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建筑鋼結構除銹新技術??JZ•CXFX-N除銹防銹劑應用研究

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]
JZ•CXFX-N除銹防銹劑是以除銹為主,該種除銹方法具有除銹徹底、施工簡單、經濟高效、節約能源、無環境污染的特點。本文研究了該產品的使用性能及可能的影響，以及施工經驗與方法、施工成本等因素。
    關鍵詞:鋼結構 除繡防銹劑

    引言
    鋼鐵是熱力學性質不穩定的最常用結構材料，暴露在大氣中必然發生腐蝕、轉化成疏松的鐵銹。1999～2001年發布的中國腐蝕調查報告指出，我國每年為腐蝕支付的直接費用據不完全統計，已達人民幣2000億以上。如果考慮間接損失，花費在腐蝕方面費用的總和估計可達5000億元，約占國民經濟總值的5％。其它發達國家多年的統計數字也在3～5％之間，世界上每年因腐蝕而損失的鋼鐵材料占總產量的五分之一。腐蝕對現代工業造成嚴重破壞，實現腐蝕控制是使國民經濟基礎設施和各種鋼構建筑、鋼鐵設備處于良好運行狀態、達到長效防腐的重要保障。
    鋼結構建筑使用過程中的兩大技術關鍵：一是防銹，二是防火。這需要通過涂裝（油漆）工藝來解決，而油漆涂裝前除銹屬于鋼結構建筑施工的隱蔽工程，徹底除銹是提高油漆內在質量的重要保證。目前，鋼構建筑行業內，涂裝前除銹的通行方法主要是機械拋丸和噴沙、手工電動打磨等傳統方法，如果在鋼鐵表面留有余銹，銹核就可使鋼鐵底材繼續生銹，即使除銹非常干凈，新金屬表面積加大，吸收水量增多，受環境腐蝕介質影響就大，造成銹蝕的可能性就大。在這種情況下，即使使用防銹涂料，三個月到半年就出現漆膜開裂脫落，漆膜銹跡斑斑，達不到預期的防銹效果。因此，用涂料防腐防銹，關鍵是使金屬表面上不再存在繼續生銹的條件。
    目前國內外金屬防腐蝕涂料的開發與研究主要集中在防腐蝕方面，有關研究成果與推向市場的產品較多，而油漆涂裝前徹底除銹是提高產品內在質量的關鍵之一，有關以除銹為主，同時兼具防銹作用的功能涂料卻未見報導，我們研制開發的JZ•CXFX-N除銹防銹劑正是針對除銹與防銹而設計的一種水性功能涂料，符合當今技術的發展趨向，經一年多的實際應用，可成為鋼結構建筑施工中除銹的又一選擇，能增強油漆的防銹能力，顯著提高油漆的內在質量，具有除銹徹底、施工簡單、經濟高效、無環境污染的特點。
    1、鋼鐵的腐蝕機理


    由于鐵銹疏松多孔，在銹層中往往含有大量的水分，導致金屬繼續腐蝕，鋼鐵表面的初生銹和鋼鐵底材附著較牢，隨著銹蝕的進行，原來的初生銹逐漸老化并被擠到銹層表面，所以鋼鐵外表鐵銹又可分為兩層，外層是松銹（浮銹），它和鋼鐵附著不牢；內層是牢銹，它和鋼鐵底材附著牢固。
    2、JZ•CXFX-N除銹防銹技術原理

    3、JZ•CXFX-N除銹防銹應用研究
    JZ•CXFX-N除銹防銹劑以除銹為主，兼具優良的長效防銹性能，主要用作油漆前除銹處理，作為一種新的除銹技術，該產品已申請國家發明專利（申請號200710050532.6），我們從實際使用的角度出發，研究考察了以下幾個方面的因素。
    3.1、JZ•CXFX-N性能指標測試
    經國家質檢總局中國測試技術研究院檢測，該產品的技術指標如下：
    3.1.1產品技術指標

    3.1.2、膜層技術參數

    3.2、除銹能力
    與傳統的除銹方式不同，機械拋丸、噴沙是通過力學作用將鐵銹打磨掉，而JZ•CXFX-N除銹防銹劑是通過化學作用將鐵銹轉化為含鐵的高分子聚合物，形成長效緊密的防銹膜層牢固地附著在鋼鐵表面，參考GB8923—88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》標準判斷：鐵銹完全轉化形成灰、黑色膜，表面無可見污垢、氧化皮、鐵銹等附著物，與傳統除銹方法的Sa2.5級、St3級相當。
    厚度在100um（0.1mm）左右的鐵銹（已超過GB8923—88標準D級銹蝕程度），可被徹底轉化除凈，Fe3O4藍色氧化皮被轉化為灰色膜、Fe2O3紅色鐵銹被轉化為黑色膜，該膜層在室內空氣濕度60%以上的環境也能防銹達一年以上的時間。

    3.3、對基體金屬的影響
    由于JZ•CXFX-N除銹防銹劑是通過化學作用達到除銹、防銹的目的，因此，需要研究考察其在除銹過程中是否與基體金屬發生作用、是否對鋼鐵的機械力學性能造成不良影響。
    3.3.1、重量法考察
    取1cm×1cm碳鋼片，酸洗除凈鐵銹及污垢后，干燥稱重，然后在JZ•CXFX-N除銹防銹劑中浸泡24小時，取出用離子水洗凈，干燥稱重。實驗結果，前后重量未變，表明：該除銹防銹劑不與金屬鐵發生化學反應、不腐蝕金屬基體，只與鐵銹發生化學轉化作用。
    3.3.2、對鋼鐵力學性能的影響
    取Q235低碳鋼圓盤條作實驗材料，用JZ•CXFX-N除銹防銹劑刷涂除銹，24小時后進行拉伸試驗、冷彎試驗，結果如下表：

    實驗表明：該除銹防銹劑在除銹過程中，不產生氫脆現象，不改變金屬基體的組織結構，不影響鋼材的力學性能。
    3.4、防銹膜平整度與銹蝕度的關系
    JZ•CXFX-N除銹防銹劑具有一定的整平能力，一般而言，A、B、C、D四級銹蝕的鋼材，經除銹處理后都能得到厚度在10—20um左右、平整光潔的防銹膜層。超過D級銹蝕的鋼材，尤其是產生堆銹、塊銹、坑蝕的表面，鋼鐵銹蝕程度越高，形成的防銹膜層的平整度就越差。此類重度銹蝕的鋼材，除銹前須用鋼絲刷處理后，才能得到較為平整的防銹膜。
    3.5、防銹能力
    采用JZ•CXFX-N除銹后，形成的膜層絕緣電阻大于150MΩ，可有效地阻斷化學及電化學腐蝕作用。按照GB/T 1771-91《色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測定》和D609《涂料、清漆、轉化涂層和相關覆層產品的測試用冷扎鋼板制備的標準實施規范》進行人工加速腐蝕的NSS試驗表明：

    可見，使用JZ•CXFX-N不僅除銹干凈徹底，而且形成的轉化膜層能有效提高油漆的防腐蝕能力，其防銹作用相當于一層紅丹底漆。
    3.6、與油漆的配套性
    JZ•CXFX-N除銹防銹劑在轉銹除銹的過程中，通過分子鍵合力與基底金屬牢固結合，同時，形成緊密、呈微觀網狀結構的防銹膜層，油漆高分子滲入其中，因此與油漆的結合力更強，不影響原油漆的結合力級別。該膜層可與各類油漆（紅丹、酚醛、瀝青、氨基、醇酸、硝基、聚酯、環氧、乙烯、聚氨酯、丙烯酸等）、膏灰、涂料（防火涂料、粉末涂料等）配套，不存在油漆起皺、鼓泡等相溶性問題。
    2.7、對焊接性能的影響
    經JZ•CXFX-N除銹的鋼鐵，其焊接性能不受影響，使用表明，形成的防銹膜更有利于焊接。在一般鋼構建筑中，焊接部位往往率先出現銹蝕，刷涂該除銹防銹劑并作油漆施工后，這一問題可以完全解決。
    3.8、對漆膜的影響
    該項目的考察主要是針對鋼結構維護工程中需要補漆的情形，在出現銹斑、銹點的油漆表面，可以直接涂刷JZ•CXFX-N除銹防銹劑，銹斑、銹點被除凈并轉化為防銹膜層，然后再刷油漆，而已有的油漆表面不受損傷。該產品的這一特性，為鋼結構建筑的后期或日常維護提供了便利：勿須將已有而且完好的油漆層全部除掉，即可進行維護施工，大大地節約了維護成本。
    4、施工方法及經濟分析
    4.1、施工方法
    JZ•CXFX-N除銹防銹劑的施工方法與油漆的施工規范一樣，其施工流程為：
    基面清理 → 涂刷JZ•CXFX-N除銹防銹劑 → 底漆涂裝 → 面漆涂裝 → 檢查驗收
    其具體施工方法為：
    （1）、涂刷前清除鋼鐵表面的銹泡、破裂翻起的氧化皮、焊渣、泥砂、油污等，保持作業面干燥。
    （2）、以刷涂或滾涂為宜。涂刷工具和容器必須干凈，刷完后用清水沖洗，晾干后再用。
    （3）、鋼鐵表面皆可涂刷，厚銹多涂，薄銹少涂，凹凸不平部位重復刷涂原則，使銹層完全潤濕。
    （4）、涂層出現白粉，是因表干后再刷，或鋼鐵表面有油漬、水泥、泥砂等造成的。可用棉紗擦去，不影響刷漆。
    （5）、不宜在大風雨中施工，涂層表面干燥后，覆蓋油漆前，防止染污、水洗。
    （6）、表干時間參考：春、夏兩季時間1—2小時，冬、秋兩季2—4小時。表干經驗判斷：不粘手指即可。
    4.2、施工經驗點滴
    該產品經一年左右的施工應用，積累總結的施工經驗如下：

    （1）、施工時除刷、滾、噴涂處理方式外，若用棉紗蘸除銹防銹劑擦涂，可以提高工作效率。
    （2）、涂刷時，使鐵銹完全潤濕即可，涂刷過多造成淌積，表干時間變慢，且影響成膜質量。
    （3）、直立的鋼構宜從上向下涂刷，1公斤該產品可以處理1噸槽鋼、工字鋼、鋼板，小構件的材料消耗量會增大。
    （4）、D級銹蝕的鋼鐵構件，直接處理可以得到平整的膜層。超過D級銹蝕的鋼構產生堆銹，可以用鋼絲刷簡單處理堆銹部位后，再刷該產品，從而得到平整的膜層。
    （5）、經冷鍍鋅或熱鍍鋅的鋼材，發生銹蝕后，不適于采用該種方法除銹。
    3.3、使用成本分析
    拋丸除銹處理1噸鋼材的成本費用為150-200元，噴沙作業的成本更高，而采用JZ•CXFX-N除銹，處理1噸鋼材的綜合成本為100元左右，節約使用成本30%以上。現場施工采用手工電動砂磨除銹2人4小時的工作，采用該產品只需1人1小時即可完成，大大降低了勞動強度，節約了工時成本，提高了施工進度。
    5、JZ•CXFX-N除銹防銹劑應用范圍
    該技術產品適用于以鋼鐵為結構材料的各個領域，如鋼構建筑、金屬箱柜、船舶橋梁、建筑機具、城市護欄、機械設備、管道塔架、農用機具、汽車火車車身、石油化工設備、油氣輸送管道、礦山機械設備等以除銹防銹為主要目的的油漆涂裝工程，尤其適用于戶外大型、重型鋼構建筑。這些金屬構件及設備在制造加工過程中的除銹工序可以使用，在使用過程中定期的防腐蝕維護除銹、涂裝時也可以使用。因此，其市場應用面寬，應用途徑主要有兩個方面：
    5.1、建設工程
    指新開工建設的鋼結構工程及機械設備，按照有關國家標準及施工規范，所使用的鋼鐵材料銹蝕程度不超過D級，直接用除銹防銹劑涂刷后，形成的防銹膜層在10um左右，與金屬基底的平整度一致，覆蓋油漆后，不影響漆膜外觀。
    5.2、維護工程
    指已使用一定年限的鋼結構建筑及機械設備，由于使用環境不同，銹蝕程度也不一致，有的銹層厚度超過100um，需要用鋼絲刷除去浮銹及銹塊、泥砂，然后涂刷除銹防銹劑。該產品不損油漆層，不損銅、鎳、鉻金屬，但不適用于鍍鋅鋼件的除銹維護。

    [參考資料]
    1、《腐蝕與防護手冊》化工部化工機械研究院主編。
    2、“JZ•CXFX-N除銹防銹劑”專利申請文獻。
    3、GB8923—88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》
    4、GB/T 1771-91《色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測定》
    5、《鋼結構防腐涂裝工藝標準》
    6、GB2975《鋼材力學及工藝性能實驗取樣規定》
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