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桥梁用高性能防腐涂料

桥梁用高性能防腐涂料

桥梁用高性能防腐涂料
1、底漆
现代化桥梁钢结构主体基本上采用属电化学保护类型的底涂层,如富锌底涂层和热喷涂金属底涂层。富锌底涂层分为环氧富锌底漆和无机富锌底漆,而无机富锌底漆又分为醇溶型无机富锌底漆和水性无机富锌底漆。电化学保护类底涂层依靠电化学保护机理保护钢铁基材,避免锈蚀发生。
这几类电化学保护底涂层的特点比较如下:
(1) 环氧富锌涂料对表面处理及施工环境的要求相对宽松,涂料涂层的力学性能好,具有良好的电化学保护性能,但湿度高不适用,高温高湿和低温高湿环境更不适用。
(2) 醇溶型无机富锌涂料与水性无机富锌涂料对表面处理、施工环境要求较高,在严格控制施工质量的前提下,可获得比环氧富锌更好的防腐性能,同时具有优良的耐介质腐蚀性能和耐温性能。醇溶型无机富锌底漆需要在较高湿度(≥60%)下、较长时间(1 ~3 d)内完成固化;水性无机富锌涂料对表面处理要求极高,清洁度需达到Sa3 级,湿度较高的涂装环境对涂膜固化不利。
(3) 热喷金属涂层电化学保护性能优异,与长效型涂层体系配套构成最长效的防腐体系。但热喷金属涂层对表面处理的要求严格,并且热喷金属涂层还存在环境污染、职业危害和高耗能等弊端,不符合节能减排的大趋势。同时,金属热喷涂复合涂层的性能很大一部分还取决于封闭涂层及配套涂层的性能及施工工艺,而配套和施工不到位引起的涂料涂层早期失效的现象时有发生。
上述4 类底漆在现代化桥梁建设中均有使用。目前,铁路桥梁基本上采用环氧富锌底漆,如武汉天兴洲大桥、南京大胜关大桥等,只有少量采用水性无机富锌底漆。对于公路桥梁,环氧富锌底漆、醇溶型无机富锌底漆及热喷金属涂层均有采用,也有少量采用水性无机富锌底漆。
对于富锌涂料有以下几点说明:
(1) 无机富锌涂料由于孔隙度大,直接喷涂厚浆型环氧云铁中间漆容易产生针孔等涂层缺陷,所以一般要采用过渡型封闭底漆。
(2) 经典的醇溶型无机富锌底漆施工后,漆膜干燥很快,表观上漆膜已经固化,但是涂膜的完全固化需要在相对湿度大于60%的环境下,养护 1 ~ 3 d 才能完成。
(3) 干膜中锌粉含量和干膜中金属锌含量的区别。干膜中锌粉含量是配方设计值,是锌粉含量与涂料所有成膜组分质量的比值;不挥发分中金属锌含量是试验值,是指配方中单质金属锌与涂料不挥发分的比值。不挥发分中金属锌含量与锌粉的纯度和实验误差有关。通常情况下,环氧富锌涂料干膜中锌粉含量大于80%时,干膜中金属锌含量才能达到70%。
(4) 鳞片状富锌底漆的锌粉含量要求。采用鳞片状锌粉制备的富锌底漆比一般纯球型锌粉制备的富锌底漆锌粉含量要低,一般规定:纯鳞片状锌粉的不挥发分中金属锌含量≥40%,球/片结合型的不挥发分中金属锌含量≥60%。虽然鳞片状富锌底漆锌粉含量大大降低,但漆膜的电流导通性大大加强(漆膜表面电阻率≤1 × 10−5 Ω)。这是由于涂膜中鳞片状锌粉的面接触代替了球状锌粉的点接触所致,过高的鳞片状锌粉含量反而使片状锌粉难以平行搭接,孔隙度增大,防腐性能下降。
除了电化学保护底漆外,还有一类钝化缓蚀型底漆。铁路桥上普遍采用醇酸红丹防锈底漆,但由于红丹防锈漆对人体有极大的危害,在欧美已被禁用。我国2009 年制订的《石油和化工产业结构调整指导意见》中明确指出,要加快淘汰红丹防锈漆。为适应环保和职业健康要求,JT/T 722 推荐了环保型的钝化缓蚀型环氧磷酸锌防腐底漆。


2、中间漆
目前,桥梁用中间涂层基本上都是环氧云铁中间漆。片状云母氧化铁延长了腐蚀介质的渗透路径,提高了涂层的屏蔽效果,并且片状结构填料吸收内应力,增强了涂层的力学性能。与成膜环氧树脂优异的力学性能和防腐性能相匹配形成的环氧云铁中间漆,是目前最常用的长效型防腐涂层体系中间涂层。市场上的环氧云铁中间漆有几个类型:按涂装厚度可分为薄涂型和厚涂型,薄涂型一道40 ~ 60 μm,厚涂型一道100 ~150 μm;按云铁灰的加入量和制备工艺可分为两大类,一类以云铁灰为主要填料,复配少量的铝粉、硫酸钡等填料搅拌而成;另一类是选择其他颜填料研磨至规定细度后,再加入云铁灰搅拌而成。环氧云铁的质量与固化剂的品质,云铁灰、铝粉的含量和片状结构以及颜填料的分散性有关。
3、面漆
当前国内桥梁钢结构主体工程基本上采用高耐候性面漆。由于氯化橡胶在生产过程中污染环境,国外已逐步淘汰。虽然丙烯酸面漆单组分施工方便,但固体含量低、VOC 含量高,不符合国家环保政策导向。
上述两种涂料在现代桥梁钢结构防腐中很少使用。现代化桥梁面漆主要采用丙烯酸聚氨酯面漆,但国内桥梁逐步采用耐候性更加突出的FEVE 氟碳面漆代替丙烯酸聚氨酯面漆。大型铁路桥梁的主体结构基本上采用氟碳涂层,有少部分采用灰铝粉石墨醇酸面漆。而大型公路桥梁氟碳漆也占到接近一半的市场份额,并有扩大的趋势。国内也有少部分公路桥梁采用耐候性同样突出、更加环保的聚硅氧烷面漆。虽然氟碳面漆的应用在逐步扩大,但并不是说丙烯酸聚氨酯涂料已经过时,质量优良的丙烯酸聚氨酯涂料也可以维持15 年甚至20 年以上的使用寿命,国外有很多这样的实例。实际上,欧美国家还在普遍采用丙烯酸聚氨酯涂料。
常温固化FEVE 氟碳涂料用树脂是由三氟氯乙烯或四氟乙烯与乙烯基醚或乙烯基酯单体共聚而成,并复配带羟基和羧基的乙烯基功能单体。按照单体共聚的类型,目前国内市场化的FEVE 产品包括3 类:三氟氯乙烯–醋酸乙烯酯共聚物、四氟乙烯–乙烯基醚共聚物、三氟氯乙烯–乙烯基醚共聚物。目前,由于价格问题和市场竞争的不规范,导致三氟氯乙烯–醋酸乙烯酯类型用量最大,四氟乙烯–乙烯基醚也有一定的市场,三氟氯乙烯–乙烯基醚的用量较少。
工程聚硅氧烷涂料采用有机改性聚硅氧烷树脂作为成膜物,结构上的显著特点是有机–无机混接杂化,有机硅成分最少在50%以上,最好的达到70%。以有机硅成分为主体保证其耐候性,拼入一定的丙烯酸或环氧改性树脂以提高其成膜性能和力学性能。工程聚硅氧烷涂料分为环氧聚硅氧烷和丙烯酸聚硅氧烷两大类。聚硅氧烷涂料为外资企业所垄断,在桥梁领域有少量应用,它的最大优势是环保,但是施工环境、施工工艺条件对其涂膜质量的影响较大,使其使用受到一定的限制。
几类耐候面漆的综合性能比较见表3。乙烯基醚型FEVE 氟碳树脂具有最优异的耐候性能,丙烯酸聚硅氧烷的耐候性与醋酸乙烯酯型FEVE的耐候性相当,而环氧聚硅氧烷的耐候性稍微差一些,但也明显好于丙烯酸聚氨酯面漆。从防腐蚀性能上考察,环氧聚硅氧烷和乙烯基醚型FEVE 树脂最优,而丙烯酸聚硅氧烷和醋酸乙烯酯型FEVE 要稍弱一些。
从施工工艺性能上,丙烯酸聚氨酯最优,聚硅氧烷涂料对施工环境的敏感性较高。聚硅氧烷涂料最大的施优点是厚膜施工,但现代化桥梁一般需要2 道施工;因此,它在这方面的施工优越性无法体现。从环保性能方面考虑,聚硅氧烷涂料以高的体积固含量、不含异氰酸酯固化剂而具有明显的环保优势。

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