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水性建筑钢结构涂料及涂装技术的发展态势,阐述了钢结构涂料的现状,介绍了水性无机富锌底漆、其他配套的水性建筑钢结构涂料、水性低表面处理涂料的应用
2019年10月21日    阅读量:4875     新闻来源:中网信息    |  投稿

0 前 言

按国内外惯例,重防腐行业包括船舶、集装箱、石油化工(包括海洋工程)、电力(包括火电、风电、水电、核电等)、桥梁码头、铁道和建筑钢结构7个行业。其中建筑钢结构行业包括高层建筑、钢结构住宅、机场航站楼、高铁站、博物馆、音乐厅、体育场馆等等。这7个行业是国民经济中主要支柱,必须应用高性能的重防腐涂料对其进行保护中国建材网cnprofit.com

20世纪后叶,我国建筑钢结构行业发展进入了高速发展的春天,是改革开放的产物,发展速率一度超过10%;2010年后,发展速率减慢至3%~5%,进入理性发展阶段;至2014年底,我国建筑钢结构消耗量3 200万t,产业链产值650亿元,世界上约一半工程是在我国进行。建筑钢结构厂遍于全国各地,产值不断上扬。表1是钢结构厂资质及产值表。

钢结构厂质及产值表

杭萧、东南、精工、东方铁塔、鸿路、富煌等10家钢结构企业的股票已上市交易。

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1 建筑钢结构涂料的环保性能

钢结构建筑是环保可持续发展型建筑,与混凝土建筑相比具有如下优点:

(1)钢铁强度好,性能稳定,韧性好,适合现代化批量生产;

(2)自重轻,使用面积大,良好抗震性能;

(3)可制成大跨度、大空间建筑,形成无柱式空间,美观大方;

(4)施工速度快,现场干净,噪音少,钢铁可回收,可持续生产;

(5)可在工厂制造加工,精度高,有利于提高质量。

目前,建筑钢结构涂料仍以溶剂型涂料为主,但需具备以下系列环保性能:

(1)性价比高。

按ISO 12944和ISO 4628国际标准判断,在C3、C4等大气腐蚀条件下,设计单位应根据各方面的情况使建筑钢结构配套涂层有5 a、5~10 a、>15 a的使用寿命。上海世博会主题馆配套涂层有大于15 a的使用寿命,涂层结构见表2。

上海世博会主题馆配套涂层

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特别强调必须以全寿命理念(LCC法)来保证涂层使用寿命,纠正建筑钢结构行业中涂料(包括水性涂料)低价竞争的局面。能够达到涂层设计的寿命,是最大的环保。

(2)因地制宜,发展先进的环境友好型涂料。

如在涂料的类型上,选择制造水性的丙烯酸、醇酸、环氧酯等适应我国建筑钢结构厂涂装流水线的新型涂料;国内外涂料厂常采用各类树脂的替代与改性,达到了较好的效果。

(3)无公害的高性能防锈颜料等的应用(不含Pb、Cr、Hg、Cd),推广无毒的磷酸锌、三聚磷酸铝等。

如环氧磷酸锌底漆作为防锈底漆具有下列优点:无毒、无害;有一定的防腐蚀性能。环氧磷酸锌底漆等可制成底面两用漆,是建筑钢结构防火涂料的最好底层。

(4)提高固含量、降低VOC。

在溶剂型建筑钢结构涂料为主的前提下,降低VOC是环保的主攻方向。不同环氧云铁中层漆的固含量及VOC见表3。

不同环氧云铁中层漆的固含量及VOC

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对于一般的水性涂料,也不可能做到VOC为零,但可尽量降低VOC。

 

2 水性钢结构涂料的应用

2.1 水性无机富锌底漆

水性无机富锌底漆应用最早。如1993年美国IC531进入中国,在徐浦大桥和建筑钢结构上成功应用水性无机富锌底漆。后经过消化、吸收、提高,目前据不完全统计全国有近百家厂生产水性富锌底漆,在建筑钢结构行业生根开花,行业内使用量达到1万多吨,价值1.5亿~2.0亿元,占建筑钢结构底漆份额的1/3左右。水性无机富锌底漆配套与规定膜厚如表4所示。

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水性无机富锌底漆配套与规定膜厚

按ISO 12944国际标准来判断,上述配套涂层在C4大气环境下,有大于15 a的使用寿命。15 a后,配套涂层锈蚀等级达到ISO 4628标准的Ri3级,锈蚀面积仅占1%,此时开始第一次大修是最经济有效的。表5是涂层失效等级判定。

涂层失效等级判定(ISO 4628-3)

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涂层失效等级判定(ISO 4628-3)



目前我国近百家工厂能生产制造水性无机富锌底漆,产量最高的是上海门普来新材料公司。该公司专业生产水性无机富锌底漆,产量为3 800 t,产值约8 000万元。

2.2 其他配套的水性建筑钢结构涂料

2010年后,随着国家环保法规的加强,国内的涂料厂家研制开发了各种水性建筑钢结构涂料,主要有表6的配套。

水性建筑钢结构涂料配套体系

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另外,国内外涂料厂还有涂层寿命达到15 a以上的常规配套和新型的水性涂料配套,见表7。

15 a以上涂层寿命水性涂料配套及膜厚

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涂层寿命必须规范化,以ISO 12944和ISO 4628两份标准为依据,使建筑钢结构在C3、C4的大气腐蚀条件下,有低(5~10 a)、中(10~15 a)、高(>15 a)的涂层使用寿命。从广义上理解,涂层使用寿命达到设计寿命的要求是最大的环保化。在具体的操作上,有全水性的配套,也有溶剂型涂料与水性涂料互为配套,增加涂层配套的灵活机动性。

目前,国内的厂家主要有:湖北中策、上海门普来、株洲飞鹿、河北晨阳、安徽开林、北京碧海舟、宁波大达、广州集泰、上海纳梁、上海涂料公司、浙江鱼童、山西华豹、重庆三峡、石家庄金鱼、成都澳培龙、西北永新、大连裕祥等。国外公司有:PPG、KANSAI、CMP、KCC、AKZONOBEL、HEMPEL、Jotun、RPM、Nippon、Sherwin-Williams。

2.3 水性低表面处理涂料

低表面处理涂料,又称容忍性表面处理涂料(Surface Tolerant Coatings)。水性低表面处理涂料,具有以下特点:

(1)用手工或者动力工具打磨至ISO 8501 St2级,上海地区包工包料价格为12元/m2,喷砂为35元/m2;

(2)带闪锈或微锈的钢材表面,高压水除锈及湿喷砂表面;

(3)各类的旧涂层表面:如环氧、聚氨酯、醇酸、丙烯酸、氯化橡胶涂料等;

(4)可以在相对湿度小于85%,气温在5~50 ℃下喷涂;

(5)应用广泛,可用于钢铁、锌、铝等金属和砼表面,并可做底、中、面漆用;

(6)可复涂环氧、聚氨酯、醇酸、丙烯酸、氯化橡胶面漆等,涂层配套性能好,附着力优异,在C4环境下,同样有大于10 a的使用寿命。

其规定的技术指标,同溶剂型低表面处理涂料一样,必须符合表8所示技术指标。

HG/T 4564—2013低表面处理环氧涂料指标

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近几年来,国外各大公司生产的水性低表面处理涂料,纷纷进入中国,在很多工程中得到了应用(见表9)。

水性低表面处理涂料举例

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在我国,广州集泰、成都奥培龙、株洲飞鹿等几家公司已经开发出该产品,但尚未批量生产。上海华生古象化工科技有限公司已经研制开发出了低表面处理底漆,经试验合格后,已经批量生产并投放市场,获得了用户的认可和好评。

 

3 提高涂装技术放在推广水性涂料首位

3.1 涂装技术的定义

推广水性涂料关键在于涂装。从广义上理解,涂装包括涂料及其配套、涂装工艺、涂装管理3个方面。

在我国重防腐涂料在开发制造上与国际大公司相差不大,但在涂装工艺与涂装管理上却相差甚远。从设计院、涂料厂、涂装公司到钢结构总包单位,均应将提高涂装技术放在发展水性钢结构涂料的首位。

3.2 建筑钢结构涂料的施工性能

建筑钢结构涂料的施工性能是由其内在品质决定的:

(1)它是建筑钢结构涂料的重要技术指标;

(2)它是建筑钢结构涂料产品可靠性关键;

(3)它是涂装工艺设计的基础。

在一般情况下,提高施工性能的责任在于涂料生产厂家。施工性能包括:对表面处理的要求、无气喷涂的技术条件、环境温度和湿度、干燥时间与涂装间隔、熟化时间与混合适用期、专用稀释剂类型和稀释比、覆盖率、一次无气喷漆的厚度等等。从表10可以明显看出,水性环氧富锌底漆的施工技术要求高于溶剂型的环氧富锌底漆。


3.3 派遣技术服务人员

涂料厂应向施工现场派遣技术服务人员,这是涂料厂的责任所在,水性涂料更为必要。根据国际大公司状况,涂装施工技术服务是涂料产品重要增值内容,技术服务人员的费用约占成本的12%~15%,而且逐年在提高中。根据技术合同条款,技术服务人员具有监督、指导涂料施工质量的权利。在现场,收集涂装质量问题,纠正错误施工操作,避免产生不合格涂装产品。更重要的是根据工程进程沟通设计方、业主、总包、涂装分包、监理等各方面的关系,系统进行耗漆量、膜厚控制等涂装技术管理、派遣技术服务人员,建立一整套制度是节能、环保的关键。

3.4 发展建筑钢结构涂装新工艺、新设备

在重防腐涂料应用的7个行业中,发展涂装新工艺与设备最先进的是集装箱行业。钢板预处理作业,全部采用无气喷涂机。近期,绝大多数集装箱厂出于节能环保的目的,采取3条措施:刮板式涂布车间底漆、动力源采用液压泵、自动喷漆的方式改为喷嘴不动而箱体移动的办法。漆耗减少了3%,涂层质量也十分优异。最落后的是建筑钢结构厂的涂装工艺,很多钢结构厂无合适的涂装流水线,甚至无专门的喷砂房、喷漆房,而有节能环保的钢板预处理线的钢结构厂只有不到1/3,底漆、中层漆大多在室外喷涂,无法控制涂装施工条件。

Kansai环氧富锌底漆施工性能

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对于我国建筑钢结构水性涂料,涂装施工的各项要求更高;钢结构厂基本上无烘房,配套涂层很难及时干燥;包括高压无气喷漆泵在内的涂装设备都是按溶剂型涂料设计制造的(见表11),无专用的水性涂装设备,易发生锈蚀,特别是水性无机富锌等底漆。目前,在水性与溶剂型涂料交替施工的情况下,必须制定系列规范,以保证设备顺利使用,保证涂装质量。

各种专用无气喷涂机一览表

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3.5 亟需提高建筑钢结构涂装技术人员素质

近几年来,虽然建筑钢结构行业的涂装慢慢列入到重点工艺,得到了一定的重视,但与结构设计、电焊、冷作等工艺相比,缺少高素质的技术人员。在很多大设计院中,往往没有专职的涂装高级工程师,不懂涂层配套设计、不懂涂装工艺等。


有个别工程,因涂层配套设计上的疏忽与错误,出现涂层早期失效。目前,绝大多数设计院股份有限公司又采用EPC的经营方式,涂装技术人员成了推广新颖操作模式的瓶颈;同样在钢结构厂,几乎都不设置涂装技术干部,不进行每个工程的涂装设计和系列涂装管理;涂装操作管理人员无证上岗,与电焊工必须具备CCS/ABS/GL等各国船级社证书才能上岗操作相比,距离实在太大。在涂装技术人员培训、发证工作上,行业协会应吸收国外Nace、Frosio等先进设计经验,提高重防腐涂料技术和涂装水平,继续加倍努力。


水性建筑钢结构涂料及涂装技术的发展态势

田福迅1,李敏风2(1.上海华生古象涂料有限公司,上海 200001;2.中国钢结构协会防火与防腐分会,上海 200092)


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