環(huán)保型低表面處理環(huán)氧厚漿涂料在江蘇水工鋼結(jié)構(gòu)防腐維修中的應(yīng)用

許志敏，蔡一平，王 煦，許志剛，時(shí)小江，陸寶山

（1.江蘇省水利科學(xué)研究院材料結(jié)構(gòu)研究所，江蘇揚(yáng)州225002；2.江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇揚(yáng)州225000；3.如東縣水務(wù)局，江蘇南通226400；4.如東縣洋口外閘管理所，江蘇南通226400）

保護(hù)環(huán)境是我國的基本國策。從2014年開始，新《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》《中華人民共和國大氣污染防治法》《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)稅法》等一系列環(huán)保節(jié)能法律法規(guī)陸續(xù)出臺，對各行業(yè)和地區(qū)設(shè)定了不同的VOC 排放標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)定對VOC 含量高于420 g/L 的涂料品種征收消費(fèi)稅［1］。近年來，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會等部委陸續(xù)發(fā)布了GB/T35602—2017《綠色產(chǎn)品 涂料》［2］、GB30981—2020《工業(yè)防護(hù)涂料中有害物質(zhì)限量》［3］等涂料環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。在這一系列環(huán)保法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)下，涂料行業(yè)綠色化轉(zhuǎn)型升級已是必然趨勢。本文針對目前水工鋼結(jié)構(gòu)防腐維修中存在的高污染高能耗問題，通過環(huán)保型低表面處理環(huán)氧厚漿涂料在江蘇省揚(yáng)州市萬福閘淡水環(huán)境和江蘇省如東縣洋口外閘海淡水交界環(huán)境的應(yīng)用及跟蹤觀察，用外觀檢查和數(shù)據(jù)檢測的分析方法，闡述了該環(huán)保涂料及環(huán)保涂裝工藝替代傳統(tǒng)噴鋅加防腐涂料工藝的可行性。

1 水工鋼結(jié)構(gòu)防腐維修中存在的環(huán)保問題

目前，水工鋼結(jié)構(gòu)防腐維修采用較多的為噴鋅加涂料復(fù)合防腐技術(shù)。噴鋅加涂料保護(hù)需要將鋼鐵基面噴砂處理到sa2.5 級，才能保證涂層質(zhì)量，這種方法在各環(huán)節(jié)均存在不同程度的污染問題，特別是閘門維修工程如果進(jìn)行就地噴砂噴鋅噴涂，會造成嚴(yán)重的粉塵、有毒鋅塵、有毒溶劑揮發(fā)物及噪聲污染，鋼閘門運(yùn)行過程中鋅及未揮發(fā)的溶劑苯等溶解于水，還會造成一定的水域污染［4］。此外，噴砂噴鋅作業(yè)能耗非常高。水工鋼結(jié)構(gòu)涂裝中這些高污染高能耗問題的存在，越來越不能適應(yīng)國家環(huán)保政策和法規(guī)需求，亟需對涂料配方及涂裝技術(shù)進(jìn)行革新,以實(shí)現(xiàn)從源頭到過程使用的全方位環(huán)保節(jié)能控制。

2 環(huán)保型低表面處理環(huán)氧厚漿涂料

2.1 低表面處理涂料的特性

低表面處理涂料，又稱表面容忍性涂料。它可以涂覆在手工和動(dòng)力工具打磨至St2～St3級的鋼材表面、在帶閃銹和微銹的鋼材表面、在多種類型的舊涂層表面。與其他重防腐涂料相比，施工方便，對溫濕度等環(huán)境的適應(yīng)性也較強(qiáng)［5］。另外，由于不需要噴砂、噴鋅，環(huán)保施工的同時(shí)節(jié)省了涂裝配套費(fèi)用。

2.2 無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料的原理

HS無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料，該環(huán)保型涂料，系采用滲透性較好的低分子質(zhì)量無苯環(huán)氧樹脂溶液為主要成膜物質(zhì)，采用丙酮、乙醇為無毒環(huán)氧溶劑，采用無毒高效的改性磷酸鋅作防銹顏料，采用片狀結(jié)構(gòu)材料作顏填料并加入各種助劑配制而成，屬高固體分溶劑型涂料。

由于該涂料用改性磷酸鋅，可以和金屬表面的鐵銹反應(yīng)使金屬表面鈍化，所用小分子溶劑可與水共沸從而帶走鋼結(jié)構(gòu)表面的水分，因而可以容忍鋼結(jié)構(gòu)表面殘存的銹蝕、舊漆、閃銹及少量水份等；用葉展性顏料和304不飽和聚酯樹脂使涂料獲得良好的韌性；用成膜環(huán)氧樹脂溶液中的強(qiáng)極性基團(tuán)醚鍵和羥基對金屬底材有非常強(qiáng)的附著力；用屏蔽型顏填料具有良好的片狀結(jié)構(gòu)形態(tài)和級配組合，其疊合屏蔽效果使涂層的孔隙率非常低，如果采用2°~3°涂裝，則很少有貫穿孔，因而該涂料不需要噴鋅就可達(dá)到良好的防腐效果［6］。

2.3 HS無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料的性能

HS 無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料，不含苯、鉻等有毒物質(zhì)，固含量高達(dá)80%以上，VOC小于250 g/L，其各項(xiàng)環(huán)保性能均達(dá)到GB/T35602—2017標(biāo)準(zhǔn)的高固體分涂料要求，與GB30981—2020 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的普通溶劑型涂料環(huán)保性能相比具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢，見表1。

表1 HS無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料與普通溶劑型涂料環(huán)保性能分析

HS 無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料的各項(xiàng)技術(shù)性能達(dá)到或超過HG/T 4564—2013《低表面處理容忍性環(huán)氧涂料》［7］要求和JG/T224—2007《建筑用鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料》［8］標(biāo)準(zhǔn)中長效型防腐涂料的技術(shù)要求，并且?guī)тP、帶水涂裝性能良好，見表2。

表2 HS無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料的技術(shù)性能

3 環(huán)保型低表面處理環(huán)氧厚漿涂料的應(yīng)用

依托江蘇水利科技項(xiàng)目的支持，2013年和2021年，HS無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料先后在江蘇省揚(yáng)州市萬福閘淡水環(huán)境和江蘇省如東縣洋口外閘海淡水交界環(huán)境試用并跟蹤觀察，具體情況介紹如下：

3.1 萬福閘淡水環(huán)境的試用

萬福閘位于淮河入江水道上，建于20 世紀(jì)60年代，屬典型淡水潮汛環(huán)境閘門，水質(zhì)類別為Ⅲ類水。該閘共有65孔鋼閘門，2012年大修，采用噴鋅加涂料的維修方案，其防腐涂層配套見表3。結(jié)合閘門的維修加固改造，萬福閘采取將閘門從門槽中拿出噴砂噴涂的方法進(jìn)行施工，雖然避免了原位噴涂的弊端，但閘門提取需拆除排架，費(fèi)用非常高。

表3 萬福閘2012年大修鋼閘門防腐涂層配套

2013 年11 月，選擇銹蝕較為嚴(yán)重的30 號孔鋼閘門下扉門作為HS無苯無毒低表面處理涂料涂裝試點(diǎn)閘門，閘門涂裝高程為▽0.2~▽4.4m，涵蓋水上區(qū)、水變區(qū)和水下區(qū)3 種環(huán)境條件，涂層配套見表4。施工基面處理要求按GB/T8923.2—2008對閘門進(jìn)行手工和動(dòng)力工具除銹處理，除銹等級要求達(dá)到st2 或st3 級，施工方法為水平面刷涂施工。由于該閘門中間靠近橫向接縫以上約1m左右及橫向接縫以下銹蝕較嚴(yán)重，手工除銹處理時(shí)用鎯頭和普通鏟刀敲鏟再用動(dòng)力工具鋼絲刷清除，尚未能徹底將附著牢固的較厚銹層除去，除銹等級未達(dá)St2或St3級，若能用硬質(zhì)鎢鋼刀配合鎯頭敲鏟再用動(dòng)力工具鋼絲刷清除，除銹質(zhì)量會更好。這次涂料試點(diǎn)試驗(yàn)時(shí)已進(jìn)入初冬，有寒流影響，由于所使用涂料具有低溫潮濕施工性能，故得以順利完成現(xiàn)場試點(diǎn)試驗(yàn)工作。局部銹層較厚處手工除銹質(zhì)量不夠理想，預(yù)期會影響涂層的使用壽命，后期進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤觀察。

表4 萬福閘30號孔鋼閘門用無苯無毒低表面處理涂料的防腐涂層配套

此次實(shí)門試驗(yàn)后，每年對30號孔鋼閘門和其他各孔鋼閘門進(jìn)行跟蹤對比觀察。2020 年7 月7 日，涂裝近7 年，觀察到30 號孔鋼閘門HS 低表面處理涂料涂裝部位外觀情況良好，對比觀察其他各門孔使用噴鋅加防腐涂料的鋼閘門涂層，發(fā)現(xiàn)水上部位情況良好，水下部位涂層已有近1/3 出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。分析可能由于水下部位閘門維修前銹蝕較嚴(yán)重，噴砂處理不易徹底，影響了鋅層的附著力，從而影響了防腐壽命。 2021 年7 月10 日，涂裝近8年，觀察發(fā)現(xiàn)30 號孔使用HS 涂料涂裝部位有3塊涂層剝落，剝落尺寸約40 cm×20 cm 和30 cm×20 cm，剝落部位均在除銹等級未達(dá)St2 級的水變區(qū)，另外水上區(qū)面漆黃變較明顯。

2021 年7 月23 日，對涂層進(jìn)行現(xiàn)場附著力檢測，檢測結(jié)果見表5。從檢測結(jié)果看，HS 無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料在除銹等級達(dá)St2～St3級的水變區(qū)的附著力良好，為3.79~6.88 MPa；除銹等級未達(dá)St2～St3 級的水變區(qū)的附著力較低，為1.37 MPa，其中有3處附著力較低的涂層已脫落；除銹等級未達(dá)St2～St3 級的水下區(qū)的附著力較低，為0.81 MPa，但水下區(qū)涂層未脫落；水上區(qū)表面涂層黃化明顯，但涂層附著力達(dá)4.41~5.99 MPa，斷于面漆中層。與此同時(shí)，檢測的30號孔噴鋅加重防腐涂料涂裝部位水上區(qū)的涂層附著力為2.61 MPa，水變區(qū)涂層附著力為5.02 MPa。

表5 現(xiàn)場拉開法附著力檢測結(jié)果

從近8 年跟蹤觀察結(jié)果可得出如下結(jié)論：在淡水環(huán)境中，HS 無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料的防腐效果與噴鋅加涂料的復(fù)合涂層防腐效果基本相當(dāng)，但如果鋼鐵基面處理等級不達(dá)sa2.5 級，則噴鋅加涂料的復(fù)合防腐涂層使用壽命不如HS無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料?；嫣幚淼燃壊贿_(dá)st2 級，會降低低表面處理涂層的使用壽命。HS低表面處理環(huán)氧厚漿涂料在此次維修中突顯了其高基面容忍性高質(zhì)量的優(yōu)勢。

3.2 洋口外閘海淡水交界環(huán)境的試用

洋口外閘位于如東縣東北部，建成于2003 年，是一座7孔中型擋潮閘，其地處栟茶運(yùn)河入?？谔帲饕袚?dān)栟茶河等6 條河道的排澇任務(wù)，屬海淡水交界水環(huán)境，是沿海擋潮、排澇與通航相結(jié)合的水利樞紐工程。

該閘上游面周圍土地用于化工園區(qū)開發(fā)，水質(zhì)最差時(shí)為劣Ⅴ類水，鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)常處于酸性水質(zhì)中，表面涂層剝落非?？?；下游面受到黃海海水和污水的雙重侵蝕，水下區(qū)水變區(qū)涂層基本2 年時(shí)間就整體脫落。

2003 年該閘建成時(shí)鋼閘門的防腐涂層配套為噴鋅加氯化橡膠面漆3度，2003年建成后至2018年的15年間共進(jìn)行了4次噴鋅加涂料的防腐維修，平均不到4 年防腐維修1 次。2017 年開始，經(jīng)過環(huán)保治理，水質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)好，目前該閘上下游水質(zhì)均已達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。

2020年4 月，該閘的安全鑒定檢測發(fā)現(xiàn)，擋潮閘的閘門、防撞鋼板等鋼結(jié)構(gòu)水下區(qū)和水變區(qū)已出現(xiàn)局部銹蝕、涂層厚度變薄，水上區(qū)涂層則基本完好，而擋潮閘閘門兩側(cè)主滾輪銹蝕非常嚴(yán)重，已不能正常工作。10 月，對該閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固改造，鋼閘門采取從門槽中拿出進(jìn)行全面噴砂噴鋅噴涂的方法進(jìn)行防腐維修，鋼鐵基面的除銹等級為sa2.5級。其防腐涂層配套見表6。

表6 洋口外閘2020年大修鋼閘門防腐涂層配套

2021年3 月，將HS無苯無毒低表面處理涂料在洋口外閘鋼結(jié)構(gòu)上進(jìn)行涂裝試點(diǎn)，涂裝部位為擋潮閘1 號孔兩側(cè)防撞鋼板的上下游部分面積，具體位置為：①1號孔西側(cè)下游面主門槽和檢修門槽之間的防撞鋼板，尺寸為5 m×1.45 m，高程為1.5~6.5 m。②1號孔東側(cè)上游面防撞鋼板南邊緣，尺寸為2.1 m×1.2 m，高程為1.5~3.6 m。上游淡水面涂裝部位涵蓋水上區(qū)、水變區(qū)和水下區(qū)，下游海水面涂裝部位為水上區(qū)和水變區(qū)（由于海潮漲落落差較大，水上區(qū)以下均為水變區(qū)），鋼鐵基面的處理等級為噴砂處理至sa2.0級，涂層配套見表7。

表7 洋口外閘防撞鋼板無苯無毒低表面處理涂料試點(diǎn)試驗(yàn)涂層配套

本次現(xiàn)場實(shí)門試驗(yàn)日期為2021 年4 月17 日至2021年4月18日，天氣為多云，氣溫為4~18℃，施工時(shí)段為上午9：00-11：30 和下午14：00-17：00 各涂1度，系立面原位刷涂施工。涂料黏度為1 600 mPas，實(shí)驗(yàn)室一度涂刷厚度為100~120 μm，由于施工現(xiàn)場風(fēng)非常大，裝涂料容器敞口，溶劑揮發(fā)較厲害，使涂料黏度增大，造成施工涂膜實(shí)際厚度較厚，4度厚達(dá)650~800 μm，涂膜流掛較厲害。此次涂膜現(xiàn)場附著力測試結(jié)果為8.18~10.45 MPa，除一個(gè)點(diǎn)斷于底漆層外，其他均斷于面漆最表層或斷于膠面，說明涂層的實(shí)際附著力大于測試值。

洋口外閘樞紐加固改造工程于2021 年5 月28日完成水下驗(yàn)收，于2021 年6 月20 日開閘放水，目前HS 低表面處理涂料涂膜情況良好，今后將對其進(jìn)行持續(xù)跟蹤觀察，以驗(yàn)證其在輕度污染海淡水交界環(huán)境中的耐久性。通過此次現(xiàn)場立面涂裝試驗(yàn)，認(rèn)為今后施工方法應(yīng)改為高壓無氣噴涂，以避免溶劑揮發(fā)，并利用施工參數(shù)較好地控制涂層厚度，使涂膜不流掛，從而提高涂膜的質(zhì)量。

4 結(jié) 語

用新型防銹顏料和無毒溶劑研制的HS 無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料，VOC 含量低，各項(xiàng)技術(shù)性能達(dá)到長效型防腐涂料標(biāo)準(zhǔn)要求，可在低處理表面直接涂裝，不需要噴鋅，該類型涂料環(huán)保經(jīng)濟(jì)效益明顯，符合涂料綠色化高性能化資源節(jié)約化發(fā)展方向,在水工鋼結(jié)構(gòu)的覆涂維護(hù)方面使用前景十分廣闊。