冷噴鋅涂料在橋梁鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

陶群英 周 虎

1. 新疆北新永固鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司 新疆 烏魯木齊 831400；

2. 株洲飛鹿高新材料技術(shù)股份有限公司 湖南 株洲 412003

1 防腐涂裝配套體系選擇

1.1 氣候特點(diǎn)及主要考慮因素

新疆昌吉烏昌頭屯河大橋項(xiàng)目建于烏魯木齊，屬中溫帶大陸性半干旱氣候，其特點(diǎn)是：寒暑變化劇烈，晝夜溫差較大，風(fēng)沙較大。年平均氣溫6.7 ℃，最高氣溫37.3 ℃，最低氣溫－22.1 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)為2 725 h，晝夜溫差大，一般都在11 ℃左右。因此，按ISO 12944-1國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，該環(huán)境可判定為具有中等腐蝕的C3環(huán)境，應(yīng)重點(diǎn)考慮產(chǎn)品的防腐性能、耐紫外線老化、耐低溫性能。

1.2 環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的要求

提高涂層的耐久性，是最大的節(jié)能與環(huán)保。使用全壽命經(jīng)濟(jì)分析法分析鋼結(jié)構(gòu)橋梁的防腐體系，鋼結(jié)構(gòu)涂層的耐久性（使用壽命）是鋼結(jié)構(gòu)防腐的首要問題。為了保證鋼結(jié)構(gòu)橋梁的安全使用，不受腐蝕破壞，必須選用性能良好和使用時(shí)間長(zhǎng)（20 a以上）的防腐涂裝系統(tǒng)，同時(shí)增加各涂層的厚度，選用高耐腐蝕的涂料，來改善橋梁涂裝工程一次性投資低、全壽命支出高的狀況。

1.3 冷噴鋅的性能特點(diǎn)

冷噴鋅涂料是近年來國(guó)內(nèi)新出現(xiàn)的一個(gè)涂料新品，是一種單組分、高含鋅量的新型鋼結(jié)構(gòu)重防腐材料，主要由高純度的鋅粉、揮發(fā)性溶劑和有機(jī)樹脂3部分組成，可歸類為有機(jī)富鋅涂料。其主要特性為長(zhǎng)效性，干膜全鋅含量≥96%，耐鹽霧≥4 000 h，對(duì)鋼鐵具有優(yōu)異的陰極保護(hù)與屏蔽功能，涂裝體系具備25 a以上的防腐周期，其同類產(chǎn)品在國(guó)外有50 a以上的成功實(shí)例；同時(shí)，其具有耐高溫性能，持續(xù)抗高溫能力為300 ℃，也具有耐低溫性能，可持續(xù)承受－60 ℃的低溫。

1.4 配套選擇

環(huán)氧富鋅＋環(huán)氧云鐵＋氟碳面漆，為重防腐行業(yè)中非常典型的防腐方案，防腐性能十分優(yōu)異，可滿足嚴(yán)重腐蝕環(huán)境下（C-5海洋環(huán)境）15 a以上的防腐年限。此配套體系，對(duì)于常規(guī)C3的腐蝕環(huán)境，可達(dá)到20 a以上的防腐年限，在該保護(hù)年限內(nèi)，涂層銹蝕等級(jí)不超過國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4628-3的Ri3級(jí)。但根據(jù)新疆氣候特點(diǎn)、節(jié)能環(huán)保的要求及冷噴鋅性能特點(diǎn)等方面因素，在新疆頭屯河大橋鋼構(gòu)防腐配套主體上，選擇采用冷噴鋅＋環(huán)氧云鐵＋氟碳面漆體系更為合理優(yōu)異[1-2]。本文將對(duì)這2種配套體系進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，主要針對(duì)附著力、防腐性能、耐高低溫3個(gè)方面進(jìn)行試驗(yàn)分析。

2 試驗(yàn)部分

2.1 原材料

主要有噴砂鋼板（Sa2.5）、冷噴鋅底漆、冷噴鋅底漆稀釋劑、特制環(huán)氧富鋅防銹底漆、環(huán)氧云鐵中間漆、氟碳面漆、環(huán)氧稀釋劑、氟碳漆稀釋劑。

2.2 主要儀器

DeFelsko PosiTestAT-M手動(dòng)拉拔式附著力測(cè)試儀、干膜測(cè)厚儀、劃格板、低溫試驗(yàn)箱、加熱恒溫箱、鹽霧試驗(yàn)箱。

2.3 試驗(yàn)過程

制作單涂層的冷噴鋅、環(huán)氧富鋅及其對(duì)應(yīng)的配套復(fù)合板。

1）配套一：冷噴鋅＋環(huán)氧云鐵＋氟碳面漆。

2）配套二：環(huán)氧富鋅＋環(huán)氧云鐵＋氟碳面漆。

按噴涂工藝要求，制作復(fù)合配套涂層測(cè)試板，包括配套附著力測(cè)試、鹽霧性能測(cè)試、高低溫循環(huán)試驗(yàn)。

噴涂工藝：鋼板表面拋丸預(yù)處理（達(dá)到Sa2.5級(jí)）→噴冷噴鋅或環(huán)氧富鋅（噴涂2道，每道間隔3～5 min，總膜厚70～80 μm）→常溫干燥4 h→薄噴1道環(huán)氧云鐵中間漆封閉（稀噴）→表干3～5 min，排除氣泡→厚噴環(huán)氧云鐵中間漆（干膜厚度100～120 μm）→常溫干燥24 h→噴灰色氟碳面漆→常溫干燥21 d后測(cè)試附著力（劃格及拉拔法）。

2.4 分析測(cè)試方法

2.4.1 附著力測(cè)試

采用劃格法按照GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗(yàn)》進(jìn)行檢測(cè)；拉開法是評(píng)價(jià)附著力的最佳測(cè)試方法，采用拉開法測(cè)試儀器進(jìn)行附著力的測(cè)試，按照GB/T 5210—1998《色漆和清漆 拉開法附著力試驗(yàn)》中的方法進(jìn)行測(cè)試。

2.4.2 鹽霧性能測(cè)試

配套涂層及單涂層按照GB/T 1771—1991《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測(cè)定》中的油漆耐鹽霧試驗(yàn)要求進(jìn)行檢測(cè)。

2.4.3 高低溫性能測(cè)試

制作復(fù)合涂層，階梯板測(cè)試，試驗(yàn)條件：－60 ℃條件下放24 h，室溫放置24 h，80 ℃條件下放24 h，此為1個(gè)周期，共10個(gè)周期。

3 結(jié)果與討論

3.1 單涂層和復(fù)合涂層的附著力

用拉開法附著力測(cè)試儀對(duì)上述配套及單涂層的附著力進(jìn)行測(cè)試，并采用劃格法測(cè)試劃格附著力（圖1、表1）。

圖1 附著力測(cè)試

分析試樣的附著力測(cè)試結(jié)果：

1）冷噴鋅單涂層約為6 MPa、復(fù)合涂層約為7 MPa，都是從冷噴鋅涂層內(nèi)聚，說明冷噴鋅涂層對(duì)測(cè)試樣板基材附著牢固，涂層自身抗拉強(qiáng)度是涂層破壞的控制因素，附著力數(shù)據(jù)大于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的3 MPa，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 附著力測(cè)試結(jié)果

2）環(huán)氧富鋅的單涂層、復(fù)合涂層拉拔數(shù)據(jù)都在12 MPa以上，附著效果非常好。

3）從劃格來看，兩者附著力都是1級(jí)，沒有區(qū)別。因此，兩者在附著力方面都滿足要求，但環(huán)氧富鋅更優(yōu)異。

3.2 單涂層和復(fù)合涂層的鹽霧試驗(yàn)

將制作好的冷噴鋅及環(huán)氧富鋅樣片放進(jìn)鹽霧箱測(cè)試，并對(duì)復(fù)合涂層進(jìn)行附著力測(cè)試（圖2、表2）。

圖2 鹽霧試驗(yàn)

表2 鹽霧試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

分析試片的測(cè)試結(jié)果，從鹽霧試驗(yàn)來看：

1）冷噴鋅單涂層可以做到4 000 h以上，而且從起初劃線處，劃線基本消失，看不出來劃線，具有自愈合的功能，其配套涂層6 000 h沒有劃線，沒有紅銹、起泡，拉拔附著力也沒有下降，反而有略微增加。

2）環(huán)氧富鋅單涂層鹽霧性能剛好1 000 h，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，復(fù)合涂層3 000 h，劃痕處有微泡、紅銹。對(duì)比來說，冷噴鋅的防腐效果比環(huán)氧富鋅優(yōu)異得多，而且具有自愈合的功能。

3.3 單涂層和復(fù)合涂層的耐高低溫循環(huán)試驗(yàn)

制作復(fù)合涂層，階梯板測(cè)試，試驗(yàn)條件如前所述（圖3、表3）。

圖3 冷熱循環(huán)試驗(yàn)

表3 冷熱循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

分析試驗(yàn)結(jié)果可知，在－60 ℃低溫和80 ℃高溫交替中，冷噴鋅性能沒有任何影響，環(huán)氧富鋅卻出現(xiàn)了開裂脫落現(xiàn)象，冷噴鋅配套涂層耐高低溫性能非常優(yōu)秀，而環(huán)氧富鋅配套涂層則不適宜在低溫環(huán)境中使用。新疆昌吉地區(qū)冬季溫度基本在－20 ℃左右，為預(yù)防極寒等異常情況，應(yīng)選用具有更寬溫度適用性的冷噴鋅底漆。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過試驗(yàn)測(cè)試，對(duì)比冷噴鋅和環(huán)氧富鋅在附著力、鹽霧和耐高低溫3個(gè)方面的性能，得出如下結(jié)論：

1）冷噴鋅單涂層和復(fù)合配套涂層相較環(huán)氧富鋅在結(jié)合力上稍有差距，但是都滿足JT/T 722—2008《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》和TB/T 1527—2011《鐵路鋼橋保護(hù)涂裝及涂料供貨技術(shù)條件》中拉拔數(shù)據(jù)要求。

2）冷噴鋅單涂層可以做到4 000 h以上鹽霧性能，并具有自修復(fù)愈合功能，對(duì)比環(huán)氧富鋅具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3）冷噴鋅具有抗高低溫的優(yōu)異性能，其配套涂層在－60 ℃不會(huì)出現(xiàn)開裂脫落現(xiàn)象，附著力也不會(huì)出現(xiàn)下降。

綜合以上3點(diǎn)，在新疆昌吉頭屯河大橋中，相比環(huán)氧富鋅配套涂層，應(yīng)用冷噴鋅配套涂層更具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保性和適宜性。