海南国际会展中心钢结构涂层防腐配套方案设计

摘 要：介绍了海南国际会展中心钢结构所处的腐蚀环境──C5-M，论述了钢材结构形式对其防腐蚀设计的影响。根据ISO 12944:2007标准和ISO 2808:1997标准，设计了4种防腐蚀涂层配套方案，即室内、外钢结构防腐涂层体系和有防火功能的室内、外钢结构防腐蚀涂层体系。介绍了涂装技术条件、工艺流程和漆膜质量评定方法。

关键词：防腐,防腐工程,防腐处理,防腐涂料,钢结构防腐

1 前言

海南国际会展中心由会展中心、五星级酒店、七星级酒店、酒店式公寓、办公及商业配套以及经济总部等组成。它是海南省政府确定的2009年重点项目，它的开工建设，将对2010年以后海口以至海南经济平稳、较快发展作出贡献。其中，一期工程主要建设会展中心。海南国际会展中心采用新颖的结构选型，如预应力混凝土管桩，主体采用巨型钢筋混凝土，屋盖为钢结构单层网壳，局部轻钢结构，防腐工程是其中的重要组成部分。主体单层，层高20 m，约耗用钢材1万t。该工程用地面积33.7万m2，总建筑面积13.5万m2，建筑高度44 m。会展中心建筑外部构型具有独创性和标志性，富有创意：它似一只展翅的大鹏，又似一个来自神秘海底世界的古老生物。它是在“像”与“不像”的理念之间设计出来的抽象建筑物，将成为未来从空中鸟瞰海南国际会展中心的一道独特景观。它在满足功能使用的前提下，充分体现热带滨海省会城市的特色：既注重环保、节能等特色，又注重新技术、新材料的应用，还注重防腐抗风、抗震及消防安全等

2 钢结构腐蚀环境、因素分析

2. 1 钢结构防腐中考虑的自然环境

海口市位于北纬19°32′~ 20°05′，东经110°10′~ 110°41′，地处低纬度热带北缘，属于季风性热带气候。拟建的海南海口会展中心，距海边仅100 m。海口的自然环境对会展中心的钢结构防腐必定产生一定的不利影响，具体体现在以下方面：

(1) 钢结构防腐中的相对湿度。是指某一温度下空气中的水蒸气含量与该温度下空气所能容纳的水蒸气的最大含量的比值。相对湿度达到某一临界点时，水分在钢结构表面形成水膜，从而促进了钢材的腐蚀。海口平均相对湿度85%，最高相对湿度95%，最低40%。海口处于沿海地区，空气中含盐，临界相对湿度低，钢材表面容易形成水膜。钢材表面形成水膜与空气相对湿度临

界值的关系见表1。

表1 钢材表面形成水膜的空气相对湿度临界值

钢材的表面状态 临界相对湿度/%

干净表面在干净的空气中 接近100

二氧化硫处理过的表面 接近80

干净表面在含0.01%二氧化硫的空气中 70

在3%氯化钠溶液中浸泡的表面55

(2) 钢结构防腐中的温度。海口属亚热带气候，夏长无冬，春秋不分，年平均气温23.9 °C。7月气温最高，平均28.1 °C，最高气温40.5 °C；1月份气温最低，平均17.3 °C，极端最低气温2.8 °C。当相对湿度达到金属临界相对湿度时，温度对大气的防腐影响较大。海口属湿热带，雨多温高，故腐蚀严重。而且，温度的变化还会引起结露。

(3) 钢结构防腐中的降水量。降雨增大了大气的相对湿度，延长了钢铁表面的湿润时间。同时，降雨会冲刷钢材表面产物的保护性。在工业大气环境中，雨水溶解空气中的污染物，如SO2、Cl−等，促进了腐蚀的发展。海口降雨量较多，年均降水量1 785 mm，5 ~ 10月为雨季(冬季雨较少)，雨季往往伴随台风，降水量占全年80%，会加速钢结构腐蚀。雾况：冬、春两季有雾出现，多在清晨至上午9时发生，偶尔也在傍晚或下午出现。年平均雾日约一个月左右。

(4) 钢结构防腐中的空气中的污染物。全地钢结构屋面防腐www.careroof.com 据中国环境检测总站统计，2008年海口市可吸入颗粒物浓度年平均值为0.036 mg/m3，二氧化氮浓度年平均值为0.012 mg/m3，二氧化硫浓度年平均值为0.09 mg/m3，全年空气污染指数为36(以上4项主要指标均优于国家一级标准)。但海口会展中心处于海边，海上盐雾环境含NaCl颗粒尘埃(是氯离子的主要来源)，会对钢铁造成腐蚀。试验表明，低湿度中碳钢的腐蚀速率为10.03 g/(m2•a)，而海洋中碳钢的腐蚀速率为501.1 g/。

(5) 钢结构防腐中的日照时间。日照时间对高分子材料和涂层的大气老化有重要影响。太阳光中的紫外线能促进有机高分子材料的老化。对于钢铁材料，当其表面存在污染物时，受日照影响，温度上升就会促进腐蚀的发展。海口市全年日照时间长，辐射能量大，年平均日照时间2 225 h，太阳辐射能可达到110 ~ 120 kcal(即460 ~ 502 kJ)。

(6) 钢结构防腐中的风向和风速。风向影响着Cl−的传播，风速对钢铁表面漆膜的干湿交替有一定的影响。海口市处于海洋大气环境，常年以东北风和东南风为主，年平均风速3.4 m/s。5 ~ 10月为台风季节，最高风力达到11 ~ 12级，并伴随着大雨、暴雨，对钢结构腐蚀严重。根据上述分析和ISO 12944-2的有关规定，海口国际会展中心处于很高的C5-M腐蚀级别。水和土壤的腐蚀分类见表2。www.careroof.com有关C5-M腐蚀环境，已经采用ISO 20340来指导防护涂料系统的应用。

表2 水和土壤的腐蚀分类

分类 环境 环境和结构的案例

lm1 淡水 河流的安装结构，水力发电站

lm2 海水或淡水 港口区的结构，如闸门、防洪堤、近岸工程

lm3 土壤 埋地储罐，钢柱和钢管

2. 2 钢材本身对钢结构防腐的影响

海南国际会展中心的钢结构采用Q345B普通碳素钢。铁是其中的主要元素，约占化学成分的98%或更高，含碳量约0.26% ~ 0.50%。碳是形成钢材强度的主要因素，且直接影响到钢材的可焊性。此外，钢中还含有限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质。钢结构防腐工程中，由于其他元素的存在，当钢材处于大气环境中，会因为自身内部各处的腐蚀电位不同，而开始被空气缓慢地氧化腐蚀。另外，钢铁与其他金属接触，会导致不同金属之间的电偶腐蚀，故应在设计中加以避免。

2. 3 钢材结构形式与防腐设计

根据钢材的结构特点，海南会展中心在结构设计中充分考虑了钢结构防腐因素：

(1) 钢结构防腐工程中设计排水孔，下水管道开口朝下等，以防止水的局部富集。

(2) 该工程中有很多混凝土与钢结构接触的部位。对于这些部位，可以在钢结构与混凝土的结合处预留一个小的坡度(如图2所示)，以避免雨水在结合处聚集或沿着钢构件/混凝土缝隙渗入混凝土内部，对钢结构防腐继续造成不利影响。

(3) 海南国际会展中心的屋顶网架结构采用壁厚

10 ~ 12 mm的钢管，钢管直径约30 cm。由于钢管间焊接时会产生应力腐蚀，故焊接部位往往是防腐蚀最薄弱的区域，设计和施工时应加以严格控制。若采用重防腐涂料，焊接前通常不涂装防腐涂料，需要在焊接后重新采取表面处理、修补等防腐措施。

图2 钢结构与混凝土结合部位及其防水聚集设计图

(4) 钢构件的焊缝尽量处理得平滑圆润，以避免焊渣、跳焊及大的焊缝出现，并避免棱角处应力偏大而在焊缝处吸潮、聚集雨水，造成后续钢材腐蚀。钢结构焊缝处理状况如图3所示。

(a) 差(b) 好(c) 最好

图3 钢结构防腐工程中的钢结构焊缝处理状况

3 室、内外钢结构防腐涂层设计方案

3. 1 室外钢结构防腐涂层设计方案

3. 1. 1 钢结构防腐涂层体系设计

钢结构防腐蚀涂层体系设计方案有两种。其中，

A方案为：无机硅酸锌防腐底漆(1道)80 μm 环氧封闭漆(1道)30 μm 环氧云铁防腐中层漆(2道)150 μm 丙烯酸聚氨酯防腐面漆(2道)80 μm 合计(6道)310 μm 按国际标准ISO 12944-1，该涂层体系使用寿命达到高持久性，即>15年[2]。该标准中，钢结构所处的腐蚀环境、使用寿命和涂层厚度的关系见表3。

B方案(电弧喷锌铝合金+ 重防腐涂料封闭)为电弧喷锌铝合金(2道)150 μm 环氧封闭漆(1道)30 μm 环氧云铁防腐中间漆(1道)100 μm 丙烯酸聚氨酯防腐面漆(2道)80 μm 合计(6道)330 μm 按国际标准ISO 14713，该涂层体系寿命可大于20年。ISO 14713规定的涂层寿命≥20年的热喷涂钢结构防腐涂层体系与腐蚀环境的关系如表4所示。

表3 钢结构所处腐蚀环境、使用寿命和漆膜厚度的关系

腐蚀环境 使用寿命 δ(干膜)/μm

低80

中150 C2

高200

低120

中160 C3

高200

低160

中200 C4

高240(含锌粉)，280(不含锌粉)

低200

中280

C5-I

C5-M

高320

表4 涂层寿命≥20年的腐蚀环境与热喷涂防腐蚀涂层体系的

关系

腐蚀环境 钢结构防腐涂层体系

C2

喷铝100 μm

喷铝50 ~ 100 μm + 封闭

C3

喷铝或锌100 μm

喷铝或锌50 ~ 100 μm + 封闭

C4 喷铝或锌100 μm + 封闭

C5 喷铝或锌150 μm + 封闭Im2

喷铝或锌250 μm

喷铝或锌150 μm + 封闭

3. 1. 2 有防火功能的室外钢结构防腐蚀涂层体系

无机硅酸锌防腐底漆(1道)80 μm

环氧封闭漆(1道)30 μm

环氧云铁防腐中间漆(1道)100 μm

防火涂料 规定膜厚

丙烯酸聚氨酯面漆(2道)80 μm

3. 2 室内钢结构防腐涂层设计方案

3. 2. 1 防腐涂层

环氧富锌防腐底漆(1道)80 μm

环氧云铁防腐中间漆(1道)100 μm

丙烯酸聚氨酯面漆(2道)80 μm

合计(4道)260 μm

按表4判断，该涂层的使用寿命大于15年。

3. 2. 2 有防火涂料的防腐涂层

环氧富锌防腐底漆(1道)80 μm

环氧云铁中间漆(1道)100 μm

防火涂料 规定膜厚

丙烯酸聚氨酯面漆(2道)80 μm

• 74•

说明：

(1) 按HG/T 3668–2000《富锌底漆》的规定，无机硅酸锌底漆干膜中锌粉含量达到80%，环氧富锌底漆干膜中锌粉含量达到70%以上，能够起到较好钢结构防腐效果。

(2) 经过钢结构防腐实验测试，防火涂料与环氧云铁中间漆、丙烯酸聚氨酯面漆有较好的配套性能，且不影响防火效果。

(3) 钢结构防腐工程施工中，为利于涂覆工艺和维修的顺利进行，环氧云铁防腐中间漆和丙烯酸聚氨酯面漆均无最大涂覆间隔的限制。

3. 3 防腐涂层使用寿命

钢结构防腐涂层的使用寿命即为涂覆到第一次大修的时间。此时，涂层锈层等级达到国际标准ISO 4628-3的Ri 3级，锈蚀面积为1%。关于涂层锈蚀等级的规定，www.careroof.com,ISO与欧洲标准、ASTM标准的对应关系见表5。

表5 钢结构防腐工程中关于锈蚀等级的规定，ISO与欧洲标准、ASTM标准的对应关系

锈蚀面积/% ISO 欧洲标准 ASTM D 610

0 Ri 0 Re 0 10

0.05 Ri 1 Re 1 9

0.5 Ri 2 Re 2 7

1 Ri 3 Re 3 6

3 Re 4

8 Ri 4 Re 5 4

15/20 Re 6

40/50 Ri 5 Re 7 1 ~ 2

75/85 Re 8

95 Re 9

Re 10

按国际标准ISO 12944:2007和ISO 14713:2008规定，防腐涂层的使用寿命即为涂层的耐性。本设计中，重防腐涂料配套涂层具有最高耐久性，即大于15年；电弧喷锌铝镀层与重防腐涂料配套涂层有大于20年的耐久性。

4 防腐涂装工艺[1]

4. 1 防腐涂装工艺流程

4. 1. 1 无防火涂料的钢结构防腐工程做法

钢管─去油，清洁表面─喷砂除锈─吹灰尘─焊缝预涂装(刷涂)─无气喷涂机喷底漆─喷中间漆─喷面漆─装运现场─安装焊接等─焊缝及破损处修补底、中、面漆─喷第2道面漆─检查漆面质量─修正─交验。

4. 1. 2 有防火涂料的钢结构防腐工程做法

钢管─去油，清洁表面─喷砂除锈─吹灰尘─焊缝预涂装(刷涂)─无气喷涂机喷底漆─喷中间漆─喷面漆─装运现场─安装焊接等─焊缝及破损处修补底、中漆─涂装防火涂料─喷第2道面漆─检查漆面质量─修正─交验。

4. 2 钢结构表面处理

(1) 钢结构防腐前钢材表面原始质量评定达ISO 8501-1的A、

B、C、D级。

(2) 钢结构防腐中钢材表面经过去油、机械除锈后，清洁度达到ISO 8501-1的Sa 2½级(相当于GB/T 8923–1988的Sa 2½级)。

(3) 钢材表面经机械除锈后，粗糙度达到ISO 8503标准，Rz= 65 ~ 75 μm(Ra= 10.0 ~ 13.0 μm)。国家标准GB/T 14977–1994《热轧钢板表面质量的一般要求》中规定了钢材表面缺陷的种类、深度和影响面积、修整要求及钢板厚度等。钢结构防腐中的规定，国际标准ISO 8501-3中描述了不同的表面缺陷，主要包括焊缝、切割边和一般的钢材表面。故对于钢材表面的处理级别，适用

于涂料施工的共分3个等级：P1(轻微的处理)，涂漆前需要考虑的最小处理；P2(彻底的处理)，涂漆的大多数表面缺陷要修正和进行处理；P3(非常彻底的处理)，表面没有可见缺陷。表面缺陷的处理等级与钢结构暴露的腐蚀环境(ISO 12944-2)有一定联系，如表6所示。

表6 钢结构表面缺陷处理级别与腐蚀环境的关系

钢结构防腐处理级别 腐蚀等级(ISO 12944-2)

P1 C1和C2

P2 C3和C4

P3 C5-I和C5-M

4. 3 喷漆

(1) 钢结构防腐中对焊缝及死角等的防腐预涂装及修补采用刷涂。

(2) 底、中、面漆推荐采用无气喷涂法。按照涂料供应商规定与推荐，不同钢结构防腐涂料采用不同的喷漆机、喷漆压力和喷嘴。

(3) 在钢结构防腐中需控制喷漆作业环境条件，如温度(钢材表面温度高于露点温度3 °C)、相对湿度等等。

(4) 在钢结构防腐中需控制涂料施工过程中的技术参数，如混合配比、混合使用时间、稀释剂和稀释率、涂覆间隔等等www.careroof.com。

4. 4 钢结构防腐需漆膜质量评定[3]

(1) 按ISO 12944:2007标准和ISO 2808:1997标准，每道涂层都必须遵照80–20原则：80%的测量值不低于规定干膜厚，其余20%的测量值不能低于规定膜厚的80%。

(2) 漆膜表面测量。漆膜表面无针孔、气泡、剥落和严重流挂等漆膜弊病出现，颜色和光泽度符合业主的规定要求。

(3) 钢结构防腐涂层附着力。

A：划叉法。由于总膜厚>250 μm，故按ASTM D 3359–1997规定，应达到3A级以上。

B：拉开法。钢结构防腐中，拉开法是评价附着力的最佳测试方法，应用的标准有ISO 4624:2002，GB/T 5210–1985《涂层附着力的测定法 拉开法》以及ASTM D 4541。拉开法测试仪器有机械式和液压/气压驱动两种类型。典型的测试仪器有Elcometer 106型(机械式)、Elcometer 108型(液压式)以及PAT M01(液压型)。ISO 12944-6中对于涂层系统(干膜厚度大于250 μm时)的附着力要求，按照ISO 4624 拉开法进行附着力测试至少要达到5 MPa。对于旧涂层的维修，参考数值至少要达到2 MPa，才能认定为原涂层具有一定的附着力，可以保留；否则，旧涂层应予以去除。对于防火涂料，水泥型的要求达到2.0 MPa；对于环氧类产品，则要求达到3.0 MPa为合格。

5 结语

按照ISO 12944-2国际标准，海南国际会展中心钢结构防腐工程处于很高的C5-M腐蚀环境。故根据会展中心内外侧及防火要求，设计了4种配套方案。按ISO 12944-5的规定，所有钢结构防腐涂层寿命可达15年以上。

关键字：