0 引言

    隨著國家經濟建設的迅速發展，鋼結構的防腐蝕研究越來越引起人們的關注。據統計，世界上每年因腐蝕造成的損失高達約 1 萬億美元，占各國國民生產總值的 2% ~ 4%。我國每年因腐蝕造成的經濟損失達 1.2萬億元，可建 441 個鳥巢、7 個三峽工程 。由此可見，提供長期有效的防腐蝕保護成了決定鋼結構使用壽命長短的重要環節。為延長火箭發射塔架的使用壽命，本文對塔架鋼結構的防腐性設計、涂料選擇、表面處理及涂裝技術進行了研究與改進。

    1 塔架防腐涂層設計

    重防腐涂料是指在嚴酷腐蝕環境中使用并具有長效防腐壽命的一種特殊涂料，在化工和海洋等苛刻環境條件下能使用 10 ~ 15 a 以上。針對不同的腐蝕環境（C1 ~ C5），涂裝體系的選擇不同。我國重防腐涂料多采用底、中、面三層涂裝體系，涂料配套體系多以各種富鋅底漆打底，環氧云鐵作中間漆，再配以丙烯酸、聚氨酯、氟碳、氯化橡膠、聚硅氧烷等各種面漆。目前，應用在鋼結構上的重防腐涂裝，常見的有 2 種配套體系：1）各類“富鋅底漆+環氧云鐵中間漆+高性能面漆（如丙烯酸聚氨酯、氟碳和聚硅氧烷）”，對照 ISO 12944-2鋼結構防護涂料系統的防護標準，上述配套最大使用壽命為 15 a（判定標準：ISO 4628，R i 3 級，1%）；2）“電弧噴鋅、鋁、鋁鎂合金等涂層+環氧類封閉漆+環氧中間漆+高性能面漆”，對照 ISO 14713 標準，電弧噴鋅、鋁層加重防腐涂料封閉、配套的復合涂層最長有大于 20a 的使用壽命（判定標準：ISO 4628，R i 3 級，1%）。

    西昌火箭發射塔架位于四川省西南部，該地區多雨潮濕，紫外線強，具有低緯度高原氣候特征。火箭燃料燃燒后的廢氣和污水腐蝕是造成塔架鋼結構腐蝕的主要原因。廢氣中的 N 2 O 4 可生成大量的 HNO 2 、HNO 3 ，對金屬的腐蝕性極強。污水中則含有 H 2 S、甲醛、亞硝胺類化合物等。其中，鋼鐵在 H 2 S 的腐蝕下，會產生FeS、FeS 2 、Fe 9 S 8 等腐蝕產物。同時，空氣中的 CO 2 溶于水可形成碳酸，使得污水中 pH 下降，腐蝕性進一步增強。由此可見，火箭發射塔架腐蝕類別介于 C5-I 級和C5-Ⅱ級之間，應選擇“環氧富鋅底漆+環氧云鐵中間漆+丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆”的重防腐涂裝體系。具體指標為：1）底涂層，1 道環氧富鋅底漆，≥60 μm；2）中間涂層，2 道環氧云鐵漆，≥140 μm；3）面涂層，2 道丙烯酸脂肪族聚氨酯，≥80 μm；4）完成涂裝后，總干膜厚度不小于 280 μm。按 ISO 12944-1 標準，該涂層體系使用壽命大于 15 a，達到高持久性，所有漆面10 ~ 15 a 內不起皮、不脫落，面涂層不出現較嚴重的失光、變色、粉化。

    2 塔架涂裝工藝技術

    火箭發射塔架鋼結構的涂裝工藝包括表面處理和涂裝兩部分。表面處理和涂裝的質量直接影響涂層對被涂工件基材的附著力及材料的耐腐蝕、耐氣候等性能。

    2.1 表面處理

    鋼結構重防腐涂料涂裝對表面處理要求嚴格，很多漆膜失效的原因都出在表面處理上。據英國帝國化學公司介紹，涂層壽命受三方面因素制約：表面處理占 60%，涂裝施工占 25%，涂料本身質量占 15%，因此必須進行嚴格的表面處理 。

    鋼體表面前處理方法很多，如磷化、酸洗、噴砂除銹、拋丸除銹、濕噴砂、高壓水處理、手工除銹等，但在施工中證明噴砂和拋丸是效果最優異和除銹效率最高的方法 。

    本次施工中，鋼體表面處理采用噴砂處理，除銹達到 Sa 3 級，使鋼材表面無可見的污垢、油脂、鐵銹、氧化皮和舊涂層等附著物。對無法用噴砂進行處理的部位，采用手工除銹的方法達到 St 3 級，使鋼材表面顯露出金屬光澤。控制噴砂磨料粒度的大小，使鋼材表面粗糙度為 60 ~ 100 μm。最后采用 Elcometer123粗糙度測量儀測量評定其表面粗糙度。

    2.2 涂裝

    涂裝施工工作應全部在干燥、潔凈的環境條件下進行。

    2.2.1 涂裝環氧富鋅底漆

    在重防腐涂層體系中，環氧富鋅底漆、無機富鋅底漆、金屬熱噴涂是經常采用的幾種底漆涂層。環氧富鋅底漆因為施工便利、附著力強、性能優異，因此在涂裝配套中使用最廣泛。無機富鋅底漆防腐性能比環氧富鋅漆好，但附著力稍差；尤其是水溶性漆，對鋼結構表面處理程度和施工限制要求比較高，因此使用受到限制。金屬熱噴涂防腐性能最好，但成本高，對鋼結構的處理要求也較高，常用于高溫、高濕、鹽霧及紫外線強的海洋大氣環境中。在火箭發射塔涂裝施工時，根據環境特點選擇了環氧富鋅底漆。為確保富鋅底漆中的鋅粉能與鋼鐵緊密結合而起到導電和犧牲陽極的作用，規定富鋅底漆中鋅粉含量占干膜總質量不低于80%，鋅粉粒徑 325 ~ 600 目。基材噴砂除銹后，在 4 ~6 h 內完成底漆涂裝，以防止基材再次被氧化。

    2.2.2 涂裝環氧云鐵中間漆

    環氧云鐵中間漆在防腐體系中起連接作用，使底漆和面漆之間黏結良好，形成一個整體防護體系。環氧云鐵中間漆中的云母氧化鐵在漆膜中層疊排列，像瓦片一樣，形成“迷宮效應”，可以有效屏蔽腐蝕介質的滲透，并有反射太陽紫外線的作用，是目前最常用的重防腐涂層體系中間涂層 。

    中間涂層在云母氧化鐵加量不足的情況下，不能完全發揮其屏蔽作用，會導致耐鹽霧時間縮短，防腐性能下降。因此，本次施工過程中要求云母氧化鐵的加量不少于 40%。另外，與環氧富鋅底漆進行配套施工時，為了避免漆膜產生針孔、氣泡等，先對富鋅表面進行了薄涂封閉，表干以后才進行正常底漆涂裝。

    2.2.3 涂裝丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆

    脂肪族聚氨酯面漆在與環氧云鐵中間漆進行配套施工時應注意層間附著力問題。當環境濕度大于 85%時應禁止施工，否則容易產生“起皮”現象，即面漆容易脫落。如果環氧云鐵中間漆施工結束后需要很長時間才進行脂肪族聚氨酯面漆涂裝，即超過最大重涂間隔時間，應該將中間漆進行全面打磨處理，增加云鐵中間漆表面的粗糙度，以確保層間附著力。

    2.2.4 漆膜的修復

    現場涂裝后應對漆膜缺陷部位重新涂裝，不但要完全遵照上述工藝標準執行，還要遵從以下原則：1）損壞的漆膜應進行表面處理，在現場除銹的方式達到St 3 級。2）修復層與周圍涂層的搭接寬度不小于50 mm。破壞面積較小時，修補的面積應比被破壞的面積大1 倍以上。3）修補應按規定層次進行，按照漆膜破損的程度逐層處理，補涂部位的顏色、涂層厚度與周圍原有涂層一致。

    2.2.5 涂裝表面的驗收

    火箭發射塔架涂裝施工完畢，使用表 1 中相應的標準對其性能進行測試驗收。結果表明：1）“環氧富鋅底漆+環氧云鐵中間漆+丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆”的重防腐體系滿足西昌地區火箭發射塔架涂裝的使用要求。2）抽檢樣本中 98%數量的漆面完全達標，2%的未完全滿足指標要求。

表1 涂裝表面測試驗收結果

    3 改進

    本次塔架涂裝施工的過程中，雖然最后的驗收采用了嚴格的標準，但是對施工過程的質量管控還需要加強。由于對過程的控制不夠嚴格，驗收時發現有 2%抽檢涂裝面的耐酸性和耐鹽霧性指標輕微不達標，主要原因是過程質量監控人員對漆膜的缺陷分析還停留在經驗主義的“看”、 “摸”相結合的傳統方法上，而肉眼能觀察到的范圍很有限，并且不能對涂裝表面漆膜缺陷的內部結構進行深入分析，不能對缺陷的成分進行定性分析。假若利用科學手段對每一道的漆膜缺陷都進行更細致的定性和定量分析，則可以更好地提高涂裝施工質量。

    目前，世界先進的涂料制造商采用的最主要的科學分析方法為表面顯微分析法和化學分析法。表面顯微分析法主要是利用各種顯微鏡對缺陷的表面特征及內部剖面進行分析，從而對各種漆膜缺陷得出定性的結論。化學分析法主要是通過光譜儀、色譜儀等手段對物質的根本特征進行分析，從而對漆膜缺陷或者涂料組分得出結論。在實際的涂裝應用中，還要建立顯微樣本庫，不斷積累各種具體的缺陷特征，指導現場的分析。

    作者簡介：

    徐緋然（1986—），女，碩士，工程師，主要從事化工原料分析試驗鑒定工作。E-mail：329954402@qq.com。

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責任編輯：王元

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