鋼結(jié)構(gòu)橋梁防護(hù)涂料與涂裝
一、前言
橋梁是人類最杰出的建筑之一,聞名遐爾的中國江陰長江大橋、潤揚(yáng)長江大橋、美國舊金山金門大橋、英國倫敦橋、日本明石海峽大橋等,都是一件件璀璨的空間藝術(shù)品和城市的標(biāo)志性建筑。2003年開工的蘇通長江公路大橋(主垮1088米)和2004年開工的中國香港昂船州大橋(主跨1018米),建成后在世界斜拉橋跨度排名中分列第一、第二位。隨著大型鋼橋的不斷出現(xiàn),其防護(hù)涂裝問題已成為防腐工程界的重要課題。
二、鋼橋防護(hù)涂裝體系的發(fā)展歷程
從國內(nèi)外的橋梁防腐涂裝變遷來看,橋梁漆的發(fā)展實(shí)際上反映了涂料工業(yè)的發(fā)展歷程。橋梁涂料的發(fā)展和使用,和涂料用樹脂和防銹顏料等助劑的開發(fā)應(yīng)用有著密切的關(guān)系。每一種新的樹脂或涂料助劑的試用成功,都會(huì)取代以前的涂料產(chǎn)品而作為某一時(shí)期的代表性涂裝體系。
20世紀(jì)50年代,我國鐵路鋼橋防護(hù)涂料是以采用天然原料為主的低檔涂料,防銹性能差,部分橋梁在涂裝一年后就出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕。隨后,鐵科院和全國各大油漆廠家緊密合作,相繼開發(fā)出了305鋅鋇白面漆、紅丹防銹漆、醇酸316面漆。60年代,因醇酸316面漆的耐候較差,鐵科院研發(fā)了醇酸66面漆,改善了耐候性、增強(qiáng)了防腐蝕性能。70年代,出現(xiàn)了灰云鐵醇酸磁漆。1976年,南京長江大橋采用了云鐵聚氨酯底漆加灰云鐵醇酸磁漆的防護(hù)體系;武漢長江大橋防護(hù)采用了紅丹防銹漆加灰云鐵醇酸磁漆配套體系。一般此類醇酸配套的防護(hù)壽命可達(dá)5年以上,在橋梁運(yùn)營過程中需要進(jìn)行長期的維護(hù)。
我國公路鋼橋的大規(guī)模建設(shè)開始于20世紀(jì)80年代后期,主要用于大跨度的橋梁的建設(shè)。而同期的橋梁防護(hù)涂料形成了環(huán)氧富鋅、無機(jī)富鋅、環(huán)氧涂料、氯化橡膠等產(chǎn)品大量應(yīng)用的局面。氯化橡膠面漆由于耐候性還是不強(qiáng),兩三年后會(huì)有粉化,于是在90年代以后,耐候性突出的脂肪族聚氨酯面漆,特別是有著良好重涂性能的丙烯酸改性聚氨酯面漆,很快就取代了氯化橡膠面漆的使用。目前的橋梁大多數(shù)使用的面漆是丙烯酸改性聚氨酯面漆,比如江陰長江大橋、潤揚(yáng)長江大橋、南京二橋、三橋和廣東虎門大橋、武漢白沙洲大橋、云南小灣橋等等。
三、橋梁涂裝技術(shù)的趨勢(shì):
世界涂料發(fā)展力求符合“4E”原則,即經(jīng)濟(jì)(Economy)、效率(Efficiency)、生態(tài)(Ecology)、能源(Energy),在此原則的基礎(chǔ)上,橋梁防護(hù)涂料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷變革和完善;橋梁防腐漆配套發(fā)展的最新趨勢(shì)、特點(diǎn)如下:
1、高膜厚化:
這是重防腐涂料的重要標(biāo)志之一。目前橋梁外部主配套的總干膜厚度一般在200μm以上,蘇通大橋設(shè)計(jì)主配套總膜厚達(dá)320微米;南京三橋主配套的總膜厚達(dá)380μm;
2、涂料選擇高檔化
橋梁防腐的特點(diǎn)要求底漆附著力好、防腐性能實(shí)出、而面漆耐候性、裝飾性要好、極佳的保光、保色性、耐久性。為此,高性能的耐蝕合成樹脂(無機(jī)-有機(jī)合成樹脂等)和新型的顏料(片狀鋅粉等)、填料及助劑的開發(fā)應(yīng)用更加廣泛、深入;
3、高固體分、低VOC
盡量減少溶劑對(duì)環(huán)境的污染,開發(fā)、使用環(huán)境友好型涂料;
4、表面處理嚴(yán)格化
橋梁防腐涂料必須和金屬基體的嚴(yán)格表面處理相結(jié)合才能達(dá)到預(yù)期的效果;
5、高性價(jià)比
性價(jià)比最大化。
四、設(shè)計(jì)原則:
根據(jù)橋梁所處的大氣、化學(xué)腐蝕環(huán)境的差異性,按照ISO 12944《鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)涂層》腐蝕性環(huán)境分類標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 15957-1995《大氣環(huán)境腐蝕性分類》,對(duì)橋梁所處的大氣腐蝕環(huán)境進(jìn)行分級(jí)。
1、科學(xué)制定橋梁防腐預(yù)期壽命
一般來說,新建大型公路橋梁在涂裝施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)、建成通車后對(duì)油漆涂層進(jìn)行正常的維護(hù)及保養(yǎng)的前提下, 目前國際上一般認(rèn)為大型新建鋼結(jié)構(gòu)橋梁防護(hù)涂層的有效使用壽命可達(dá)到15-20年,國內(nèi)有一部分大型新建橋梁防護(hù)涂層的設(shè)計(jì)有效使用壽命要求達(dá)到25-30年;
2、表面處理考慮
結(jié)構(gòu)與工況條件 橋梁結(jié)構(gòu)、形狀與工況條件的不同,對(duì)表面處理和涂裝作業(yè)的要求有很大的不同,是涂裝設(shè)計(jì)量身定做的重要依據(jù)。這些因素主要有: 鋼結(jié)構(gòu)還是砼結(jié)構(gòu)? 鋼箱梁、鋼板梁、鋼桁梁、鋼管拱? 懸索橋、斜拉橋、拱橋中的纜索、風(fēng)咀的特殊性橋梁結(jié)構(gòu)中各部位工況及其小環(huán)境特點(diǎn)橋梁外觀與色彩設(shè)計(jì)要求橋梁制造流程與涂裝作業(yè)的銜接;
3、施工工藝水平的高低
涂料的防護(hù)功能有陰極保護(hù)、緩蝕作用、屏蔽作用三種作用。施工工藝直接影響底材的表面處理、涂料的成膜質(zhì)量,進(jìn)而影響涂料防護(hù)功能的發(fā)揮。例如,富鋅漆涂在表面處理達(dá)不到Sa2.5等級(jí)的鋼表面,無法起到陰極保護(hù)的作用。 因此,現(xiàn)代橋梁涂裝特別強(qiáng)調(diào):底材的表面處理、選用優(yōu)質(zhì)的重防腐涂料、正確設(shè)計(jì)涂裝的油漆配套、嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)的施工質(zhì)量、加強(qiáng)運(yùn)營過程中的維護(hù)與保養(yǎng), 從而確保及延長橋梁的使用壽命。
4、防腐涂裝方案參考依據(jù)ISO 12944標(biāo)準(zhǔn)
大氣環(huán)境腐蝕性分類和典型環(huán)境案例 | ||||||
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腐蝕性級(jí)別 | 溫性氣候下的典型環(huán)境案例(僅供參考) | |||||
外部 | 內(nèi)部 | |||||
C1很低 | / | 加熱的建筑物內(nèi)部,空氣潔凈,如辦公室、商店、學(xué)校和賓館等 | ||||
C2低 | 低污染水平的大氣,大部分是鄉(xiāng)村地帶 | 冷凝有可能發(fā)生的未加熱的建筑(如庫房、體育館等) | ||||
C3中 | 城市和工業(yè)大氣,中等的二氧化硫污染以及低鹽度沿海區(qū)域 | 高溫度和有些空氣污染的生產(chǎn)廠房內(nèi),如食品加工廠、洗衣廠、酒廠、乳制品工廠等 | ||||
C4高 | 中等含鹽度的工業(yè)區(qū)和沿海區(qū)域 | 化工廠、游泳池、沿海船舶和造船廠等 | ||||
C5很高 | 高濕度和惡劣天氣的工業(yè)區(qū)域和高鹽度的沿海區(qū)域 | 冷凝和高污染持續(xù)發(fā)生和存在的建筑和區(qū)域 | ||||
CX極端 | 具有高含鹽度的海上區(qū)域以及具有極高濕度和侵略性大氣的熱帶亞熱帶工業(yè)區(qū)域 | 具有極高濕度和侵蝕性大氣的工業(yè)區(qū)域 |
按ISO12944-5:2007規(guī)范要求在不同腐蝕環(huán)境下不同使用壽命的涂層厚度要求,
等級(jí) | C2 | C3 | C4 | C5-I | C5-X | |||
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其它 | Zn | Zn | 其它 | 其它 | Zn | |||
低等級(jí) | 80 | 120 | - | 160 | 200 | 200 | - | - |
中等級(jí) | 120 | 160 | - | 200 | 240 | 240 | 300 | 240 |
高等級(jí) | 160 | 200 | 160 | 240 | 280 | 320 | 320/400/500 | 320/400 |
4.2 防腐年限要求
低等級(jí):0~5年
中等級(jí):5~15年
高等級(jí):15年以上
五、夢(mèng)能科技橋梁涂裝配套體系
腐蝕環(huán)境 | C4 | |||
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使用壽命 | 15年以上 | |||
表面處理 | 基材表面采用噴砂、高壓水噴射或機(jī)械打磨處理等方式去除其表面的浮漿層、污染物,并獲得粗糙、堅(jiān)硬的基材表面。同時(shí)使用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)較大的孔洞。 | |||
涂裝部位 | 鋼結(jié)構(gòu)底材為碳鋼 | |||
油漆涂層 | 產(chǎn)品名稱 | 配套稀釋劑 | 干膜(微米) | |
第一道 | 夢(mèng)能無機(jī)富鋅底漆 | DreamZinc 88 | DreamThinner 25A | 70μm |
第二道 | 夢(mèng)能環(huán)氧封閉漆 | DreamCover 150 | DreamThinner 17 | 120μm |
第三道 | 夢(mèng)能氟碳面漆 | DreamDur 22F | DreamThinner 10F | 80μm |
總厚度 | 270μm |