水性帶銹防銹涂料在鐵路橋梁附屬鋼構(gòu)件上的應(yīng)用研究

楊紅波，李 耀，陳智濤，劉華民，鄭曉杰

（1.浙江圓融科技有限公司，浙江杭州 311265；2.杭州錢塔涂料玻璃有限公司，浙江杭州 311251；3.艾仕得涂料系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)（上海）有限公司，上海 200245；4.鄭州森塔化工有限公司，河南鄭州 450045；5.松山湖材料試驗室，廣東東莞 523808）

0 引言

鐵路橋梁上的附屬鋼構(gòu)件使用環(huán)境惡劣，長期遭受日曬雨淋、環(huán)境污染，以及橋上作業(yè)的人為影響，普遍存在嚴(yán)重的銹蝕現(xiàn)象。

傳統(tǒng)鐵路路橋維護涂裝根據(jù)《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》將鋼梁涂裝體系分為7套，其中對鐵路橋梁附屬鋼構(gòu)件采用的是第1套體系。該體系由2道紅丹酚醛（醇酸）防銹底漆、2道灰鋁粉石墨或灰云鐵醇酸面漆組成。這一涂裝體系，對現(xiàn)場作業(yè)有著嚴(yán)格的要求，除銹必須徹底，涂層必須隔天作業(yè)，在天窗維修作業(yè)條件下，已極難適應(yīng)現(xiàn)場的作業(yè)要求，造成涂裝質(zhì)量難以達(dá)標(biāo)，作業(yè)效率低下，嚴(yán)重影響到橋梁狀態(tài)的控制要求。因此，選擇一種簡便有效的涂裝方式就顯得非常必要。

同時，隨著環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格，傳統(tǒng)的油性涂料產(chǎn)品將逐步受到限制，特別是紅丹粉屬于有毒類重金屬，對人體損害和環(huán)境破壞較大，很多國家明確規(guī)定禁止將紅丹粉用于涂料的制備。而且紅丹粉受國家環(huán)保政策和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響，價格上升，成本增加，使用前景也受到了相應(yīng)制約。

只要簡單除去鋼構(gòu)件表面的浮銹、氧化皮和油污，就可涂裝水性帶銹防銹涂料，省時省工，可大幅提高涂裝作業(yè)效率，同時保證涂裝質(zhì)量，且對環(huán)境友好，對作業(yè)人員和大氣環(huán)境的危害小，涂層對基底有著良好的附著力，防銹性能優(yōu)異。因此，采用納米水性防銹涂料替代鐵路橋梁第1套涂裝體系，應(yīng)用于橋梁附屬鋼構(gòu)件的防腐涂裝，具有良好的實用價值和推廣應(yīng)用前景。

1 鐵路橋梁附屬設(shè)施鋼構(gòu)件的腐蝕特點及防護涂料的發(fā)展趨勢

1.1 鐵路橋梁附屬設(shè)施鋼構(gòu)件腐蝕特點

鐵路橋梁附屬設(shè)施鋼構(gòu)件長期暴露于大氣環(huán)境中，遭受陽光、風(fēng)沙、雨雪、霜露及一年四季的溫度和濕度變化作用，其中大氣中的氧氣和水分是造成戶外鋼鐵結(jié)構(gòu)腐蝕的重要因素，引起鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的工業(yè)氣體中含有SO2、Cl2、CO2、NO2、H2S、NH3等，這些成分雖然含量很少，但對鋼鐵的腐蝕危害卻是不可忽視的，其中以SO2的影響最大，Cl2亦會破壞金屬表面的鈍化膜。這些氣體溶解于水后呈現(xiàn)酸性，會形成酸雨，腐蝕金屬設(shè)施。

靠近沿海地區(qū)屬于海洋大氣環(huán)境，此類環(huán)境的特點是大氣中含有大量的鹽，主要為NaCl，鹽顆粒沉降于金屬表面，由于其具有吸潮性且會增大表面液膜的導(dǎo)電作用，同時氯離子本身具有較強的侵蝕性，因而加重了金屬表面的腐蝕程度，該環(huán)境對鋼鐵的腐蝕程度遠(yuǎn)高于內(nèi)陸大氣環(huán)境。

1.2 防護涂料的發(fā)展趨勢

隨著鐵路運營向高速、電氣化的方向發(fā)展，對鋼橋維修、大修的要求也不斷提高，不可能像以往那樣經(jīng)常在橋梁上進(jìn)行施工作業(yè)，這就要求我們研制出防腐性優(yōu)良、使用壽命更長的涂裝體系，同時對環(huán)境污染少，對施工人員身體傷害小。

（1） 高性能涂料

高性能涂料包括氟碳涂料、聚硅氧烷涂料、無機涂料、高強度聚天門冬氨酸酯涂料等，該類產(chǎn)品具有超常的耐候性、突出的耐鹽霧性和優(yōu)異的耐化學(xué)介質(zhì)性等，加強相關(guān)高性能涂料的研究和應(yīng)用是一個趨勢。

（2） 水性涂料

隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，鋼橋涂裝采用水性涂料是必然趨勢。水性無機富鋅底漆已在鋼結(jié)構(gòu)防護涂裝中得到廣泛應(yīng)用，在鋼橋上作為配套底漆也有使用；水性環(huán)氧涂料、水性聚氨酯涂料、水性丙烯酸涂料在鐵路站房維護、線上料維護等領(lǐng)域已經(jīng)有了一定的應(yīng)用。

（3） 復(fù)合保護材料

復(fù)合保護主要是在鋼橋表面電弧噴涂或冷噴涂金屬再涂覆防護涂料等。噴金屬保護始于1910年，國外在20世紀(jì)30年代已廣泛采用噴鋅涂層、噴鋁涂層保護鐵路和公路橋梁、各種水工鋼結(jié)構(gòu)和水電站設(shè)備、石油化工裝備以及船舶等。我國自20世紀(jì)50年代開始應(yīng)用至今也已經(jīng)有50余年的歷史。實踐證明，噴金屬防腐是一種長效、適用的防腐蝕方法。經(jīng)過90多年的發(fā)展，噴金屬已不單是噴鋅、噴鋁而且可以噴鋁合金、鋁鎂合金以及鋁稀土合金等；在噴涂工藝上也從火焰噴涂逐步發(fā)展為電弧噴涂甚至高速電弧噴涂和冷噴涂等。自2008年以來，電弧噴涂金屬再涂覆防護涂料方案開始在我國的港口碼頭、橋梁等領(lǐng)域得到應(yīng)用，如粵海棧橋工程。目前還有很多高要求的軍工設(shè)施采用復(fù)合保護材料的方案進(jìn)行苛刻環(huán)境下的防護。

2 新型水性帶銹防腐涂料的試驗研究

根據(jù)鐵路鋼橋附屬鋼結(jié)構(gòu)維護涂裝的特點，理想的涂裝體系必須滿足以下要求：

（1） 良好的防銹性能；

（2） 對基材的處理要求低；

（3） 涂層干燥快，涂裝間隔時間短，適應(yīng)天窗作業(yè)；

（4） 滿足一定程度的涂裝環(huán)境要求，適應(yīng)適度的溫濕作業(yè)環(huán)境；

（5） 材料本身不含重金屬、低VOC（揮發(fā)性有機化合物）排放，對環(huán)境及作業(yè)人員無不良影響；

（6） 施工簡單、快捷，便于操作；

（7） 良好的耐紫外光老化性能和耐化學(xué)品腐蝕性能。

2.1 水性帶銹防銹涂料的配方設(shè)計及性能研究

2.1.1 水性帶銹防銹底漆的基礎(chǔ)配方

水性帶銹防銹底漆的基礎(chǔ)配方見表1。

表1 水性帶銹防銹底漆的基礎(chǔ)配方Table 1 The basic formula of waterborne anti-rust primer with rust

選取生銹半年的鑄鐵構(gòu)件，涂刷水性帶銹防銹底漆，試驗效果見圖1。

圖1 水性帶銹防銹底漆的涂裝效果Figure 1 Coating effect of waterborne anti-rust primer with rust

從圖1中可以看出，水性帶銹防銹底漆可以將鐵銹徹底轉(zhuǎn)化，牢固附著于基材表面，確保整個涂層極高的致密性，對腐蝕介質(zhì)具備更加優(yōu)良的抗性。

2.1.2 配套水性防護面漆的配方設(shè)計

配套水性防護面漆為水性丙烯酸改性底面通用涂料，其基礎(chǔ)配方見表2。

2.2 涂層性能對比

依據(jù)TB/T 1527—2011《鐵路鋼橋保護涂裝及涂料供貨技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)技術(shù)要求，對水性帶銹防銹復(fù)合涂層部分技術(shù)指標(biāo)與原有的第1套涂裝體系做對比，結(jié)果見表3。

表2 水性丙烯酸改性底面通用涂料的基礎(chǔ)配方Table 2 The basic formula of water-based acrylic acid modified bottom-surface universal coatings

表3 涂層技術(shù)指標(biāo)對比Table 3 Technical index comparison of coating

3 水性帶銹防銹體系的施工及應(yīng)用

鐵路橋梁上的附屬鋼構(gòu)件長期存在嚴(yán)重的銹蝕現(xiàn)象。這些鋼構(gòu)件的維修涂裝作業(yè)是鐵路橋梁養(yǎng)護修中工作量最大、占比最多的作業(yè)項目，采用水性帶銹涂裝體系可以極大地減少除銹作業(yè)量，同時對施工環(huán)境和一線操作工人的身體損害情況有明顯改善。

3.1 表面處理

（1） 先用鏟刀、鋼刷去除銹蝕鋼材表面的浮銹、氧化皮及松動舊漆層；

（2） 用砂紙打磨鋼刷處理不到的結(jié)構(gòu)部位；

（3） 用油漆刷掃除鋼材表面的銹跡、灰塵等；

（4） 有油污的特殊部位需要用專用清洗劑進(jìn)行清洗。

3.2 涂層配套技術(shù)方案及施工

根據(jù)施工現(xiàn)場的條件，確定施工方式為輥涂及刷涂。水性帶銹防銹涂層體系配套技術(shù)方案見表4。

表4 水性帶銹防銹涂層體系配套技術(shù)方案Table 4 Matching technical scheme of waterborne anti-rust coating with rust system

在施工的同時，監(jiān)測周邊環(huán)境是否符合涂裝條件，測量并記錄天氣狀況和溫濕度等，適時調(diào)整涂裝間隔并進(jìn)行記錄。水性帶銹防銹涂層體系涂裝施工記錄見表5。

表5 水性帶銹防銹涂層體系涂裝施工記錄Table 5 Coating construction record of waterborne anti-rust coating with rust system

根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用試驗表明，該水性帶銹防銹涂裝體系應(yīng)用效果良好，涂層干燥速度快，復(fù)涂間隔短，外觀無不良瑕疵，整體效果良好。

4 涂層檢驗

（1） 涂層外觀：整體涂層平整、圓潤，無漏涂、流掛、針孔、起泡、桔皮、裹砂等表面缺陷及其他異常，外觀良好；

（2） 涂層厚度 ：嚴(yán)格按照ISO 2808—2007《色漆和清漆 漆膜厚度的測定》標(biāo)準(zhǔn)中的檢測方法測量濕膜、干膜厚度；

（3） 附著力：在涂層施工完畢及養(yǎng)護周期結(jié)束后根據(jù)技術(shù)要求規(guī)范檢測涂層附著力；

（4） 聯(lián)合鐵路站段相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行一次最終驗收檢查，簽署驗收總結(jié)報告。

5 結(jié)語

通過鐵路鋼橋附屬鋼結(jié)構(gòu)維護涂裝理論分析和試驗驗證，結(jié)合新型水性帶銹防銹涂料的現(xiàn)場試驗情況，得出如下結(jié)論：

（1） 原有的涂裝體系操作步驟繁瑣，對基材處理要求較高，費時費工。

（2） 受到鐵路天窗作業(yè)的限制，原有的涂層體系干燥時間較長，不利于施工。

（3） 水性帶銹防銹涂裝體系涂層性能滿足現(xiàn)有的鐵路鋼橋附屬鋼結(jié)構(gòu)維護設(shè)計需要，部分性能優(yōu)于原有涂層體系。

（4） 水性帶銹防銹涂料體系無毒、無污染，符合環(huán)保發(fā)展趨勢。

（5） 水性帶銹防銹涂料體系施工簡便，僅需對基材進(jìn)行簡單處理；涂層干燥快，復(fù)涂間隔短，完全能適應(yīng)鐵路天窗作業(yè)。

該水性配套涂層體系可廣泛應(yīng)用于鐵路橋梁護欄、站房、雨棚及線上鋼軌料等鋼結(jié)構(gòu)的帶銹涂裝?？赏茝V至公路交通、管線、鋼結(jié)構(gòu)維護等領(lǐng)域。