在选择材料时，钢因其卓越的物理和机械特性而受到设计师的青睐。钢材可用于快速建造经济、耐用和安全的结构。然而，由于其固有的性质，它往往会与氧气和水等大气因素发生反应，形成一种更稳定的化合物，称为氧化亚铁 - 一般称为锈蚀，这一过程称为腐蚀。
钢材的主要质量是保持其物理和机械强度的能力，或者在钢结构的情况下，其承载能力。这通常是一个持久的特征，只有在腐蚀将其横截面减小到对安全性产生不利影响的程度时才会受到损害。结构的使用寿命取决于钢材与其环境之间的反应速率。这些反应取决于存在的腐蚀剂的性质和浓度。
防腐蚀保护
因此，必须考虑结构的腐蚀保护以干预该过程，以防止反应或大大降低腐蚀速率。如果从一开始就认识到影响耐久性的因素，结构钢结构的具有成本效益的腐蚀保护对于常见的应用和环境应该不会有什么困难。
本指南的目的是从概念的角度解释用油漆和金属涂层保护结构钢的基本要求、常用系统及其与所需保护性能相关的重要性。
什么是腐蚀？
钢恢复到其自然或原始状态的能力称为腐蚀。
材料与其环境之间的化学或电化学反应，导致材料及其性能劣化。
对于钢铁腐蚀，必须同时存在水和氧气。在没有任何一个的情况下，不会发生腐蚀。
所有腐蚀都发生在阳极；阴极未发生腐蚀。
腐蚀速率
湿润时间 - 这是由于降雨、冷凝等导致表面湿润的总时间的比例。
大气污染 - 大气污染和污染物的类型和数量，例如硫酸盐、氯化物、灰尘等。
大气腐蚀性类别
腐蚀过程的进展速度取决于与紧邻结构周围的“微气候”相关的许多因素；主要是水分出现的时间和大气污染水平。由于大气环境的变化，腐蚀率数据不能一概而论。然而，环境可以进行广泛的分类，相应的测量钢腐蚀速率提供了可能腐蚀速率的有用指示。
在外部或潮湿环境中，设计会对钢结构的腐蚀产生重要影响。在干燥加热的内部，不需要特殊的预防措施。因此，在项目的设计阶段应考虑防止腐蚀。
需要考虑的要点是：
夹带水分和污垢
避免产生空腔和裂缝等。
焊接接头优于螺栓接头。
应尽可能避免或密封搭接接头。
HSFG 搭接面在连接后应封边。
必要时提供排水孔。
密封箱体部分，除非它们被热浸镀锌。
为结构周围的空气提供自由流通。
与其他材料接触
在可行的情况下避免双金属连接或必要时对接触面进行绝缘处理。
提供足够的覆盖深度和正确的混凝土质量。
使用涂层或塑料片将钢材和木材分开。
涂层应用
设计应确保所选的保护涂层能够有效地应用。
热浸镀锌不应用于密封部件。此类物品应设有通风孔和排水孔。
应为喷漆和热（金属）喷涂等提供足够的通道。
一般因素
大平面比更复杂的形状更容易保护。复杂的形状和结构应该有足够的空间进行初始绘画。
应为后续维护提供通道。
应尽可能提供吊耳或支架，以减少搬运和安装过程中的损坏。
腐蚀保护期
涂层的保护期定义为直到系统第一次需要注意的预期使用寿命。
在选择和定义腐蚀保护系统时，保护期是一个重要因素。这个技术概念帮助结构的所有者指定他的维护计划。
保护期不是保证期。一般来说，保证期是一个法律概念，比保护期短。
对于给定的腐蚀负荷，锌涂层的保护期主要取决于所涂涂层的厚度。图4显示了保护期/镀锌层厚度与腐蚀类别之间的关系。
特殊的小气候特征和结构特有的更高负载，例如长时间暴露在潮湿环境中的灰尘积聚会大大缩短保护期。
表面处理
为什么需要它？
热轧结构钢制品在大约
1000°C
的温度下离开最后一个轧制道次。当它冷却时，表面与大气中的氧气反应产生氧化皮。这是一种复杂的氧化物，表现为完全覆盖表面的蓝灰色坚韧鳞片。氧化皮是不稳定的，随着时间的推移，大气中的水会渗入氧化皮中的裂缝，导致钢生锈。腐蚀过程逐渐剥离氧化皮并产生通常不适合复涂的可变表面。
生锈的程度取决于钢材暴露在潮湿环境中的时间长短。钢结构的四类“锈蚀等级”：
A – 钢表面大部分覆盖着附着的氧化皮，但几乎没有锈迹。
B – 开始生锈且氧化皮开始剥落的钢表面。
C – 钢表面的氧化皮已经生锈或可以刮掉，但在正常视力下有轻微的点蚀。
D – 钢表面的氧化皮已经生锈，并且在正常视力下可以看到一般点蚀。
大多数新钢结构通常符合 A 和 B 条件，偶尔符合 C 条件。因此，钢的表面处理主要涉及去除氧化皮、铁锈和其他污染物，以提供令人满意的涂层基材。
初步处理
制造操作后的油、油脂、标记油墨、切削油等残留物会严重影响所涂涂层的附着力，必须清除。
在喷砂清理之前未能去除这些污染物会导致它们分布在钢表面并污染磨料。
应使用合适的有机溶剂、乳液脱脂剂或等效物去除污染物，为后续处理做好准备。
制备方法
ISO 8501-1 中列出了各种方法和清洁度等级，如下所示：
水、溶剂和化学清洗
水清洗
蒸汽清洗
乳液清洗
碱性清洗
有机溶剂清洗
化学转化清洗
剥离
酸洗
机械清洗
手动和电动工具清洁
喷砂清理
火焰清洗
迄今为止，用于表面处理的最常用方法是酸洗、手动和电动工具清洁以及喷砂清理，下面将对其进行详细讨论：
酸洗
该过程包括将钢浸入合适的抑制酸浴中，该酸溶解或去除氧化皮和铁锈，但不会明显侵蚀暴露的钢表面。这种清洁方法可以 100% 有效。酸洗通常用于用于热浸镀锌的结构钢。
手动和电动工具清洁
使用刮刀和钢丝刷等手动工具清洁表面对于去除氧化皮或附着的锈迹相对无效。电动工具比手动方法略有改进，这些方法的有效性约为 30% 到 50%，但通常不用于新的钢结构制造。如果无法通过喷砂清洁，手动和电动工具方法可能是唯一可接受的替代方法。
现代动力工具的开发不仅是为了达到良好的表面清洁度和轮廓标准，而且还几乎完全遏制了所有产生的灰尘和碎屑。现在可以使用新设备来使用冲击往复针、旋转磨料涂层襟翼和直角磨床，所有这些都在真空罩内，使现场表面处理符合环保要求。
喷砂清理
迄今为止，用于彻底清洁氧化皮和生锈表面的最重要和最重要的方法是喷砂清理。这种方法包括通过高速磨料颗粒在压缩空气喷射流中或通过离心叶轮连续撞击钢表面来进行机械清洁。磨料通过分离筛回收以去除细小颗粒。此过程可以 100% 有效地去除氧化皮和铁锈。
喷砂清理的标准清洁度等级是：
SA 1 – 轻度喷砂清理
SA 2 – 彻底的喷砂清理
SA 2 1⁄2 – 非常彻底的喷砂清理
SA 3 – 喷砂清理，目视清洁钢材
磨料的粒径也是影响清洗速度和效率的重要因素。一般而言，精细等级在清洁相对较新的钢结构时是有效的，而对于严重腐蚀的表面可能需要粗糙等级。
建筑物的标准腐蚀保护系统
标准的防腐蚀系统可以大致分为两类：
涂装系统
金属镀膜系统
热浸镀锌
喷涂金属涂层
镀锌
剪毛
涂装系统
涂漆是保护钢结构免受腐蚀的主要方法。使用多种方法将油漆涂在钢表面上，但在所有情况下，这都会产生“湿膜”。溶剂蒸发后，形成“干膜”层。通常，漆膜提供的腐蚀保护与其干膜厚度成正比。
这些描述如下：
引物
底漆直接涂在清洁过的钢表面上。其目的是润湿表面并为随后施加的涂层提供良好的附着力。对于直接涂在钢表面上的底漆，通常也需要这些底漆来提供腐蚀抑制。
中层大衣
中间涂层用于“构建”系统的总膜厚。一般来说，涂层越厚，寿命越长。这可能涉及应用几层涂层
底涂层/中间涂层专门设计用于增强整体保护，并且当使用层状颜料（如云母氧化铁 (MIO)）高度着色时，可减少或延迟潮湿环境中的水分渗透。
面漆
面漆提供系统所需的外观和表面阻力。根据暴露条件，它们还必须提供第一道防线，抵御天气和阳光、露天暴露、冷凝、化工厂中的高污染大气、地面或道路的撞击和磨损以及细菌和真菌（食品中的工厂）。
涂料的组成
油漆是通过混合和混合三种主要成分制成的
(a)颜料：颜料是精细研磨的无机或有机粉末，可提供颜色、不透明度、薄膜内聚力，有时还具有缓蚀作用。
(b)粘合剂：粘合剂通常是树脂或油，但也可以是无机化合物，如可溶性硅酸盐。粘合剂是涂料中的成膜成分。
(c)溶剂：溶剂用于溶解粘合剂并促进涂料的应用。溶剂通常是有机液体或水。
涂料的主要通用类型及其特性
(a)风干涂料 例如醇酸树脂。
这些材料通过氧化过程干燥并形成薄膜，该过程涉及从大气中吸收氧气。因此，它们仅限于相对较薄的薄膜。一旦薄膜形成，它的耐溶剂性就很有限，而且通常耐化学性很差。
(b)一包化学抗性涂料 例如丙烯酸酯橡胶、乙烯基。
对于这些材料，成膜只需要溶剂蒸发，不涉及氧化过程。它们可以用作中等厚度的薄膜，但在此范围的上限时，薄膜中的溶剂滞留可能是一个问题。形成的薄膜保持相对柔软，耐溶剂性差，但耐化学性良好。
沥青涂料也通过溶剂蒸发而干燥。它们本质上是沥青沥青或煤焦油沥青在有机溶剂中的溶液。
(c)两包耐化学涂料 例如环氧树脂、聚氨酯。
这些材料作为两种独立的成分提供，通常称为基料和固化剂。当这两种成分混合时，在即将使用之前，会发生化学反应。因此，这些材料的“适用期”有限，在此之前必须使用混合涂层。在涂漆和溶剂蒸发后，聚合反应继续进行，以产生紧密交联的薄膜，该薄膜非常坚硬，具有良好的耐溶剂性和耐化学性。低粘度液体树脂可用于配方中，从而避免对溶剂的需要。这种涂层被称为“无溶剂”或“无溶剂”，并且可以作为非常厚的膜施加。
预制底漆
预制底漆也称为喷砂底漆、车间底漆、临时底漆、保持底漆等。
这些底漆在喷砂清理后立即用于结构化钢结构，以保持反应性喷砂清理的表面处于无锈状态，直到可以进行最终涂漆。它们主要应用于制造前的钢板和型材，可能涉及焊接或气割。这些材料通过氧化过程干燥并形成薄膜，该过程涉及从大气中吸收氧气。因此，它们仅限于相对较薄的薄膜。一旦薄膜形成，它的耐溶剂性就很有限，而且通常耐化学性很差。
许多专有的预制底漆可用，但它们可以归类为以下主要通用类型：
(a) 蚀刻引物：
蚀刻底漆基于聚乙烯醇缩丁醛树脂，用酚醛树脂增强以提高防水性。这些底漆可以单包或两包形式提供，后者提供更好的耐用性。
(b) 环氧底漆：
环氧底漆是使用环氧树脂的双组分材料，通常含有聚酰胺或聚胺固化剂。它们用各种抑制性和非抑制性颜料着色。磷酸锌环氧底漆是最常见的，在该组中具有最佳的耐久性。
(c)锌环氧底漆：
这些底漆可以是富锌型或还原锌型。富锌底漆生产的薄膜含有约
82 至 85%（重量）的金属锌粉，而还原锌类型的相应数字低至
55%（重量）。当暴露在海洋或高度工业环境中时，锌环氧底漆容易形成不溶性白锌腐蚀产物，必须在后续复涂之前将其从表面去除。这种清洁过程通常称为“二次”表面处理。所有锌环氧底漆在焊接和气割过程中都会产生氧化锌烟气，这会危害健康。
(d)硅酸锌底漆：
硅酸锌底漆产生的保护水平与富锌环氧树脂类型提供的保护水平相当，但它们具有相同的缺点，例如在焊接过程中会形成锌盐和产生氧化锌烟尘。目前有基于粘合剂（有机或无机）和锌含量的不同类别的硅酸锌底漆。该组中的低锌底漆已被开发以提高其可焊性并最大限度地减少焊接孔隙率。然而，它们的耐用性也降低了。有机硅酸盐底漆最适合作为预制底漆。
涂料的应用
涂装方法和涂装条件对涂层的质量和耐久性有显着影响。用于在钢结构上涂漆的标准方法包括刷涂、辊涂、传统空气喷涂和无气喷涂。
耐久性范围：
低（L）：2年到5年
中（M）：5年到15年
高（H）：15年以上
热镀锌
热浸镀锌是一种工艺，包括在酸洗和助熔剂后将要镀层的钢部件浸入熔融锌浴（约 450°C）中，然后将其取出。浸入表面均匀涂有锌合金和锌层，与基材形成冶金结合。所得涂层耐用、坚韧、耐磨，并为钢基材暴露的任何小损坏区域提供阴极（牺牲）保护。
由于热镀锌是一种浸渍工艺，显然对可以镀锌的部件尺寸有一定的限制。但是，当工件的长度或宽度超过浴槽尺寸时，通常可以使用“双浸”。
钢结构部件设计的某些方面需要考虑镀锌过程，特别是在填充、排气和排水的容易程度以及变形的可能性方面。为了获得令人满意的涂层，必须在空心中提供合适的孔，以便进入熔融锌、排出热气和随后排出锌。
对于许多应用，热浸镀锌无需进一步保护即可使用。然而，为了提供额外的耐用性，或者在有装饰要求的地方，会使用油漆涂层。金属与的结合
油漆涂料 通常称为“双工”涂层。在镀锌涂层上涂漆时，必须使用特殊的表面处理处理以确保良好的附着力。这些包括光 喷砂清理
使表面粗糙并提供机械键，并应用特殊的蚀刻底漆或“T”洗，这是一种酸化溶液，旨在与表面反应并提供有效性的视觉指示。
暴露在大气条件下的结构钢部件的热浸镀锌是一种高效、持久的防腐蚀方法。在许多应用中，腐蚀保护的持续时间与结构本身一样长。锌涂层不需要或几乎不需要维护。就结构的使用寿命（包括维护和维修成本）而言，热浸镀锌是迄今为止可用于钢结构的最具成本效益的防腐蚀系统。
喷涂金属涂层
锌、铝和锌铝合金的热喷涂涂层可提供长期 防腐蚀保护 暴露在恶劣环境中的钢结构。
粉末或金属丝形式的金属通过含有热源的特殊喷枪送入，热源可以是氧气火焰或电弧。金属的熔珠通过压缩空气喷射流吹到先前喷砂清理过的钢表面上。不会发生合金化，涂层由重叠的金属片组成并且是多孔的。喷涂金属涂层对钢表面的粘附被认为本质上是机械的。因此，有必要将涂层涂在干净的粗糙表面上，通常规定使用粗砂磨料进行喷砂清理。
由于采用热喷涂工艺，涂层通常具有大约 10% 的孔隙率。随后通过应用渗透表面的薄有机涂层来密封孔。密封剂可以是未着色的，带有着色剂或铝片。通常指定的涂层厚度在铝的 100-200 µm（微米）和锌的 100-150 µm 之间变化。
热喷涂金属涂层可在车间或现场应用。不需要干燥时间，它们不会流挂或流动，并且可以在一次操作中施加到所需的厚度。可以镀覆的工件尺寸没有限制，就像热浸镀锌一样，并且由于钢表面保持冷却，因此不存在变形问题。热喷涂比热浸镀锌贵得多。
对于某些应用（例如桥梁），热喷涂涂层是用油漆涂层（在应用密封涂层之后）覆盖的，以形成“双工”涂层系统。与单个组件相比，金属和油漆在双重保护处理中的组合具有更高的耐用性。
镀锌
电镀是使用电将一种金属涂覆在另一种金属上的过程，主要是为了防止腐蚀。使用电镀工艺使我们能够改变金属的化学和物理特性。
电镀是通过电沉积过程完成的，包括形成一个由阴极（要电镀的物体）和阳极（用于电镀的金属）组成的电解槽，浸入电解液中。将被镀物和金属浸入含有金属离子的水溶液中。当对水溶液施加直流电流时，阳极处的金属开始溶解，游离金属离子到达阴极，在物体上形成一层薄薄的涂层。被电镀的物体也称为基材。锌主要用于为钢或铁材料提供电镀。
这是一种极具成本效益的工艺，主要用于为螺母、螺栓、紧固件等金属物质提供保护涂层。
镀锌的优缺点
好处：
成本效益和易于应用
为金属提供装饰性饰面，并可涂成多种颜色
它也可以用作油漆的底漆
可长期防止白锈的形成
优异的延展性和粘合性
缺点：
在海水中缺乏耐久性
由于被电镀金属的形状，无法形成均匀的厚度
它很容易在金属的外部形成一层涂层，但不容易附着在物体的内部区域
在铁或钢上进行补充处理的锌电沉积涂层。
剪毛
渗锌是一种热扩散过程，涉及将要进行涂层的预清洁组件连同分配介质和计算出的锌粉质量一起放入容器中。
将容器密封并放入加热炉中，加热炉将温度升至 330˚C 至 425˚C 之间，以蒸发锌，使其与基材形成合金。同时，容器旋转预定的时间长度，通常在 2-4 小时之间。
所得的渗锌涂层外观光滑、呈亚光灰色且厚度均匀，正常范围在 15 至 80 µm 之间，但更厚的涂层可能高达 100 µm。
部件经过渗锌处理后，通常会进行清洁和锌钝化，以便在需要时准备施加额外的涂层。
渗锌是一种通用的工艺，部件尺寸和形状的范围可以从小垫圈到更大、几何形状更复杂和复杂的部件。由于要进行渗锌处理的组件必须装入容器中，因此它们的尺寸受限于 2000 毫米 x 500 毫米 x 400 毫米的尺寸。
该工艺主要用于小零件和紧固件，特别是螺纹加工，其中仅可接受很小的尺寸变化。经过适当的表面处理后，物品在热锌粉中翻滚。涂层的厚度随加工条件而变化。
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