建筑钢结构围护系统目前大量采用彩色压型钢板。压型钢板是采用0.4~2.0mm厚彩色涂层钢板( Pretainted steel sheet)(以下简称彩涂板)经成型机辊轧冷弯成波型、V型、U型等形状的板材,彩涂板一般以热镀基板及电镀基板为原料,在连续机组上用辊涂或覆膜等方法涂覆一层或多层**涂层,经过烘烤和冷却而形成的,故有时也称为烤漆板。涂层以有不同颜色,因之又称为彩色涂层钢板。
设计选择彩色压型钢板应根据使用环境的腐蚀性、设计使用年限、美观寿命、耐久性、加工方式和变形程度等要求,对彩涂板的牌号、基板力学性能、基板类型及镀层重量、涂层类别及厚度,板厚、颜色以及压型板板型和连接形式做出明确规定。
结构设计师应充分了解彩涂板的基本物理结构以及各物理结构层的基本性能和作用,方可做出恰如其分的选择。
2彩涂板的基本物理结构
由图1可知,彩涂板大致可分为钢基材、镀层、化学转化膜和**涂层四部分。钢基材和镀层也合称为基板。**涂层则包括了正面面漆、底漆和背面漆。
2.1钢基材
钢基材有热轧板及冷轧板两种。热轧板的牌号与性质与普通结构钢相同,通常采用碳素结构钢的Q235牌号及低合金结构钢的Q345牌号,主要用于檩条等冷弯薄壁型钢构件,基材厚1.5mm~3.0mm左右。
彩涂板基板一般为冷轧板(板厚≤3mm)(当板厚3mm,按热轧板供货)。表1可知,热轧板经冷轧成为冷轧硬
板,硬板经连续退火软化后作为热镀使用的基材。热轧钢卷一般为低碳钢,但硫、磷含量较普通碳素结构钢低。热轧卷的力学性能由钢的化学成分及温度变形历史确定。冷轧板的力学性能同时还与板的压下率及连续退火制度也有关。一般冷轧板压下率在70~80%左右。退火目的是使得冷轧压扁、破碎的晶粒通过重新生核、长大再结晶为新的均匀细小的晶体,消除冷加工硬化,恢复塑性变形能力。连续退火的加热温度、缓冷温度及快冷温度影响冷轧板的屈服强度13。冷轧基板与普通结构用钢的化学成分及力学性能不同,冷轧板屈服强度随碳含量增加而增长,服强度越高,板的延伸率越低,冷弯加工性能越差。冷轧板的伸长率较普通结构用钢小。基板的力学性能包括屈服强度、抗拉强度、伸长率及冷弯性能等;级别有250,350,550等,表示较小屈服强度为250MPa,350 MPa, 550MPa.彩涂板的力学性能一按基板力学性能确定。
压型钢板的承载力验算按GB50018-20023规定的极限状态设计方法与公式以及构造要求进行设计,其中250及350级别板强度等设计指标分别按GB5008-2002规定的Q235及Q345钢选用。其它强度级别板的设计指标目前规程及标准尚无明确规定,值得进一步的探讨,不能简单套用规范公式。因为同样板型、相同厚度但不同强度等级板的材料抗力分项系数YR及板件的有效截面模量、有效截面惯性矩等截面特性是不同的。
2.2镀层
彩涂板的镀层按制造方法分为热镀法与电镀法,热镀法即将钢卷连续浸渍在融熔镀液中进行镀层,(锌)熔液温度430~460℃,所以称为热浸镀(锌)(Hot-Dip Galvanized)。电镀法为将钢卷连续送入镀槽中,以钢板为阴极,锌板为阳极,以硫酸锌为溶液,通电镀锌,也称为冷镀。
2.2镀层
彩涂板的镀层按制造方法分为热镀法与电镀法,热镀法即将钢卷连续浸渍在融熔镀液中进行镀层(锌)熔液温度430~460℃,所以称为热浸镀(锌)(Hot -Dip- Galvanized)电镀法为将钢卷连续送入镀槽中,以钢板为阴极,锌板为阳极,以硫酸锌为溶液,通电镀锌,也称为冷镀。
彩涂板按镀层材料可分为热镀锌、热镀铝锌(55%铝),热镀锌铝(5%铝)及电镀锌,一般彩涂板基板采用热镀法。热镀锌依镀锌层的含铁量可分为合金化和非合金化两种,热镀锌板的合金化处理即将热镀锌板加热至500~550℃左右,在此高温中铁原子会扩散至锌层形成灰黑色的8相FeZn7锌铁合金层,在镀层表面形成稳定的针状组织因此与漆层附着性好,同时因表面为锌铁合金,电阻大,且镀锌钢板焊接时,镀层不会融化,电极可不受污染,故点焊性能优良所以合金化热镀锌板(ZF)主要用于家电、汽车及电脑外壳等。一般建筑
用热镀锌板不经过合金化处理。热镀锌板的防锈蚀原理主要为锌层的牺牲保护,所以镀锌板的防锈蚀能力与镀锌量成正比关系。
镀锌量按双面镀层重量表示,如Z180表示双面镀锌层的镀锌重量为180g/mZF150表示锌铁合金镀层重量为
150g/m。镀锌量的选择根据彩涂板所处的使用环境确定,般情况下要求镀锌量为180g/m,在腐蚀性较高的环境中要求镀锌量275g/m热镀铝锌板(AZ)镀层由55%铝,43.5%锌及1.5%硅组成。镀铝锌板的防腐蚀性包括铝的障碍层保护功能及锌的牺牲保护。基板在切边、刮痕及镀层擦伤部分,形成了不能溶解的氧化物层,发挥屏障保护功能,因此在相同镀层的情况下,热镀铝锌(AZ)比热镀锌(Z)耐腐蚀性高2~6倍。
热镀锌铝板(ZA)镀层含95%锌,5%铝及微量的镧铈合金成分,是一种铝锌合金镀层,具有远**传统热镀锌的特点镀锌铝层首先由95%锌与5%铝形成二相共晶组织,均匀且致密防止杂质接触钢材的表面同时锌层也提供牺牲保护功能。热镀锌铝较传统的热镀锌提高3倍的耐腐蚀性能。热镀锌铝板有较好的成型性。
电镀锌钢板(Electro galvanized steel sheet,ZE)由于工艺原因镀锌量少,锌层牺牲保护功能差,在冲孔及剪断时,剪断面受锌的保护不足易生红锈故电镀板一般只用于室内隔板及汽车家电外壳用途,较少用于围护结构。
目前建筑用彩涂板基板主要采用热镀锌板,但在防腐性能有较高要求,如在工业污染及沿海潮湿地区,以及有较高要求的公共建筑中,也采用热镀铝锌板(A),一般要求镀铝锌量在150g/m以上。目前内热镀锌铝(ZA生产线较少故推广使用不多。表1为不同腐蚀环境的基板类型及镀层重量要求,表2为各种镀层板性能比较
可知,热镀锌板的价格较低,耐腐蚀性一般。热镀铝锌及热镀锌铝耐腐蚀性较好,但成本也较高。
2.3化学转化膜化学转化膜指金属外层原子和选配介质的阴离子反应而在金属表面产生不溶性的化合物覆盖层,通常把这种经过化学处理而形成的覆盖膜,称为化学转化膜。化学转化膜呈连续分布,与基板具有可靠的联系并与基板表面形成整体,其主要作用为增强基板与涂层的附着力,并改善彩板的抗冲击与压型弯
曲加工性能,同时也能提高基板的抗腐蚀性能。
彩涂板基板化学转化膜工艺一般有磷化、络合氧化、铬化工艺三种。常用的为磷化及铬化工艺。磷酸盐转化膜附着性和耐腐蚀性方面较为优越,铬酸转化膜成型性较好。
2.4涂层
由图1可知,彩涂板的涂层可分为底漆、正面面漆和背面面漆。底漆采用环氧树脂(Epoxy),聚氨基甲酸酯树脂(聚氨酯)(Polyurethane Polyester,pE)
环氧树脂涂料与基板附着性好耐腐蚀性较好,但柔韧性较差。聚酯树脂涂料与基板附着性好,柔韧性较好,但耐腐蚀较差。
聚氨酯涂料是综合性能较好的底漆,所以目前彩涂板底漆多采用聚氨酯。背面面漆在无特殊要求情况下一般采用聚酯涂料。彩涂板的涂层类型通常以正面漆命名,常用的面漆种类有聚酯(PE),硅改性聚酯( Silicone Modified Polyester,Smp),高耐久性聚酯(High Durable Polyester,HDP)聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF),有时也称为氟碳漆。聚脂涂料(PE)是目前使用量较大的面漆,耐久性一般,涂层的硬度和柔韧性好,价格较低,美观寿命7~8年。硅改性聚酯(SMP)耐久性和光泽、颜色的保持性有所提高,但涂层的柔韧性略差,价格比PE略高,美观寿命10~12年。
高耐久性聚酯(HDP)具有优良的颜色保持性和抗紫外线性能,优良的室外耐久性和抗粉化性,漆膜附着力好,性价比高,美观寿命15年。
聚偏二氟乙烯(PVDF)耐久性优异,颜色保持性和抗紫外线性能优异,具有优良的抗溶剂性和良好的成型性,属于较高级别的产品,但价格较高。美观寿命可达20~25年目前主要应用于一些大型公共建筑。
正面涂层的总厚度不应小于20um。背面涂层为一层时,总厚度不小于5um,为二层时,总厚度不小于12um目前常用的彩涂板面漆为PE,大约占到市场总量的85%以上。
3彩涂板的牌号
彩涂板的牌号由彩涂代号、基板特性代号和基板类型代号三个部分组成,其中基板特性代号和基板类型代号之间用加号“+”连接。
以TS350GD+Z为例,T代表“涂”字汉语拼音**个字母,S代表结构用钢,350代表较小屈服强度为350MPa,G代表热处理,D代表热镀,Z代表热镀锌。一般建筑用压型板宜选用TS250GD、TS28OGD、TS350GD牌号,不宜选用更高强度板。TS550GD板主要应用于扣合连接板型。
4彩涂板板厚的讨论
彩涂板的设计板厚的要求目前较为混乱,有按基材(钢板)厚设计的,也有按基板(钢板+镀层)厚设计的,有些甚至按包括涂层厚度在内设计板厚。不同的要求厚度有时相差近15%。例如按《地震灾区过渡安置房建设技术导则》*3.3.2条规定,用于承重的彩钢板厚度不应小于0.4mm,非承重的彩钢板厚度不应小于0.3mm,不同的企业采用了三种不同的算法,造成了质量的差异,影响了灾区安置房的建造质量。
国标GB/T12754-2006规定彩板的厚度为基板厚度即钢板+镀层厚,但不含涂层。仅日本工业标准(JIS)按基材即钢板厚不含镀层和涂层的厚度。图2为按GB/T12754-2006规定,0.5mm厚热镀锌彩板分层层厚示意图。彩涂板为二涂二烤,
出口段：将产品分卷（或按要求尺寸切成单张）。
a)辊涂式较为常用，对涂料的适应性强，涂后钢板表面质量稳定，缺点是可能出现辊印。
与塑钢区别
它与塑钢区别在于材料的构成不同，吸铁石可以吸动。
严格意义上讲，塑钢与彩钢在金属特性及表面处理上并不能很好的区分，因为大同小异；所以市场的区分主要在型材结构方面。
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