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    氟碳涂料在杭州湾跨海大桥钢箱梁防腐工程中的应用 宁波高新区东升科技发展有限公司 姜才兴 周福根 0前言: 当今世界最长的跨海大桥----杭州湾跨海大桥(以下简称大桥)从2002年4月20日国家计委立项批文、2003年11月14日打下第一根钢管桩始,历经1336个日日夜夜,已于07年6月26日全线贯通,现进入附属工程和妆靓阶段,将于2008年6月投入公共使用,8月8日北京奥运会开幕之前峻工.一条长达36km的彩虹将从宁波慈溪庵东飞堑东海抵嘉兴洋山郑家埭,使港口城市宁波到最具时代气息世界级名城上海的距离缩短了一半、120km,实现了百年来宁波人梦寐以求的理想. 为了确保大桥工程设计100年的使用寿命,根据大桥区域的腐蚀环境进行了相关科学试验和研究,吸纳了国内外跨海大桥建设经验,综合现有科研成果,制定了以优质涂层作为大桥钢箱梁涂装体系.本文介绍钢箱梁应用的防腐涂料,不妥之处谨请指正. 1 腐蚀环境特点及对涂层的要求 1.1 腐蚀环境特点 杭州湾是世界三大强潮湾之一,风浪大,潮差高、海流急(平均3m/s、最大5m/s);海水溶解氧含量大(6.21~8.89mg/L),氯离子含量变化大(5.94~15.91g/L),含砂量大(0.041~9.6kg/ m3),海域中还富含海蛎子等海生物(1). 杭州湾海域属亚热带季风气候,冬冷而干燥,夏暖热湿润,雨量充沛,最低-11℃、最高39.7℃、年均日照2000h、年日幅射量4500兆焦耳/ m2,相对湿度平均80%.处于工业性中等酸度、高盐度的大气环境(2). 1.2 对涂层的要求 由杭州湾的环境,按ISO12944《钢结构涂层腐蚀环境分类标准》及JT/T695-2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》衡量,属于高盐度的恶劣大气的工业区域(C5-1)腐蚀环境,同时根据大桥寿命100年的设计,要求涂层是高等级(寿命>15a). 2 大桥主体结构钢箱梁涂层性能要求及选材 2.1 概况 大桥主航道孔分南北两个,北航道距北岸3km、主跨448m、呈钻石型,净高47m,采用双塔双索钢箱梁斜拉结构,塔高178m.南航道跨度318m,呈A字型,净高42m,采用单塔双索钢箱梁斜拉结构.需用钢箱梁(含钢锚箱)109片,长32m,宽度从2.4m~9.0m,最量达到193~260T,累计重达3.8万T,加上附件,用钢量约6万T,涂装表面积20万㎡(3). 钢箱梁是大桥的主体和重要组成部份,因此对钢箱梁的防护工程十分重视,设计涂料层寿命为30年,按大桥100年的设计寿命,需三次对保护涂料层进行大修. 2.2 涂层配套体系 鉴于大桥处于较严重的沿海和工业大气腐蚀环境,根据国内外钢桥的防腐设计要求,实地涂料样板挂片对比试验和专家论证,选定大桥钢箱梁(含锚箱)的内外表面的防护涂装方案和涂层配套方案为"表面喷涂铝—封闭漆—中涂—氟碳面漆"的复合保护层,特殊部位采用"富锌底漆—封闭漆—中涂—氟碳面漆.箱梁内表面采用150?m厚度的无溶剂低表面处理环氧树脂漆.具体涂料品种及涂装工艺如表1. 表1 大桥钢箱梁(含锚箱)涂装配套体系 涂装项目产品型号 度数 干膜厚度(?m) 内表面防腐 钢板预处理:清洁度:Sa2.5级,粗糙度:40~80?m / / 低表面处理环氧树脂漆(1670),一次喷涂150?m厚度成型. 醇溶性无机硅酸锌车间底漆 22 1 30(临时) 二次表面处理:清洁度:Sa3.0级,粗糙度:50~100?m / 大功率二次雾化电弧喷铝 / 200 富锌底漆 72 2 80 环氧专用封闭底漆 269 2 / 环氧云铁中间漆 475HS(010) 1 2 50 100 氟碳树脂面漆 DFC-gi 2 2 80 80 合计56330 260 通过竞标,多轮筛选,优胜劣汰,面漆采用宁波高新区东升科技发展有限公司的"耐阳"牌DFC-gi氟碳涂料,底漆、封闭漆、中层漆采用世界上排名第一的著名涂料公司阿克苏诺贝尔(AKZ0、Nobel)工业油漆(苏州)产品. 对涂料产品的性能要求及检测方法,以国标、行标为基础,又提出工程须达到的特殊指标,主要有四项,其一对富锌底漆的含锌粉含量≥86%(HG/T 3668II型≥70%,I型≥80%),其二对氟碳涂料的氟含量≥24%(HG/T 3792≥18%),其三配套涂层间附着力(拉开法)≥6Mpa(TB/T2772为4Mpa),其四,氯离子渗透率 mg/cm(100um)为1.5*10-4. 钢箱梁在室内工场进行,表面处理按GB/T8923标准要求进行喷砂处理达Sa3.0级,去尘、去油污,喷电弧铝层200um,喷封闭漆、中层漆及第一道面漆,分层检验涂膜达标合格后,运到大桥工地安装,对涂膜进行全面修补,对焊件等涂装喷涂,然后全面喷涂最后一道面漆. 钢箱梁内表面,进行除锈、去污、喷涂150?m厚低表面处理环氧树脂漆. 2.3 涂层面漆技术要求及检测结果 氟碳树脂面漆技术指标及复验检测结果如表2 表2 "耐阳"牌氟碳树脂面漆技术指标及复验结果 复检项目HG/T3792 Q/KDB001 工程技术 要求检测结果 检测标准 不挥发份%(混合后:105℃,3h) ≥50 ≥50 ≥60 63 GB/T6751 流出时间S(ISO,6号杯) 30 ≥50 52 GB/T6753.4 干燥时间,h ≤ 表干 2 2 ≤2h 0.5h GB/T1728 实干 24 24 ≤24h 24h GB/T1728 细度/?m 商定 ≤40 ≤30 20 GB/T6753.1 弯曲性能mm ≤ 3 ≤2 ≤2 2 GB/T6742 冲击强度kg.cm ≥ 40 50 50 50 GB/T1732 耐磨性mg(2000转/1kg) / / ≤30 28.5 GB/T1768 附着力Mpa ≤ 级,1 级,1 ≥6 6 GB/T5210 耐冻融性 / / 5次循环 无异常 JG/T25 氟树脂的氟含量% ≥ 18 18 ≥24 25 能谱仪法 耐盐雾性 h * 1000 正常 3000 正常 4000 正常 5000 正常 GB/T1771 耐人工气候老化 h * 2500 正常 3000 正常 3000 正常 5000 正常 GB/T1865 氯离子渗透率Mg/cm(100?m) 正常 正常 1.5*10-4 1.5*10-4(62?m) JTJ275-2000 耐酸性(168h) 正常 正常 正常 GB/T9274 耐碱性(168h) 正常 正常 正常 GB/T9274 适用期(5h) 通过 通过 通过 通过 重涂性 重涂无障碍 重涂无障碍 重涂无障碍 重涂无障碍 容器中状态 搅拌后均匀无硬块 搅拌后均匀无硬块 搅拌后均匀无硬块 搅拌后均匀无硬块 涂膜外观 ** 正常 正常 正常 正常 目测 配套涂料层间附着力MPa 6 12 GB/T 5210 *指不起泡、不生锈、不脱落. **指涂膜均匀,不流挂、发花、针孔、开裂和剥落等病态. 从复检结果表明,"耐阳"牌氟碳树脂面漆的氟树脂中氟含量、耐盐雾性、耐人工老化性大大超过行标(HG/T3792),也超过大桥工程提出的要求,其耐磨性、抗氯离子渗透性指标也优越. 2.4 钢箱梁防护涂层寿命预测 按照大桥钢箱梁电弧喷涂铝加涂层的防腐涂装配套方案对防腐寿命的估算,主要依托电弧铝喷涂的寿命.根据资料"电弧喷铝层在中性盐雾试验的腐蚀速率为0.0012g/㎡·h,即年腐蚀量为4.6?m/a,由此可推算,工程喷电弧铝层设计厚度≥200?m,仅铝层的耐蚀寿命为43.3a(4),再加上中间涂层50?m,氟碳面层80?m,对铝层加以封闭的协同保护效应,耐蚀寿命将较大幅度超过预期. 参考荷兰热浸(喷)锌研究所在长达20年的研究中得出的等加效应规律,即在镀锌层表面复涂重防腐涂料后,复合涂层的防护年限为锌层防护年限(A)与重防腐防护年限(B)之和的1.5~2.4倍(5).据此铝镀层为43.3a,封闭漆+中涂+氟碳面漆预测>10a(设计为30a,考虑不可预测因素,充分留有余地). 则复合涂层的寿命c=(A+B)*1.5=(43.3+10)*1.5=79.95a 如果按30a计c=(A+B)*1.5=(43.3+30)*1.5=109.9a 考虑留出一定腐蚀余量,以及对防腐涂料层维护正常,按时重涂,整个复合涂层在大桥使用年限内,只要进行一次大修即可. 如果对防腐涂层无意外损伤、妥善保养,对复合涂层未出现不可抗拒的天灾(地震)人祸(碰撞、战争),则大桥按100年运行计算,无需大修. 3 施工工艺及质量控制 3.1 涂料喷涂工艺 涂料(氟碳树脂面漆)喷涂作业主要采用高压无气喷涂方式,结合刷涂,刷涂料只在预涂和局部修补时采用.同时规定由专业调漆师调漆,调配前用搅拌机将各组分搅拌均匀,并进行过滤,配制时注意涂料二组份混合后的熟化期和使用期;按照涂料产品说明书的要求严格按涂料涂装重涂间隔时间的要求进行喷涂施工,重点关注施工环境、重涂间隔与涂料基料及其固化剂的混合比,稀释剂允许添加量,工艺参数详见表3.(6) 表3 涂料喷涂工艺参数表 涂料品种 混合重量比 稀释剂体 喷嘴孔径 出口压 喷射距离 喷射角度 移位速度(基料:固化剂) 积/mm 力/Mpa /mm mm·s-1 氟碳树脂面漆 15:1 0~10% 0.46 15 500 75~90 1 800 对稀释剂允许添加量,应指出,只有当喷涂时感到涂料粘过大才加些稀释剂,通常无需加稀释剂即可施工. 现场涂料面漆先进行表面净化工作:用铲刀、毛刷等工具清除表面污物残渣;用配套清洗剂或稀释剂清除表面油污,用高压淡水冲洗表面,除去可溶性盐份、灰尘,最终得到清洁干净无油、无水、干燥的表面,以保证面漆附着力及良好外观. 3.2 施工环境控制 氟碳树脂面漆喷涂的施工环境应满足相应的环境控制要求(见表4),同时,施工场地要满足涂装工件的放置时限周转需要;空气处理系统正常运行,保证提供无油、无水、干燥的压缩空气;涂装厂房内照明光线均匀,光线照度满足操作者在操作时能观察清楚工件表面的状态. 表4 施工环境控制要求 控制项目 控制要求 检测方法 记录频次 环境温度 5~38 温度计测量 每2h干湿球温度计测量再查表换算, 相对湿度 ≤ 80 或直接接用仪器测量空气湿度 每2h钢板表面湿度 ≥ 空气露点温度+3 钢板表面温度仪测量 每2h空气露点 由干湿表查出或露点计 每2h3.3 过程控制(见表5) 表5 施工过程控制点 项目 检查事项 检测方法及使用仪器 1 压缩空气的清洁检查、风压检查 滤纸、棉布、压力表等 2 环境要求 现场监控、干湿温度计、露点计 3 涂料、涂装设备、喷涂过程 涂料批号记录、技术服务的现场指导 4 非涂装区域的保护 根据设计要求与施工工艺要求 3.4 涂层质量控制 按杭州湾跨海大桥防腐设计和涂层质量标准控制要求,每10m2测3~5个基准面,每个基准面采用三点法测量厚度,钢箱梁外部总测量平均值90%达到或超过规定厚度,未达到规定厚度的测量值不低于规定厚度的90%;附着力,每个梁段测量,外观100%检查,漆膜连续、平整,颜色与色卡一致,无不良缺陷. 4 结束语 通过对氟碳涂料防腐性能检测和对比及施工后涂层的质量检验,作为重防腐配套体系的面漆,首次应用到大型钢结构桥梁防腐工程,已于2007年10月全部竣工,与传统及现有涂装体系相比,具有更佳的性价比和可靠的质量保证,而且已纳入日本道路协会的《钢结构桥梁涂装、防腐蚀便览》规范、TB/T1527《铁路钢桥保护涂装》标准等多种标准、规程、规范的涂装体系中,将广泛应用於大型桥梁纲结构的防腐工程中. 2008年2月23日 参考文献: 吕忠达、陈涛 杭州湾跨海大桥防腐蚀技术研究与应用,现代桥梁结构防腐蚀技术论坛文集(2006年上海)P14 宁波气象 2003版 宁波气象局 创新世界--桥 宁波晚报 2006.6.24 一版 范卫国 李森林等 琼州海峡铁路栈桥钢梁长效防腐蚀涂层试验研究 第24次全国涂料工业信息年会暨第4届国际防腐蚀涂料及海洋石油工业防腐技术研讨会(2007年北京)论文集 P275 李敏风 栏污栅钢质锁定涂层翻新工艺 上海涂料 2006(44)8.44 武锋等 氟碳涂料在大型钢桥防腐中的应用 2007年氟碳涂料工业年会论文集 P11 主题:投稿 摘要:通过对杭州湾跨海大桥钢箱梁防腐涂层工程设计应用、配套涂料、涂装工艺及检测结果进行了综述,提供了百年跨海大桥钢箱梁的防腐涂层科学依据和工程实例. 关键词:大桥 氟碳 防腐涂料 单位:宁波高新区东升科技发展有限公司 地址:宁波高新区江南路1757号 邮编:315103 电话:0574-88369811 传真:0574-88483918 E-mail:zfgen@163.com 联系人:周福根 作者简介:姜才兴,男,大专毕业,董事长兼总经理,经济师,浙江省包装协会副理事长,中国化学学会涂料涂装专业委员会氟涂料分专业委员会付理事长,宁波市涂料行业协会付会长,2001年开始开拓、领导、组织氟碳涂料的研究、应用和施工,发表有关氟涂料专业论文10余篇并数次获奖,为公司产品应用在青藏铁路、杭州湾大桥、重庆万州长江大桥等国家重点工程作出贡献,为推动氟碳涂料的发展做了不懈努力.
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