐材料在建筑領域的多樣化應用及推廣。