淺析新型免除銹防腐涂料涂層技術—以灣區(qū)會展國際酒店應用為例

陳曉星 李任戈 蔣 禮 溫慶年

（中建科工集團有限公司，廣東 深圳 518054）

0 引言

2020年，住建部、發(fā)改委等七部委聯(lián)合印發(fā)的《綠色建筑創(chuàng)建行動方案》，提出大力發(fā)展鋼結構等裝配式建筑，新建公共建筑原則上采用鋼結構，然而鋼結構腐蝕問題在世界范圍內依然嚴峻，我國每年金屬腐蝕造成的經濟損失約占國民生產總值的4%，2020年造成的損失約4.5萬億，開展鋼結構建筑的新型防腐研究具有極大的經濟和社會意義。

涂料防腐是金屬防腐的重要途徑之一，為了獲得優(yōu)良的防腐蝕效果，滿足鋼結構建筑的設計壽命，需要對新建鋼結構建筑或存量鋼結構建筑腐蝕處進行表面除銹處理[1,2]，常規(guī)防腐涂料對鋼構件表面處理要求較高，達到SA2.5級。根據國家建工行業(yè)標準《建筑用鋼結構防腐涂料》[3]中的要求，鋼結構防腐涂料主要分為底漆、中間漆和面漆。底漆具有較強的附著力，主要起到防銹作用；中間漆涂刷于底漆之上，具有很好的填充性，可以增強涂層的防滲透性能[4]；面漆涂覆在最外層，直接與環(huán)境相接觸，要求具有較好的耐候性和耐老化性。

而轉化型防腐涂料可在不經除銹或者簡單除銹的表面直接涂刷，轉化型免除銹涂料含有活性成分，能將鐵銹轉化為穩(wěn)定的物質，使疏松銹蝕層成為堅實并能較好附著于鋼鐵表面[5,6]。轉化型涂料施工前處理簡單，實現(xiàn)了免除銹，降低了施工成本，提高了生產效率，具有較大的實用價值。

轉化型免除銹防腐涂料在國內的研究和應用較少，國外雖有一定的應用，但是綜合性價比不高，如日本“普利本特”系列防腐產品可用于嚴酷海洋腐蝕環(huán)境，具有良好的銹蝕轉換性能，該涂料可以帶銹施工，防腐效果能長期維持，但其價格昂貴；又如以色列Green ICPS公司研發(fā)的免除銹涂料，施工時需要多次噴涂，單層固化周期長達7天，施工周期長。為此，本團隊研發(fā)了一類低成本轉化型免除銹防腐涂料。

1 鋼結構建筑常見防腐措施與防腐設計

鋼結構建筑屬于模塊化集成產品，具有標準化設計、工業(yè)化生產、高精度安裝的特點，是建筑工業(yè)化發(fā)展和轉型升級的重要推進方向。鋼結構建筑在工程領域中應用越來越廣泛，做好防腐方面的工作不僅可以使鋼結構的使用壽命增加，還可以提高工程的整體安全性。目前鋼結構建筑的主要防腐措施[7]有：（1）防腐涂層：通過物理屏蔽作用隔絕腐蝕介質與鋼結構的接觸，涂層防腐技術具有施工簡便、適用性廣等優(yōu)點，被廣泛應用于鋼結構建筑；（2）犧牲陽極陰極保護：是將還原性較強的金屬(如鋅、鎂、鋁等)作為陽極，鋼結構作為陰極，當腐蝕發(fā)生時，陽極的金屬材料先受到腐蝕，陽極材料消耗后替換成本較高，特殊環(huán)境下一般結合涂層保護使用；（3）耐蝕合金：通過添加Ni、Cr、Mo、Cu等元素來提高鋼材本身的耐蝕性能。根據組成合金的主要元素，耐蝕合金可以分為鐵基合金、鎳基合金和鈦合金等[8]。耐蝕合金在石油、化工和海洋工程等領域應用較多，但是造價高的問題限制其大規(guī)模使用。鋼結構建筑防腐設計一般按照如圖1所示流程進行設計[9]。

圖1 鋼結構防腐設計流程圖

2 新型免除銹防腐涂料體系優(yōu)選

2.1 新型免除銹防腐涂料稀釋劑優(yōu)選

本公司研發(fā)的漆壹牌新型防腐涂料是一種雙組份防腐涂料，主要由成膜物質、稀釋劑、助劑和顏填料等組成。綜合考慮涂料表面流掛性能和固化速率，選用低粘度雙酚A環(huán)氧樹脂E51為成膜樹脂，選用聚酰胺651為固化劑。

聚酰胺固化劑與環(huán)氧樹脂有極強的相容性，能夠增強涂層的柔韌性和抗沖擊性，但其缺點是粘度大，需要添加活性稀釋劑降低涂料體系濃度，同時減緩涂料交聯(lián)固化時間，增強涂料的施工性能。

本研究通過對三種稀釋劑的稀釋能力和加入稀釋劑的涂層物理性能對比測試，來確定選取稀釋劑的種類及用量。其中三種活性稀釋劑分別為十二至十四烷基縮水甘油醚AGE（長碳鏈）、環(huán)氧丙烷芐基醚692以及乙二醇縮水甘油醚669。

從圖2可以看出，三種稀釋劑都有較好的稀釋能力，未加入稀釋劑時環(huán)氧樹脂的粘度達到14000MPa·s。當稀釋劑的添加量未達到環(huán)氧樹脂質量的10%前，體系粘度隨稀釋劑添加迅速下降，稀釋效果顯著；當稀釋劑添加量超過環(huán)氧樹脂質量的10%后，稀釋劑的稀釋效果趨于平緩；當添加量達到20%時，稀釋劑AGE和692體系的粘度達到1000mPa·s，說明AGE和692的稀釋能力優(yōu)于稀釋劑669。

圖2 稀釋劑的添加量對體系粘度的影響

從表1可以看出，當AGE的添加量增加時，涂層的耐沖擊性有所提高，當添加量達到20%時，涂層的抗沖擊性最強，達到40cm，稀釋劑692和669對涂層的抗沖擊性基本沒有太大的影響。并且由于三種稀釋劑的分子結構不同，如AGE具有長直鏈結構，與環(huán)氧樹脂交聯(lián)后能夠增加分子鏈長度，可以提高涂層的柔韌性；669中含有苯環(huán)，降低交聯(lián)產物的柔韌性；692為短鏈結構，對涂層的柔韌性影響較小。因此經過綜合考慮，最終選擇AGE作為本涂料體系中的稀釋劑，稀釋劑的添加量約20%。

表1 稀釋劑對涂層性能的影響

2.2 新型免除銹防腐涂料顏填料優(yōu)選

該涂料選用玻璃鱗片、磷酸鋅、氧化鐵和陶瓷粉作為顏填料。在涂料配方中主體成分比例確定的前提下，調整四種顏填料的質量配比，其中PVC（顏填料體積濃度設置為40%），設計如下正交實驗，并根據正交實驗耐鹽霧性能極差表得到四種顏填料的最優(yōu)配比。

如表2、表3可以看出影響涂層耐鹽霧性能的主次順序為：A＞C＞B＞D，由均值確定的顏填料最佳配比為A3B2C2D1，即玻璃鱗片3份，磷酸鋅2份，陶瓷粉3份，氧化鐵1份。四種顏填料對涂層的耐鹽霧性能都有提升作用，其中陶瓷粉能夠填充涂料交聯(lián)固化過程中產生的孔隙和縮孔，降低涂層吸水率，阻礙腐蝕介質觸及基體表面。磷酸鋅能夠在鋼鐵表面形成以磷酸鐵為主體的鈍化膜，從而增強涂層的防腐效果。氧化鐵具有優(yōu)異的耐酸堿性和化學惰性，可以增強涂層的耐候性和耐酸堿性能。

表2 顏填料優(yōu)選的正交實驗表

表3 耐鹽霧性能極差分析

玻璃鱗片對涂層的耐鹽霧性能影響最大，這是因為玻璃鱗片能夠在涂層中平行分布，形成“迷宮效應”，改變腐蝕介質的滲透路線，變相增加涂層的厚度，增強涂層的抗?jié)B透和防腐性能，如圖3所示。

圖3 玻璃鱗片作用示意圖

陶瓷粉能夠填充涂料交聯(lián)固化過程中產生的孔隙和縮孔，降低涂層吸水率，阻礙腐蝕介質觸及基體表面。磷酸鋅能夠在鋼鐵表面形成以磷酸鐵為主體的鈍化膜，從而增強涂層的防腐效果。氧化鐵具有優(yōu)異的耐酸堿性和化學惰性，可以增強涂層的耐候性和耐酸堿性能。

根據新型免除銹防腐涂料體系優(yōu)選結果制備柒壹牌新型免除銹防腐涂料，其性能檢測結果如表4所示。

表4 漆壹牌新型防腐涂料性能參數

3 新型免除銹防腐涂料涂裝工藝

漆壹牌新型防腐涂料是一種雙組份新型防腐涂料，可常溫固化，實現(xiàn)了帶銹施工，無需中間漆，施工便捷，具有超強的耐滲透、免除銹特性，防腐壽命可達30年。

新型涂料涂裝前，無需表面噴砂或動力除銹，僅需去除表面浮銹，保持無水無油狀態(tài)，可帶銹施工，采用常規(guī)無氣噴涂方式，可在常溫快速固化，施工工藝簡單，噴涂效率高。涂裝工裝工序具體為：（1）混料調配。高固分環(huán)氧涂料A組分與B組分，A組分桶蓋打開后先采用動力機械攪拌1～2min。分別取一桶A料和B料（A料：B料=6:1），倒入空桶中，采用動力機械攪拌1～2min，完成混料調配；（2）第一道高固分環(huán)氧涂料施工。采用上述要求的氣動式無氣噴涂設備，控制設備氣壓表持續(xù)保持在0.5MPa或以上，噴涂速度控制為100mm/s，在構件相同部位噴涂4～5次，噴槍口距工件距離宜大于400mm；（3）第二道高固分環(huán)氧涂料施工。在第一道噴涂結束30min后，采用上述相同的噴涂工藝條件，在構件相同部位噴涂3～4次；（4）如是長期暴露室外鋼構件，再噴涂一層面漆即可。

施工時建議環(huán)境濕度RH≥80%時，停止噴涂作業(yè)；當環(huán)境濕度RH≥75%，并持續(xù)24h，不同時段噴涂構件，可能會存在色差問題。

4 案例應用及注意事項

4.1 灣區(qū)會展國際酒店

項目建成于2021年，位于深圳市寶安區(qū)沙福路與濱江大道交匯處，西臨濱江大道，項目合計占地103000m2，總建筑面積約為30000m2。建設包括6棟18F高層酒店及1棟18F服務用房，4棟7F多層酒店及1棟7F服務用房，可供4700人同時隔離。擬按“平戰(zhàn)結合”原則建設酒店，用于集中隔離，項目需要滿足快速建設要求，同時保證工程安全與質量。國際酒店A8棟在設計時，就選定此新型涂料，A8棟鋼結構面積為6424m2，涂料使用量4.6噸。新型免除銹防腐涂料，VOC含量低，實現(xiàn)帶銹施工，工藝簡單，固化速度快，從構件噴涂到出廠僅需6h，涂裝及安裝過程如圖4、圖5所示。

圖4 新型涂料工廠涂裝

圖5 新型涂料涂裝構件現(xiàn)場安裝

4.2 X-HOUSE 零能耗住宅

X-HOUSE建成于2021年，是由中建科工-華南理工大學聯(lián)合打造的單層獨立式住宅，創(chuàng)新采用鋼結構模塊拼裝中庭的結構形式，使房屋具有極大的可擴展性，總用地面積是400m2，總建筑面積115.84m2。X-HOUSE參加了在迪拜舉行的2021國際太陽能十項全能競賽，最終斬獲中東賽區(qū)總冠軍，該住宅國內生產制作，海運至迪拜，現(xiàn)場安裝調試并運營，目前已運營超13個月。SDME參賽住宅項目中約有1000m2鋼結構使用了新型免除銹涂料，簡單除銹后，直接噴涂，一層即可，未使用面漆，厚度均勻性、外觀和附著力良好，涂裝及安裝過程如圖6、圖7所示。

圖6 構件工廠涂裝新型免除銹涂料

圖7 新型涂料構件現(xiàn)場安裝

5 結語

本研究的新型免除銹防腐涂料，顛覆傳統(tǒng)涂裝工藝，可帶銹施工，涂膜致密，具有超強耐腐蝕性能，且后期維護便捷，新型防腐涂料已在多個工程項目成功應用，鋼構件表面處理僅SA1.0即可，無需中間漆，可大面積推廣應用，可節(jié)省70%拋丸時間，整個涂裝工期較常規(guī)縮短30%以上，提高防腐壽命30%以上，降低涂裝過程中能耗和VOC排放50%以上，降低鋼結構建筑全生命周期碳排放，經濟效益和社會效益顯著，有效推動鋼結構裝配式建筑行業(yè)綠色發(fā)展。