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鋼筋混凝土濕固化涂料的研究與應用,介紹了濕固化涂料的研究及應用情況,針對普遍存在的問題提出了建議和意見,指出鋼筋混凝土潮差區濕固化防護技術有著廣闊的應用前景
2019年10月28日    閱讀量:1030    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 前言

目前海洋資源綜合開發利用已成為我國經濟持續發展的重要政策,港口碼頭、采油平臺、跨海大橋、濱海電廠、大型船舶等海洋工程設施建設速度和規模已不斷擴大,這些設施通常都是由鋼鐵結構或鋼筋混凝土結構構成,由于海洋腐蝕環境十分苛刻,為保證其安全運行和可靠的使用壽命,上述海工設施表面都必須采取有效的防護措施。


海洋腐蝕環境一般分為大氣區、浪濺區、潮差區、全浸區和海泥區,因受到潮汐、海浪等干濕交替的影響,浪濺區、潮差區的腐蝕最為嚴重,而由于浪濺區特殊的腐蝕環境,目前常規的涂層防護、陰極保護以及外加電流防護等措施保護的綜合效果均不很理想。


國內外眾多涂料涂裝企業(如阿克蘇諾貝爾、關西、佐敦、赫普、北航、廣州四航、大連振邦、725所等)針對浪濺區防護先后開展可在潮濕混凝土基體表面固化的防腐涂料及底、中、面涂層配套體系的研究,其中封閉底漆具有對潮濕混凝土基體表面很好的潤濕性、滲透性、耐堿性和優異的附著力,具有較快的固化速度,可以在較短時間內浸水并能抵抗水流波動的沖擊,涂料浸水后還可繼續在水下固化;中間漆除具有常規中間漆性能外,也具有較快的固化速度;


面漆則具有相應的耐候性、耐磨性和快干性能;雖然2~3 a的應用效果并不十分理想,但實驗室研究以及小區試驗都表明整個涂層體系能夠在高濕度下和潮濕混凝土表面上施工,涂層預計至少有10 a以上的保護性能中國建材網cnprofit.com

 

1 濕面固化涂料研究情況

1.1 底漆和中間漆

早期涂料業內主要研發濕固化底漆或中間漆的主要思路是濕固化涂料中A組分(環氧樹脂部分)和普通環氧涂料區別不大,關鍵是B組分(固化劑部分),采用新型固化劑可賦予涂料濕固化能力。國內中交四航院比較早地開展了濕固化環氧涂料的研究工作。其產品主要采用了低分子環氧樹脂與改性胺、酚醛亞胺混合固化劑,并搭配硅烷偶聯劑,實現在潮濕及帶水的鋼及混凝土表面的涂裝,施涂初期涂料未固化前受潮水、海浪沖擊而不溶散離層,水中固化后涂層黏結強度達到滿足1.5 MPa的標準要求。其主要配方見表1、不同施工養護條件下涂層黏結強度見表2。

早期濕面固化重防腐涂料基本配方

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濕面固化重防腐涂料不同施工養護條件下涂層黏結強度

北京航天材料研究院是我國濕固化涂料研究領域投入最全面深入、取得研發成果最突出的機構,研制了性能優異的濕固化環氧封閉底漆、濕固化環氧厚漿漆、快干型氟碳涂料等系列濕固化配套產品,其濕固化重防腐涂料采用中、低分子量環氧樹脂,配制酚醛胺、酮亞胺混合固化劑研制而成,可常溫固化、性能優異。先后設計用于杭州灣跨海大橋、曹妃甸1#橋等工程的潮差區防護中,并取得良好效果。濕面固化重防腐涂料基本配方見表3。

濕固化重防腐涂料基本配方

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我國其他企業及研究機構也都開展了相應研究工作,如洛陽725所對濕表面環氧封閉底漆展開了相應研究[7],并在杭州灣大橋中獲得應用。

1.2 面漆

初期潮差區濕固化涂裝配套體系的面漆均采用常規的聚氨酯、氟碳等面漆產品(參見表4、表5、表6),隨著潮差區防護工作越來越引起業主、設計、監理、施工等單位的重視,涂料廠家陸續開發了專門針對潮差區的專業型面漆產品。

杭州灣大橋表濕區混凝土表面涂裝配套體系

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曹妃甸大橋潮差區的混凝土結構涂裝配套體系

725所杭州灣大橋表濕區涂裝配套體系



1.2.1 濕固化聚氨酯面漆研究

20世紀90年代美國就開發了單組分濕固化聚氨酯防腐涂料,以3道單組分濕固化聚氨酯涂料配套(總干膜厚度190 μm)在橋梁鋼結構維修上進行了成功的應用試驗。我國溫州市龍灣立得達防腐蝕材料廠同期也開展了單組分聚氨酯防腐涂料的研發應用工作并就獲得原化工部、浙江省的獎勵和行業應用推薦。洛陽科恩的詹忠賢、華南理工大學的吳敏等先后對濕固化聚氨酯涂料進行了試驗和研究,制備出了彈性、強度、耐候性等綜合性能良好的濕固化聚氨酯涂料。


美國、德國、加拿大等國20世紀80年代開發生產了一種單組分濕固化聚脲/聚氨酯重防腐涂料。該產品具有優異的耐磨性、優良的耐化學品性和耐油性、優異的附著力,使用環境寬,能在低溫(-10 ℃)、高濕(RH≥95%)下固化成膜,施工簡便,可在低溫-40 ℃、高溫180 ℃環境下長期使用,該涂料綠色環保,無苯類溶劑、無催化劑,施工中無公害[14]。美國SWD公司已將該產品的生產技術帶到中國上海,并在南浦、楊浦、徐浦3座大橋的維護工程上獲得成功應用(見表7)。

SWD防腐涂層維修涂裝配套體系

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1.2.2 快干型氟碳面漆研究

北航的劉偉等人針對現有常溫交聯雙組分氟碳涂料對水汽敏感,造成涂層變脆、失去韌性,最終促使涂層剝落、開裂的問題,選用含有活潑的—NCO基團預聚體的異氰酸酯固化劑、羧酸鹽類有機金屬化合物固化促進劑研制了快干型氟碳面漆,當涂料施工在潮濕表面時,能與潮濕表面上微量的水分以及羥基等活性氫基團發生化學反應,生成脲鍵結構,在保證涂層的各項性能指標的同時,提高了氟碳涂料在潮濕表面的適應能力。該快干型氟碳涂料配套體系在唐山曹妃甸工業區1#橋的防腐施工中獲得成功應用,配套體系見表8。

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曹妃甸1號橋混凝土結構表面潮差區快干型氟碳涂料涂裝配套體系

2 濕固化涂料的應用

2.1 濕固化涂裝工藝

潮差區混凝土涂裝施工難度很大,很多部位位于海中;海中承臺等部位搭建施工平臺或施工吊籃;施工階段只能處于落差間隙施工;海上陰雨、霧天多,可供施工時限很短。潮差區施工主要工藝流程如下[15]:基層檢查→基層處理→表面處理→涂封閉漆→刮膩子、打磨→涂裝中間漆→涂裝面漆。杭州灣大橋潮差區混凝土表面涂裝施工關鍵環節的要求如下:

(1)混凝土表面處理。采用高壓水(壓力不小于20MPa)清潔,或者使用各種動力打磨工具等方法,徹底除去混凝土表面上的不牢灰漿、尖角、碎屑、海生物、苔蘚、油污等污染物及其他松散附著物,必要時可用適當溶劑抹除油污。

(2)清理后的混凝土表面,用飲用水沖洗干凈,混凝土表面應無油污等影響涂層質量的物質,并用濕固化改性環氧膩子修補平整。飲用水沖洗后殘留在混凝土表面上的水珠、水跡,可用棉布、海綿等吸濕工具抹去,或用壓縮空氣吹干,涂裝前的混凝土表面應無明顯的流水、滲水現象,盡量使混凝土表面處于表干狀態。

(3)在混凝土涂層上涂裝下一道涂層前,應對上一道涂層進行表面清潔,應使用飲用水徹底除去涂層面上的鹽分、泥塵、油污等污染物,可用清潔劑清除油污。如上一道涂層太光滑影響下一道涂層的黏結強度,應對上一道涂層進行打毛處理。

(4)優先采用高壓無氣噴涂方法施工。當條件不允許時,可采用刷涂或滾涂。

2.2 濕固化涂裝工程

濕固化涂裝工程主要集中在沿海的港口碼頭、石油平臺、跨海大橋等工程,典型性工程見表9。目前在建的嘉紹大橋、廈漳跨海大橋、港珠澳大橋等重大橋梁工程其潮差區鋼筋混凝土表面防護也將采取濕固化涂裝配套體系。

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國內潮差區混凝土濕固化配套體系應用的典型工程實例

3 問題及改進

3.1 現有技術工程應用情況

某海灣大橋A在我國較早采用了濕固化涂料涂裝體系用于混凝土橋墩(潮差區)及承臺的防護,5 a后檢查發現橋墩潮差區涂層配套體系存在明顯破損、脫落現象(見圖1),整個配套體系沒有達到10 a設計壽命要求。某海灣大橋B是國內大規模應用濕固化體系涂料的典型性工程(50萬m2),大橋涂裝3 a后檢查發現,橋墩尤其是承臺的潮差區涂層配套體系已出現明顯破損、脫落等現象(見圖2)。

某海灣大橋C,其承臺、墩柱在混凝土齡期18 d后開始涂裝,但大橋還未架梁潮差區已涂裝的更接近海面的部位即出現海生物附著侵蝕、部分涂層破損脫落現象(見圖3)。

某跨海大橋A潮差區墩、臺涂裝應用情況

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某跨海大橋C潮差區橋墩涂裝應用情況

根據現場調研、工程跟蹤等情況來看,目前潮差區鋼筋混凝土結構表面的涂裝防護效果整體評價很不理想,也影響了濕固化涂裝配套體系的可靠性及進一步的推廣應用。出現上述防護問題的主要因素有原材料質量、施工工藝、質量監控以及日常維護。

3.2 問題分析及建議

青島海灣大橋潮差區混凝土涂裝前對混凝土齡期與涂裝時間進行了嚴謹的試驗研究,確認齡期18 d后混凝土涂裝并不影響自身及涂層質量[16];杭州灣跨海大橋、青島海灣大橋、嘉紹大橋等工程業主在潮差區混凝土涂裝前均對擬選用的涂料、現場涂裝工藝、小區試驗涂層質量進行了嚴格的質量檢測和評定。生產廠家也對涂料質量和涂裝工藝進行了全面的研究和測定,研究及試驗結果均表明所選的涂料及涂裝工藝不存在明顯的技術問題。現場考察表明,海生物侵蝕、海上異物撞擊等均不是導致涂層質量問題發生的主要原因。

綜合以上信息并結合現場施工情況,筆者認為主要問題應在于涂裝質量、現場管理和涂料質量。

3.2.1 涂裝質量

潮差區施工難度較大:潮差區施工面較長時間經受海水浸泡、沖刷,表面附著大量的海生物、淤積污物,處理難度和工作量大,質量要求高;適于涂裝作業的時間較短,個別區域甚至只有2 h;表面處理工藝需要使用飲用水,飲用水的供給與使用難以保證;橋墩、承臺均單獨分立,相互之間移動需要船渡或梁上穿行,而人員上下墩臺施工則需要梯架或者吊籃,施工人員額外體力消耗加重;潮差區施工面小,施工人員幾乎是單兵作業,質量難以保證,如此等等。潮差區特殊的施工條件,給涂裝質量帶來了眾多隱患,特別需要施工企業、作業班組切實為一線施工做好各項后勤保障工作。

3.2.2 現場管理

現場管理雖然涉及人、機、料、法、環等諸多因素,但潮差區涂裝管理焦點在于施工人員的管理上。目前大型涂裝工程施工一般從總包到專業分包再到勞務分包,一線施工人員即使具備了相關資質,但大部分人員不具備過硬的作業能力,面對潮差區特殊作業條件其工作質量難以保證;由于作業面等條件限制,現場質檢、監理等質控人員力量難以保證,也無法做到管控到位;更重要的一點則是,如果嚴格按照設計工藝組織施工,潮差區涂裝成本將顯著增加,這些因素必然影響了施工質量。涂裝工作大部分屬于隱蔽工程,施工企業必須加強對一線人員的操作技能、質量意識及責任心教育培養工作。

3.2.3 涂料質量

專業人員的研究試驗發現,濕固化產品在配方設計、原材料及助劑選擇等方面都需要嚴格試驗控制,即使質量優異的濕固化產品,在涂裝后即浸水24 h條件下,其附著力也大幅下降了25%;廣州港灣工程質量檢測文件顯示,杭州灣大橋潮差區涂裝試驗中,11家企業中有廣州四航、杭州三溢的底層涂層是在混凝土表面潮濕狀態下進行涂裝的,其他單位則是在混凝土表面自然干燥、吹干或烘干至混凝土表面發白的狀態下進行涂裝施工的,即便如此甚至一些參試的國際知名廠家產品也仍沒能達到1.5MPa涂層基本黏附強度要求;另外濕固化涂層配套體系不僅要考慮濕固化涂裝要求,還要滿足抗氯離子滲透、耐堿性以及耐候性等諸多要求,測試中出現“涂層試驗單位有相同或近似的涂層系統設計,但檢測結果卻有很大的差別”的現象也就在所難免。由此可見,還需要廣大濕固化涂料廠家借鑒于國內外先進經驗,努力進行產品改進和創新提高,以滿足市場要求。

 

4 結語

2010年我國水泥產量已達到18.68億t,占世界水泥總產量的50%以上;2009年我國海洋生產總值為31 964億元,占國內生產總值的9.5%,2009年海洋工程建筑業實現年增加值658億元,而“十二五”規劃中已列入了國家的海洋經濟發展戰略,因此未來我國的港口碼頭、采油平臺、跨海大橋、海底隧道、大型船舶等大型特大型海洋工程將不斷涌現,鋼筋混凝土潮差區涂裝防護技術必將有更大的用武之地。


目前特別需要我們在濕固化涂料研制、潮差區涂裝工藝研究到特殊涂裝環境下施工管理等方面多下氣力、多出創新成果,大幅提高潮差區鋼筋混凝土濕固化涂層配套體系的防護性能,為我國的海洋經濟建設與發展做出積極貢獻。


鋼筋混凝土濕固化涂料的研究與應用

□ 晁 兵,沈亞郯,耿巖,葉國晨

(江蘇省大型鋼結構腐蝕防護工程技術研究中心,江蘇徐州 221008)


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