在大气、水和土壤环境中的钢结构如果未进行保护会因受到腐蚀作用而损坏,为避免钢结构腐蚀损坏,需要对其进行保护,以便能经受服务期间腐蚀应力的作用。对钢结构进行防腐保护最简单有效的方法是涂覆防护涂料。为了确保涂覆的防护涂料达到最佳的防腐保护作用,需要考虑许多因素,如:环境条件、钢结构设计、底材的表面类型和表面处理方法、防护涂料体系的选择、涂料体系的性能和施工方法等。在ISO 12944《色漆和清漆-钢结构用防护涂料体系》的系列标准中对这些参数进行了详细的描述和规定,这对于指导钢结构防护涂料的正确选择和涂装具有非常重要的作用。为此,钢结构业主、策划人员、专家、实施防腐保护涂料涂装工作的公司、涂料检验人员和生产商都非常关注该系列标准。
1 现行系列标准和采标情况介绍
现行ISO 12944系列标准共包括8个部分,分别为ISO 12944-1~8,除第五部分在2007年进行过修订外,其余系列现行标准的年代号均为1998年。考虑到这些标准的重要性和行业关注度,全国涂料和颜料标委会在2013年组织国内防腐涂料生产企业、施工单位、检验机构、钢结构业主以及其他专家等完成了转化采标工作。由于这些标准制定的年代较久,有些规范性引用文件不是目前最新标准,为了方便采标后国家标准的使用,国标中都引用了最新的国际标准、国外标准或我国的国家标准和行业标准等,采标后相应的国家标准号为GB/T 30790.1—2014~GB/T 30790.8—2014。ISO 12944-1~8这8个标准的标准号、标准中英文名称和采标情况如表1所示。
表1 现行ISO 12944系列标准及采标情况汇总Table 1 Summary of the current ISO 12944 series standards and their adoption situation |
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由于ISO 20340标准与ISO 12944系列标准相似,只是适用环境不同,主要介绍海上建筑和相关结构用防护涂料体系性能要求,适用的环境为更苛刻的海洋腐蚀环境。本次ISO 12944系列标准修订时把ISO 20340标准编号改为ISO 12944-9,与ISO 12944其他系列标准一起进行修订,故在本文中也一并对ISO 20340标准进行了介绍。全国涂料和颜料标委会在2014年完成了等同采用该国际标准的采标工作,采标后的国标号为GB/T 31415—2015。该标准的标准号、标准中英文名称和采标情况如表1所示。
2 ISO 12944系列标准修订进度
国际标准在制修订过程中一般要经过新工作项目阶段(NWIP或NP)、工作组草案阶段(WD)、委员会草案阶段(CD)、国际标准草案阶段(DIS)和最终国际标准草案阶段(FDIS)。除了WD阶段是工作组内部投票外,其余阶段都要经过ISO技术委员会或分技术委员会的国家成员团体投票。另外根据项目的复杂和完善程度以及各国意见的统一情况,这些阶段可能会有增减。ISO/TC35/SC14分技术委员会在2013—2015年期间就开始筹备ISO 12944系列标准的修订工作,包括征集专家、组建工作组等。ISO 12944系列标准的最新修订阶段的时间跨度见表2。从表2可以看出,ISO 12944-1~4、ISO 12944-7~8目前已完成了FDIS阶段的投票,并且已在2017年11月发布了正式标准;ISO 20340按新的系列标准号ISO 12944-9进行修订,标题也按系列标准进行调整(见表1);ISO 12944-5、-6和-9这3个部分,目前也完成了FDIS阶段投票,其中ISO 12944-6和ISO 12944-9已于2018年1月发布ISO 12944-5也已于2018年2月发布。
表2 ISO 12944系列标准最新修订阶段时间跨度Table 2 The time span of the latest revision stages of ISO 12944 series standards |
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3 ISO 12944系列标准主要修订内容介绍
3.1 ISO 12944-1总则
这一部分对ISO 12944系列标准(所有部分)的总的范围进行了规定,给出了基本的术语和定义,对ISO 12944其他部分标准进行了简单介绍;此外,标准还给出了有关健康、安全和环境保护的总的说明以及针对特定项目提供了使用ISO 12944系列标准(所有部分)的导则。
与前版相比,本部分的主要技术性修改包括:
(1)标准第1章范围中,只概述了本部分标准涉及的内容,对ISO 12944其他几个系列标准的内容介绍移至第4章。
(2)标准第3章术语和定义,去掉了“衬里lining”,增加了“点修补spot repair”、“局部整修partial refurbishment”、“全部整修total refurbishment”、“取样区域sample area”4个术语和定义。
(3)标准第4.3.4条,环境类型的修改,新版本包括6种大气环境腐蚀类型(C1、C2、C3、C4、C5和CX)和4种浸水和埋地环境类型(Im1、Im2、Im3、Im4),原来是包括6种大气环境腐蚀类型(C1、C2、C3、C4、C5-I和C5-M)和3种浸水和埋地环境类型(Im1、Im2、Im3),这是系列标准的重要修订之处。
(4)标准第4.3.5条,对于防护涂料体系类型,去掉了原来的“干膜厚度大于2 mm的涂料”和“用于表面化学处理的产品(例如磷化液)”2种类型。
(5)标准第4.3.7条,原耐久性范围分低、中、高3种,现在分为低、中、高、很高4种,各等级对应年限不同,这也是系列标准的重要修改之处,具体见表3。
表3 耐久性等级对应年限变化情况Table 3 The corresponding years of different durability levels |
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(6)标准第5.1条,增加了第2段,指出取样区域可用于指导整修类型和外观的目视评定。
(7)标准第5.4条为新增加的条款,指出选择涂料体系时考虑的主要参数是环境条件类型和涂料体系的耐久性。
(8)标准第7.8条增加了对ISO 12944-9部分标准相关内容的介绍。
3.2 ISO 12944-2环境分类
这一部分规定了钢结构暴露的主要环境类别以及这些环境的腐蚀性,主要包括以下内容:(1)定义了大气环境腐蚀性等级,是基于标准试样在环境中暴露1 a后的质量损失和厚度损失,列举了典型的大气腐蚀环境;(2)描述了钢结构浸入水中或埋在土壤中的几种不同的环境类别;(3)提供了造成腐蚀速率显著增加的特殊腐蚀应力的相关信息,对防护涂料体系提出了更高的要求,这些腐蚀应力与特定环境或腐蚀类别有关,是选择防护涂料体系时应该考虑的重要因素。
与前版相比,本部分的主要技术性修改包括:
(1)标准第3章术语和定义,删去了“腐蚀应力corrosion stresses”、“腐蚀体系corrosion system”、“乡村大气rural atmosphere”、“城市大气urban atmosphere”、“工业大气industrial atmosphere”、“海洋大气 marine atmosphere”6个术语和定义。
表4 大气腐蚀性等级新旧版变化情况Table 4 Changes of atmospheric-corrosivity categories between new and old editions |
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注:用于腐蚀等级的损失值与ISO 9223中给出的相同。 |
表5 浸水和埋在土壤中的腐蚀等级新旧版变化情况Table 5 Changes of the corrosivity categories for water and soil between new and old editions |
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注:对于腐蚀等级Im1和Im3,可用待测涂料体系进行阴极保护(新版增加)。 |
3.3 ISO 12944-3设计依据
这一部分规定了需要涂覆防护涂料体系的钢结构设计的基本标准,以避免涂层或钢结构的早期腐蚀或降解;给出了正确和不正确设计的示例,指出如何避免与涂料体系的施工、检查和维修有关的问题;同时也考虑了为方便钢结构的处理和运输在设计时要考虑的一些因素。
与前版相比,本部分的主要技术性修改包括:
(1)标准第5.3条,缝隙处理部分,增加了“使用缝隙密封材料密封缝隙时,这种密封材料应与防护涂料兼容”的内容。
(2)标准第5.5条,为新增加的条款,规定表面处理前应规定表面处理等级,对于C4或更高腐蚀性等级以及Im1~Im4的高耐久以及很高耐久性等级的情况,处理等级应达到ISO 8501-3中的P3等级。
(3)附录中对相关图题和备注进行了完善。
3.4 ISO 12944-4表面类型和表面处理
这一部分规定了由碳钢或低合金钢组成的钢结构的下述表面类型及其处理方法:(1)未涂漆表面;(2)用锌、铝或其合金热喷涂的表面;(3)热浸镀锌表面;(4)电镀锌表面;(5)粉末镀锌表面;(6)涂覆预涂底漆的表面;(7)其他已涂漆表面。标准中定义了许多表面处理等级,但没有规定表面处理前底材的状况;高抛光或加工硬化表面不包括在本标准中。
与前版相比,本部分的主要技术性修改包括:
(1)第3章术语和定义,增加了“3.13化学处理chemical treatment”的术语和定义。
(2)第5章,待处理的表面类型中增加了第5.6条采用化学处理的表面。
(3)第6.2条,“水、溶剂和化学清理”中将原来的“化学转化清理”改为“化学处理”;清理时除去除油脂外还增加了“要去除盐、灰尘和类似的污染物”等。
(4)第6.3.4条,“水喷射清理”中指出高压水喷射和超高压水喷射要按照ISO 8504-1进行。
(5)第6章,删去了原来的“火焰清理”章节,附录A表A.1中相关条款也删除。
(6)附录A,表A.1脚注C中增加了“在某些国家用石英砂进行喷射清理受到禁止;使用其他喷射清理磨料时,由于其颜色对外观可能会有一定影响”的内容。
3.5 ISO 12944-5防护涂料体系
这一部分描述了通常用于钢结构防腐蚀保护的涂料和涂料体系类型。本部分还给出了选择适用于不同腐蚀环境类型(CX和Im4除外)、不同表面处理等级和预期的耐久性等级的涂料体系的导则。
与前版相比,标准的整体结构进行了重排,表格比前版缩小,变化较大。本部分的主要技术性修改包括:
(1)第1章范围和第4章都指出本标准未给出CX和Im4环境的相关涂料体系的选择,这2种环境类别涂料体系的选择在ISO 12944-9部分给出。
(2)第3章术语和定义,删去了“厚涂性high-build”、“高固体分high-solids”、“条状涂层stripe coat”和“挥发性有机化合物volatile organic compound VOC”。
(3)第5章,工程类别单独作为一章,名称与原来标题不同,分别为新工程和刷新工程。
(4)第6章,涂料类别分类方法与前版不同,按树脂类别分,增加了聚天冬氨酸(PAS)涂料和FEVE树脂涂料(氟碳涂料)。
(5)第7章变化内容主要包括2点:(a)第7.1.2条的注指出富锌底漆的锌含量由于ASTM D6580的DSC测试方法误差较大,涂料生产商根据配方声明是可以接受的,该值会通过公布配方或现场审查来进行确认;(b)第7.2条分别列出了后续涂层、中间漆和面漆,删去了原来的低VOC体系。
(6)附录A为新增加的附录,其中的表格指出了后续表格涉及的各字母缩写的含义。
(7)附录B为新增加的附录,标题为“防护体系的最低要求”,涉及5个表格:表B.1 表面处理;表B.2~B.4分别是3种底材上针对不同大气腐蚀环境类别和耐久性等级对应的涂层体系最低道数和标称干膜厚度(其中B.2喷砂钢底材、B.3热浸镀锌钢底材、B.4热喷涂金属涂层底材);表B.5针对3种不同浸水和埋地环境类别和高及很高耐久性等级对应的涂层最低道数和标称干膜厚度。
(8)附录C列出了不同环境类别碳钢底材上的涂料体系,一种环境类别对应一种表格。
(9)附录D列出了不同环境类别热浸镀锌钢底材上的涂料体系。
(10)附录E列出了不同环境类别热喷涂金属涂层底材上的涂料体系。
(11)删去了原来的附录C“一般性能”和附录D“挥发性有机化合物(VOCs)”。
3.6 ISO 12944-6实验室性能测试方法
这一部分规定了用于评价碳钢结构防腐保护的涂料体系的实验室性能测试方法和试验条件。测试结果应作为选择合适涂料体系的参考,不应作为确定耐久性的准确信息。主要适用于涂覆在无涂层的钢材、热浸锌钢和热喷涂金属表面的防护涂料体系,不适用于电镀或已有涂层的钢材表面的防护涂料体系。适用的环境类别包括C2~C5和Im1~Im3。
与前版相比,本部分的主要技术性修改包括:
(1)第1章范围和第4.2条,删去了“本部分的某些试验不适用水性涂料体系”的内容,意味着这些试验可能适用于水性涂料体系。
(2)第3章术语和定义,删去了“目视评定方法visual assessment method”、“补充评定方法complementary assessment method”、“要求requirements”。
(3)第4.2条,增加了“有耐化学介质、机械性能、阴极保护要求时要进行附加性能测试”的内容(b、c、d)。
(4)第5.1条的修改内容包括:第5.1.1条标题由“钢底材”改为“碳钢底材”;第5.1.2条标题由“镀锌钢底材”改为“热浸镀锌碳钢底材”,指出应测定锌层厚度并在报告中注明;增加了第5.1.3条热喷涂金属涂层;底材处理方法除按ISO 12944-4进行外还可按ISO 12944-5附录B进行。
(5)第5.4条的修改内容包括:涂料体系厚度测定分2种情况,粗糙表面(喷射清理钢底材和热喷涂金属底材)按ISO 19840进行,热镀锌表面按ISO 2808进行,明确了干膜厚度的要求;涂漆试板放置时间由3周改为2周。
(7)第6章涂层体系评价的修改内容包括:人工老化试验前后的评价由文字说明改为表格形式,前后划格试验由“0~1级”改为“0~2级”;拉开法试验要求有变化;增加了对盐雾试验后腐蚀(单向锈蚀)的评价。
(8)第7章试验报告增加了j、k、l条款,即报告中要附划痕处和拉开法破坏的图片证明文件、锌层和热喷涂金属层的厚度。
(9)附录A标题改变,由仅盐雾试验的划痕改为盐雾和循环试验的划痕,进一步明确划痕方法,给出图示说明。
3.7 ISO 12944-7涂装的实施和管理
这一部分适用于车间或现场钢结构涂装防护的施工和管理;不适用于涂装前的表面处理和对该工作的管理、金属涂层的施工、预处理方法(如磷化和钝化)以及涂料施工方式(如浸涂、粉末涂装或卷涂)。
与前版相比,本部分的主要技术性修改包括:
(1)新增加术语和定义一章,包括“参照区域reference area”、“参照样品reference specimen”、“条状涂层stripe coat”。
(2)第5章,待处理的表面类型中增加了第5.6条“采用化学处理的表面”。
(3)第6.3.3条,增加了“对于边缘、角落或难以涂装的区域不建议使用无机富锌底漆”的内容。
(4)第8章的主要修改内容有:在原来参照区域的基础上增加了对有关参照样品的说明,即如果需要使用参照样品,应与钢结构采用相同条件和相同方式进行预处理、涂装、固化/干燥,并能追溯至对应结构的位置;以前涂覆的表面明确了包括2种情况“旧涂层或由其他承包商涂覆的涂层”。
表6 老标准中参照区域的数量Table 6 Number of reference areas in the old standard |
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表7 新标准中参照区域的数量Table 7 Number of reference areas in the new standard |
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3.8 ISO 12944-8新建项目和维护项目技术规格书的制定
本部分论述了采用防腐涂料体系进行钢结构防护时技术规格书的制定,包括车间或工程现场新建和维护涂装以及个别工件的防腐蚀保护。本部分关注暴露于不同腐蚀应力环境条件下(如室内、露天、水下或埋地, 以及由中温或高温产生的特殊腐蚀应力)的钢结构的防腐保护,需要考虑不同的耐久性范围。
本部分包括经过热浸镀锌、热喷涂金属、电镀锌或粉末镀锌、已经涂漆的钢结构表面的防腐蚀保护。本部分也规定了用于评价防腐工程质量和防腐涂料体系性能的参照面,提供了关于新结构和维修工程防护设计的详细流程图,在编写设计规范时应加以考虑。如果出现极端腐蚀应力和高温情况或防护涂料体系施工在其他基材上(如非铁金属、水泥),应编写合适的技术规格书,本部分可以作为指导。
与前版相比,本部分的主要技术性修改包括:
(1)第3章术语和定义删去了“结构structure”,增加了“取样区域sample area”、“修补touch-up”。
(2)附录E的主要修改内容包括:E.1.1大气环境腐蚀类型按照新的标准调整(C1、C2、C3、C4、C5和CX);E.1.2大气类型增加了近海气候;E.2浸水和埋地环境类型按照新的标准调整(Im1、Im2、Im3、Im4);E.4.2特殊应力增加了强UV暴露。
(3)删去了原附录F 一个简单项目技术规格书的示例。
3.9 ISO 12944-9海上建筑及相关结构用防护涂料体系性能要求
本部分规定了海上建筑和相关结构(即那些暴露于海洋大气以及浸于咸水或微咸水中的结构)所用防护涂料体系的性能要求。这些结构暴露于ISO 12944-2规定的CX腐蚀等级和Im4浸渍等级。本部分规定的结构由碳钢制成,不包括Cd/BiCr 和Zn/BiCr表面以及隔热或混凝土表面。本部分强调了高耐久性涂料体系,目的是为了将维护成本降至最低,因而可以减少安全方面的考虑和环境影响。
与前版相比,本部分的主要技术性修改包括:
(1)第1章范围的修改内容包括:标准适用的环境由原来的C5-M改为CX,Im2改为Im4,后续文本作同样修改;增加第2段,指出底材为碳钢底材,不包括Cd/BiCr 和Zn/BiCr表面以及隔热或混凝土表面。
(2)第4.4条表面类型和表面处理:只涉及碳钢表面,删去了低合金钢表面;增加了最后2段有关热喷涂金属表面涂层和热浸镀锌钢底材的处理条款。
(3)增加了第5章人工老化和天然曝晒之间的关系,指出要慎重使用人工老化试验结果。
(4)第6.4条要求的产品信息中删去了各个产品和稀释剂的闪点要求。
(5)第7.2条防护涂料体系最低要求中表3中拉开法附着力的初始值要求普遍提高。
(6)第9.1.2条,对于热浸镀锌和热喷涂金属表面涂层底材,应测量和记录表面处理后金属层的厚度。
(7)第9.1.7条孔隙率检测,增加了按ISO 29601检查潜在针孔,不允许存在针孔。
(8)第9.1.8条和附录A,划痕方法移至附录A,增加了对热浸镀锌钢和热喷涂金属表面涂层底材划痕的相关说明。
(9)第9.3.2条合格认证试验后试板的评价修改内容包括:删去了拉开法试验值最低2 MPa的要求;划痕处腐蚀宽度,对于高冲击区域≤8.0 mm,其他涂层体系≤3.0 mm(原来按是否是富锌底漆来区分),另外增加了海水浸泡区域≤6.0 mm的要求。
(10)第10章,试验报告增加了h、i、j 3个条款,即:试验报告应提供老化试验前后划痕处腐蚀和拉开法试验试板和柱子上的破坏情况的图片证明文件、锌层厚度、热喷涂金属涂层厚度。
(11)附录C增加了“由于ASTM D6580 DSC方法测试锌含量误差较大,由涂料生产商根据配方申报理论锌含量是可以接受的,可通过公布配方或现场审查来确认”的条款。
3.10 ISO 12944-1~9系列标准修订总体情况概述
3.10.1 文本格式的编辑性修改
在ISO 12944-1~9系列标准修订时,共性的文本格式方面的编辑性修改包括:
(1)前言,指出了与前版相比的主要修改内容。
(2)第2章规范性引用文件更新,只引用本部分标准中涉及的,其余标准移至参考文献中。
(3)第3章术语和定义根据标准后续内容进行了增减。
(4)增加了参考文献。
3.10.2 系列标准重要技术内容的修改
在ISO 12944-1~9系列标准修订时,属于重要技术内容修改的包括:
(1)ISO 20340纳入ISO 12944系列标准。
(2)大气环境腐蚀类型(C1、C2、C3、C4、C5和CX)以及浸水和埋地环境类型(Im1、Im2、Im3、Im4)有变化。
(3)耐久性范围划分不同,现在包括低、中、高、很高4种,各等级对应年限与原来不同。
(4)待处理的表面类型中增加了“采用化学处理的表面”,表面处理方法删去了原来的“火焰清理”方法。
(5)第5部分标准整体结构重排,表格比前版缩小,变化较大;不涉及CX和Im4环境;涂料类别增加了聚天冬氨酸(PAS)和FEVE树脂涂料品种。
(6)第6部分实验室性能试验方法删去了“本部分的某些试验不适用水性涂料体系”的内容;对一种环境类型和耐久性,如规定2种试验方案,任何一种方案都适用,部分环境类型和耐久性等级增加了按ISO 12944-9的循环试验方案供选择。
(7)第7部分,对于一定大小的涂漆结构,所取参照区域的数量大幅减少。
(8)对于富锌底漆,由于ASTM D6580 DSC方法测试锌含量误差较大,指出涂料生产商根据配方申报理论锌含量是可以接受的,可通过公布配方或现场审查来确认。
4 结 语
ISO 12944系列标准对于各种环境条件下钢结构的设计、底材处理、所用防腐涂料体系的选择和施工、防腐涂料体系的性能测试和评价都有重要的影响。选择合适的涂料体系以及涂料体系的正确施工不仅能很好地保护钢结构,延长其使用寿命,降低腐蚀速率和维修成本,还能减少安全成本和对环境的影响。现行ISO 12944标准发布年代已久,中间有许多不完善之处,本次修订考虑了当前防腐涂料的技术发展水平和环境要求,新增了很多重要内容,防腐涂料生产企业、钢结构业主、设计、施工和监理人员等必须高度关注,同时考虑到这些修订中的标准还处于草案阶段,并不是最终已发布的标准,还需紧密跟踪标准制修订动态,来指导实际工作。