電弧噴涂復合涂層體系：提升社會與經濟效益
 

       文/安云岐·江蘇中礦大正表面工程技術有限公司
 

　　西堠門大橋是世界上首座特大跨徑分體式鋼箱梁懸索橋,是《國家高速公路網規劃》中杭州灣環線聯絡線的重要組成部分。其地處臺風影響頻繁的舟山群島,氣象條件復雜,面臨惡劣的海洋腐蝕環境。根據這種情況,國家開展了特大跨徑懸索橋分體式鋼梁防護材料及復合涂層體系研究。 此項研究的主要內容包括:(1)電弧噴涂涂層納米改性環氧封閉漆的工業化生產工藝研究。(2)納米改性環氧封閉漆對電弧噴涂層的封閉作用機理研究。(3)電弧噴涂涂層納米封閉復合涂層體系設計及性能試驗研究。(4)電弧噴涂封閉工藝及質量控制技術研究。
 

　　通過對工業化生產設備和生產工藝的研究 ,還獲得了具有低粘度、高滲透性、高耐蝕性和高附著力特性的成熟合格產品,形成工業化生產工藝文件,確定生產設備和生產工藝參數及生產質量控制方法,并提出了相應的企業標準。
 

　　此項目還設計和研究了“電弧噴鋅/鋁+納米改性環氧封閉漆+丙烯酸聚氨酯面漆”的長效防腐復合涂層體系。通過分析影響電弧噴涂納米封閉復合涂層施工質量的因素,提出涂裝施工全面質量控制方法,探索不同工藝條件對施工質量的影響程度;制定電弧噴涂層封閉工序的施工工藝規程 ;確定涂層材料的入場檢驗程序和檢驗方法;確定涂裝作業過程控制方法和工藝質量控制措施 ,形成施工過程控制格式化文件,為在西堠門大橋鋼箱梁防腐施工應用打下良好的基礎。
 

　　2010年9月11~12日研究通過了浙江省交通運輸廳在杭州組織的科技成果鑒定 ,成果總體上達到了國際先進水平;2010年11月2日通過了國家交通運輸部科技司在北京主持召開的課題驗收會;2011年2月24日 通過了國家科學技術部、交通運輸部在舟山主持召開的“跨海特大跨徑鋼箱梁懸索橋關鍵技術研究及工程示范”項目驗收會。
 

項目創新性
 

　　(1)國際上首次研制出將三種無機納米材料同時分散在溶劑型環氧樹脂涂料中的納米改性環氧封閉漆,納米相粒度小于100nm,具有粘度低、滲透深度大、封孔能力強、附著力高、耐蝕性好、與環氧和聚氨酯涂層體系配套性好等特點,納米改性環氧封閉漆對電弧噴涂層具有物理封閉和化學封閉的雙重作用。該涂料產品和技術研究成果達到國際先進水平。
 

　　(2)為橋梁鋼結構設計了一種新的長效防腐復合涂層體系——電弧噴涂金屬防腐涂層+納米改性環氧封閉漆+環氧云鐵中間漆+高耐候性面漆,該電弧噴涂納米封閉長效防腐復合涂層體系對橋梁鋼結構具有長久有效的保護作用,可確保橋梁的耐久性。
 

社會、經濟效益
 

　　金屬的腐蝕給人類帶來了巨大的經濟損失和危害,遠遠超過了水災、火災、地震和颶風等自然災害造成損失的總和。 金屬腐蝕己經成為鋼結構橋梁的一大災害,它嚴重影響鋼橋的安全性和耐久性,不僅需要支出龐大的維修資金,還會影響橋梁的正常通行。目前鋼結構表面長效防腐技術主要是重防腐蝕涂料涂層技術和電弧噴涂復合涂層技術兩種,雖然均可用于設計壽命50年以上橋梁工程的腐蝕防護,也在國內外橋梁工程上均有大量的應用實例 ,但重防腐蝕涂料涂層技術首期免維護壽命一般設計為10~15年,電弧噴涂復合涂層技術首期免維護壽命一般設計為20年以上。國際上公認 ,防護壽命要求20年以上時優先選擇電弧噴涂長效防腐技術?？煽康拈L效防護不僅顯著減少了橋梁維修次數,保證工程安全順暢運行,還能大幅降低維護成本,減輕維修施工對環境的不良影響,在橋梁工程全壽命期內將產生十分突出的經濟與社會效益。
 

　　研究在西堠門大橋鋼箱梁外表面腐蝕防護上獲得成功應用后,隨即在湖北荊岳長江公路大橋、山西太原漪汾橋、浙江杭州九堡大橋等橋梁工程的鋼結構防腐上獲得應用,并在廣東廣州獵德大橋、江蘇江陰新溝河大橋等橋梁主纜的密封防護體系中獲得應用。累計為企業增加產值2億元 ,實現利稅3000余萬元。
 

　　電弧噴涂復合涂層技術首期免維護壽命一般設計為20年以上,通 過提高電弧噴涂復合涂層整體的防護性能,電弧噴涂復合涂層技術首期免維護壽命預期將能達到30年以上,甚至達到50年。一座設計壽命100年的橋梁工程全壽命期內將只需要大修一次,不僅保證橋梁工程的安全、順暢、經濟運行,還將顯著降低工程維護費用，避免對橋梁交通通行的影響,還能顯著減少對環境的污染,社會效益顯著。而在同等維護條件下,將大幅延長橋梁工程的運營壽命,工程初始投入獲得的經濟及社會效益更加巨大。
 

推廣價值
 

　　橋梁鋼結構的腐蝕與防護問題長期以來一直困擾著橋梁工程師們。因腐蝕而需要維修的橋梁更是不計其數,一般來說油漆防腐的鋼橋每隔幾年左右就要進行一次防腐蝕涂裝維護。據美國高速公路管理局1998年統計資料,美國境內洲際和國家級橋梁279543座,其中因腐蝕而需要維修的橋梁68466座,腐蝕原因占24.5%;城鎮間橋梁309792座 ,腐蝕原因占35.4%,為 此美國設立橋梁研究和建設創新基金,以期開發橋梁防腐蝕新材料新技術。我國的橋梁鋼結構腐蝕現象也是相當突出,對橋梁進行全面腐蝕控制是百年大計,是各方必須重視的技術課題。
 

　　大正公司于2009年起組織對浙滬、武漢、 廣東等地區的32座橋梁工程進行了走訪,其中重防腐涂層體系首期維護壽命達到10年以上的5座 (最長13年),電弧噴涂金屬復合涂層體系的橋梁均未進行首期維護(武漢軍山長江公路大橋已運行10年),根據國際上同類技術橋梁工程的應用實例,電弧噴涂金屬復合涂層體系首期維護壽命均在25年以上,個別已達到30年。雖然電弧噴涂金屬復合涂層體系的初始投入明顯高于重防腐涂層體系,但橋梁工程全壽命期內的綜合費用顯著下降，取得的社會、經濟效益更加突出。
 

　　隨著全球經濟和技術的發展,特大型跨江、跨海工程越來越多,特大跨徑橋梁建設將越來越多。本項目技術的應用前景十分廣闊。課題組人員正積極努力將本項目納米改性涂料技術及產品推廣應用到其他鋼結構、 鋼筋混凝土結構的腐蝕防護上,其應用范圍將進一步擴大,也將產生巨大的經濟社會效益。
 

　　(本文獲得中國腐蝕與防護學會科技進步一等獎)