电弧喷涂复合涂层体系：提升社会与经济效益
 

文/安云岐·江苏中矿大正表面工程技术有限公司
 

　　西堠门大桥是世界上首座特大跨径分体式钢箱梁悬索桥,是《国家高速公路网规划》中杭州湾环线联络线的重要组成部分。其地处台风影响频繁的舟山群岛,气象条件复杂,面临恶劣的海洋腐蚀环境。根据这种情况,国家开展了特大跨径悬索桥分体式钢梁防护材料及复合涂层体系研究。 此项研究的主要内容包括:(1)电弧喷涂涂层纳米改性环氧封闭漆的工业化生产工艺研究。(2)纳米改性环氧封闭漆对电弧喷涂层的封闭作用机理研究。(3)电弧喷涂涂层纳米封闭复合涂层体系设计及性能试验研究。(4)电弧喷涂封闭工艺及质量控制技术研究。
 

　　通过对工业化生产设备和生产工艺的研究 ,还获得了具有低粘度、高渗透性、高耐蚀性和高附着力特性的成熟合格产品,形成工业化生产工艺文件,确定生产设备和生产工艺参数及生产质量控制方法,并提出了相应的企业标准。
 

　　此项目还设计和研究了“电弧喷锌/铝+纳米改性环氧封闭漆+丙烯酸聚氨酯面漆”的长效防腐复合涂层体系。通过分析影响电弧喷涂纳米封闭复合涂层施工质量的因素,提出涂装施工全面质量控制方法,探索不同工艺条件对施工质量的影响程度;制定电弧喷涂层封闭工序的施工工艺规程 ;确定涂层材料的入场检验程序和检验方法;确定涂装作业过程控制方法和工艺质量控制措施 ,形成施工过程控制格式化文件,为在西堠门大桥钢箱梁防腐施工应用打下良好的基础。
 

　　2010年9月11~12日研究通过了浙江省交通运输厅在杭州组织的科技成果鉴定 ,成果总体上达到了国际先进水平;2010年11月2日通过了国家交通运输部科技司在北京主持召开的课题验收会;2011年2月24日 通过了国家科学技术部、交通运输部在舟山主持召开的“跨海特大跨径钢箱梁悬索桥关键技术研究及工程示范”项目验收会。
 

项目创新性
 

　　(1)国际上首次研制出将三种无机纳米材料同时分散在溶剂型环氧树脂涂料中的纳米改性环氧封闭漆,纳米相粒度小于100nm,具有粘度低、渗透深度大、封孔能力强、附着力高、耐蚀性好、与环氧和聚氨酯涂层体系配套性好等特点,纳米改性环氧封闭漆对电弧喷涂层具有物理封闭和化学封闭的双重作用。该涂料产品和技术研究成果达到国际先进水平。
 

　　(2)为桥梁钢结构设计了一种新的长效防腐复合涂层体系——电弧喷涂金属防腐涂层+纳米改性环氧封闭漆+环氧云铁中间漆+高耐候性面漆,该电弧喷涂纳米封闭长效防腐复合涂层体系对桥梁钢结构具有长久有效的保护作用,可确保桥梁的耐久性。
 

社会、经济效益
 

　　金属的腐蚀给人类带来了巨大的经济损失和危害,远远超过了水灾、火灾、地震和飓风等自然灾害造成损失的总和。 金属腐蚀己经成为钢结构桥梁的一大灾害,它严重影响钢桥的安全性和耐久性,不仅需要支出庞大的维修资金,还会影响桥梁的正常通行。目前钢结构表面长效防腐技术主要是重防腐蚀涂料涂层技术和电弧喷涂复合涂层技术两种,虽然均可用于设计寿命50年以上桥梁工程的腐蚀防护,也在国内外桥梁工程上均有大量的应用实例 ,但重防腐蚀涂料涂层技术首期免维护寿命一般设计为10~15年,电弧喷涂复合涂层技术首期免维护寿命一般设计为20年以上。国际上公认 ,防护寿命要求20年以上时优先选择电弧喷涂长效防腐技术。可靠的长效防护不仅显著减少了桥梁维修次数,保证工程安全顺畅运行,还能大幅降低维护成本,减轻维修施工对环境的不良影响,在桥梁工程全寿命期内将产生十分突出的经济与社会效益。
 

　　研究在西堠门大桥钢箱梁外表面腐蚀防护上获得成功应用后,随即在湖北荆岳长江公路大桥、山西太原漪汾桥、浙江杭州九堡大桥等桥梁工程的钢结构防腐上获得应用,并在广东广州猎德大桥、江苏江阴新沟河大桥等桥梁主缆的密封防护体系中获得应用。累计为企业增加产值2亿元 ,实现利税3000余万元。
 

　　电弧喷涂复合涂层技术首期免维护寿命一般设计为20年以上,通 过提高电弧喷涂复合涂层整体的防护性能,电弧喷涂复合涂层技术首期免维护寿命预期将能达到30年以上,甚至达到50年。一座设计寿命100年的桥梁工程全寿命期内将只需要大修一次,不仅保证桥梁工程的安全、顺畅、经济运行,还将显著降低工程维护费用，避免对桥梁交通通行的影响,还能显著减少对环境的污染,社会效益显著。而在同等维护条件下,将大幅延长桥梁工程的运营寿命,工程初始投入获得的经济及社会效益更加巨大。
 

推广价值
 

　　桥梁钢结构的腐蚀与防护问题长期以来一直困扰着桥梁工程师们。因腐蚀而需要维修的桥梁更是不计其数,一般来说油漆防腐的钢桥每隔几年左右就要进行一次防腐蚀涂装维护。据美国高速公路管理局1998年统计资料,美国境内洲际和国家级桥梁279543座,其中因腐蚀而需要维修的桥梁68466座,腐蚀原因占24.5%;城镇间桥梁309792座 ,腐蚀原因占35.4%,为 此美国设立桥梁研究和建设创新基金,以期开发桥梁防腐蚀新材料新技术。我国的桥梁钢结构腐蚀现象也是相当突出,对桥梁进行全面腐蚀控制是百年大计,是各方必须重视的技术课题。
 

　　大正公司于2009年起组织对浙沪、武汉、 广东等地区的32座桥梁工程进行了走访,其中重防腐涂层体系首期维护寿命达到10年以上的5座 (最长13年),电弧喷涂金属复合涂层体系的桥梁均未进行首期维护(武汉军山长江公路大桥已运行10年),根据国际上同类技术桥梁工程的应用实例,电弧喷涂金属复合涂层体系首期维护寿命均在25年以上,个别已达到30年。虽然电弧喷涂金属复合涂层体系的初始投入明显高于重防腐涂层体系,但桥梁工程全寿命期内的综合费用显著下降，取得的社会、经济效益更加突出。
 

　　随着全球经济和技术的发展,特大型跨江、跨海工程越来越多,特大跨径桥梁建设将越来越多。本项目技术的应用前景十分广阔。课题组人员正积极努力将本项目纳米改性涂料技术及产品推广应用到其他钢结构、 钢筋混凝土结构的腐蚀防护上,其应用范围将进一步扩大,也将产生巨大的经济社会效益。
 

　　(本文获得中国腐蚀与防护学会科技进步一等奖)