防結冰涂料在斜拉橋防結冰工程中的試用

陳耀井

摘要：本文介紹了斜拉橋斜拉索如何防止在冬天結冰傷人的問題。通過對不同規格和性能的防結冰涂料做對比試驗，優選了一種防結冰涂料進行試做，從工程交工驗收后一年來的觀察，確實起到了防止冬季雨雪結冰的效果，對于涂料的耐久性等性能還需要進行更長時間的觀察研究。供有興趣的同仁探討，指正。

關鍵詞：防結冰涂料；斜拉索；防結冰；應用

1.工程概況

1.1工程概括

本工程是宿淮鹽高速公路上的淮安大橋，是一座特大型橋梁，也是淮安市一座標志性建筑。淮安大橋南岸陸生部分位于淮安市清浦區城南鄉新閘村范圍內，大橋從新閘村中間穿過。有群眾反映，淮安大橋斜拉索在冬天雨雪天氣過后，容易形成冰棱，冰棱在融化過程中會掉落，在風的作用下會飄落到大橋附近居民的生產生活區造成一定的安全隱患。

1.2橋梁現狀

業主要求想辦法采取措施，預防斜拉索在冬季結冰傷人事件。經過市場調研，目前國內還沒有類似工程的施工案例。如果在表面纏繞電阻絲發熱，不僅工作量大，也不經濟，同時后期維護較為困難，我們想借用高壓線及風力發電葉片上使用的特殊納米涂料做表面處理，在表面形成荷葉效應，雨水能在結冰前就已滾落。市場上能用的涂料不多，經多方尋找。確定有3個品牌涂料可能會適用。為了檢驗市場上不同品種的防結冰涂料使用效果，我們模擬工程使用現場情況。租賃冷庫做環境模擬試驗。

2.防結冰涂料試驗

三家單位生產的產品編號分別是：石家莊的是WZGI-07、北京的是ZS-611、煙臺的是ZXL-DS-03。這三種涂料均是防結冰納米涂料，WZGI-07涂料和ZXL-DS-03涂料是透明的，無刺激性氣味，涂刷后不改變原有顏色，也比較環保。而ZS-611涂料呈米黃色，且氣味較大，環保性差。它們的原理都是一樣的，都是在涂刷層表面形成荷葉效應，使表面自潔，不粘灰塵、不粘水。親水性和憎水性材料表面水接觸角示意圖如下：

考察中三家單位都進行了演示，演示過程中發現表面水接觸角較大，憎水性較好的是煙臺的ZXL-DS-03納米超疏水自潔涂料。為了進一步驗證三種涂料的防結冰陛能，我們分別購買了三份樣品，做低溫下防結冰試驗和常溫下滴水試驗。

2.1在低溫下防結冰試驗

2.1.1試驗準備

本次試驗樣品為三種不同涂料，我們在4根110PVC管材上纏繞螺旋狀繩子，模擬現場PE護管接縫。據現場觀察，在冬季容易結冰的地方就是PE護管接縫。纏繞繩子之前，要將管材擦拭干凈晾干，纏繞繩子以后，重新擦拭、晾干，并編號。

2.1.2管材涂裝

試驗時。4跟PVC管材，其中3根分別涂刷三種涂料，1根不刷涂料，做對比試驗。三種涂料規格分別為WZGI-07、ZS-611、ZXL-DS-03。根據幾種涂料的配比要求，特選用精確度0.2g的架盤天平進行稱量、混合。對于三種涂料均采取屆4涂的涂裝方法。涂裝后。將管材放在室外晾曬。以達到試驗要求。

2.1.3冷庫準備

本次試驗為租賃冷庫進行，試驗前將4根PVC管材用繩子固定在冷庫墻面上，在溫度低于0℃以后。進入冷庫淋水。由于在冷庫中改裝噴淋水管有較大難度，本試驗采用人工淋水的方法。

2.1.4不同溫度下的試驗情況

（1）環境溫度為-3℃左右時

此時由于溫度還不是很低，且淋水時間較短，四根管材均未結冰，只是在表面有部分水滴凝結。

（2）環境溫度為-10℃左右時

此時，四根管材的表層已開始結冰，其中，ZXL-DS-03的表層仍未完全結冰，其余三根管材表層均已完全結冰，未涂刷防冰涂料的管材和涂刷WZGI-07的管材已開始出現小的冰棱。

（3）環境溫度為-15℃左右時

此時溫度已經較低，未涂刷涂料的管材和涂刷WZGI-07的管材已出現較多較長冰棱，涂刷ZXL-DS-03的管材表層也已完全結冰，但和涂刷zs-611的管材一樣，只是出現了個別較小冰棱。

2.2在常溫下滴水試驗

冷庫對比試驗后，為了進一步證明ZXL-DS-03和ZS-611涂料哪個荷葉效應更好，我們做了滴水試驗，選用兩塊材質相同的塑料板進行滴水試驗。

滴水試驗分為兩個階段，第一階段水平放置塑料板，滴水后觀察水滴的表面水接觸角：第二階段傾斜放置，觀察水滴滑落情況。

2.2.1水平放置

（1）通過對比試驗可以發現，水平放置滴水后，涂刷ZXL-DS-03涂料的塑料板上，水滴呈半球狀，表面水接觸角>90°，類似荷葉效應。廠家在實驗室中做過檢測，表面水接觸角>120°。

（2）涂刷ZS-611涂料的塑料板上，水滴沒有呈有規則的小圓球，表面水接觸角也較小。

（3）未涂刷任何涂料的塑料板表面，水滴呈扁平狀，表面水接觸角很明顯是<90°。

2.2.2傾斜放置

（1）傾斜放置塑料板滴水后，涂刷ZXL-DS-03涂料的塑料板表面不吸附水滴，水滴滴上后迅速滑落，且基本不留痕跡。

（2）涂刷ZS-611涂料的塑料板雖然吸附水滴較小，但水滴滑落后留下痕跡明顯。

（3）未涂刷涂料的塑料板吸附水滴較大，水滴滑落后痕跡明顯。

2.3試驗結論

通過本次防結冰涂料對比試驗，發現未涂刷涂料和涂刷WZGI-07涂料的管材結冰和生成冰棱速度均較快，涂刷ZS-611，尤其是涂刷ZXL-DS-03涂料的管材，表面結冰較慢，在溫度-15℃，長時間淋水后，才逐漸生成冰棱，且速度較緩。考慮到本地冬季實際溫度很難長時間達到-15℃，以及在室外風力和震動的作用下，ZS-611和ZXL-DS-03涂料應該可以有效防止斜拉橋拉索結冰和冰棱的產生，消除安全隱患。而從常溫滴水試驗的情況看，ZXL-DS-03涂料更容易形成荷葉效應，更有利于雨水的滑落。因此本工程采用ZXL-DS-03涂料對淮安大橋斜拉索進行涂裝。

3.涂裝施工

3.1施工工藝

施工工藝流程：交通管制-斜拉索外護套表面清理-涂裝-表干驗收-拆除交通管制

3.2交通管制

由于在正常通行的道路上進行施工，施工現場應進行交通管制，現場交通管制作業應按經路政、交警部門審批后的方案執行，嚴格規范操作、擺放、防護，確保施工期間的高速交通通暢和施工安全。

3.3斜拉索外護套表面清理

采用外掛鋼絲繩載人的方法，至上而下進行油污等可能影響涂料粘結力的物體清理，表面灰塵先用清水清洗，然后用干凈的布擦干，布不能掉毛。表面清理一根做涂裝一根，時間長會形成二次污染。

3.4涂料涂裝

為保證一定的涂層厚度，涂料涂裝分兩層進行，從上至下第一層涂裝完成后，等到手按表干即可以上第二層涂料，第二層完成后等到表干進行外觀檢查和涂層厚度檢查，合格后涂裝結束。

3.5拆除交通管制

為了保證施工期間施工人員、設備等安全，交通管制按照要求一直擺放整齊，直到至兩遍涂料涂裝結束并達到表干后方可拆除，拆除順序按照現行交通部公路養護工程安全作業規程進行。

4.結語

防結冰涂料在橋梁上運用國內外都較少見過實際案例，因此沒有什么可參照的經驗，我們也是在摸索著試做，現在離交工驗收已一年半時間，在其中冬季下雪天氣到現場觀察，沒有形成冰凌。更好的效果還需要較長時間來檢驗。