鋼結構橋梁防護涂料與涂裝
一、前言
橋梁是人類最杰出的建筑之一，聞名遐爾的中國江陰長江大橋、潤揚長江大橋、美國舊金山金門大橋、英國倫敦橋、日本明石海峽大橋等，都是一件件璀璨的空間藝術品和城市的標志性建筑。2003年開工的蘇通長江公路大橋（主垮1088米）和2004年開工的中國香港昂船州大橋（主跨1018米），建成后在世界斜拉橋跨度排名中分列第一、第二位。隨著大型鋼橋的不斷出現，其防護涂裝問題已成為防腐工程界的重要課題。
二、鋼橋防護涂裝體系的發(fā)展歷程
從國內外的橋梁防腐涂裝變遷來看，橋梁漆的發(fā)展實際上反映了涂料工業(yè)的發(fā)展歷程。橋梁涂料的發(fā)展和使用，和涂料用樹脂和防銹顏料等助劑的開發(fā)應用有著密切的關系。每一種新的樹脂或涂料助劑的試用成功，都會取代以前的涂料產品而作為某一時期的代表性涂裝體系。
20世紀50年代，我國鐵路鋼橋防護涂料是以采用天然原料為主的低檔涂料，防銹性能差，部分橋梁在涂裝一年后就出現嚴重銹蝕。隨后，鐵科院和全國各大油漆廠家緊密合作，相繼開發(fā)出了305鋅鋇白面漆、紅丹防銹漆、醇酸316面漆。60年代，因醇酸316面漆的耐候較差，鐵科院研發(fā)了醇酸66面漆，改善了耐候性、增強了防腐蝕性能。70年代，出現了灰云鐵醇酸磁漆。1976年，南京長江大橋采用了云鐵聚氨酯底漆加灰云鐵醇酸磁漆的防護體系；武漢長江大橋防護采用了紅丹防銹漆加灰云鐵醇酸磁漆配套體系。一般此類醇酸配套的防護壽命可達5年以上，在橋梁運營過程中需要進行長期的維護。
我國公路鋼橋的大規(guī)模建設開始于20世紀80年代后期，主要用于大跨度的橋梁的建設。而同期的橋梁防護涂料形成了環(huán)氧富鋅、無機富鋅、環(huán)氧涂料、氯化橡膠等產品大量應用的局面。氯化橡膠面漆由于耐候性還是不強，兩三年后會有粉化，于是在90年代以后，耐候性突出的脂肪族聚氨酯面漆，特別是有著良好重涂性能的丙烯酸改性聚氨酯面漆，很快就取代了氯化橡膠面漆的使用。目前的橋梁大多數使用的面漆是丙烯酸改性聚氨酯面漆，比如江陰長江大橋、潤揚長江大橋、南京二橋、三橋和廣東虎門大橋、武漢白沙洲大橋、云南小灣橋等等。
三、橋梁涂裝技術的趨勢：
世界涂料發(fā)展力求符合“4E”原則，即經濟（Economy）、效率（Efficiency）、生態(tài)（Ecology）、能源（Energy），在此原則的基礎上，橋梁防護涂料產品結構不斷變革和完善；橋梁防腐漆配套發(fā)展的最新趨勢、特點如下：
1、高膜厚化：
這是重防腐涂料的重要標志之一。目前橋梁外部主配套的總干膜厚度一般在200μm以上，蘇通大橋設計主配套總膜厚達320微米；南京三橋主配套的總膜厚達380μm；
2、涂料選擇高檔化
橋梁防腐的特點要求底漆附著力好、防腐性能實出、而面漆耐候性、裝飾性要好、極佳的保光、保色性、耐久性。為此，高性能的耐蝕合成樹脂（無機-有機合成樹脂等）和新型的顏料（片狀鋅粉等）、填料及助劑的開發(fā)應用更加廣泛、深入；
3、高固體分、低VOC
盡量減少溶劑對環(huán)境的污染，開發(fā)、使用環(huán)境友好型涂料；
4、表面處理嚴格化
橋梁防腐涂料必須和金屬基體的嚴格表面處理相結合才能達到預期的效果；
5、高性價比
性價比最大化。
四、設計原則：
根據橋梁所處的大氣、化學腐蝕環(huán)境的差異性，按照ISO 12944《鋼結構保護涂層》腐蝕性環(huán)境分類標準和GB/T 15957-1995《大氣環(huán)境腐蝕性分類》，對橋梁所處的大氣腐蝕環(huán)境進行分級。
1、科學制定橋梁防腐預期壽命
一般來說,新建大型公路橋梁在涂裝施工質量達標、建成通車后對油漆涂層進行正常的維護及保養(yǎng)的前提下, 目前國際上一般認為大型新建鋼結構橋梁防護涂層的有效使用壽命可達到15-20年，國內有一部分大型新建橋梁防護涂層的設計有效使用壽命要求達到25-30年；
2、表面處理考慮
結構與工況條件 橋梁結構、形狀與工況條件的不同，對表面處理和涂裝作業(yè)的要求有很大的不同，是涂裝設計量身定做的重要依據。這些因素主要有： 鋼結構還是砼結構？ 鋼箱梁、鋼板梁、鋼桁梁、鋼管拱？ 懸索橋、斜拉橋、拱橋中的纜索、風咀的特殊性橋梁結構中各部位工況及其小環(huán)境特點橋梁外觀與色彩設計要求橋梁制造流程與涂裝作業(yè)的銜接；
3、施工工藝水平的高低
涂料的防護功能有陰極保護、緩蝕作用、屏蔽作用三種作用。施工工藝直接影響底材的表面處理、涂料的成膜質量，進而影響涂料防護功能的發(fā)揮。例如，富鋅漆涂在表面處理達不到Sa2.5等級的鋼表面，無法起到陰極保護的作用。 因此，現代橋梁涂裝特別強調：底材的表面處理、選用優(yōu)質的重防腐涂料、正確設計涂裝的油漆配套、嚴格控制現場的施工質量、加強運營過程中的維護與保養(yǎng)， 從而確保及延長橋梁的使用壽命。
4、防腐涂裝方案參考依據ISO 12944標準
| 大氣環(huán)境腐蝕性分類和典型環(huán)境案例 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 腐蝕性級別 | 溫性氣候下的典型環(huán)境案例（僅供參考） | |||||
| 外部 | 內部 | |||||
| C1很低 | / | 加熱的建筑物內部，空氣潔凈，如辦公室、商店、學校和賓館等 | ||||
| C2低 | 低污染水平的大氣，大部分是鄉(xiāng)村地帶 | 冷凝有可能發(fā)生的未加熱的建筑（如庫房、體育館等） | ||||
| C3中 | 城市和工業(yè)大氣，中等的二氧化硫污染以及低鹽度沿海區(qū)域 | 高溫度和有些空氣污染的生產廠房內，如食品加工廠、洗衣廠、酒廠、乳制品工廠等 | ||||
| C4高 | 中等含鹽度的工業(yè)區(qū)和沿海區(qū)域 | 化工廠、游泳池、沿海船舶和造船廠等 | ||||
| C5很高 | 高濕度和惡劣天氣的工業(yè)區(qū)域和高鹽度的沿海區(qū)域 | 冷凝和高污染持續(xù)發(fā)生和存在的建筑和區(qū)域 | ||||
| CX極端 | 具有高含鹽度的海上區(qū)域以及具有極高濕度和侵略性大氣的熱帶亞熱帶工業(yè)區(qū)域 | 具有極高濕度和侵蝕性大氣的工業(yè)區(qū)域 | ||||
按ISO12944-5:2007規(guī)范要求在不同腐蝕環(huán)境下不同使用壽命的涂層厚度要求,
| 等級 | C2 | C3 | C4 | C5-I | C5-X | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 其它 | Zn | Zn | 其它 | 其它 | Zn | |||
| 低等級 | 80 | 120 | - | 160 | 200 | 200 | - | - |
| 中等級 | 120 | 160 | - | 200 | 240 | 240 | 300 | 240 |
| 高等級 | 160 | 200 | 160 | 240 | 280 | 320 | 320/400/500 | 320/400 |
4.2 防腐年限要求
低等級：0~5年
中等級：5~15年
高等級：15年以上
五、夢能科技橋梁涂裝配套體系
| 腐蝕環(huán)境 | C4 | |||
|---|---|---|---|---|
| 使用壽命 | 15年以上 | |||
| 表面處理 | 基材表面采用噴砂、高壓水噴射或機械打磨處理等方式去除其表面的浮漿層、污染物，并獲得粗糙、堅硬的基材表面。同時使用環(huán)氧砂漿修補較大的孔洞。 | |||
| 涂裝部位 | 鋼結構底材為碳鋼 | |||
| 油漆涂層 | 產品名稱 | 配套稀釋劑 | 干膜(微米) | |
| 第一道 | 夢能無機富鋅底漆 | DreamZinc 88 | DreamThinner 25A | 70μm |
| 第二道 | 夢能環(huán)氧封閉漆 | DreamCover 150 | DreamThinner 17 | 120μm |
| 第三道 | 夢能氟碳面漆 | DreamDur 22F | DreamThinner 10F | 80μm |
| 總厚度 | 270μm | |||