CN108047908A - 一种钢结构防腐工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钢结构防腐工艺，单一的防腐方法无法很好地保护恶劣环境使用的钢结构，本发明通过相对简单的工艺步骤为钢结构提供多层防腐蚀层，从而为钢结构提供相对于现有技术更好的防腐性能。首先需要对待防腐处理的钢结构进行表面预处理，然后使用电镀或热镀方法在待防腐处理的钢结构的金属表面镀上一薄层金属形成第一防腐蚀层，电镀或热镀过程中要注意控制第一防腐蚀层的厚度和粗糙度，在第一防腐蚀层表面喷涂含有硅酸盐、有机酸、硫磷丁辛基锌盐、硫脲组分的纳米防腐涂料，通过电镀或热镀第一防腐蚀层表层与纳米防腐涂料中组分反应形成第二防腐蚀层，继续喷涂适当厚度的纳米防腐涂料形成第三防腐蚀层，此工艺流程提高了钢结构防腐蚀性能。

Description

一种钢结构防腐工艺
技术领域
本发明涉及一种钢结构防腐工艺，具体涉及一种多重防护的钢结构防腐工艺，属于钢结构防腐蚀技术领域。
背景技术
钢结构是由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一，由于钢结构具有塑性韧性好、强度高、抗震性能好、施工周期短、制作方便等优点，钢结构广泛应用于高层结构、大跨度结构、工业厂房等领域当中，与此同时，钢结构的腐蚀问题变得更加突出。
钢结构的腐蚀按照周围的大气环境、土壤环境和海洋环境等因素可以分为大气腐蚀、土壤腐蚀和海洋腐蚀；按照腐蚀形态可以分为缝隙腐蚀和局部腐蚀。目前钢结构防腐蚀方法主要包括以下几种：1、采用耐候钢：即耐大气腐蚀钢，在钢中加入一定量的铬、镍、钛等合金元素，可制成不锈钢，通过加入某些合金元素，可以提高钢材的耐锈蚀能力；2、金属锌、铝具有很大的耐大气腐蚀的特性，在钢铁构件上喷锌或喷铝，锌、铝是负电位和钢铁形成牺牲阳极保护作用从而使钢铁基本得到了保护，目前用喷铝涂层来防止工业大气、海洋大气的腐蚀；3、在钢结构表面刷漆、喷涂涂料、搪瓷、塑料等，覆盖钢结构浸金属表面；4、纳米技术，纳米技术在各种表面改性层与不同用途的涂料中具有广泛的应用前景，通过向涂料中添加某些各类的纳米粒子形成的纳米复合涂料，可以大幅提升防腐性能。
以上钢结构防腐蚀方法虽然在实际应用中已取得了不错的效果，但由于上述方法一般只能在钢结构表面形成一层保护层，保护层一经破坏即失去保护作用无法很好地保护恶劣环境使用的钢结构，因此在防腐寿命和工艺流程上还有很多不尽如人意的地方。
因此，本发明提出一种新的钢结构防腐工艺，同时采用在钢结构上电镀或热镀金属以及喷涂纳米防护涂层两种工艺方法，并在喷涂步骤中使用特殊的纳米防腐涂料，在钢结构上同时形成多层钢结构防腐蚀层，且各层紧密相接，极大地增强了防腐蚀效果，能够有效延长钢结构的使用年限，有效降低钢结构的防腐成本，这对于钢结构防腐工艺和纳米防腐涂料技术提升具有十分重要的意义。
发明内容
本发明涉及一种耐腐蚀性好、工艺流程简单、污染小的钢结构防腐工艺，其所形成的多层钢结构防腐蚀层性能优异，试验表明防腐寿命可以达到50年以上，能够有效延长钢结构的使用年限，有效降低钢结构的防腐成本。
本发明采取以下技术手段实现：
首先对焊接完成的钢结构进行表面预处理，去除钢结构上的油脂和浮锈；去除钢结构上的油脂可以采用碱洗除油法，去除钢结构上的浮锈可以采用酸洗除锈法。
使用电镀或热镀的方法在待防腐处理的钢结构镀上一层金属形成电镀或热镀金属层，即第一防腐蚀层；
检测钢结构第一防腐蚀层的厚度h1和粗糙度R。
其次，若第一防腐蚀层厚度h1满足60μm<h1<150μm，粗糙度R满足R<10μm，则在第一防腐蚀层表面缓慢喷涂纳米防腐涂料，使纳米防腐涂料均匀覆盖第一防腐蚀层，控制反应温度在80-100℃之间，反应时间2-4分钟，使第一防腐蚀层的金属表面与纳米防腐涂料中的硅酸盐、有机酸、硫磷丁辛基锌盐、硫脲组分发生反应形成硅酸盐和硫磷丁辛基锌盐混合的第二防腐蚀层，控制第二防腐蚀层厚度h2在50μm-70μm范围，并固化；
之后，继续喷涂纳米防腐涂料形成第三防腐蚀层，第三防腐蚀层厚度h3在100μm-200μm范围，干燥后即形成第三防腐蚀层，第三防腐蚀层为纳米防腐涂料层。
所述钢结构可以采用Q235钢、Q345钢或Q390钢；
进一步地，所述电镀或热镀金属层的金属为锌或锌-铝合金；
进一步地，所述第一防腐蚀层粗糙度小于8μm；
第一防腐蚀层的粗糙度将极大地影响第二防腐蚀层形成的质量，因此要严格地控制第一防腐蚀层的厚度和粗糙度，粗糙度R最好控制在10μm以内。如果第一防腐蚀层的非常粗糙，将造成喷涂纳米防腐涂料时喷涂不均匀，最终导致形成的第二防腐蚀层结构上的瑕疵，这将成为第一防腐蚀层受到严重腐蚀的隐患。为保证第一防腐蚀层的粗糙度，可以适当将增加第一防腐蚀层的厚度，但这也必然增加施工成本，因此优先考虑控制第一防腐蚀层的粗糙度，也可以考虑对电镀或热镀的金属层进行再加工，但是因此工艺更加复杂，因此并不推荐这种做法；
进一步地，所述第二防腐蚀层厚度为60μm，所述第三防腐蚀层厚度h3为150μm。
纳米防腐涂料由以下组分按重量份组成：硅酸钠2-3份、纳米二氧化硅6-15份、钛白粉1.8-2.2份、磷酸铝4-5份、有机溶剂15-30份、环氧树脂6-8份、多异氰酸酯1-2份、有机酸1-1.2份、硫磷丁辛基锌盐2-3份、硫脲1.4-1.6份、固化剂2.0-2.5份、消泡剂1.2-1.4份、高分子分散剂1.1-1.3份、偶联剂1-10份。
优选地，所述有机溶剂为丙酮或正丁醇，所述高分子分散剂为三乙基己基磷酸或聚丙烯酰胺，所述固化剂为腰果壳油改性胺固化剂，所述消泡剂为改性聚硅氧烷，所述偶联剂为硅烷偶联剂；
优选地，所述有机酸为肌醇六磷酯。
纳米防腐涂料配置方法：
（1）将环氧树脂与有机溶剂混合、搅拌，加入磷酸铝和高分子分散剂，搅拌均匀后，继续以下步骤；
（2）搅拌下缓缓加入纳米二氧化硅、钛白粉以及其他添辅料和添加剂（多异氰酸酯、硫磷丁辛基锌盐、固化剂、消泡剂、偶联剂）；
（3）继续在搅拌状态下缓缓加入硅酸钠、有机酸、硫脲；
（4）加入完成后强力搅拌、研磨直至均质化并过筛；
纳米防腐涂料配置加工完成即用于防腐蚀层的喷涂，以在钢结构表面形成第二防腐蚀层和第三防腐蚀层。
将纳米防腐涂料喷涂在钢结构电镀或热镀金属层时，纳米防腐涂料中的有机酸分子中的羟基与金属层上层金属发生反应，通过离子键形成锌化合物，同时分子中大量羟基通过配位键在金属表面与硫磷丁辛基锌盐混合生成致密的吸附保护膜，从而形成第二防腐蚀层。第二防腐蚀层是随着喷涂材料厚度累积而组分渐变的防腐蚀层，第二防腐蚀层与第三防腐蚀层的划分并没有特别严格的划分界限。由此形成的三层防腐蚀层结构的非常紧密地连接成一体，相比于简单地将镀金属层和涂覆防腐涂料结合所形成的复合多层防腐蚀层具有更高的稳定性和更强的耐腐蚀能力。
防腐涂料也可以是适合添加硅酸盐、有机酸、硫磷丁辛基锌盐、硫脲组分的任何现有防腐涂料，通过上述工艺流程或简单变形能够形成连续变化的第二防腐蚀层即可；防腐涂料可以由现场制作而成，制作完成后即用于喷涂。
本发明具有如下优点
（1）第一、二、三层防腐层连续形成，相比单独形成的一层保护层或分别独立形成的复合多层保护层具有更好的防腐蚀性能，防腐层不容易破坏剥落。相比于现有技术，每一种防腐蚀工艺流程只能生成一层防腐蚀保护层，本发明通过镀膜和喷涂两个工艺步骤就实现了三层紧密相接的一体化防腐蚀层的形成，可以比现有技术更快速、大面积地对钢结构进行防腐蚀处理，提高了工作效率并且防腐性能显著提高。
（2）使用含有纳米二氧化钛、二氧化硅材料的纳米防腐涂料，相比传统防腐涂料在性能上也有很大提升，纳米粒子形成的纳米复合可以更加有效地阻碍了腐蚀介质的进入。
附图说明
图1所示为钢结构传统防腐保护层；
图2所示为本发明的钢结构防腐保护层；
图3所示为钢结构防腐工艺流程图；
图4所示为第二防腐蚀层反应温度-反应转化率曲线；
图5防腐处理后钢结构产品防腐蚀性能加速试验对比。
具体实施例
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
实施例一
图1是传统钢结构防腐保护层示意图，镀金属层和喷涂防腐涂料是两种最为常见的两种钢结构防腐工艺，钢结构1表面镀一层金属层2或钢结构1表面喷涂一层防腐涂料层3。图2是本发明钢结构防腐工艺形成的保护层结构，防腐工艺共形成三层防腐蚀层：第一防腐蚀层4、第二防腐蚀层5和第三防腐蚀层6，图3是本发明钢结构防腐工艺的流程图。
首先，对焊接完成的钢结构1进行表面预处理，去除钢结构1上的油脂和浮锈；去除钢结构1上的油脂可以采用碱洗除油法，去除钢结构1上的浮锈可以采用酸洗除锈法。
使用电镀或热镀的方法在待防腐处理的钢结构镀上一层金属形成电镀或热镀金属层，即第一防腐蚀层4；
检测钢结构1第一防腐蚀层的厚度h1和粗糙度R。
其次，若第一防腐蚀层4的厚度h1满足60μm<h1<150μm，粗糙度R满足R<10μm，则在第一防腐蚀层4表面缓慢喷涂纳米防腐涂料，使纳米防腐涂料均匀覆盖第一防腐蚀层4，控制反应温度在80-100℃之间，反应时间2-4分钟，使第一防腐蚀层4的金属表面与纳米防腐涂料中的硅酸盐、有机酸、硫磷丁辛基锌盐、硫脲组分发生反应形成硅酸盐和硫磷丁辛基锌盐混合的第二防腐蚀层5，控制第二防腐蚀层5的厚度h2在50μm-70μm范围，并固化；
如图4所示，在反应温度为90℃时，化学反应的转化率到达最高，因此优选反应温度为90℃，反应时间为2-4分钟，优选地，反应时间可以为3分钟。
最后，继续喷涂纳米防腐涂料形成第三防腐蚀层6，第三防腐蚀层6厚度h3在100μm-200μm范围，干燥后即形成第三防腐蚀层6，第三防腐蚀层6为纳米防腐涂料层。
所述钢结构可以采用Q235钢、Q345钢或Q390钢；
进一步地，所述电镀或热镀金属层的金属为锌或锌-铝合金；
进一步地，所述第一防腐蚀层4的粗糙度小于8μm；
第一防腐蚀层4的粗糙度将极大地影响第二防腐蚀层5形成的质量，因此要严格地控制第一防腐蚀层4的厚度和粗糙度，试验表明第一防腐蚀层的粗糙度R最好控制在10μm以内。如果第一防腐蚀层4的非常粗糙，将造成喷涂纳米防腐涂料时喷涂不均匀，最终导致形成的第二防腐蚀层5结构上的瑕疵，这将成为第一防腐蚀层4受到严重腐蚀的隐患。为保证第一防腐蚀层4的粗糙度，可以适当将增加第一防腐蚀层4的厚度，但这也必然增加施工成本，因此优先考虑控制第一防腐蚀层的粗糙度，也可以考虑对电镀或热镀的金属层进行再加工，但是因此工艺更加复杂因此并不推荐这种做法。
进一步地，所述第二防腐蚀层5的厚度为60μm，所述第三防腐蚀层6的厚度h3为150μm；
纳米防腐涂料由以下组分按重量份组成：硅酸钠2-3份、纳米二氧化硅6-15份、钛白粉1.8-2.2份、磷酸铝4-5份、有机溶剂15-30份、环氧树脂6-8份、多异氰酸酯1-2份、有机酸1-1.2份、硫磷丁辛基锌盐2-3份、硫脲1.4-1.6份、固化剂2.0-2.5份、消泡剂1.2-1.4份、高分子分散剂1.1-1.3份、偶联剂1-10份。
优选地，所述有机溶剂为丙酮或正丁醇，所述高分子分散剂为三乙基己基磷酸或聚丙烯酰胺，所述固化剂为腰果壳油改性胺固化剂，所述消泡剂为改性聚硅氧烷，所述偶联剂为硅烷偶联剂；
优选地，所述有机酸为肌醇六磷酯；
纳米防腐涂料配置方法：
（1）将环氧树脂与有机溶剂混合、搅拌，加入磷酸铝和高分子分散剂，搅拌均匀后，继续以下步骤；
（2）搅拌下缓缓加入纳米二氧化硅、钛白粉以及其他添辅料和添加剂（多异氰酸酯、硫磷丁辛基锌盐、固化剂、消泡剂、偶联剂）；
（3）继续在搅拌状态下缓缓加入硅酸钠、有机酸、硫脲；
（4）加入完成后强力搅拌、研磨直至均质化并过筛；
纳米防腐涂料配置加工完成即用于防腐蚀层的喷涂，以在钢结构表面形成第二防腐蚀层和第三防腐蚀层。
当纳米防腐涂料喷涂在钢结构电镀或热镀的金属层（即第一防腐蚀层）时，纳米防腐涂料中的有机酸分子中的羟基会与金属层上层金属发生反应，通过离子键形成锌化合物，同时分子中大量羟基通过配位键在金属表面与硫磷丁辛基锌盐混合生成致密的吸附保护膜，从而形成第二防腐蚀层5。第二防腐蚀层5是随着喷涂材料厚度累积而组分渐变的防腐蚀层，第二防腐蚀层和第三防腐蚀层并没有特别严格的划分界限。由此形成的三层防腐蚀层结构的非常紧密地连接为一体，相比于简单地将电镀或热镀金属层和涂覆防腐涂料结合所形成的复合多层防腐蚀层具有更高的稳定性和更强的耐腐蚀能力。
对本发明钢结构防腐蚀工艺得到的产品与普通金属镀膜或喷涂普通防腐涂料的钢结构产品进行老化腐蚀加速试验进行比对，结果如图5所示，在实验室环境下分别对产品进行老化腐蚀加速试验，试验方法包括：传统盐雾试验、循环盐雾试验和综合老化腐蚀试验，试验时长一周，使用本发明防腐工艺的钢结构在传统盐雾试验、循环盐雾试验和综合老化腐蚀试验中均未产生腐蚀现象，而采用普通金属镀膜或喷涂传统防腐涂料工艺的钢结构产品在循环盐雾试验和综合老化腐蚀试验均产生了轻微的锈斑，本发明工艺具有更长的防腐寿命能够有效延长钢结构的使用年限，从而有效降低钢结构防腐蚀成本。
防腐涂料液也可以是适合添加硅酸盐、有机酸、硫磷丁辛基锌盐、硫脲组分的任何现有防腐涂料，通过上述工艺流程或简单变形能够形成连续变化的第二防腐蚀层即可；防腐涂料可以由现场制作而成，制作完成后即用于喷涂。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行改进，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钢结构防腐工艺方法，其特征在于：
a)首先对焊接完成的钢结构进行表面预处理，去除钢结构上的油脂和浮锈；
b)使用电镀或热镀的方法在待防腐处理的钢结构表面镀上一层金属形成电镀或热镀金属层，即第一防腐蚀层；
c)检测钢结构第一防腐蚀层的厚度h1和粗糙度R。
2.如权利要求1所述的钢结构防腐工艺方法，其特征在于，去除钢结构上的油脂可以采用碱洗除油法，去除钢结构上的浮锈可以采用酸洗除锈法。
3.如权利要求1所述的钢结构防腐工艺方法，其特征在于，所述钢结构可以采用Q235钢、Q345钢或Q390钢。
4.如权利要求1所述的钢结构防腐工艺方法，其特征在于，所述电镀或热镀金属层的金属为锌或锌-铝合金。
5.如权利要求4所述的钢结构防腐工艺方法，其特征在于，步骤c)后进一步包括：
d)若第一防腐蚀层厚度h1满足h1>60μm，粗糙度R满足R<10μm，则在第一防腐蚀层表面缓慢喷涂纳米防腐涂料，使纳米防腐涂料均匀覆盖第一防腐蚀层，控制反应温度在80-100℃之间，反应时间2-4分钟，使第一防腐蚀层的金属表面与纳米防腐涂料中的硅酸盐、有机酸、硫磷丁辛基锌盐、硫脲组分发生反应形成硅酸盐和硫磷丁辛基锌盐混合的致密第二防腐蚀层，控制第二防腐蚀层的厚度h2在50μm-70μm范围，并固化；
e)继续喷涂一定厚度的纳米防腐涂料形成第三防腐蚀层，第三防腐蚀层厚度h3在100μm-200μm范围，干燥后即形成第三防腐蚀层，第三防腐蚀层为纳米防腐涂料层；
f)干燥、固化后，完成整个工艺流程；
纳米防腐涂料由以下组分按重量份组成：硅酸钠2-3份、纳米二氧化硅6-15份、钛白粉1.8-2.2份、磷酸铝4-5份、有机溶剂15-30份、环氧树脂6-8份、多异氰酸酯1-2份、有机酸1-1.2份、硫磷丁辛基锌盐2-3份、硫脲1.4-1.6份、固化剂2.0-2.5份、消泡剂1.2-1.4份、高分子分散剂1.1-1.3份、偶联剂1-10份。
6.如权利要求5所述的钢结构防腐工艺方法，其特征在于，所述反应温度在90℃，所述反应时间3分钟。
7.如权利要求5所述的钢结构防腐工艺方法，其特征在于，第一防腐蚀层粗糙度小于8μm。
8.如权利要求5所述的钢结构防腐工艺方法，其特征在于，所述有机酸为肌醇六磷酯。
9.如权利要求5所述的钢结构防腐工艺方法，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮或正丁醇，所述高分子分散剂为三乙基己基磷酸或聚丙烯酰胺，所述固化剂为腰果壳油改性胺固化剂，所述消泡剂为改性聚硅氧烷，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
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