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建筑钢结构除锈新技术——JZ•CXFX-N除锈防锈剂应用研究
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http://www.lgmi.com 发表日期：2011-2-14 15:34:32
兰格钢铁 |
引言
钢铁是热力学性质不稳定的最常用结构材料，暴露在大气中必然发生腐蚀、转化成疏松的铁锈。1999～2001年发布的中国腐蚀调查报告指出，我国每年为腐蚀支付的直接费用据不完全统计，已达人民币2000亿以上。如果考虑间接损失，花费在腐蚀方面费用的总和估计可达5000亿元，约占国民经济总值的5%。其它发达国家多年的统计数字也在3～5%之间，世界上每年因腐蚀而损失的钢铁材料占总产量的五分之一。腐蚀对现代工业造成严重破坏，实现腐蚀控制是使国民经济基础设施和各种钢构建筑、钢铁设备处于良好运行状态、达到长效防腐的重要保障。
钢结构建筑使用过程中的两大技术关键：一是防锈，二是防火。这需要通过涂装(油漆)工艺来解决，而油漆涂装前除锈属于钢结构建筑施工的隐蔽工程，彻底除锈是提高油漆内在质量的重要保证。目前，钢构建筑行业内，涂装前除锈的通行方法主要是机械抛丸和喷沙、手工电动打磨等传统方法，如果在钢铁表面留有余锈，锈核就可使钢铁底材继续生锈，即使除锈非常干净，新金属表面积加大，吸收水量增多，受环境腐蚀介质影响就大，造成锈蚀的可能性就大。在这种情况下，即使使用防锈涂料，三个月到半年就出现漆膜开裂脱落，漆膜锈迹斑斑，达不到预期的防锈效果。因此，用涂料防腐防锈，关键是使金属表面上不再存在继续生锈的条件。
目前国内外金属防腐蚀涂料的开发与研究主要集中在防腐蚀方面，有关研究成果与推向市场的产品较多，而油漆涂装前彻底除锈是提高产品内在质量的关键之一，有关以除锈为主，同时兼具防锈作用的功能涂料却未见报导，我们研制开发的JZ•CXFX-N除锈防锈剂正是针对除锈与防锈而设计的一种水性功能涂料，符合当今技术的发展趋向，经一年多的实际应用，可成为钢结构建筑施工中除锈的又一选择，能增强油漆的防锈能力，显著提高油漆的内在质量，具有除锈彻底、施工简单、经济高效、无环境污染的特点。
1、钢铁的腐蚀机理
由于铁锈疏松多孔，在锈层中往往含有大量的水分，导致金属继续腐蚀，钢铁表面的初生锈和钢铁底材附着较牢，随着锈蚀的进行，原来的初生锈逐渐老化并被挤到锈层表面，所以钢铁外表铁锈又可分为两层，外层是松锈(浮锈)，它和钢铁附着不牢；内层是牢锈，它和钢铁底材附着牢固。
2、JZ•CXFX-N除锈防锈技术原理
3、JZ•CXFX-N除锈防锈应用研究
JZ•CXFX-N除锈防锈剂以除锈为主，兼具优良的长效防锈性能，主要用作油漆前除锈处理，作为一种新的除锈技术，该产品已申请国家发明专利(申请号200710050532.6)，我们从实际使用的角度出发，研究考察了以下几个方面的因素。
3.1、JZ•CXFX-N性能指标测试
经国家质检总局中国测试技术研究院检测，该产品的技术指标如下：
3.1.1产品技术指标
3.1.2、膜层技术参数
3.2、除锈能力
与传统的除锈方式不同，机械抛丸、喷沙是通过力学作用将铁锈打磨掉，而JZ•CXFX-N除锈防锈剂是通过化学作用将铁锈转化为含铁的高分子聚合物，形成长效紧密的防锈膜层牢固地附着在钢铁表面，参考GB8923—88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》标准判断：铁锈完全转化形成灰、黑色膜，表面无可见污垢、氧化皮、铁锈等附着物，与传统除锈方法的Sa2.5级、St3级相当。
厚度在100um(0.1mm)左右的铁锈(已超过GB8923—88标准D级锈蚀程度)，可被彻底转化除净，Fe3O4蓝色氧化皮被转化为灰色膜、Fe2O3红色铁锈被转化为黑色膜，该膜层在室内空气湿度60%以上的环境也能防锈达一年以上的时间。
3.3、对基体金属的影响
由于JZ•CXFX-N除锈防锈剂是通过化学作用达到除锈、防锈的目的，因此，需要研究考察其在除锈过程中是否与基体金属发生作用、是否对钢铁的机械力学性能造成不良影响。
3.3.1、重量法考察
取1cm×1cm碳钢片，酸洗除净铁锈及污垢后，干燥称重，然后在JZ•CXFX-N除锈防锈剂中浸泡24小时，取出用离子水洗净，干燥称重。实验结果，前后重量未变，表明：该除锈防锈剂不与金属铁发生化学反应、不腐蚀金属基体，只与铁锈发生化学转化作用。
3.3.2、对钢铁力学性能的影响
取Q235低碳钢圆盘条作实验材料，用JZ•CXFX-N除锈防锈剂刷涂除锈，24小时后进行拉伸试验、冷弯试验，结果如下表：
实验表明：该除锈防锈剂在除锈过程中，不产生氢脆现象，不改变金属基体的组织结构，不影响钢材的力学性能。
3.4、防锈膜平整度与锈蚀度的关系
JZ•CXFX-N除锈防锈剂具有一定的整平能力，一般而言，A、B、C、D四级锈蚀的钢材，经除锈处理后都能得到厚度在10—20um左右、平整光洁的防锈膜层。超过D级锈蚀的钢材，尤其是产生堆锈、块锈、坑蚀的表面，钢铁锈蚀程度越高，形成的防锈膜层的平整度就越差。此类重度锈蚀的钢材，除锈前须用钢丝刷处理后，才能得到较为平整的防锈膜。
3.5、防锈能力
采用JZ•CXFX-N除锈后，形成的膜层绝缘电阻大于150MΩ，可有效地阻断化学及电化学腐蚀作用。按照GB/T1771-91《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》和D609《涂料、清漆、转化涂层和相关覆层产品的测试用冷扎钢板制备的标准实施规范》进行人工加速腐蚀的NSS试验表明：
可见，使用JZ•CXFX-N不仅除锈干净彻底，而且形成的转化膜层能有效提高油漆的防腐蚀能力，其防锈作用相当于一层红丹底漆。
3.6、与油漆的配套性
JZ•CXFX-N除锈防锈剂在转锈除锈的过程中，通过分子键合力与基底金属牢固结合，同时，形成紧密、呈微观网状结构的防锈膜层，油漆高分子渗入其中，因此与油漆的结合力更强，不影响原油漆的结合力级别。该膜层可与各类油漆(红丹、酚醛、沥青、氨基、醇酸、硝基、聚酯、环氧、乙烯、聚氨酯、丙烯酸等)、膏灰、涂料(防火涂料、粉末涂料等)配套，不存在油漆起皱、鼓泡等相溶性问题。
2.7、对焊接性能的影响
经JZ•CXFX-N除锈的钢铁，其焊接性能不受影响，使用表明，形成的防锈膜更有利于焊接。在一般钢构建筑中，焊接部位往往率先出现锈蚀，刷涂该除锈防锈剂并作油漆施工后，这一问题可以完全解决。
3.8、对漆膜的影响
该项目的考察主要是针对钢结构维护工程中需要补漆的情形，在出现锈斑、锈点的油漆表面，可以直接涂刷JZ•CXFX-N除锈防锈剂，锈斑、锈点被除净并转化为防锈膜层，然后再刷油漆，而已有的油漆表面不受损伤。该产品的这一特性，为钢结构建筑的后期或日常维护提供了便利：勿须将已有而且完好的油漆层全部除掉，即可进行维护施工，大大地节约了维护成本。
4、施工方法及经济分析
4.1、施工方法
JZ•CXFX-N除锈防锈剂的施工方法与油漆的施工规范一样，其施工流程为：
基面清理→涂刷JZ•CXFX-N除锈防锈剂→底漆涂装→面漆涂装→检查验收
其具体施工方法为：
(1)、涂刷前清除钢铁表面的锈泡、破裂翻起的氧化皮、焊渣、泥砂、油污等，保持作业面干燥。
(2)、以刷涂或滚涂为宜。涂刷工具和容器必须干净，刷完后用清水冲洗，晾干后再用。
(3)、钢铁表面皆可涂刷，厚锈多涂，薄锈少涂，凹凸不平部位重复刷涂原则，使锈层完全润湿。
(4)、涂层出现白粉，是因表干后再刷，或钢铁表面有油渍、水泥、泥砂等造成的。可用棉纱擦去，不影响刷漆。
(5)、不宜在大风雨中施工，涂层表面干燥后，覆盖油漆前，防止染污、水洗。
(6)、表干时间参考：春、夏两季时间1—2小时，冬、秋两季2—4小时。表干经验判断：不粘手指即可。
4.2、施工经验点滴
该产品经一年左右的施工应用，积累总结的施工经验如下：
(1)、施工时除刷、滚、喷涂处理方式外，若用棉纱蘸除锈防锈剂擦涂，可以提高工作效率。
(2)、涂刷时，使铁锈完全润湿即可，涂刷过多造成淌积，表干时间变慢，且影响成膜质量。
(3)、直立的钢构宜从上向下涂刷，1公斤该产品可以处理1吨槽钢、工字钢、钢板，小构件的材料消耗量会增大。
(4)、D级锈蚀的钢铁构件，直接处理可以得到平整的膜层。超过D级锈蚀的钢构产生堆锈，可以用钢丝刷简单处理堆锈部位后，再刷该产品，从而得到平整的膜层。
(5)、经冷镀锌或热镀锌的钢材，发生锈蚀后，不适于采用该种方法除锈。
3.3、使用成本分析
抛丸除锈处理1吨钢材的成本费用为150-200元，喷沙作业的成本更高，而采用JZ•CXFX-N除锈，处理1吨钢材的综合成本为100元左右，节约使用成本30%以上。现场施工采用手工电动砂磨除锈2人4小时的工作，采用该产品只需1人1小时即可完成，大大降低了劳动强度，节约了工时成本，提高了施工进度。
5、JZ•CXFX-N除锈防锈剂应用范围
该技术产品适用于以钢铁为结构材料的各个领域，如钢构建筑、金属箱柜、船舶桥梁、建筑机具、城市护栏、机械设备、管道塔架、农用机具、汽车火车车身、石油化工设备、油气输送管道、矿山机械设备等以除锈防锈为主要目的的油漆涂装工程，尤其适用于户外大型、重型钢构建筑。这些金属构件及设备在制造加工过程中的除锈工序可以使用，在使用过程中定期的防腐蚀维护除锈、涂装时也可以使用。因此，其市场应用面宽，应用途径主要有两个方面：
5.1、建设工程
指新开工建设的钢结构工程及机械设备，按照有关国家标准及施工规范，所使用的钢铁材料锈蚀程度不超过D级，直接用除锈防锈剂涂刷后，形成的防锈膜层在10um左右，与金属基底的平整度一致，覆盖油漆后，不影响漆膜外观。
5.2、维护工程
指已使用一定年限的钢结构建筑及机械设备，由于使用环境不同，锈蚀程度也不一致，有的锈层厚度超过100um，需要用钢丝刷除去浮锈及锈块、泥砂，然后涂刷除锈防锈剂。该产品不损油漆层，不损铜、镍、铬金属，但不适用于镀锌钢件的除锈维护。
[参考资料]
1、《腐蚀与防护手册》化工部化工机械研究院主编。
2、“JZ•CXFX-N除锈防锈剂”专利申请文献。
3、GB8923—88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》
4、GB/T1771-91《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》
5、《钢结构防腐涂装工艺标准》
6、GB2975《钢材力学及工艺性能实验取样规定》 |
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