冷噴鋅涂料在橋梁鋼結構中的應用

陶群英 周 虎

1. 新疆北新永固鋼結構工程有限公司 新疆 烏魯木齊 831400；

2. 株洲飛鹿高新材料技術股份有限公司 湖南 株洲 412003

1 防腐涂裝配套體系選擇

1.1 氣候特點及主要考慮因素

新疆昌吉烏昌頭屯河大橋項目建于烏魯木齊，屬中溫帶大陸性半干旱氣候，其特點是：寒暑變化劇烈，晝夜溫差較大，風沙較大。年平均氣溫6.7 ℃，最高氣溫37.3 ℃，最低氣溫－22.1 ℃，年平均日照時數為2 725 h，晝夜溫差大，一般都在11 ℃左右。因此，按ISO 12944-1國際標準，該環境可判定為具有中等腐蝕的C3環境，應重點考慮產品的防腐性能、耐紫外線老化、耐低溫性能。

1.2 環保、節能、經濟的要求

提高涂層的耐久性，是最大的節能與環保。使用全壽命經濟分析法分析鋼結構橋梁的防腐體系，鋼結構涂層的耐久性（使用壽命）是鋼結構防腐的首要問題。為了保證鋼結構橋梁的安全使用，不受腐蝕破壞，必須選用性能良好和使用時間長（20 a以上）的防腐涂裝系統，同時增加各涂層的厚度，選用高耐腐蝕的涂料，來改善橋梁涂裝工程一次性投資低、全壽命支出高的狀況。

1.3 冷噴鋅的性能特點

冷噴鋅涂料是近年來國內新出現的一個涂料新品，是一種單組分、高含鋅量的新型鋼結構重防腐材料，主要由高純度的鋅粉、揮發性溶劑和有機樹脂3部分組成，可歸類為有機富鋅涂料。其主要特性為長效性，干膜全鋅含量≥96%，耐鹽霧≥4 000 h，對鋼鐵具有優異的陰極保護與屏蔽功能，涂裝體系具備25 a以上的防腐周期，其同類產品在國外有50 a以上的成功實例；同時，其具有耐高溫性能，持續抗高溫能力為300 ℃，也具有耐低溫性能，可持續承受－60 ℃的低溫。

1.4 配套選擇

環氧富鋅＋環氧云鐵＋氟碳面漆，為重防腐行業中非常典型的防腐方案，防腐性能十分優異，可滿足嚴重腐蝕環境下（C-5海洋環境）15 a以上的防腐年限。此配套體系，對于常規C3的腐蝕環境，可達到20 a以上的防腐年限，在該保護年限內，涂層銹蝕等級不超過國際標準ISO 4628-3的Ri3級。但根據新疆氣候特點、節能環保的要求及冷噴鋅性能特點等方面因素，在新疆頭屯河大橋鋼構防腐配套主體上，選擇采用冷噴鋅＋環氧云鐵＋氟碳面漆體系更為合理優異[1-2]。本文將對這2種配套體系進行對比試驗，主要針對附著力、防腐性能、耐高低溫3個方面進行試驗分析。

2 試驗部分

2.1 原材料

主要有噴砂鋼板（Sa2.5）、冷噴鋅底漆、冷噴鋅底漆稀釋劑、特制環氧富鋅防銹底漆、環氧云鐵中間漆、氟碳面漆、環氧稀釋劑、氟碳漆稀釋劑。

2.2 主要儀器

DeFelsko PosiTestAT-M手動拉拔式附著力測試儀、干膜測厚儀、劃格板、低溫試驗箱、加熱恒溫箱、鹽霧試驗箱。

2.3 試驗過程

制作單涂層的冷噴鋅、環氧富鋅及其對應的配套復合板。

1）配套一：冷噴鋅＋環氧云鐵＋氟碳面漆。

2）配套二：環氧富鋅＋環氧云鐵＋氟碳面漆。

按噴涂工藝要求，制作復合配套涂層測試板，包括配套附著力測試、鹽霧性能測試、高低溫循環試驗。

噴涂工藝：鋼板表面拋丸預處理（達到Sa2.5級）→噴冷噴鋅或環氧富鋅（噴涂2道，每道間隔3～5 min，總膜厚70～80 μm）→常溫干燥4 h→薄噴1道環氧云鐵中間漆封閉（稀噴）→表干3～5 min，排除氣泡→厚噴環氧云鐵中間漆（干膜厚度100～120 μm）→常溫干燥24 h→噴灰色氟碳面漆→常溫干燥21 d后測試附著力（劃格及拉拔法）。

2.4 分析測試方法

2.4.1 附著力測試

采用劃格法按照GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》進行檢測；拉開法是評價附著力的最佳測試方法，采用拉開法測試儀器進行附著力的測試，按照GB/T 5210—1998《色漆和清漆 拉開法附著力試驗》中的方法進行測試。

2.4.2 鹽霧性能測試

配套涂層及單涂層按照GB/T 1771—1991《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》中的油漆耐鹽霧試驗要求進行檢測。

2.4.3 高低溫性能測試

制作復合涂層，階梯板測試，試驗條件：－60 ℃條件下放24 h，室溫放置24 h，80 ℃條件下放24 h，此為1個周期，共10個周期。

3 結果與討論

3.1 單涂層和復合涂層的附著力

用拉開法附著力測試儀對上述配套及單涂層的附著力進行測試，并采用劃格法測試劃格附著力（圖1、表1）。

圖1 附著力測試

分析試樣的附著力測試結果：

1）冷噴鋅單涂層約為6 MPa、復合涂層約為7 MPa，都是從冷噴鋅涂層內聚，說明冷噴鋅涂層對測試樣板基材附著牢固，涂層自身抗拉強度是涂層破壞的控制因素，附著力數據大于行業標準要求的3 MPa，滿足標準要求。

表1 附著力測試結果

2）環氧富鋅的單涂層、復合涂層拉拔數據都在12 MPa以上，附著效果非常好。

3）從劃格來看，兩者附著力都是1級，沒有區別。因此，兩者在附著力方面都滿足要求，但環氧富鋅更優異。

3.2 單涂層和復合涂層的鹽霧試驗

將制作好的冷噴鋅及環氧富鋅樣片放進鹽霧箱測試，并對復合涂層進行附著力測試（圖2、表2）。

圖2 鹽霧試驗

表2 鹽霧試驗測試結果

分析試片的測試結果，從鹽霧試驗來看：

1）冷噴鋅單涂層可以做到4 000 h以上，而且從起初劃線處，劃線基本消失，看不出來劃線，具有自愈合的功能，其配套涂層6 000 h沒有劃線，沒有紅銹、起泡，拉拔附著力也沒有下降，反而有略微增加。

2）環氧富鋅單涂層鹽霧性能剛好1 000 h，滿足相關標準要求，復合涂層3 000 h，劃痕處有微泡、紅銹。對比來說，冷噴鋅的防腐效果比環氧富鋅優異得多，而且具有自愈合的功能。

3.3 單涂層和復合涂層的耐高低溫循環試驗

制作復合涂層，階梯板測試，試驗條件如前所述（圖3、表3）。

圖3 冷熱循環試驗

表3 冷熱循環試驗結果

分析試驗結果可知，在－60 ℃低溫和80 ℃高溫交替中，冷噴鋅性能沒有任何影響，環氧富鋅卻出現了開裂脫落現象，冷噴鋅配套涂層耐高低溫性能非常優秀，而環氧富鋅配套涂層則不適宜在低溫環境中使用。新疆昌吉地區冬季溫度基本在－20 ℃左右，為預防極寒等異常情況，應選用具有更寬溫度適用性的冷噴鋅底漆。

4 結語

本文通過試驗測試，對比冷噴鋅和環氧富鋅在附著力、鹽霧和耐高低溫3個方面的性能，得出如下結論：

1）冷噴鋅單涂層和復合配套涂層相較環氧富鋅在結合力上稍有差距，但是都滿足JT/T 722—2008《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》和TB/T 1527—2011《鐵路鋼橋保護涂裝及涂料供貨技術條件》中拉拔數據要求。

2）冷噴鋅單涂層可以做到4 000 h以上鹽霧性能，并具有自修復愈合功能，對比環氧富鋅具有明顯的優勢。

3）冷噴鋅具有抗高低溫的優異性能，其配套涂層在－60 ℃不會出現開裂脫落現象，附著力也不會出現下降。

綜合以上3點，在新疆昌吉頭屯河大橋中，相比環氧富鋅配套涂層，應用冷噴鋅配套涂層更具有經濟環保性和適宜性。