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鋼結(jié)構(gòu)防腐新材料—天冬聚脲的優(yōu)異性能及應(yīng)用

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2020-12-03 10:55

引 言

 

鋼結(jié)構(gòu)腐蝕工工藝一般都是表面處理加防腐涂層,從最普遍的底漆加面漆到增加中間層,最經(jīng)典的涂層結(jié)構(gòu):富鋅(無(wú)機(jī)富鋅、有機(jī)富鋅)+環(huán)氧云鐵+丙烯酸聚氨酯(氟碳漆或者聚硅氧烷等)。這種體系在鋼結(jié)構(gòu)廠房及網(wǎng)架棚、橋梁、管廊架、線桿、光伏電站、風(fēng)力發(fā)電塔筒以及一些海洋工程被大量運(yùn)用,而且達(dá)到長(zhǎng)效防腐蝕的效果。但是這種經(jīng)典配套涂層結(jié)構(gòu)多層涂覆耗工耗時(shí)(層次涂覆間隔時(shí)間長(zhǎng)),給一些短暫性維修或者工期緊急項(xiàng)目帶來(lái)難以克服的困難。本文探討了天冬聚脲的優(yōu)異特性及與富鋅底涂的單層配套工藝在鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕中的應(yīng)用,這種新穎涂層配套工藝是傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)防腐的一種創(chuàng)新,特別在環(huán)保、節(jié)約人工、減少材料成本方面十分明顯。

 

天冬聚脲研發(fā)背景

 

1.1無(wú)VOC施工豁免條件

 

經(jīng)過(guò)防腐蝕涂料研發(fā)人員和防腐施工技術(shù)人員的不斷探索實(shí)踐,一種鋼結(jié)構(gòu)防腐新材料—天冬聚脲解決了上述困難,而且能夠達(dá)到環(huán)保要求所規(guī)定的無(wú)VOC的施工豁免條件。按照最新GB37822-2019《揮發(fā)性有機(jī)物無(wú)組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》中7.2.1條文要求:VOCs質(zhì)量占比≥10%的含VOCs產(chǎn)品,其使用過(guò)程應(yīng)采用密閉設(shè)備或在密閉空間內(nèi)操作,廢氣應(yīng)排至VOCs廢氣收集處理系統(tǒng);無(wú)法密閉的,應(yīng)采取局部氣體收集措施,廢氣應(yīng)排至VOCs廢氣收集處理系統(tǒng)。

 

1.2環(huán)保型涂料天冬聚脲

 

含VOCs產(chǎn)品的使用過(guò)程包括但不限于以下作業(yè):涂裝(噴涂、浸涂、淋涂、輥涂、刷涂、涂布等)。這就嚴(yán)格定義了涂裝環(huán)保限制范圍,VOCs質(zhì)量占比≥10%施工時(shí)必須設(shè)置廢氣收集處理系統(tǒng)(這是常規(guī)重防腐施工現(xiàn)場(chǎng)難以達(dá)到的硬性規(guī)定要求,倒逼涂料生產(chǎn)企業(yè)或者使用單位必須使用水性涂料或者無(wú)溶劑涂料)也就是說(shuō)無(wú)溶劑或者固含量>90%以上的涂料產(chǎn)品施工時(shí)可以不采取廢氣收集系統(tǒng),屬于合法現(xiàn)場(chǎng)施工涂料。天冬聚脲完全符合上述規(guī)定要求。

 

天冬聚脲的優(yōu)異性能及配套體系

 

2.1天冬聚脲耐蝕性及適用期

 

天冬聚脲是一種新型脂肪族、慢反應(yīng)、高性能涂層材料,被稱為第三代聚脲,其實(shí)是一種脂肪族仲胺。當(dāng)涂層暴露在紫外線下需要很高的穩(wěn)定性時(shí),必須選用脂肪族涂層體系—天冬聚脲。聚天冬氨酸酯黏度低,與HDI三聚體的反應(yīng)速度可以通過(guò)不同的取代基團(tuán),膠凝時(shí)間從5 min延長(zhǎng)至120 min,施工壽命可以從5 min延長(zhǎng)至2 h以上,噴涂一道就可以達(dá)到0.6 mm;涂層表面無(wú)氣孔產(chǎn)生;配方體系可調(diào)節(jié)范圍很寬;對(duì)紫外線有很好的耐受性,光澤持久、色彩穩(wěn)定、不泛黃;噴涂時(shí)的材料損耗小,固體含量可以從70%調(diào)節(jié)到100%。

 

天冬聚脲具有高固含低黏度(固含量>90%,甚至達(dá)到100%)超強(qiáng)耐紫外線、耐磨、柔韌性好、耐5%以下的酸堿和一些化學(xué)介質(zhì)、可厚涂施工、可零下快速固化等特點(diǎn)。按照《HG/T 5368-2018聚天門冬氨酸酯防腐涂料》標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定,天冬聚脲DTM可以單獨(dú)適用C4及以下輕防腐場(chǎng)合;C5及以上的重防腐腐蝕環(huán)境下可以作為面漆與環(huán)氧等底漆配套使用,該配套方案被認(rèn)可并在最新版的《ISO12944-5:2018色漆和清漆防護(hù)漆體系對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)》中新增。

 

2.2表面處理要求及涂層體系配套

 

天冬聚脲與富鋅底漆配套結(jié)合力>5MPa、耐鹽霧可達(dá)3000 h以上。將最經(jīng)典的鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂層從富鋅(無(wú)機(jī)富鋅、有機(jī)富鋅)+環(huán)氧云鐵+丙烯酸聚氨酯(氟碳漆或者聚硅氧烷等)可以優(yōu)化為:富鋅(無(wú)機(jī)富鋅、有機(jī)富鋅)+天冬聚脲兩道涂層系統(tǒng),大大縮短了施工周期及人工成本。

 

這種防腐蝕涂裝涂層配套體系既滿足了施工環(huán)保要求,又是一個(gè)技術(shù)性的革命和涂裝創(chuàng)新。體系中富鋅底漆的選擇要求鋼結(jié)構(gòu)表面處理達(dá)到《GB/T 8923.1-2011涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評(píng)定》所規(guī)定的Sa2.5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要及相關(guān)可溶性鹽分的要求。當(dāng)金屬表面經(jīng)過(guò)噴射清理后,就會(huì)獲得一定的表面粗糙度或表面輪廓。粗糙度的形成會(huì)使金屬表面的面積明顯增加,同時(shí)獲得很多錨固點(diǎn),容易造成波峰處的涂膜較薄,另外過(guò)大的粗糙度會(huì)由于涂料對(duì)底材的浸潤(rùn)不良造成涂膜防腐性和附著性的降低。除去銹蝕、污垢和舊涂料后,鋼材表面并非清潔到此就可以涂漆了,尤其是可溶性鹽分對(duì)涂層的危害更大。

 

可溶性鐵腐蝕物可能繼續(xù)污染銹蝕過(guò)的鋼材,因?yàn)辂}類等腐蝕性物質(zhì)幾乎是無(wú)色的,它們會(huì)深藏在點(diǎn)蝕處從而無(wú)法有效地清除。表面處理等級(jí)低于Sa2.5的清理表面,可溶性腐蝕物會(huì)隱藏在層層的氧化鐵下面。這些腐蝕產(chǎn)物通常是水溶性的氯化亞鐵和硫酸亞鐵,涂層在以后的使用過(guò)程中會(huì)引起漆膜的滲壓起泡。因此,在涂漆前必須除去這些可溶性鹽分,或者使它降到一個(gè)可以接受的標(biāo)準(zhǔn)。鋼結(jié)構(gòu)表面處理符合以上粗糙度和清潔度后才能進(jìn)行底涂的涂覆,正常情況下富鋅底涂層厚度基本控制在在60~80 μm之間。

 

天冬聚脲在各種腐蝕環(huán)境下的應(yīng)用

 

如果在水下浸泡或者耐候性要求不高的場(chǎng)合可以選擇例如GB805B-100聚醚改性預(yù)聚物固化類天冬聚脲,其綠色環(huán)保、無(wú)溶劑、低黏度,一道立面施工可達(dá)500 μm厚,具有較長(zhǎng)的施工適用時(shí)間。涂刷、滾涂、噴涂均可,施工靈活方便。漆膜強(qiáng)度高,柔韌性、耐磨性、抗沖性優(yōu)異,與富鋅能夠配套良好等優(yōu)點(diǎn)。

 

但是聚醚結(jié)構(gòu)決定其耐候性能達(dá)不到C5的腐蝕環(huán)境要求。在戶外耐候場(chǎng)合建議選擇HDI三聚體類型的脂肪族天冬聚脲,具有優(yōu)異的耐候性和力學(xué)性能??旄尚椭咀逄於垭逶谑止に⑼?、滾涂施工適用性方面不如聚醚改性預(yù)聚物固化類天冬聚脲,適用期受施工固含影響較大。例如在質(zhì)量固含75%時(shí)適用期可達(dá)4 h;85%時(shí)最多只有0.5 h;90%以上及無(wú)溶劑不到10 min,因此如果要滿足VOCs<10%的環(huán)保要求,可以使用專用雙組份噴涂設(shè)備進(jìn)行施工,涂層厚度一道可達(dá)到200 μm,耗量約0.5 kg/㎡,可以在-10 ℃正常固化,常溫下表干20 min,壓干40 min,可快速投入使用。

 

另外一種技術(shù)方案是使用凝膠時(shí)間2 h的慢干型聚天門冬氨酸酯樹(shù)脂制作的天冬聚脲面漆,涂料適用期可以延長(zhǎng)一些,但是壓干時(shí)間也會(huì)延長(zhǎng)到8 h。富鋅(無(wú)機(jī)富鋅、有機(jī)富鋅)+天冬聚脲兩道涂層系統(tǒng)可以達(dá)到ISO-12944:2018中規(guī)定的配套體系厚度要求,在C5大氣腐蝕環(huán)境下可以達(dá)到30a的使用壽命。

 

結(jié) 語(yǔ)

 

隨著鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和使用量的急速增長(zhǎng),鋼結(jié)構(gòu)涂裝特別是防腐蝕涂層的質(zhì)量要求、使用年限和成本經(jīng)濟(jì)效益也相應(yīng)地提出了更高的目標(biāo)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2019年全國(guó)鋼結(jié)構(gòu)使用量超過(guò)7 000萬(wàn)t,用于防腐蝕涂裝的材料數(shù)字龐大,人工成本、涂裝材料成本,時(shí)間成本是建設(shè)方和施工方最大的成本支出。面對(duì)巨大的建設(shè)施工成本壓力和環(huán)保限制,建設(shè)施工部門一直在尋找最佳的涂裝材料;無(wú)論從性價(jià)比還是從環(huán)保要求,天冬聚脲具有不可替代的前瞻優(yōu)勢(shì)。富鋅(無(wú)機(jī)富鋅、有機(jī)富鋅)+天冬聚脲兩道涂層系統(tǒng)在大型鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂裝行業(yè)將會(huì)顯示出強(qiáng)大的生命力,而且趨于完善。恩締與國(guó)內(nèi)最頂尖天冬聚脲生產(chǎn)商合作將富鋅(無(wú)機(jī)富鋅、有機(jī)富鋅)+天冬聚脲兩道涂層系統(tǒng)成功地應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電塔筒外壁及輔助鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂裝領(lǐng)域,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)際預(yù)期效果。

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