钢结构桥梁防护涂料与涂装

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桥
梁
防
护
涂
料
与
涂
装
学院：材料科学与工程班级：材料11-4班姓名：王亚斌
学号：1108010421
钢结构桥梁防护涂料与涂装
一、前言
桥梁是人类最杰出的建筑之一，闻名遐尔的中国江阴长江大桥、润扬长江大桥、美国旧金山金门大桥、英国伦敦桥、日本明石海峡大桥等，都是一件件璀璨的空间艺术品和城市的标志性建筑。

2003年开工的苏通长江公路大桥（主垮1088米）和2004年开工的中国香港昂船州大桥（主跨1018米），建成后在世界斜拉桥跨度排名中分列第一、第二位。

随着大型钢桥的不断出现，其防护涂装问题已成为防腐工程界的重要课题。

二、钢桥防护涂装体系的发展历程
从国内外的桥梁防腐涂装变迁来看，桥梁漆的发展实际上反映了涂料工业的发展历程。

桥梁涂料的发展和使用，和涂料用树脂和防锈颜料等助剂的开发应用有着密切的关系。

每一种新的树脂或涂料助剂的试用成功，都会取代以前的涂料产品而作为某一时期的代表性涂装体系。

20世纪50年代，我国铁路钢桥防护涂料是以采用天然原料为主的低档涂料，防锈性能差，部分桥梁在涂装一年后就出现严重锈蚀。

随后，铁科院和全国各大油漆厂家紧密合作，相继开发出了305锌钡白面漆、红丹防锈漆、醇酸316面漆。

60年代，因醇酸316面漆的耐候较差，铁科院研发了醇酸66面漆，改善了耐候性、增强了防腐蚀性能。

70年代，出现了灰云铁醇酸磁漆。

1976年，南京长江大桥采用了云铁聚氨酯底漆加灰云铁醇酸磁漆的防护体系；武汉长江大桥防护采用了红丹防锈漆加灰云铁醇酸磁漆配套体系。

一般此类醇酸配套的防护寿命可达5年以上，在桥梁运营过程中需要进行长期的维护。

我国公路钢桥的大规模建设开始于20世纪80年代后期，主要用于大跨度的桥梁的建设。

而同期的桥梁防护涂料形成了环氧富锌、无机富锌、环氧涂料、氯化橡胶等产品大量应用的局面。

氯化橡胶面漆由于耐候性还是不强，两三年后会有粉化，于是在90年代以后，耐候性突出的脂肪族聚氨酯面漆，特别是有着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胶面漆的使用。

目前的桥梁大多数使用的面漆是丙烯酸改性聚氨酯面漆，比如江阴长江大桥、润扬长江大桥、南京二桥、三桥和广东虎门大桥、武汉白沙洲大桥、云南小湾桥等等。

三、桥梁涂装技术的趋势及其设计原则：
（一）发展趋势
世界涂料发展力求符合“4E”原则，即经济（Economy）、效率（Efficiency）、生态（Ecology）、能源（Energy），在此原则的基础上，桥梁防护涂料产品结构不断变革和完善；桥梁防腐漆配套发展的最新趋势、特点如下：
1. 高膜厚化：这是重防腐涂料的重要标志之一。

目前桥梁外部主配套的总干膜厚度一般在200μm以上，苏通大桥设计主配套总膜厚达320微米；南京三桥主配套的总膜厚达380μm。

2. 涂料选择高档化：桥梁防腐的特点要求底漆附着力好、防腐性能实出、而面漆耐候性、装饰性要好、极佳的保光、保色性、耐久性。

为此，高性能的耐蚀合成树脂（无机-有机合成树脂等）和新型的颜料（片状锌粉等）、填料及助剂的开发应用更加广泛、深入。

3. 高固体分、低VOC：尽量减少溶剂对环境的污染，开发、使用环境友好型涂料。

4. 表面处理严格化：桥梁防腐涂料必须和金属基体的严格表面处理相结合才能达到预期的效果。

5. 性价比最大化。

（二）设计原则
根据桥梁所处的大气、化学腐蚀环境的差异性，按照ISO 12944《钢结构保护涂层》腐蚀性环境分类标准和GB/T 15957-1995《大气环境腐蚀性分类》，对桥梁所处的大气腐蚀环境进行分级。

①科学制定桥梁防腐预期寿命
一般来说,新建大型公路桥梁在涂装施工质量达标、建成通车后对油漆涂层进行正常的维护及保养的前提下, 目前国际上一般认为大型新建钢结构桥梁防护涂层的有效使用寿命可达到15-20年，国内有一部分大型新建桥梁防护涂层的设计有效使用寿命要求达到25-30年。

②结构与工况条件
桥梁结构、形状与工况条件的不同，对表靣处理和涂装作业的要求有很大的不同，是涂装设计量身定做的重要依据。

这些因素主要有：
钢结构还是砼结构？
钢箱梁、钢板梁、钢桁梁、钢管拱？
悬索桥、斜拉桥、拱桥中的缆索、风咀的特殊性
桥梁结构中各部位工况及其小环境特点
桥梁外观与色彩设计要求
桥梁制造流程与涂装作业的衔接
③工工艺水平的高低
涂料的防护功能有阴极保护、缓蚀作用、屏蔽作用三种作用。

施工工艺直接影响底材的表面处理、涂料的成膜质量，进而影响涂料防护功能的发挥。

例如，富锌漆涂在表面处理达不到Sa2.5等级的钢表面，无法起到阴极保护的作用。

因此，现代桥梁涂装特别强调：底材的表面处理、选用优质的重防腐涂料、正确设计涂装的油漆配套、严格控制现场的施工质量、加强运营过程中的维护与保养，从而确保及延长桥梁的使用寿命。

④贯彻“全寿命经济分析法”设计思想、考虑投资限制性因素
涂装设计与任何设计一样，必须贯彻“全寿命经济分析法”设计思想（详见本文第四.㈠条叙述）；控制投资在允许的范围内，才是可行的。

四、老人牌桥梁涂装配套体系
虎门大桥是中国第一座大型钢结构悬索桥，于1996年建成通车。

主配套采用了海虹老
人牌涂料的以下涂装体系：无机富锌底漆 15780-19840（75微米）+ 环氧封闭漆 15280-50890 （ 25微米）+环氧云铁漆45670-12130 （ 80微米）+聚氨酯面漆 55210-54610（ 80 微米）；总膜厚260微米。

随后的重庆的鹅公岩大桥和江阴长江大桥以及南京第二长江大桥均采用了类似的涂装体系，此体系在润扬长江公路大桥上进行了系统的优化（用45230代替15280，用45150代替45670）。

无机富锌底漆/环氧封闭漆/环氧（云铁）中间漆/两度丙烯酸改性脂肪族聚氨酯面漆的桥梁漆配套，用作为钢箱梁外表面重防腐配套涂层涂装体系，该配套涂层涂装体系经国家涂料质量监督检验中心多次检验：
进入21世纪以后，桥梁对涂料的防腐性能要求越来越高，防护期限越来越长；海虹老人牌涂料的桥梁漆涂装配套体系与时俱进，除了对经过实践长期验证的经典配套体系和涂料产品进行改进以外，还根据世界涂料和桥梁防护发展的趋势，适时推出了防腐性、耐候性更为超强的聚合硅氧烷桥梁漆配套体系。

技术说明
⑪老人牌聚氨酯面漆55210的改性
老人牌桥梁漆经典配套选择双组份脂肪族聚氨酯面漆作为表面涂层。

改性后的55210，主要是在组份中又引入了一种含羟基的多支链的改性树脂，使固化成膜反应从二元加成聚合
变成三元加成聚合，进一步提高了固化交联密度，提高了漆膜丰满度、韧性、硬度等机械牲能和外观装饰性。

⑫配套的改进。

①底漆用15700来代替15780。

一般地说，锌含量越高，电化学阴极保护性能越好,15780的锌含量为76%，而现改用锌含量大于80%的15700来代替15780，极大增强了此配套体系的阴极保护功能。

②中层漆用45601-12430来换用45670-12130。

两者都以云母氧化铁为防銹颜料。

45670采用的是单一品种的环氧树脂，而45601采用了分子量不同的两种环氧树脂混溶体，在固化成膜时，低分子量环氧树脂与固化剂聚酰胺加成物反应，形成高交联密度、网状结构的坚硬漆膜；而中分子量环氧树脂与固化剂聚酰胺加成物反应生成分子间链距较大的长分子链，使漆膜表现出良好的柔韧性，从而使漆膜综合性能得到了极大的增强。

③江阴大桥内表面采用无机硅酸富锌底漆涂装，加上湿度控制系统，但是颜色较暗，不利于检查；故现一般改用浅色环氧涂料作内壁涂料。

⑬厚膜化。

虎门大桥、鹅公岩大桥、江阴大桥等桥梁的总膜厚为260微米左右，防护涂层设计防护寿命均为15年；到了润扬长江大桥，防护涂层设计防护寿命提高到了20年；所以总膜厚也提高到了280微米。

因此对于优化后的经典配套，我们认为把总膜厚控制在280～320之间，能够达到最大的性价比，符合我国目前新建大型钢结构桥梁防腐涂装防护现状的要求。

五、涂装工程的质量管理
2004年6月化学工业出版社和工业装备与信息工程出版中心联合出版了一本书《建设工程涂装质量管理》。

建议同行们一读。

道理很明显：即使再好的涂料，如果施工不当，也很难得到好的涂层质量效果。

涂装界普遍流行这样一种说法：三分材料七分施工，是很有道理的经验总结。

涂装的目的在于涂层质量，并通过科学而严格的质量管理而实现的。

涂装工程质量管理是一项全员参与、贯穿全过程的系统工程，主要内容应包括以下各方面：
（1）涂装工艺技术准备：①涂装设计方案审查②涂装工艺流程图③涂装施工工艺规程④配套涂层技术条件和涂料质量指标⑤涂料试验方法标准⑥涂装工具与设备及现场检测仪器准备⑦涂装人员和管理人员的培训
（2）涂装现场质量控制（施工方、监理方）：①现场环境控制（温度相对湿度及环境清洁状态等）②油漆库房条件与其在工地内运输方式③涂装工具与设备调试与维护④施工方案认可（涂层配套、工艺流程及工艺规程）⑤试样涂装认可（涂料试喷涂）⑥表面处理是否达标（重点：表面清洁度和粗糙度）⑦底涂层涂装（重点：干膜厚度及其分布均匀性）⑧中间层涂装（重点：干膜厚度及其分布均匀性）⑨面涂层涂装（重点：干膜厚度及其分布均匀性）⑩施工日志制度与质量自检、送检
（3）涂装工程质量验收：按相关GB50212《建筑防腐工程施工及验收规范》和本项目涂装工程质量验收规定执行
（4）质量跟踪与服务：由工程承包方、施工方、监理方及涂料供应商分别进行
（5）涂装现场消防与安全：按GB6514～15《涂装作业安全规程》和国家《消防法》执行
我们并非专门的质量管理人员，知之不多，提出这个问题，是因为在多年来从事涂料与涂装的实践中，体会到涂装工程的质量管理太重要了！例如,同样的配套，在不同环境下或施工方法稍有不同，所得到涂层质量常常差别很大。

所以，质量管理事关工程的质量效果，提请同行们重视，目的在于抛砖引玉。

六、目前桥梁防腐领域几个热点问题的讨论
（一）关于全寿命经济分析法（LCCA）：
在工程设计中，为了在众多满足安全性和耐久性的方案中找出经济性最优的方案，需要应用“全寿命经济分析法”（Life Cycle Cost Analysis），或译为“寿命周期成本分析法”。

其基本思想是：在设计施工阶段，不论你是选择事先就采取防护措施，还是选择以后“坏了再修”，都要做出经济预算和比较。

承建者要对工程的“全寿命”负责到底，以避免“短期行为”给后人带来的麻烦和巨大的经济损失。

改革开放以来中国的基本建设规模宏大。

例如新建、待建的桥梁数量已居世界第一，但其中为数不少的桥梁己暴露出缺陷，更有一些在远没有达到设计预期寿命时就出现了耐久性严重退化现象，甚至出现倒塌等毁灭性事故，造成非常严重的人员伤亡和经济损失！桥梁的耐久性已引起社会各界高度关注，有专家预言，耐久性的提高将是21世纪桥梁技术进步的重要标志之一。

（二）涂装前表面处理的重要性
对于防腐工程表面处理的重要性怎么估计也不为过，如同一座高楼大厦不能建筑在沙滩上的道理一样。

涂装前表面处理方法很多，如酸洗磷化、机械打磨、喷砂抛丸等等。

不同行业、不同的涂装对象可能采用不同的处理方法，但在重防腐领域，喷射除锈（俗称喷砂）迄今仍是最佳的工艺选择！其一，钢材表面清洁度达标有保证（≥Sa2.5）；其二，表面粗糙度均匀（Rz40～75μm）。

而涂装前钢材表面粗糙度不仅增加了钢材表面积，还为漆膜附着提供了合适的表面几何形状，有利于漆膜与底材之间的粘结和漆膜厚度分布的均匀一致；刚喷砂后的钢材，表面能增大，处于活化态， 3小时之内喷涂防锈底漆，是涂料分子与金属
表面极性基团之间相互吸引与粘结的最佳时期喷砂工艺应尽量标准化、规范化。

（三）金属喷涂与富锌涂料
诚然，金属热喷涂和富锌底漆两种方案的防腐机理均基于电化学阴极保护理论。

在钢结构基体与锌、铝等有色金属组成的腐蚀电池中被腐蚀的始终是电极电位较低的阳极金属（Zn, Al, Mg等），而阴极钢铁则受到保护。

但是金属的电极电位不仅取决于金属本性，而且与环境介质有关，比如铝的标准电极电位为-1.706V，比铁的标准电极电位（-0.44V）负得多，因此在正常大气环境中，铝对铁阴极保护的电动势比锌/铁还要大，防腐效果更好
（四）关于桥梁涂层防护寿命
长期以来，人们总在寻求通过各种试验室人工加速腐蚀试验来预测涂层的使用寿命。

遗憾的是到目前为止，还没有一种加速实验方法具有实际的可靠性。

这是因为：
涂层实际所处环境的复杂性、多样性及多变性。

涂料品种、涂层厚度及涂料配套的多样性
涂料施工的差异性，引发出涂料施工质量的差异性
测试技术的局限性
有人说盐雾实验200小时合格就等于涂层实际使用寿命1年，10,000小时相当于50年，这显然是一种商业炒作，因为这里“时间”和“寿命”两者的关系绝对不是简单的线性叠加关系！更何况涂层所处的实际环境条件是千差万别的。

各种加速腐蚀实验方法都是在实验室内、在设定条件的试验设备中，模拟特定的腐蚀条件，考核比较不同涂层的腐蚀性和耐候性，而桥梁涂层的实际使用寿命仍应看桥梁通车运行后的实际年限。