綠色環(huán)保新型公路鋼護(hù)欄開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

公路鋼護(hù)欄是生命的一道安全屏障，護(hù)欄的防撞性能是最核心的一項(xiàng)指標(biāo)。鋼護(hù)欄主要由碳鋼材質(zhì)制作而成，碳鋼在戶外使用過(guò)程中會(huì)受環(huán)境破壞而逐漸生銹、減薄，防撞性能逐漸下降，喪失保護(hù)功能。目前，鋼護(hù)欄傳統(tǒng)的防腐型式主要有三種：一種是純鍍鋅護(hù)欄，這是最早的防腐型式，被稱為第一代護(hù)欄產(chǎn)品，是護(hù)欄黑板熱鍍鋅而成；“熱鍍鋅+聚酯”護(hù)欄，是在熱鍍鋅護(hù)欄的基礎(chǔ)上，噴涂上一層聚酯粉末，被稱之為第二代護(hù)欄產(chǎn)品；“熱鍍鋅+聚乙烯”護(hù)欄，是在熱鍍鋅護(hù)欄基礎(chǔ)上，浸漬涂敷一層聚乙烯粉末，被稱為第三代護(hù)欄產(chǎn)品。

借助30年的防腐技術(shù)積淀，濰坊東方鋼管有限公司在國(guó)內(nèi)推出了具有更高性能的第四代環(huán)保新型鋼護(hù)欄防腐技術(shù)——環(huán)氧鋅基聚酯復(fù)合涂層鋼護(hù)欄。

新材料及防腐形式

護(hù)欄的使用環(huán)境極其復(fù)雜，典型特征有高溫、高濕、高鹽、強(qiáng)紫外線、強(qiáng)風(fēng)沙等，有些使用環(huán)境甚至綜合了以上所有的特征，這對(duì)護(hù)欄的使用壽命是極其嚴(yán)峻的考驗(yàn)。因此，鋼護(hù)欄的防腐形式設(shè)計(jì)尤為重要，直接決定了護(hù)欄的使用壽命。

提取這些環(huán)境特征，第四代鋼護(hù)欄的防腐形式設(shè)計(jì)需解決如下難題：涂層附著力，在各種使用環(huán)境的交替變化下不能出現(xiàn)衰退；涂層抗?jié)B透開(kāi)裂性能，涂層一旦出現(xiàn)小的破口，破損面積不能沿破口逐漸擴(kuò)大；抗酸、堿、鹽腐蝕能力，在工業(yè)區(qū)、鹽堿地等環(huán)境中，涂層能夠完好抵抗這些介質(zhì)的腐蝕；抗紫外線能力，涂層屬于有機(jī)物，有機(jī)物天生懼怕紫外輻射，需要提升抗紫外線性能。

綜合這些要求，借鑒海洋用重防腐涂料富鋅漆的配方形式，開(kāi)發(fā)出了新型重防腐粉末涂料——性能更優(yōu)的環(huán)氧鋅基粉末涂料，以此涂料為底層，再?gòu)?fù)合一層多功能聚酯粉末面層，形成了環(huán)氧鋅基聚酯復(fù)合涂層防腐結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。

圖1 第四代鋼護(hù)欄防腐型式

環(huán)氧鋅基粉末靜電噴涂取代熱鍍鋅，是鋼護(hù)欄行業(yè)環(huán)保轉(zhuǎn)型的一次變革。環(huán)氧鋅基粉末既具有環(huán)氧涂層的重防腐功能，又具有鋅層的電化學(xué)保護(hù)和自修復(fù)功能。為充分發(fā)揮鋅的電化學(xué)保護(hù)作用，配方中添加石墨烯實(shí)現(xiàn)改性，提升電子的導(dǎo)通性。粉末中的鋅和石墨烯都是磷片狀結(jié)構(gòu)，能起到延長(zhǎng)腐蝕通道的屏蔽作用。鋅與石墨烯在粉末中分布的均勻程度決定了其保護(hù)性能的高低，二者在粉末中的混煉難度較大，需要添加特殊的助劑協(xié)助提升分散效果。但是，環(huán)氧鋅基粉末抗紫外線能力較弱，復(fù)合一層耐候性良好的聚酯粉末涂層后，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使鋼護(hù)欄可以適應(yīng)各種使用環(huán)境。

新工藝與產(chǎn)品性能

第四代鋼護(hù)欄生產(chǎn)的新工藝，包括拋丸工藝取代酸洗、陶化工藝取代磷化、護(hù)欄均勻噴涂工藝、立柱內(nèi)壁噴涂工藝等。這些新工藝都是在鋼護(hù)欄行業(yè)首次應(yīng)用，具有如下特點(diǎn)：

拋丸的錨嵌結(jié)構(gòu)，增加了涂層與鋼護(hù)欄的接觸面積，且拋丸提升了鋼材表面活性，大幅提升了附著力。

陶化的瓷質(zhì)結(jié)構(gòu)，不僅電阻極低更利于環(huán)氧鋅基涂層的鋅發(fā)揮作用，且優(yōu)良的抗鹽霧性能提升了涂層的抗?jié)B透破壞性，使護(hù)欄更適合高濕、高鹽霧的環(huán)境。

護(hù)欄的均勻噴涂工藝、立柱的內(nèi)壁噴涂工藝，使涂層總厚度基本控制在106um～146um之間，解決了行業(yè)難題，節(jié)約了資源。

表1 第四代鋼護(hù)欄綜合性能指標(biāo)

新材料、新工藝的應(yīng)用，使粉末靜電噴涂完全取代熱鍍鋅成為可能，低碳、節(jié)能且環(huán)保。經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)測(cè)試，第四代鋼護(hù)欄產(chǎn)品的綜合性能優(yōu)于前三代，具體性能指標(biāo)見(jiàn)表1。為推動(dòng)鋼護(hù)欄行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，2015年將第四代鋼護(hù)欄的防腐型式納入國(guó)標(biāo)GB/T18226-2015《公路交通工程鋼構(gòu)件防腐技術(shù)條件》。

新技術(shù)與智能化生產(chǎn)線

生產(chǎn)的穩(wěn)定性對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響重大，設(shè)備性能、倒運(yùn)環(huán)節(jié)、工藝參數(shù)的反饋與控制及時(shí)性等，決定了過(guò)程控制能力，決定了質(zhì)量的穩(wěn)定性。

第四代環(huán)氧鋅基聚酯復(fù)合涂層鋼護(hù)欄特殊的防腐型式及生產(chǎn)工藝，要求必須摒棄傳統(tǒng)的分體式生產(chǎn)線，采用自動(dòng)化流水生產(chǎn)線，即把冷彎（或焊管）、前處理、上下件、噴涂、固化等有機(jī)串聯(lián)，從帶鋼上料到成品下線自動(dòng)實(shí)現(xiàn)、一氣呵成。這需要克服多個(gè)技術(shù)難題，例如立柱在線連續(xù)拋丸、W板在線連續(xù)拋丸、工件自動(dòng)上件、立柱內(nèi)壁化學(xué)噴淋、立柱自動(dòng)內(nèi)噴、工件自動(dòng)下件、自動(dòng)包裝等，不僅要實(shí)現(xiàn)各工序的功能，還要使各環(huán)節(jié)的效率相匹配。自動(dòng)化的流水線生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了智能化反饋控制系統(tǒng)，消除了過(guò)程倒運(yùn)環(huán)節(jié)，工藝參數(shù)的過(guò)程控制能力基本達(dá)到了5.5西格瑪水平，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性高。

新型的防腐型式及生產(chǎn)工藝，智能化的生產(chǎn)線，與前三代產(chǎn)品相比，不僅環(huán)保，還大幅度降低了能耗。經(jīng)國(guó)家權(quán)威部門(mén)檢測(cè)，每噸護(hù)欄平均節(jié)煤100千克，減排250千克；年產(chǎn)100萬(wàn)噸可節(jié)煤10萬(wàn)噸，減少碳排放25萬(wàn)噸，降低幅度達(dá)77%。

應(yīng)用案例

我國(guó)經(jīng)度、緯度跨度較大，氣候狀況較為復(fù)雜。典型氣候特征有以下幾類：強(qiáng)紫外線氣候、強(qiáng)風(fēng)沙氣候、高溫高濕熱氣候、高低溫交變氣候、高酸堿鹽霧氣候等。針對(duì)這些不同的氣候，鋼護(hù)欄不宜采用通用的防腐型式。

京新高速公路

京新高速公路是從北京到新疆的高速公路，內(nèi)蒙古阿拉善盟臨白段采用了第四代鋼護(hù)欄。阿拉善盟有兩大典型氣候特征：強(qiáng)風(fēng)沙，千里戈壁風(fēng)力強(qiáng)勁，平均風(fēng)力在6級(jí)以上，風(fēng)中夾雜砂礫，對(duì)建筑物具有很強(qiáng)的磨蝕破壞能力，對(duì)涂層的破壞性更強(qiáng)；強(qiáng)紫外線，全年紫外線累計(jì)輻射量列全國(guó)之首。針對(duì)這種環(huán)境，超耐候、抗風(fēng)沙聚酯粉末的涂層耐磨性為常規(guī)聚酯粉末的3倍以上，抗紫外線能力達(dá)到1500h以上。產(chǎn)品投入使用至今2年左右，涂層厚度未見(jiàn)任何下降跡象，體現(xiàn)了良好的抗風(fēng)沙及耐候性能。

曲陸高速公路

曲陸高速公路是云南曲靖到陸良的高速公路，主要采用了第四代鋼護(hù)欄。該地有兩大氣候特征：強(qiáng)紫外線，全年紫外線累積輻射量在全國(guó)排名前幾位，尤其是夏季以外的其他季節(jié)；高溫高濕。這兩種因素對(duì)涂層的附著力是個(gè)極大的考驗(yàn)。在這種氣候特征下，超耐候、抗水滲透的聚酯粉末涂層在70℃的熱水浸泡試驗(yàn)下，1500h沒(méi)有任何的滲透、鼓包、脫落等問(wèn)題。該地護(hù)欄已使用一年以上，經(jīng)歷了四季的考驗(yàn)，從一處發(fā)生交通事故撞擊的護(hù)欄情況來(lái)看，涂層質(zhì)量依舊良好。