钢桥涂装防护配套体系

    简述了钢桥梁涂层配套的发展趋势及“量身定做”的涂装设计原则，并以老人牌桥梁漆配套为例进行了介绍。
    1桥梁涂层配套发展的趋势
    世界涂料发展力求符合“4E”原则，在此基础上，桥梁防护涂料产品结构不断变革和完善，直至近些年来出现的综合性能更为超强的聚硅氧烷涂料。桥梁防腐漆配套发展的最新趋势及特点如下：
    (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千膜厚度一般在200m以上，苏通大桥设计主配套总膜厚达320m，南京三桥主配套的总膜厚达380m。(2)涂料选择高档化。桥梁防腐的特点要求底漆附着力好、防腐性能突出、而面漆耐候性、装饰性要好、极侍的保光、保色性、耐久性。为此，高性能的耐蚀合成树脂(无机一有机合成树脂等)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(寿命周期费用最小化)。
   2涂装设计应遵循“量身定做”原则
    2．1根据桥梁所处的大气、化学腐蚀环境的差异根据国际标准ISO12944钢结构保护涂层
    腐蚀性环境分类标准和国家标准GB／T159571995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。
    2．2对桥梁防腐寿命的时间预期的长短
    一般来说，新建大型公路桥梁在涂装施上质量达标、建成通车后，在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桥梁防护涂层的有效使用寿命平均至少应达到(15～20)a，但国内也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)a。
    2．3桥梁结构与工况条件
    桥梁结构、形状与工况条件的不同，对表面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：(1)钢结构还是砼结构；(2)N箱梁、钢板粱、钢桁梁、钢管拱的确定；(3)悬索桥、斜拉桥、拱桥中的缆索、风嘴的特殊性；(4)桥梁结构中各部位工况及其小环境特点；(5)桥梁外观与色彩设计要求；(6)桥梁制造流程与涂装作业的衔接。
  2．4施工工艺水平的高低
    涂料的防护功能有阴极保护、缓蚀、屏蔽三种作用。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。
    2．5投资限制性因素
    涂装设计与任何设计一样，必须控制在投资允许的范围内，才是切实可行的。
    3“量身定做”的涂装系统举例
    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也有了新的发展，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。
    3．1．1聚氨酯面漆55210的改性
    老人牌桥梁漆经典配套选择双组分脂肪族聚氯酯面漆作为表面涂层。改性后的55210，主要是在组分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。
3．1．2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％，而现改用锌含量高达86％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锈颜料。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问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t故现一般改用浅色环氧涂料作内壁涂料。
3．1．3膜厚的优化
    液体介质渗透到涂层一金属基体界面的时间与涂层的厚度的平方成正比，与扩散系数成反比，这就是涂层厚膜化长效性的理论依据。
    虎门大桥、鹅公岩大桥、江阴大桥等桥梁的总膜厚为260m左右，防护涂层设计防护寿命均为15a；到了润扬长江大桥，防护涂层设计防护寿命提高到了20a，所以总膜厚也提高到了280μm。因此对于优化后的经典配套，认为把总膜厚控制在(280～320)um，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。
    3．2．1原理和主要反应
    利用有机无机混接技术，使两种材料形成一个化学键共享的聚合体网络，是聚硅氧烷的主要化学反应。混接技术主要有4个方面：有机基体、无机基体、互穿网络和真接枝。这些混接反应包括了脂肪族环氧改性聚硅氧烷、丙烯酸改性聚硅氧烷；丙烯酸尿烷改性聚硅氧烷、硅溶胶混接物和有机硅溶胶等。混接技术利用了有机物的最佳特性(容易加工、绕性、韧性、光泽和气温固化)和无机物的最佳特性(惰性、硬度、附着力和抗化学性、耐高温、耐候、耐紫外线和耐磨)等。
聚硅氧烷和聚氨酯涂料比较，最主要的是更好的保光保色性和不含异氰酸酯。达就在保护性方面及安全、健康和环保方面优于聚氯酯涂料。聚硅氧烷的杰出保光保色性来源于硅氧键的强度(Si_O—Si的强度为446kJ／mol)比碳一碳键的强度高(C—C的强度为358kJ／mol)，因此需要更高的能量才能把它打开。
    3．2．2保光保色性能试验
    在实验室根据ASTMG53-93做了聚硅氧烷涂料和聚氨酯涂料的加速老化试验(Quv)。结果显示，聚氨酯涂料在2O00h还能保持原始光泽的75％，到4500h光泽只剩下原来的10％左右。而聚硅氧烷涂料在45OOh时光泽仍然可保持到原始光泽的75％，8000h时光泽仍可达原来的45％左右(见图1)。
    4结束语
    桥梁在新建时，对于整个涂装合来说，其涂料费用所占很小，对于整个项目合同来说，甚至还不到1％。选择高性能重防护系统，无疑能降低涂料的寿命周期费用(LifeCycleCost，简称LCC)，即从项目的整个使用寿命过程来分析涂料的总的投资费用。来自北海海卜油田的经验表明，采用高性能涂料，如改性环氧漆、富锌漆、玻璃鳞片涂料、聚氨酯涂料和聚硅氧烷涂料等，根据LCC分析，总的费用可以节省25％～40％。所以桥梁涂装采用具有超强耐久性的涂装防护系统是老人牌关于桥梁涂装防护的核心理念。