一种新型桥梁钢结构使用防腐蚀涂料

一种新型桥梁钢结构使用防腐蚀涂料

关键词：聚氨酯涂料、氟碳涂料、聚硅氧烷涂料，钢结构防腐，水性氟碳涂料、PVDF氟碳涂料、固化剂、稀释剂、脱漆剂

介绍

钢结构是大量基础设施的重要组成部分，而钢结构桥梁由于结构轻巧、耐用而有很悠久的使用历史，在十九世纪末期和20世纪早期，国内就开始在沿海经济发达地区出现钢结构桥梁，如上海的外白渡桥和宁波的灵桥，并一直使用到现在。虽然现今钢结构桥梁通用的碳钢与一些低合金钢有很好的力学性能与

合理的价格，但它们存在十分严重的腐蚀问题1，不解决这些问题，将产生十分

严重的经济损失。据估计，全球每年因为钢结构腐蚀造成的损失高达7000亿美元，而中国在2003年为约3000亿人民币。

钢结构桥梁会一直处于比较恶劣的环境，如沿海高盐雾环境、沿江河高湿度大气、城市工业污染大气、内陆高酸雨区，对钢结构及其涂层的破坏特别严重。以往，钢结构的防腐在国内没有受到应有的重视，只采用手工除锈，涂刷一般红丹底漆和普通醇酸油漆，使用半年或一年以后，就会发生涂层起泡、返锈、脱落，钢材受到腐蚀，返修十分困难，造成很大的损失。使用全寿命经济分析法分析钢结构桥梁的防腐体系，钢结构涂层的耐久性(使用寿命)应该是钢结构防腐的首要问题。为了保证钢结构桥梁安全使用，不受腐蚀破坏，必须选用性能良好和使用时间长（20年以上）的防腐涂装系统，同时增加各涂层的厚度，选用高耐腐蚀的涂料。比如，一般涂层总厚度在40-60μm之间，而桥梁防腐蚀涂层总厚度一般在200～300μm。

在我国，原有的钢结构桥梁涂装体系可以从铁道部推出的铁路钢结构桥梁

的涂装体系可见一斑2。

据；③第4涂装系在武汉长江大桥(中部)、柳江桥(11、12孔)使用已有15年；状态良好；根据实际使用情况及实验室研究结果推断其使用年限为15～20年。

从以上的涂装体系来看，第一涂装系和第二涂装系的防腐蚀效果耐久性很差，户外十年后便出现明显的腐蚀，已经被淘汰。而第四涂装系尽管具有比较好的防腐蚀效果，但其装饰效果一般，所以也逐渐将被取代。因此，我们需要寻找新的耐久性的钢结构桥梁的防腐蚀涂层。

二、采用全寿命经济分析法选择性能优异的钢结构桥梁涂装工艺

“全寿命经济分析法”是在成本－效益分析基础上，将工程的使用年限作为主要考察指标的一种经济分析方法。它起源于美国，美国法典（USC）对于“全寿命经济分析法”的定义是“这是一种程序和方法，用于评价可行计划项目的总经济价值。包括初始成本和经折扣的进一步成本－整个寿命期内的维护、修复、重建和表面翻新处理的费用”。建立在全寿命经济分析法分析基础上的钢结构防腐蚀设计和施工，与传统的涂层相比，在技术、经济上要更为合理、更具竞争性。钢结构涂装不仅应重视初期投资，而且更应该重视钢结构在运转、维修、保养、停工等费用。我们应该避免走“眼前少花钱，而后花大钱”的老路。因此，钢结构桥梁要求采用半永久性涂装甚至永久性涂装,即在整个钢桥服役期间只进行一次大修或不进行大修,只需进行维护涂装,就能保证钢桥防腐蚀效果，即要求钢结构桥梁的涂层寿命在20年以上。

为了达到以上目的，新建钢桥宜采用表面涂装富锌类防腐漆或进行喷金属处理,再涂装其它配套漆。为此，铁道科学研究院提出了铁路钢桥保护的3个新涂装体系：①水性自固型无机富锌涂料+ 灰云铁环氧中间漆+ 灰铝粉石墨脂肪族聚氨酯面漆体系；②环氧富锌防锈漆+ 灰云铁环氧中间漆+ 灰铝粉石墨脂肪族聚氨酯; ③电弧喷铝镀层+灰云铁环氧中间漆+灰铝粉石墨脂肪族聚氨酯面漆体系。其中使用朂多的是②涂装体系以及环氧富锌防锈漆+灰云铁环氧中间漆+氯化橡胶漆体系。由于氯化橡胶中氯的质量分数高达65%以上，在受紫外线照射时，常析出氯化氢而降解。用于钢结构表面，这种面漆的装饰性较差，其外观寿命一般不超过五年，在户外使用一、二年后就会严重失光、失色，装饰性能极差，无法适应现代社会同时强调防腐和装饰的新要求。

衡峰公司采用全寿命经济分析法，在总结国内外钢结构防腐设计上的各种经验基础上，在2001年就提出了以超耐候的常温固化FC-S200氟碳涂料为面漆的FUVIT－ST钢结构涂装系统（表2），其中所采用的涂层体系就是环氧富锌底漆―环氧云铁涂层―FC-S200氟碳涂料面漆，估计室外使用寿命可达20年以上。已经达到全寿命经济分析法要求的钢结构桥梁的使用寿命。

三、衡峰公司FC-S200常温固化氟碳涂料的介绍

氟碳涂料是在氟树脂基础上经改性、加工而成的一种新型涂层材料。其基料氟树脂所含碳－氟键的分子结构是已知朂强的分子键，键能高达110千焦/mol，而且碳一氟键长度短，因此氟碳涂料有远比一般涂层材料优异的耐酸、耐碱、抗腐蚀、耐候性和摩擦系数小、憎油、憎水、抗粘、抗污染等优异性能。

图1 聚偏二氟乙烯PVDF和氟烯烃－烃基乙烯基醚（酯）FEVE的分子结构示意图

FC-S200系列氟碳涂料是含氟烯烃－乙烯基醚共聚物（FEVE）为主要成膜基料的氟碳涂料，它具有氟碳涂料所共有的优异性能，其户外耐候性可与PVDF涂料相媲美。它侧链上的羟基使它克服了其它氟碳涂料必须高温烘烤的缺点，可以制成常温固化型涂料。FC-S200系列氟碳涂料具有良好的光泽，突出的耐候、耐酸碱、耐污染性，高装饰性，以及在混凝土、瓷砖、金属、塑料等表面的良好附着性，使FC-S200氟碳涂料成为可广泛应用在建筑外涂装,钢结构、运输机械、木材建筑物、桥梁、高速公路、高架桥、塔楼、烟囱、水池、化工厂、贮槽、工厂设备等各个领域应用的涂装材料。

FC-S200系列氟碳涂料具有极其优异的使用性能，它克服了以往涂层所共有

的缺点。具有：

超耐候性：经户外长期使用和人工加速老化试验表明，FC-S200系列氟碳涂料中氟树脂分子链上的氟碳键能够抵抗紫外线的降解作用，具有和高温固化聚偏二氟乙烯氟碳涂料相媲美的超耐候性，户外使用寿命二十年以上。

图2 氟碳涂料与其它涂料的耐候性比较

2.耐腐蚀和耐化学品性：涂布于铝合金上可通过3000小时中性盐雾试验，涂布于镀锌钢上可通过1000小时试验。FC-S200系列氟碳涂料的耐酸性与高温固化聚偏二氟乙烯氟碳涂料一样优异，耐碱性则超过高温固化聚偏二氟乙烯氟碳涂料。通过多层次涂装，利用各涂层的装饰作用、屏蔽作用、缓蚀作用和阴极保护作用，达到对底材数十年以上的防腐装饰目的。

3.耐污染性：具有表面光滑、粘附性小、不易被污染的特点，即使被污染也非常容易清洗。

图3 不同涂料与衡峰氟涂料耐污性的比较（四年时间，左边一般涂料，右边衡峰公司氟碳涂料）

4.优异的施工性能：克服了以前氟碳涂料不能常温固化的技术难题，实现了在施工现场涂装氟碳涂层的理想。可以喷涂、辊涂、刷涂，具有优异的附着力和硬度，能在几乎所有的材质上良好紧密的附着。FC-S200系列氟碳涂料的长寿命，使涂一次可以维持20年，维修工程简单，省去大量维修费和脚手架搭拆费。

5.高装饰性：FC-S200系列氟碳涂料可调配出实体色、金属色、珠光色、特殊色等各种色彩和低、中、高等各种光泽，为设计师和业主提供了丰富的想象空间和奇异的装饰效果。

6.耐温性：FC-S200系列氟碳涂料所得涂层能在-40-150℃下使用。

正因为有这些特点，在钢结构涂装中采用氟碳涂料可以解决如下问题：可以解决钢材的腐蚀问题，氟碳涂装通过对钢材表面严格的前处理，多层次的防锈底漆保护，高性能的氟碳面漆保护，可保证钢材在户外使用20年以上而不产生腐蚀；可以起到对钢材的表面装饰作用；氟碳涂料除具有超耐候性，户外使用寿命20年以上，而且具有优异的耐污染性、不易被污染，即使污染也很容易清洗，因此一般20年以上才重涂一次，期间只需要简单的清洗。

四、衡峰已完成的典型大型钢结构工程介绍

近几年，衡峰公司完成了几个典型的大型钢结构工程。

上海科技城：该工程的钢结构采用焊接的连接方式，因此衡峰公司在涂装上采用工厂加工和现场施工相结合的涂装工艺。工厂加工部分为：喷砂除锈等前处理——涂环氧富锌底漆；现场施工部分为：焊接后的机械整平——局部的腻子修补——补涂环氧富锌底漆——涂环氧云铁底漆——涂氟碳面漆——涂氟碳罩光漆——保养维护。

图4 上海科技城