钢桥防腐涂料

桥梁技术的发展是随国民经济的发展而发展的 , 20 世纪 50 年代桥梁以石、混凝土为主 ; 60 ～ 70 年代以预应力混凝土为主 ; 80 ～ 90 年代相继修建了特大跨径的钢结构桥梁。 1996 年我国钢材的总产量已跃居世界第一位达到 10 124 万 t, 随着钢产量的增长及我国综合国力的增强 , 钢桥也有了很大的发展。 20 世纪 90 年代兴建了一大批大跨度悬索桥、斜拉桥和钢管拱桥 , 仅就湖北西陵大桥、广东虎门大桥、江苏江阴大桥和厦门海沧大桥的总用钢量已达到 58 000 t 。广州市于 2000 年建成了钢管混凝土拱桥 (76m+ 360m+ 76m), 仅此一座城市桥的用钢量达到 10 477 t [ 1 ] 。随着北京市城市交通的发展 , 修建了大量钢与混凝土组合结构桥梁 , 这种桥梁对于 40 ～ 70 m 跨度的城市桥梁具有很强的竞争能力。北京市城市桥梁用钢量近几年发展很快 , 据初步统计 1999 年为 4 000 t; 2000 年为 8 500 t; 2001 年为 13 800 t 。可以预见今后在城市桥梁 , 公路桥梁及铁路桥梁中的钢桥数量与其他桥梁的比例将有较大的变化。钢桥的修建提出了钢结构的防腐问题 , 现有的桥梁也同样有防腐问题 , 如据铁路部门 1994 年统计资料现有钢桥涂装失效 2 673 孔/57 088 t, 失效率 占钢梁总数的 9. 8% , 其中整孔失效的钢梁达 280 孔/ 44 206 t [ 2 ] 。上述的概括分析可见钢桥防腐 的研究与发展已非常迫切。

钢桥的防腐涂料应当根据桥址处的环境情况而定 , 我国幅员辽阔 , 沿海与内陆 , 南方与北方条件各不相同。例如枝城长江桥 , 相对湿度为 75% , 有时高达 80% , 早晨最大 , 多在 90% 以上 ; 夏天平均气温在 35 ～ 40 ℃ 时钢梁表面达 60 ℃ ; 年平均雨日 137 d, 平 均有雾日 202 d; 又由于桥址处于盆地属典型燃煤大气环境、年排污物 16 000 t, 其中二氧化硫达 150 t, 桥面硫化速率及酸雨全部超标 ; 在这样恶劣环境的地方对桥梁防腐提出更高要求 [ 3 ] 。

1 　常用的防腐涂料

桥梁钢结构可使用的涂料品种很多 , 大致可以归纳为几类 : (1) 红丹 ; (2) 醇酸类 ; (3) 环氧类 ; (4) 聚氨酯类 ; (5) 丙稀酸类 ; (6) 氟碳类 ; (7) 热喷铝或锌类。

涂料可根据结构的防腐要求及不同的条件配伍选用。

随着环保意识的增强 , 绿色化学 , 绿色防腐涂料逐渐提到日程上来 , 有些涂料将被淘汰。例如红丹防锈涂料虽然其漆膜坚硬、附着力强、耐水和防锈性能优越、对钢材处理要求不高、在残留有锈蚀和氧化皮的表面也有很好的防锈效果 , 已广泛应用于各种钢铁结构 , 但是红丹防锈漆有毒 , 对人身不安全 , 也会造成环境污染 , 不能应用 [ 4 ] 。

另一方面桥梁结构系永久性建筑 , 建成投入使用后 , 维修、养护再涂装将带来一定的困难 , 所以希望涂装的防腐年限比较长久 , 因此选择与开发防腐效果好 , 防腐寿命长 , 性价比合理的涂料是桥梁建设者及涂料研制人员的一项重要工作。

2 　介绍几种涂料

2 . 1 V C I 系列涂料。

V C I 系列涂料是处于世界金属防腐技术领先水平的美国 Co rtec 公司将 V C I 技术与涂料技术相结合开发出的系列新产品。它与传统的涂料不同 , 传统 的涂料不具有渗透迁移性 , 而且材料的颗粒较大 , 其颗粒间的缝隙成为薄弱处 , 使腐蚀发生和发展 ( 如图 1 所示 ); 而 VCI 系列涂料集合了聚合物涂料的密封作用以及 VCI 的迁移渗透作用两方面的特点 , 大大减少阻锈剂颗粒之间的缝隙 , 有效地阻止锈蚀的发生和发展 ( 如图 2 所示 ) 。它适用于恶劣环境下重要金属结构的防腐 , 如桥梁、塔及金属容器等。它具有很强的抗溶及抗腐蚀性能 , 并具有很好的物理性能 , 由于其具有扩散迁移特性 , 自愈性强 , 一旦出现划痕仍能进行很好的防护 , 而且它对金属的阳极和阴极能同时防护。

(1)VCI 工作原理 , 见图 3 。

图 1

图 2

图 3

① VCI 是气相防腐剂的简称 , 其防腐机理与常用防腐方法完全不同 ;

② VCI 产品释放出 VCI 分子 , 在封闭空间内形 成 VCI 气氛 ; ③ VCI 分子扩散迁移至封闭空间的每个角落 , 包括孔洞、凹槽等 ; ④ VCI 分子在接触到的金属表面后沉积、凝聚 ; ⑤ VCI 溶于金属表面的电解质膜并电离 ; ⑥ VCI 离子被吸附到金属表面形成一单分子保 护层 ;

⑦ 耐盐雾试验 50. 8 μ m 厚涂膜可达 2 000 h 。

气围中的 VCI 分子可以随时继续在金属表面沉聚 , 使金属表面的 VCI 保护层具有独特的自补、自愈功能。

(2)VCI-396 高性能金属阻锈涂料。

① 产品特征 : 湿固化聚氨酯 ; 挥发性有机物含量低 ; 单组份 ; 能在低温下使用 ; 可用作底涂层也可用作表面涂层 ; 良好的粘结性 ; 硬度高达 7 ～ 9h 。

② 性能与应用 : 由于其优良的性能引入北京后在立交桥及天桥得到了广泛的应用 , 近 3 年涂料的用量见图 4, 使用寿命见图 5 [5] 。

图 4 　涂料的用量

图 5 　使用寿命

(3)CI-386 水基环保型防护漆。

产品特征 : 水基 ; 单组份 ; 无毒、环保 ; 抗紫外线 ; 最佳户外稳定性 ; 多种颜色 , 装饰性强。

•  2 . 2 W A SSER 高科技涂料 [6 ]

•  W A SSER 是世界最大的湿固化聚氨脂厂家。其产品特点为 : 单组份 ; 海水中 , 强化学腐蚀环境 , 埋地管道等均可使用 ; 湿固化聚氨脂 ; 高固含量 ; 可应用于寒冷、潮湿条件 , 湿度可达 99% ; 允许焊接作业 ; 与专用催化剂配套使用 30m in 即可固化 ; 可以使用于浸泡环境 ; 对基面处理要求不高 ; 具有优异的抗盐雾 ( 耐盐雾试验 , 干膜厚 254 μ m, 可达 10 000 ～ 20 000 h) 及耐候性能 ; 环保型。

•  2 . 3 SA C I 缆索保护漆 [7 ]

SA C I 底漆可以在有铁锈的基体上形成渗透性密封层 , 可用于传统涂料无法有效使用的地方 , 阻止锈蚀的发生与扩展。这种渗透型密封剂不含铝或铬酸盐颜料 , 它具有优异的润湿性 , 可渗透到缝隙结合部 , 铁锈等涂层不易达到的地方。它与 SA C I 面漆配合使用 , 构成完整的缆索防护系统 ( 耐盐雾试验 , 干膜厚 254 μ m, 可达 7 000 ～ 7 500 h) 。

SA C I 面漆具有极强的粘结力 , 可直接涂刷于金属表面及各种已有的涂膜表面 ( 如各种聚氨酯、环氧树脂、纯酸漆、丙稀酸、有机或无机锌等 ), 使用方便。使用时不需清除原有漆膜 , 不需特殊的除锈处理 , 并可有效解决结构易变形部位和难处理部位的防护问题。

3 　基面处理

对于涂料的防腐效果和防腐年限 , 基面的处理是非常重要的基础环节 , 如果基面的处理不能达到要求标准 , 将大大降低涂料的防腐效果。

根据涂料的特点及防腐的要求对基面的处理有 2 方面的要求 , 即钢材表面粗糙度等级 GB / T13288 -91 [8 ] ( 见表 1) 与钢材表面的 GB 8923-88 除锈等级 [9 ] 。

除锈等级。

(1) 喷射或抛射除锈。喷射或抛射除锈以字母 “ Sa ” 表示。喷射或抛射除锈前 , 应铲除厚的锈层。清除可见 的油脂和污垢。喷射或抛射除锈后 , 清除钢材表面的浮灰和碎屑。对于喷射或抛射除锈过的钢材表面 , 有 4 个除锈等级。① Sa1 轻度喷射或抛射除锈 : 钢材表面应无可见 的油脂和污垢 , 并且没有附不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。

表 1 　粗糙度等级

　注 : (1) 粗糙度等级外的延伸 , 工业上一般不使用。

② Sa2 彻底的喷射或抛射除锈 : 钢材表面应无可见的油脂和污垢 , 并且己基本清除氧化皮、铁锈和油漆涂层附着物 , 残留物应是牢固的。

③ Sa2. 5 非常彻底的喷射或抛射除锈 : 钢材表面应无可见的油脂和污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层附着物。任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑。

④ Sa3 使钢材表观洁净的喷射或抛射除锈 : 钢材表面应无可见的油脂、污垢 , 氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物 , 该表面应显示均匀的金属色泽。

(2) 手工和动力工具除锈。用手工和动力工具 , 如用铲刀、手工或动力钢丝刷、动力砂纸盘或砂轮等工具除锈 , 以字母 “ St ” 表示。

用手工和动力工具除锈前 , 应铲除厚的锈层 , 清除可见的油脂和污垢。手工和动力工具除锈后 , 应清除钢材表面的浮灰和碎屑。

对于手工和动力工具除锈过的钢材表面 , 标准订有 2 个除锈等级。

① St2 彻底的手工和动力工具除锈 : 钢材表面应无可见的油脂和污垢 , 并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。

　　② St3 非常彻底的手工和动力工具除锈 : 钢材表面应无可见的油脂和污垢 , 并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。

4 　结语

目前我国钢桥用钢量粗略估计达 60 万 t 左右 , 用不了太长的时间这些钢桥需要再涂装。过去一般认为钢桥比钢筋混凝土桥维护费用高 , 经过几十年的实践 , 钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥暴露出大量问题 , 逐渐转变了上述的认识 , 再加上我国的钢产量大幅度地增加 , 可以预见钢桥的发展将会加快 , 例如大跨度的悬索桥、斜拉桥、拱桥及城市的钢与混凝土结合桥。钢桥建设的加快促进桥梁重防腐涂料的发展 , 可以相信不久的将来我国将开发出桥梁绿色重 防腐涂料。