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钢筋混凝土湿固化涂料的研究与应用,介绍了湿固化涂料的研究及应用情况,针对普遍存在的问题提出了建议和意见,指出钢筋混凝土潮差区湿固化防护技术有着广阔的应用前景,中国资讯网,ChinaNews360.com
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钢筋混凝土湿固化涂料的研究与应用,介绍了湿固化涂料的研究及应用情况,针对普遍存在的问题提出了建议和意见,指出钢筋混凝土潮差区湿固化防护技术有着广阔的应用前景
2019年10月28日    阅读量:6286    新闻来源:中国资讯网 ChinaNews360.com  |  投稿

0 前言

目前海洋资源综合开发利用已成为我国经济持续发展的重要政策,港口码头、采油平台、跨海大桥、滨海电厂、大型船舶等海洋工程设施建设速度和规模已不断扩大,这些设施通常都是由钢铁结构或钢筋混凝土结构构成,由于海洋腐蚀环境十分苛刻,为保证其安全运行和可靠的使用寿命,上述海工设施表面都必须采取有效的防护措施。


海洋腐蚀环境一般分为大气区、浪溅区、潮差区、全浸区和海泥区,因受到潮汐、海浪等干湿交替的影响,浪溅区、潮差区的腐蚀最为严重,而由于浪溅区特殊的腐蚀环境,目前常规的涂层防护、阴极保护以及外加电流防护等措施保护的综合效果均不很理想。


国内外众多涂料涂装企业(如阿克苏诺贝尔、关西、佐敦、赫普、北航、广州四航、大连振邦、725所等)针对浪溅区防护先后开展可在潮湿混凝土基体表面固化的防腐涂料及底、中、面涂层配套体系的研究,其中封闭底漆具有对潮湿混凝土基体表面很好的润湿性、渗透性、耐碱性和优异的附着力,具有较快的固化速度,可以在较短时间内浸水并能抵抗水流波动的冲击,涂料浸水后还可继续在水下固化;中间漆除具有常规中间漆性能外,也具有较快的固化速度;


面漆则具有相应的耐候性、耐磨性和快干性能;虽然2~3 a的应用效果并不十分理想,但实验室研究以及小区试验都表明整个涂层体系能够在高湿度下和潮湿混凝土表面上施工,涂层预计至少有10 a以上的保护性能涂料在线coatingol.com

 

1 湿面固化涂料研究情况

1.1 底漆和中间漆

早期涂料业内主要研发湿固化底漆或中间漆的主要思路是湿固化涂料中A组分(环氧树脂部分)和普通环氧涂料区别不大,关键是B组分(固化剂部分),采用新型固化剂可赋予涂料湿固化能力。国内中交四航院比较早地开展了湿固化环氧涂料的研究工作。其产品主要采用了低分子环氧树脂与改性胺、酚醛亚胺混合固化剂,并搭配硅烷偶联剂,实现在潮湿及带水的钢及混凝土表面的涂装,施涂初期涂料未固化前受潮水、海浪冲击而不溶散离层,水中固化后涂层黏结强度达到满足1.5 MPa的标准要求。其主要配方见表1、不同施工养护条件下涂层黏结强度见表2。

早期湿面固化重防腐涂料基本配方

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湿面固化重防腐涂料不同施工养护条件下涂层黏结强度

北京航天材料研究院是我国湿固化涂料研究领域投入最全面深入、取得研发成果最突出的机构,研制了性能优异的湿固化环氧封闭底漆、湿固化环氧厚浆漆、快干型氟碳涂料等系列湿固化配套产品,其湿固化重防腐涂料采用中、低分子量环氧树脂,配制酚醛胺、酮亚胺混合固化剂研制而成,可常温固化、性能优异。先后设计用于杭州湾跨海大桥、曹妃甸1#桥等工程的潮差区防护中,并取得良好效果。湿面固化重防腐涂料基本配方见表3。

湿固化重防腐涂料基本配方

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我国其他企业及研究机构也都开展了相应研究工作,如洛阳725所对湿表面环氧封闭底漆展开了相应研究[7],并在杭州湾大桥中获得应用。

1.2 面漆

初期潮差区湿固化涂装配套体系的面漆均采用常规的聚氨酯、氟碳等面漆产品(参见表4、表5、表6),随着潮差区防护工作越来越引起业主、设计、监理、施工等单位的重视,涂料厂家陆续开发了专门针对潮差区的专业型面漆产品。

杭州湾大桥表湿区混凝土表面涂装配套体系

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曹妃甸大桥潮差区的混凝土结构涂装配套体系

725所杭州湾大桥表湿区涂装配套体系



1.2.1 湿固化聚氨酯面漆研究

20世纪90年代美国就开发了单组分湿固化聚氨酯防腐涂料,以3道单组分湿固化聚氨酯涂料配套(总干膜厚度190 μm)在桥梁钢结构维修上进行了成功的应用试验。我国温州市龙湾立得达防腐蚀材料厂同期也开展了单组分聚氨酯防腐涂料的研发应用工作并就获得原化工部、浙江省的奖励和行业应用推荐。洛阳科恩的詹忠贤、华南理工大学的吴敏等先后对湿固化聚氨酯涂料进行了试验和研究,制备出了弹性、强度、耐候性等综合性能良好的湿固化聚氨酯涂料。


美国、德国、加拿大等国20世纪80年代开发生产了一种单组分湿固化聚脲/聚氨酯重防腐涂料。该产品具有优异的耐磨性、优良的耐化学品性和耐油性、优异的附着力,使用环境宽,能在低温(-10 ℃)、高湿(RH≥95%)下固化成膜,施工简便,可在低温-40 ℃、高温180 ℃环境下长期使用,该涂料绿色环保,无苯类溶剂、无催化剂,施工中无公害[14]。美国SWD公司已将该产品的生产技术带到中国上海,并在南浦、杨浦、徐浦3座大桥的维护工程上获得成功应用(见表7)。

SWD防腐涂层维修涂装配套体系

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1.2.2 快干型氟碳面漆研究

北航的刘伟等人针对现有常温交联双组分氟碳涂料对水汽敏感,造成涂层变脆、失去韧性,最终促使涂层剥落、开裂的问题,选用含有活泼的—NCO基团预聚体的异氰酸酯固化剂、羧酸盐类有机金属化合物固化促进剂研制了快干型氟碳面漆,当涂料施工在潮湿表面时,能与潮湿表面上微量的水分以及羟基等活性氢基团发生化学反应,生成脲键结构,在保证涂层的各项性能指标的同时,提高了氟碳涂料在潮湿表面的适应能力。该快干型氟碳涂料配套体系在唐山曹妃甸工业区1#桥的防腐施工中获得成功应用,配套体系见表8。

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曹妃甸1号桥混凝土结构表面潮差区快干型氟碳涂料涂装配套体系

2 湿固化涂料的应用

2.1 湿固化涂装工艺

潮差区混凝土涂装施工难度很大,很多部位位于海中;海中承台等部位搭建施工平台或施工吊篮;施工阶段只能处于落差间隙施工;海上阴雨、雾天多,可供施工时限很短。潮差区施工主要工艺流程如下[15]:基层检查→基层处理→表面处理→涂封闭漆→刮腻子、打磨→涂装中间漆→涂装面漆。杭州湾大桥潮差区混凝土表面涂装施工关键环节的要求如下:

(1)混凝土表面处理。采用高压水(压力不小于20MPa)清洁,或者使用各种动力打磨工具等方法,彻底除去混凝土表面上的不牢灰浆、尖角、碎屑、海生物、苔藓、油污等污染物及其他松散附着物,必要时可用适当溶剂抹除油污。

(2)清理后的混凝土表面,用饮用水冲洗干净,混凝土表面应无油污等影响涂层质量的物质,并用湿固化改性环氧腻子修补平整。饮用水冲洗后残留在混凝土表面上的水珠、水迹,可用棉布、海绵等吸湿工具抹去,或用压缩空气吹干,涂装前的混凝土表面应无明显的流水、渗水现象,尽量使混凝土表面处于表干状态。

(3)在混凝土涂层上涂装下一道涂层前,应对上一道涂层进行表面清洁,应使用饮用水彻底除去涂层面上的盐分、泥尘、油污等污染物,可用清洁剂清除油污。如上一道涂层太光滑影响下一道涂层的黏结强度,应对上一道涂层进行打毛处理。

(4)优先采用高压无气喷涂方法施工。当条件不允许时,可采用刷涂或滚涂。

2.2 湿固化涂装工程

湿固化涂装工程主要集中在沿海的港口码头、石油平台、跨海大桥等工程,典型性工程见表9。目前在建的嘉绍大桥、厦漳跨海大桥、港珠澳大桥等重大桥梁工程其潮差区钢筋混凝土表面防护也将采取湿固化涂装配套体系。

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国内潮差区混凝土湿固化配套体系应用的典型工程实例

3 问题及改进

3.1 现有技术工程应用情况

某海湾大桥A在我国较早采用了湿固化涂料涂装体系用于混凝土桥墩(潮差区)及承台的防护,5 a后检查发现桥墩潮差区涂层配套体系存在明显破损、脱落现象(见图1),整个配套体系没有达到10 a设计寿命要求。某海湾大桥B是国内大规模应用湿固化体系涂料的典型性工程(50万m2),大桥涂装3 a后检查发现,桥墩尤其是承台的潮差区涂层配套体系已出现明显破损、脱落等现象(见图2)。

某海湾大桥C,其承台、墩柱在混凝土龄期18 d后开始涂装,但大桥还未架梁潮差区已涂装的更接近海面的部位即出现海生物附着侵蚀、部分涂层破损脱落现象(见图3)。

某跨海大桥A潮差区墩、台涂装应用情况

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某跨海大桥C潮差区桥墩涂装应用情况

根据现场调研、工程跟踪等情况来看,目前潮差区钢筋混凝土结构表面的涂装防护效果整体评价很不理想,也影响了湿固化涂装配套体系的可靠性及进一步的推广应用。出现上述防护问题的主要因素有原材料质量、施工工艺、质量监控以及日常维护。

3.2 问题分析及建议

青岛海湾大桥潮差区混凝土涂装前对混凝土龄期与涂装时间进行了严谨的试验研究,确认龄期18 d后混凝土涂装并不影响自身及涂层质量[16];杭州湾跨海大桥、青岛海湾大桥、嘉绍大桥等工程业主在潮差区混凝土涂装前均对拟选用的涂料、现场涂装工艺、小区试验涂层质量进行了严格的质量检测和评定。生产厂家也对涂料质量和涂装工艺进行了全面的研究和测定,研究及试验结果均表明所选的涂料及涂装工艺不存在明显的技术问题。现场考察表明,海生物侵蚀、海上异物撞击等均不是导致涂层质量问题发生的主要原因。

综合以上信息并结合现场施工情况,笔者认为主要问题应在于涂装质量、现场管理和涂料质量。

3.2.1 涂装质量

潮差区施工难度较大:潮差区施工面较长时间经受海水浸泡、冲刷,表面附着大量的海生物、淤积污物,处理难度和工作量大,质量要求高;适于涂装作业的时间较短,个别区域甚至只有2 h;表面处理工艺需要使用饮用水,饮用水的供给与使用难以保证;桥墩、承台均单独分立,相互之间移动需要船渡或梁上穿行,而人员上下墩台施工则需要梯架或者吊篮,施工人员额外体力消耗加重;潮差区施工面小,施工人员几乎是单兵作业,质量难以保证,如此等等。潮差区特殊的施工条件,给涂装质量带来了众多隐患,特别需要施工企业、作业班组切实为一线施工做好各项后勤保障工作。

3.2.2 现场管理

现场管理虽然涉及人、机、料、法、环等诸多因素,但潮差区涂装管理焦点在于施工人员的管理上。目前大型涂装工程施工一般从总包到专业分包再到劳务分包,一线施工人员即使具备了相关资质,但大部分人员不具备过硬的作业能力,面对潮差区特殊作业条件其工作质量难以保证;由于作业面等条件限制,现场质检、监理等质控人员力量难以保证,也无法做到管控到位;更重要的一点则是,如果严格按照设计工艺组织施工,潮差区涂装成本将显著增加,这些因素必然影响了施工质量。涂装工作大部分属于隐蔽工程,施工企业必须加强对一线人员的操作技能、质量意识及责任心教育培养工作。

3.2.3 涂料质量

专业人员的研究试验发现,湿固化产品在配方设计、原材料及助剂选择等方面都需要严格试验控制,即使质量优异的湿固化产品,在涂装后即浸水24 h条件下,其附着力也大幅下降了25%;广州港湾工程质量检测文件显示,杭州湾大桥潮差区涂装试验中,11家企业中有广州四航、杭州三溢的底层涂层是在混凝土表面潮湿状态下进行涂装的,其他单位则是在混凝土表面自然干燥、吹干或烘干至混凝土表面发白的状态下进行涂装施工的,即便如此甚至一些参试的国际知名厂家产品也仍没能达到1.5MPa涂层基本黏附强度要求;另外湿固化涂层配套体系不仅要考虑湿固化涂装要求,还要满足抗氯离子渗透、耐碱性以及耐候性等诸多要求,测试中出现“涂层试验单位有相同或近似的涂层系统设计,但检测结果却有很大的差别”的现象也就在所难免。由此可见,还需要广大湿固化涂料厂家借鉴于国内外先进经验,努力进行产品改进和创新提高,以满足市场要求。

 

4 结语

2010年我国水泥产量已达到18.68亿t,占世界水泥总产量的50%以上;2009年我国海洋生产总值为31 964亿元,占国内生产总值的9.5%,2009年海洋工程建筑业实现年增加值658亿元,而“十二五”规划中已列入了国家的海洋经济发展战略,因此未来我国的港口码头、采油平台、跨海大桥、海底隧道、大型船舶等大型特大型海洋工程将不断涌现,钢筋混凝土潮差区涂装防护技术必将有更大的用武之地。


目前特别需要我们在湿固化涂料研制、潮差区涂装工艺研究到特殊涂装环境下施工管理等方面多下气力、多出创新成果,大幅提高潮差区钢筋混凝土湿固化涂层配套体系的防护性能,为我国的海洋经济建设与发展做出积极贡献。


钢筋混凝土湿固化涂料的研究与应用

□ 晁 兵,沈亚郯,耿岩,叶国晨

(江苏省大型钢结构腐蚀防护工程技术研究中心,江苏徐州 221008)


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