一級結(jié)構(gòu)師專業(yè)輔導(dǎo)：體育場館鋼結(jié)構(gòu)重防腐涂裝體系

　　1 　前　言

　　我國的體育事業(yè)正在蓬勃發(fā)展，很多省市都建成了體育場館。隨著 2008 年奧運會和 2010 年亞運會的申辦成功，我國正在和將會建造更多的體育場館。體育場館的鋼結(jié)構(gòu)處于潮濕大氣和污染環(huán)境之中，必然會遭受腐蝕。要確保這些具有歷史意義的鋼結(jié)構(gòu)建筑的完整性，展現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的藝術(shù)感染力，采用重防腐涂料進(jìn)行涂裝保護(hù)是經(jīng)濟可行的方法。

　　在體育場館的涂裝設(shè)計中，不僅要考慮涂料長期的使用壽命，同時還要考慮到環(huán)境保護(hù)。用于體育場館的涂料要體現(xiàn)性能、美感和環(huán)保法規(guī)這三者之間的最佳結(jié)合。

　　體育場館鋼結(jié)構(gòu)的涂層要達(dá)到 15 年以上高耐久性的防腐蝕涂裝體系的要求，應(yīng)該選用重防腐蝕涂料。本文重點介紹了ISO 12944 鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂裝設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并且對重防腐涂料體系中的防銹底漆、中間漆和面漆的應(yīng)用特點進(jìn)行了詳細(xì)的說明分析，最后列舉了體育場館鋼結(jié)構(gòu)的重防腐涂料涂裝體系。

　　2 　防腐蝕涂裝設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

　　體育場館鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕涂裝規(guī)格書的制訂，主要根據(jù) ISO 12944 標(biāo)準(zhǔn)。 ISO12944 是目前全球公認(rèn)的權(quán)威性標(biāo)準(zhǔn)，它是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織為從事涂料防腐蝕工作的業(yè)主、設(shè)計人員、咨詢顧問、涂裝承包商、涂料生產(chǎn)企業(yè)等匯編的標(biāo)準(zhǔn)，為這些人員、單位和組織機構(gòu)提供了重要的參考。這份標(biāo)準(zhǔn)同時也通過了歐洲委員會的批準(zhǔn)認(rèn)可，實際上取代了一些國家標(biāo)準(zhǔn)，如英國的 BS 5493 、德國的 DIN

　　應(yīng)用 ISO 12944 進(jìn)行防腐蝕涂裝設(shè)計指導(dǎo)，基本可以分成幾個步驟：(1) 確定鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕環(huán)境;(2) 確定保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的期望年限;(3) 確定涂料品種和涂膜厚度。

　　2 . 1 　腐蝕環(huán)境的確定

　　在 ISO 12944 -2 中定義的腐蝕環(huán)境，是我們制訂防腐蝕涂裝系統(tǒng)的指導(dǎo)。一般來說，邊遠(yuǎn)地區(qū)，低污染的地區(qū)，有暖氣的建筑內(nèi)部等，是 C1 和 C2 環(huán)境，典型的如機場內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)，商業(yè)和辦公大樓建筑等。

　　體育場館一般都位于城市中間，大氣中的主要污染物為二氧化硫等，霧氣也較大，我們可以把體育場館的腐蝕環(huán)境看作為 C3;有些體育場館可能位于風(fēng)景秀麗的郊區(qū)，大氣污染較少，我們可以把它定義在 C2 腐蝕環(huán)境;處于腐蝕較嚴(yán)重的地區(qū)，如海濱、體育場館的腐蝕環(huán)境可以定義為 C4;處于嚴(yán)重腐蝕的 C5 環(huán)境中體育場館是相當(dāng)少的，由于污染的空氣對人們健康不利，所以這種環(huán)境下不宜舉行大型的群眾性活動。

　　2 . 2 　鋼結(jié)構(gòu)的耐久性年限的確定

　　ISO 12944 對于不同的涂料系統(tǒng)，劃分了三個耐久性范圍。需要注意的是預(yù)期的耐久性并非法律意義上的擔(dān)保時間，涂層不可能永遠(yuǎn)是完好的。涂層耐久性與涂裝方案的設(shè)計壽命可以看作是一個概念，都是指涂料系統(tǒng)進(jìn)行第一次大修前的使用壽命。在此之前，應(yīng)該定期進(jìn)行計劃性的維修保養(yǎng)工作。對于涂層失效的檢查和評估，ISO 12944 標(biāo)準(zhǔn)參照了 ISO 4628 來執(zhí)行。根據(jù) ISO 4628 -3，SO 12944 認(rèn)為銹蝕在到 Ri3 時進(jìn)行第一次維護(hù)可以達(dá)到最好效果( 等同于ASTM D 610 的6級) 。

　　對于體育場館來說，要求的是高耐久性的使用壽命，因此，涂裝設(shè)計都是在 15年以上的長效防腐蝕涂層系統(tǒng)。

　　2 . 3 　漆膜厚度的確定

　　鋼結(jié)構(gòu)涂層的漆膜厚度設(shè)計，在 ISO 12944 中也有明確的說明，它是根據(jù)不同的腐蝕環(huán)境和不同的使用壽命來定義的(使用含鋅底漆時，鋅粉含量不能低于 80 % (w/w)) 。

　　對于體育場館來說，定義為 C4 腐蝕環(huán)境，要求達(dá)到 15 年以上高耐久性的使用壽命，因此其鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂層要求達(dá)到 240 μm( 使用富鋅底漆 ) 或者 280μm( 非富鋅底漆 ) 以上的干膜厚度。

　　3 　防銹底漆的選用

　　在鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂裝體系中，防銹底漆的作用至關(guān)重要，它要對鋼材有良好的附著力，并能起到優(yōu)異的防銹作用。常用的防銹底漆有環(huán)氧富鋅底漆、無機富鋅底漆和厚漿型改性環(huán)氧涂料。

　　富鋅漆由于富含鋅粉，對鋼材基底有陰極保護(hù)作用，因此是首選的防銹底漆。但是，到底是選用環(huán)氧富鋅底漆還是無機富鋅底漆呢?只有在涂層局部破損時，富鋅漆才起到防銹作用，因此盡管無機富鋅底漆在耐熱、耐溶劑、耐化學(xué)品性能以及導(dǎo)靜電方面有著優(yōu)異的性能，但是實際上如果不是作為單道涂層的防腐蝕系統(tǒng)，而是配合高性能中間漆和面漆，選用環(huán)氧富鋅底漆和無機富鋅底漆在防腐蝕耐久性方面并沒有太大的區(qū)別。

　　無機富鋅底漆的施工較為麻煩，對于鋼材的表面處理，施工設(shè)備和施工人員都有著很高的要求。無機富鋅底漆必須完全固化后才能涂覆后道中間漆涂層，其固化要依靠較高的相對濕度最好在 65 % 以上。無機富鋅底漆表面呈多孔性要求使用專門的封閉漆或采用霧噴技術(shù)。無機富鋅底漆對于漆膜厚度有著嚴(yán)格的要求，過高的干膜厚度會導(dǎo)致漆膜開裂，通常認(rèn)為 125μm 以下是最安全的。相比之下，環(huán)氧富鋅漆的施工要求則簡單得多。環(huán)氧富鋅底漆采用固化劑來完成固化過程，而且它的重涂間隔相當(dāng)短，佐敦油漆的 Zin Epoxy Primer 在 23℃ 時，只要 1.5h 即可涂覆中間漆，即使在低到 5℃ 時，重涂間隔也只要 3h 。

　　厚漿型改性環(huán)氧涂料，也是重要的防銹底漆，它們含有磷酸鋅或鋁粉等防銹顏料，漆膜堅固耐久，對鋼材的附著力強。佐敦油漆的 Jotamastic 87 是碳?xì)錁渲男缘沫h(huán)氧樹脂涂料，有普通型、鋁粉型和玻璃鱗片增強型等多種產(chǎn)品，單道噴涂可以達(dá)到 (100 ～ 300) μm 的干膜厚度。

　　4 　中間漆的選用

　　在重防腐蝕涂料系統(tǒng)中，中間漆的作用是增加涂層的厚度以提高整個涂層系統(tǒng)的屏蔽性能。中間漆對于底漆和面漆要有很好的附著力。

　　最常用的中間漆是環(huán)氧云鐵中間漆，含有云鐵的涂層表面粗糙，對太陽紫外線有反射作用，這使得它沒有最長涂裝間隔，可以靈活地制訂涂裝計劃。這樣在中間漆完成后，就能把鋼結(jié)構(gòu)發(fā)運到安裝現(xiàn)場，然后在安裝完畢后再涂覆面漆。

　　原來的環(huán)氧云鐵中間漆的固體分為 50 % 左右，現(xiàn)在新推出應(yīng)用的環(huán)氧云鐵中間漆都在80% 左右，溶劑含量比原來減少了30 % 。佐敦油漆的 EPOXY HB M IO體積固體分達(dá)80 %，低 VOC 含量使其在施工時對環(huán)境無害。高固體分施工單道涂層可以達(dá)到 (100 ～ 200) μm 的干膜厚度，而原先的低固體分的環(huán)氧云鐵中間漆需要施工 (2 ～ 3) 道才能達(dá)到這樣的厚度。

　　中間漆的快干性也顯得非常重要。佐敦油漆的 Jotaspeed M IO 快干型環(huán)氧云鐵中間漆在 23 ℃ 時 , 只需 3h 即可涂覆面漆 , 它與快干型防銹底漆配合使用 , 能大大縮短鋼結(jié)構(gòu)制作工期。

　　5 　面漆的選用

　　面漆的主要作用是遮蔽太陽紫外線以及污染大氣對涂層的破壞作用，抵擋風(fēng)雪雨水，并且要有很好的美觀裝飾性。高耐候性的防腐蝕面漆主要有丙烯酸聚氨酯面漆、雙組分丙烯酸面漆、和最新的改性聚硅氧烷涂料等。

　　5 . 1 　丙烯酸聚氨酯面漆

　　羥基丙烯酸樹脂與脂肪族多異氰酸酯預(yù)聚物配合，可以制成色淺、保光保色性優(yōu)、戶外耐候性好的高裝飾性丙烯酸聚氨酯面漆。由于丙烯酸聚氨酯面漆沒有最大重涂間隔，所以有些涂料廠家直接將其稱為可涂覆聚氨酯面漆，比如佐敦油漆的 Futura AS 可涂覆聚氨酯面漆。厚漿型的丙烯酸聚氨酯面漆單道涂層可達(dá)到 80μm 的干膜厚度。丙烯酸聚氨酯面漆是目前鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕體系中應(yīng)用最為廣泛的面漆。

　　5 . 2 　雙組分丙烯酸涂料

　　雙組分丙烯酸涂料被廣泛用于需要長期耐久性能且又不能含有異氰酸酯的涂料系統(tǒng)中。由于環(huán)保的要求，有些國家和地區(qū)對于含異氰酸酯涂料的使用有限制，這時不能再使用丙烯酸聚氨酯涂料。由羧基丙烯酸樹脂與環(huán)氧樹脂交聯(lián)成膜的雙組分丙烯酸面漆，耐久性接近于丙烯酸聚氨酯 ，具有良好的重涂性，可以覆涂于高性能防銹漆系統(tǒng)上面，也能重涂于丙烯酸聚氨酯面漆表面。 2000 年悉尼奧運會體育場館涂裝體系中，為符合“綠色奧運”的意義，選用的全是不含異氰酸酯的雙組分丙烯酸面漆。

　　5 . 3 　改性聚硅氧烷涂料

　　聚硅氧烷用環(huán)氧樹脂或丙烯酸樹脂進(jìn)行有機改性后形成的無機 - 有機聚合物，其耐候性能超過聚氨酯涂料 (3 ～ 4)倍。聚硅氧烷聚合物涂料固體分含量高，符合環(huán)保要求，揮發(fā)性有機溶劑 (VOC) 含量非常低，不用異氰酸酯來固化，并且它還沒有最大涂裝間隔。佐敦油漆的 Jotacote PSO 雙組分聚硅氧烷面漆，體積固體分在 72 %，漆膜厚度范圍在 (60 ～ 200)μm 。與脂肪族聚氨酯面漆相比，改性聚硅氧烷涂料不僅僅在耐候性方面有極大提高，其優(yōu)異的耐腐蝕性能，以及與無機硅酸鋅涂料很好的相容性，使得傳統(tǒng)的高性能三道涂層系統(tǒng)富鋅底漆/環(huán)氧中間漆/聚氨酯面漆，可以變成兩道涂層系統(tǒng) 富鋅底漆/改性聚硅氧烷涂料。不需要使用傳統(tǒng)的厚漿型環(huán)氧中間漆，顯然是提高了涂裝生產(chǎn)率，而且可以當(dāng)天完工，第二天就能發(fā)運到現(xiàn)場進(jìn)行架設(shè)。

　　5 . 4 　金屬面漆

　　以往白色是鋼結(jié)構(gòu)建筑的首選面漆顏色，如今要求使用的面漆具有金屬感。為了達(dá)到這種金屬感的效果，在涂膜中主要采用了云母氧化鐵和鋁粉顏料。

　　云母氧化鐵分為灰云鐵和紅云鐵兩種，金屬質(zhì)感面漆中使用的是灰云鐵。英國的曼徹斯特體育場采用的是聚氨酯改性的醇酸云鐵面漆。澳大利亞墨爾本板球中心使用的面漆也采用了灰云鐵作為主要的金屬色，內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)采用了環(huán)氧富鋅底漆和雙組分丙烯酸低光澤云鐵灰面漆;外部鋼結(jié)構(gòu)的涂料系統(tǒng)為環(huán)氧富鋅底漆( 鋅粉含量90%)/快干型環(huán)氧中間漆/雙組分丙烯酸低光澤云鐵灰面漆。

　　金屬面漆最重要的顏料還是鋁粉，如北京的國家大劇院，就使用了具有含鋁粉的丙烯酸聚氨酯金屬面漆。丙烯酸聚氨酯金屬面漆是基于原有的丙烯酸聚氨酯面漆之上配制而成的，它具有杰出的戶外耐久性能和長期重涂性，除了傳統(tǒng)的銀灰色之外，它還可以配制成不同顏色的品種，色彩更為豐富。

　　6 　體育場館鋼結(jié)構(gòu)涂裝體系的制訂

　　一個復(fù)雜的有著幾千甚至上萬噸鋼結(jié)構(gòu)的體育場館，要制訂一個滿足多方要求的防腐蝕體系 ，是較為困難的。它涉及到涂料的防腐蝕耐久性，涂層的快速干燥性，方便的施工性和綠色環(huán)保等等。

　　7 　結(jié)　語

　　在上述的涂裝體系中如果不能使用含異氰酸酯涂料的場合，可以選用雙組分丙烯酸面漆。需要金屬面漆時，只需把聚氨酯面漆換成聚氨酯金屬面漆。

　　對于體育場館的室內(nèi)環(huán)境，由于腐蝕性較低，通?？梢远x為 C2 或 C3 。如果對于涂層光澤沒有過高的要求，可以直接采用厚漿型環(huán)氧涂料，一道噴涂至 150μm 的干膜厚度，而無須采用面漆。

　　環(huán)氧富鋅+改性聚硅氧烷的涂料系統(tǒng)，專用于要求極佳的防腐蝕性能和優(yōu)異的耐久性和裝飾性的豪華涂裝工程。

　　快干型涂料系統(tǒng)中，在23℃時，環(huán)氧富鋅底漆和快干型環(huán)氧云鐵中間漆，在(4 ～ 5)h 后即能涂覆面漆，一天內(nèi)就能完成整個涂料系統(tǒng)的涂裝工作。這樣就大大加快了鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)速度，提高了勞動生產(chǎn)率。在這一方面，無論是在時間，還是在施工費用上，對于涂裝承包商、總承包商以及業(yè)主，都極為有利。