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重防腐粉未涂料(三)

日期: 2008/11/26 点击: 96

重防腐粉未涂料(三)

1.3.4三种管道防腐涂装形式的比较1】
三种防腐结构的特性与应用比较情况如表12。
表12.各种防腐结构的性能及应用比较
序号
对比内容
单层熔结环氧粉末涂层
双层熔结环氧粉末涂层
三层结构防腐涂层
1
防腐性
+
+ +
+
2
经济性
+ +
+
+
3
使用环境
+
+ + +
+ +
4
运行温度
+ +
+ + +
+
5
表面处理要求
+
+
+
6
施工方法难易性
+ +
+ + +
+
7
补口补伤的配套性
+ + +
+ + +
-
8
阴极保护相容性
+ + +
+ + +
-
9
管道储运性
-
+ + +
+ + +
10
使用业绩
+ +
+
+ +
-表示存在不足,+表示较好,+越多得分越高
 
上述比较表明,三种涂敷方式各有其优缺点,在选择防腐方式时,应考虑施工的地理位置,地理状况,施工条件,施工方法等因素,在自然环境比较恶劣的区段,一般采用PE-三层结构覆盖层;在穿越段集中,腐蚀性强的地段应选用用双层熔结环氧粉末覆盖层;其余区段可选用单层熔结环氧粉末加强级覆盖。
2.钢筋、钢缆及其它重防腐粉末涂料
钢筋、钢缆又称钢绞线所采用的重防腐粉末涂料也是一种快速固化的热熔结粉末涂料,其涂装作业方式与管道涂装有相似之处,但许多方面要求更高,是FBE新的发展方向。
2.1.涂层钢筋、钢缆发展概况
钢筋混凝土中的钢筋腐蚀是土建和海洋工程中的重要问题。历史已表明,由于钢筋腐蚀会引起工程的灾难性事故,因此对于钢筋的腐蚀防护已引起人们的广泛重视。环氧涂层钢筋是解决混凝土中钢筋腐蚀的重要方法。自从20世纪70年代美国开始应用该方法,至今已有30多年的历史。由于这种涂层在混凝土与钢筋间有抗氧离子、氯离子和水分子渗透的作用,以及涂层与钢筋之间的强结合力,使得在混凝土中的涂层钢筋具有良好的抗蚀作用。环氧涂层钢筋产品主要应用于铁路、公路、桥梁、高层建筑地下室、地下车库、海港、码头、水坝及污水处理池、化工等行业需重防腐的部位。美国自20世纪70年代中期开始逐步推广使用环氧涂层钢筋,主要的应用是撒用除冰盐的桥面,也用于海洋桥梁的基础,已有2万座桥梁使用了环氧涂层钢筋。1973年美国的宾西法尼亚大桥首先使用了环氧涂层钢筋,以后,许多高速公路、盐湖城国际机场等都使用了环氧涂层钢筋。1987年全美国的环氧涂层钢筋的销售量达到20万吨,而且市场还在逐渐扩大中,2000年全美国总用量达到80万吨。近年来,环氧涂层钢筋已占桥梁钢筋总总量的70-80%。该环氧涂层钢筋与裸钢筋相比,因涂装费用而引起的额外费用,只占工程总费用的2%左右,但由此可延长钢筋使用寿命20年以上,这在美国等先进国家得到证实【8】

我国在上世纪末期开始涂层钢筋与相应粉末及涂装技术研究,建设部制定了有关涂层钢筋的行业标准。目前,河北立东粉末涂料公司等率先进行相应粉末涂料的开发,但因后续配套未及时跟进,或因配套基础树脂与固化剂不能完全满足要求,一直产量不大,目前国内用于钢筋、钢缆的粉末涂料大多还要进口。涂装方面,宁波科鑫腐蚀控制工程公司为满足杭州湾跨海大桥建设中对涂层钢筋的大量需求,已建成了年产15000吨环氧涂层钢筋生产线,生产Ф10-Ф40各类规格的环氧涂层钢筋,近年来,我国海上桥梁、沿海工程开工量持续增长,对涂层钢筋的需求量将越来越大,国家建设部门也将制定新的法规加大涂层钢筋的使用力度,从环氧钢筋的防护要求、施工性能、技术成熟度、经济性等方面来看,目前我国已达到实用化的阶段,并已而在某些工程中开始使用,应用前景广阔【8】【9】

环氧喷涂钢绞线则是主要用于桥梁与其他建筑物的一种新型结构材料,通常由7根钢绳绞织而成,其涂装方式与钢筋涂装相似,分涂层型与填充型两种,前者涂膜较薄,后者较厚。目前这种涂层钢绞线国内生产很少,主要有柳州建筑机械厂生产并申请了专利【10】。据报道,厦门新钢金属制品有限公司也生产这种环氧涂层钢绞线与涂层钢筋,并在对外招商。这种涂层钢绞线具有涂层致密、均匀,优异的耐腐蚀性能与耐水性能;耐高低温冲击,不脆裂、软化、不降低传递载荷、耐冲击、可弯曲性,以及与普通PC钢绞线相同的柔韧性与锚固性能,可用于水工混凝土结构工程、各种桥梁的预应力拉索、体外索工程及桥梁的修复加固工程等,可大大延长钢绞线的使用寿命。涂层钢绞线已用于斜拉桥中拉索如美国伊利内斯州的内维尤桥、密西西比河上的克拉克桥和布林敦桥,日本东京附近名胜区的低塔桥等,国内有四川宜宾中坝桥也采用了这种钢绞线拉索。体外索工程中由于环氧喷涂无粘接筋磨损小,防腐性能好且易弯成趋向形状,因而获得广泛应用,国外如美国的长礁桥、七英里桥、科威特布比延海大桥、越南新济桥等,国内如北京紫竹立交桥、福州洪塘大桥、鞍山万泉河桥等【11】,厦门同安银湖大桥为我国首座采用环氧涂层钢绞线斜拉索的低塔鞍座式斜拉桥【11】。我国是桥梁大国,随着这一新技术的推广,这种涂层钢绞线的需求量将不断增加。
2.2粉末涂料及特性
用于钢筋涂装的粉末涂料生产厂国外有韩国KCC公司与美国3M公司。国内河北立东公司提供的牌号LDP800钢筋防腐粉末的技术指标如表12。
表12LDP800钢筋防腐粉末的技术指标
项目
技术指标
外观
色泽均匀、无结块
密度(g/cm3)
1.30-1.48
不挥发物含量 (%)
≥99.5
胶化时间 (s)
6-28 可按用户需求
粒度分布
150μm
≤3%
250μm
≤0.2%
3M公司牌号为Scotchkote215钢筋粉末涂料指标如表13。
 
表13.3M公司Scotchkote215钢筋粉末涂料指标
指标
数据
颜色
绿(Fed.Std.595 No.14449)
比重-粉末(空气比重瓶)
1.22
覆盖率
158ft2/lb/mil       0.82m2/kg/mm
胶化时间
232℃,34秒     204℃,47秒
固化时间
232-239℃ 28秒,224-232℃35秒,218-224℃45秒
    
    用于涂层钢绞线的粉末涂料所采用的也是快速固化的熔结粉末涂料,我国尚未建立这方面的标准,对粉末涂料的性能要求为:化学稳定性好,耐高低温,对金属材质附着力好,抗阴极剥离分解性好;耐曲折度、抗冲击性优良;耐磨性低氧渗透性好。

2.3 喷涂施工工艺
  涂层钢筋的制作,是在专业生产厂以生产流水线方式进行的。其主要工艺流程:钢筋表面预处理(喷砂除锈)→钢筋加热→静电喷涂→喷水冷却→质量检查→包装捆扎→成品库存。
           表面处理   加热      喷粉              冷却
 
将钢筋去除油、油脂和表面疏松积淀后进密封室内作喷砂除锈,要求达到Sa2.5级等级,并具有一定的 粗糙度,以保证涂层与钢筋的粘结性。处理后的表面不得含有氧化物有害物质以及结疤、尖角、毛刺等影响涂层质量的表面缺陷。 表面处理合格和清除灰尘后的钢筋随即进入加热装置室内,通过感应加热炉加热,使表面达到一定的温度(218-239℃,用不含硫的测温蜡笔或红外线光学测温计测试温度)。 加热过的钢筋进入静电喷涂室中喷涂粉末环氧树脂,粉末在钢筋表面熔融形成一层均匀薄膜,若干秒后固化,冷却后便在钢筋表面形成惰性的优良防腐蚀保护层。涂层冷却至121℃以下时,进行电气检查,以检出漏点。
涂层型钢绞线的喷涂方法是将环氧粉末静电喷涂吸附于钢绞线上,然后加热熔融、固化、冷却使之在钢丝表面形成一层致密的环氧涂层。钢绞线可以在单根钢丝喷涂后再绞成一根,也可绞好后再喷涂固化。与其他涂层的钢材一样,涂前必须要经表面清净处理(化学法或其他有效方法),在出现肉眼可见的重新氧化之前,必须进行涂层,以确保钢材不受腐蚀
2. 4 涂层技术要求与产品检验
涂层钢筋目前执行的标准国外有ASTM A775/A 775M,ASTM D3963和ASTM A884,国内主要执行建设部标准JG3042-1997。
      涂层应具有对化学腐蚀、热湿环境腐蚀、阴极剥离和氯化物渗透等的足够抵抗力。一般以涂层厚度、连续性和可弯性三项指标作为判定涂层质量依据。其指标按中国行业标准《环氧树脂涂层钢筋》JG3042-1997中第4.3.1、4.3.2、4.3.3条的规定执行。
涂层钢筋因表面光滑、与混凝土的磨擦阻力减小,故粘结锚固性减弱,设计时对涂层钢筋与混凝土之间的粘结强度、涂层钢筋的锚固长度、涂层钢筋的绑扎搭接长度、涂层钢筋作弯曲加工时的弯曲直径等的取值应按中国行业标准《环氧树脂涂层钢筋》JG3042-1997中附录D的规定执行。现将ASTM与建设部标准中主要数据摘录如后
表14涂层钢筋ASTM标准
性质
测试方法说明
测试结果
冲击
ASTM G14  1/8 in×3in×3in  (0.32cm×7.6cm×.6cm钢板  5/8 in (1.6cm)直径冲锤  ASTM A775
  160 in.1bs  1.8kg.m  80 in.1bs,0.9kg.m
耐摩擦性能
ASTM D1044 CS17, 1000g重,5000次
0.012g损失
渗透性
ASTM G17 -40℃-116℃
0
强度
洛氏硬度
>=16
耐盐雾
90天,5V,5%NaCl  90天,1.5V,3%ASTM G8盐溶液  ASTM A775  2V,7%NaCl,30天,21℃
剥离直径平均39mm  (33mm~42mm)  剥离直径平均31mm (30mm~32mm)  阳极,无剥离  阴极,孔周围稍些剥离
耐化学性
ASTM A775  45天,21℃ 3M(25%CaCl)  3M(10.7%NaOH)  饱和Ca(OH)2
无裂缝,剥离,起泡  无起泡,裂缝,剥离  无起泡,裂缝,剥离 粘力轻微降低
弯曲度
焊接弯曲  0.325 in (8.25mm)壁管  0.500 in (12.7mm)厚焊线  钢筋弯曲23℃ 0.75 in (1.9cm)粗钢筋 6 in (15.2cm)直径轴
9.2管径 6.2/径长 反弹后120度 无裂缝
钢绞线环氧涂层,国外仅有美国以产品标准形式予以确认,(ASTMA882/A 882M-92)它以预应力钢绞线(AST-MA416中的1720MPa和1860MPa)为基础规定了环氧涂层的操作、涂层指标,与混凝土的粘合力和有机涂层的要求,诸如盐雾试验、涂层连续性检测、厚度均匀性检测、混凝土抽出试验、涂层粘附性试验等【12】。目前钢绞线环氧涂层尚无国家标准,柳州建筑机械总厂制定的企业标准“环氧涂层预应力钢绞线”Q/QVM011-1999,主要内容如表16:
 
表15.涂层钢筋建设部标准
测试项目
试验方法
技术指标
抗化学腐蚀
SYJ 39
不起泡、不软化、无微孔、无凹陷
阴极剥离
SYJ 37
<4
氯化物渗透性
JG 3042-1997
<1X10-4
涂层可弯性
JG 3042-1997
无裂缝
粘结强度
GB 50152
≥80%
耐磨性1kg负载下每1000周
GB/T 1768-79(89)
涂层重量损失 <100mg
冲击试验
JG 3042-1997
9Nm
 
表16 环氧喷涂钢绞线的质量标准(企业标准)【11】
项目
实验条件与方法
标准要求
外观
生产过程中成盘前检查
涂膜均匀,表面光滑平整、无凸起、裂开、气孔、气泡或其他附着物
耐冲击性
耐冲击试验法(JISK54008.3.2中杜邦试验法
冲锤直接冲击以外部分漆膜无损伤
可弯曲性
用油压千斤顶进行弯曲加工,弯曲半径为钢绞线直径的2倍,弯曲度分90,180°两种。
漆膜无损伤
漆膜硬度
按JISK54008.4.2用H铅笔手划
涂膜无破损、划伤
涂膜固化度
用试剂来回擦
涂膜无软化和粘着
耐腐蚀性
按JISZ2371方法进行2000h小时盐水喷雾试验
钢绞线表面及内部发锈率在0.5%以下
耐化学药品性
分别用氯化钙、氢氧化钙、氢氧化钠溶液浸渍实验1000小时
钢绞线表面及内部均无发锈
柔软性
用与无涂装PC钢绞线比较
绕度差在4%以下
疲劳强度
用与无涂装PC钢绞线比较
疲劳试验结束后分别对两种钢绞线进行拉伸试验。比较抗拉强度基本无差别
 
2.5 配方设计
钢筋、钢绞线粉末涂料与管道粉末要求有所不同,除了要求快速固化外,对涂膜的柔韧性、延展性要求特别高,配方设计难度较大。主要难点体现在:1.要提高柔韧性必须选择高分子量的环氧树脂或在分子链中引入柔韧性的脂肪族链段,但分子量越高、脂肪链越长,其反应活性越低,就更难以快速固化。2.为了提高涂层的柔韧性与延展性,势必要减少填料的添加量,由此可能导致粉末易于结块,储存稳定性变差。目前,这类粉末的配方还很少公开,并且配方评价手段也不够完善。
   钢筋、钢绞线粉末涂料对环氧树脂的柔韧性要求很高,所采用的环氧树脂多为增韧改性的环氧树脂,改性的办法主要有橡胶弹性体改性与引入柔性链改性。橡胶弹性体如CTBN与NBR改性的中分子量双酚A环氧树脂如韩国国都KR-102,也可用丙烯酸酯橡胶与中分子量双酚A环氧树脂进行核壳聚合的改性环氧树脂【13】。固化剂可采用高分子的多羟基聚合物固化剂配合一定的促进剂。可选用的固化剂如美国道氏化学公司DEH-87\DEH-85 促进剂P-101.常熟佳发化学公司合成了一种分子结构中含有柔性链的中分子量环氧树脂,牌号E-10R,可适合于这类粉末的生产,参考配方如下:
E-10R 100  JECP-04B 15-20 BaSO410 Caco3 7 TiO2 3 流平剂1,其他颜料,适量。
    上述配方制成的粉末涂料具有良好的弯曲性能,用DSC扫描,其固化曲线与等温固化速度与进口粉末基本一致。
参考文献
1.毕学振,粉末涂料在“西气东输工程”上的应用,2002中国粉末涂料与涂装年会会刊
2.梁平辉,重防腐粉末涂料配方设计浅谈,2004中国粉末涂料与涂装年会会刊
3.Seymour; John P, Hydroxyl terminated polyfunctional epoxy curing agents,
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4.梁平辉,重防腐粉末涂料专用环氧树脂与固化剂研制与应用,涂料工业 ,2002(10)6,
5.Blomer; Werner ,Three-layer metal pipe coating compositions and process for the exterior coating or metal pipes by a three-layer method, US , 6,174,569 January 16, 2001
6.王春昌,TYG-20型酚类固化剂在环氧粉末涂料中的应用,粉末涂料与涂装,2003(4)24
7.Blomer; Werner ,Powder coating, process for the exterior coating of metal pipes, and use of the powder coating for the one-layer exterior coating of metal pipes,US , 6,096,807 August 1, 2000
8.吴金岳等,环氧涂层钢筋及其应用,腐蚀与防护,2004(3)105-108
9.沈路,熔结环氧树脂对钢筋的防腐保护,新世纪水工、桥梁结构腐蚀控制136-138,云南科技出版社,2003 10
10.穆成君等,全涂装钢绞线,中国专利,CN1233687A,1999 11 3
11.赵靖钊 方中予,环氧喷涂钢绞线在水工、桥梁结构中的应用,新世纪水工、桥梁结构腐蚀控制,133-135,云南科技出版社,2003 10
12.蒋永康,预应力钢丝和钢绞线的防腐镀(涂)层,中国土木工程学会桥梁及结构学会第十四届年会论文集,其他135, 2000 11 5-7 南京
13.Grubb; Tina L. Corrosion-and chip-resistant coatings for high tensile steel ,US, 6,677,032 January 13, 2004

 

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