氟樹脂涂料在鋼箱梁防腐修復上的應用

汪 鋒 王震宇

(1.江蘇揚子大橋股份有限公司，江蘇 靖江 214500;2.中涂化工(上海)有限公司，上海 200063)

1 概述

1.1 問題的提出

鋼結構橋梁在中國的大量使用距今已有近15年以上的歷史，我國最早的一批鋼結構橋梁代表有虎門大橋、西陵大橋、楊浦大橋、江陰大橋。當時，這些橋梁的鋼結構防腐多采用聚氨酯的防腐配套體系，按照通常的概念，這樣的配套體系在設計當初，可以滿足15年左右的防腐年限要求。實際的涂料防腐壽命不僅和涂裝材料、配套體系有關，同時和我國的氣候環境、空氣污染程度、橋梁的使用頻率等方面的因素有關。所以，這些早期的橋梁，首次維修期均沒有達到設計壽命，如:上海楊浦大橋，1993年建成通車，鋼結構迭合梁斜拉橋，2007年進行防腐重涂改造;徐浦大橋，1997年建成通車，從2006年開始，防腐涂裝就開始維修;宜昌長江公路大橋，雙塔單跨960 m鋼箱梁懸索橋，2001年建成通車，2007年開始防腐涂裝改造。

江陰大橋位于長江三角洲地段的中部，是黑龍江省同江至海南省三亞國道主干線以及北京至上海國道主干線的跨江工程，在國民經濟和國防建設中占有比較重要的地位。主橋系懸索橋結構，主跨鋼箱梁跨徑為1 385 m，橋塔為門式鋼筋混凝土塔柱，柱高為193 m，中設橫梁三道。大橋1994年開工建設，1999年10月建成通車。

經過9年多的運營和管理，江陰大橋促進了當地乃至附近省份的經濟建設，但是在日常的橋梁養護和檢查過程中發現鋼箱梁涂層中出現大量點狀銹蝕，且發展較快，其中嚴重的腐蝕深度達2 mm～3 mm(見圖1)。為保證鋼箱梁結構的耐久性和美觀，有必要對鋼箱梁進行防護涂裝。

圖1 鋼箱梁銹蝕圖

1.2 鋼箱梁腐蝕分析

要提高鋼結構的耐久性，就必須在防腐方面進行充分的對策考慮，基于這點，就需要首先了解鋼結構橋梁的腐蝕特點。

江蘇江陰市，地處我國北亞熱帶季風濕潤氣候區，四季分明，日照充足，雨量豐沛，加之江陰長江公路大橋地處長江之上，濕度更大。

江陰市地處我國較為富裕的長三角地帶，工業發達，大氣污染狀況嚴重，根據2011年無錫市環保局統計數據表明，2011年，江陰市的酸雨頻率為40.7%。這樣的酸雨對鋼結構的腐蝕非常嚴重。

同時，江陰長江公路大橋日均通車量約60 000輛，是我國比較繁忙的長江大橋，這樣的車流量導致橋上車輛尾氣集中，大量通行的車輛集中排放尾氣，導致橋面的二氧化硫的含量急劇升高，在高濕度的氣候條件下，這些二氧化硫吸附在鋼鐵表面，形成硫酸亞鐵，這樣的弱酸性環境，加劇了腐蝕的發生。

綜上所述，江陰長江公路大橋處于C4級偏重腐蝕環境。

2 氟樹脂涂料及其防腐性能

2.1 氟樹脂涂料及應用

氟樹脂涂料自發明以來，在防腐方面得到了廣泛的推廣和運用，近20年來，在日本的新干線項目、阪神高速公路、東京灣工程、本四聯絡橋工程等都普遍采用該體系替代原有的聚氨酯配套體系，氟樹脂涂料優越的防腐性能得到了充分體現。

日本早期使用聚氨酯配套體系或氯化橡膠配套體系的橋梁分別在1985年～1988年之間采用氟樹脂涂料進行維修改造，在2007年進行的跟蹤回訪，實際情況證明，經過了約20年的時間，這些橋梁的防腐體系依然完好無損。

2.2 氟樹脂涂料在鋼結構表面防腐性能

氟樹脂涂料的優異性能來自于氟樹脂中分子結構的氟原子，它和碳原子之間形成的C—F鍵極短、鍵能高，因此分子結構非常穩定，可以滿足長效防腐的要求。由于碳—氟原子是由比紫外線能量大的鍵合強度連接，所以不易受陽光中紫外線照射而斷裂，因此耐紫外線性能優異。另外在其分子鏈中，每一個C—C鍵都被螺旋式的三維列氟原子緊緊包圍，這種結構能保護其免受紫外線、熱和其他化學物質的侵害，因此透氧性極小，所以能很好地防止底材銹蝕。

在實際工程應用過程中，氟樹脂涂料的優異性能還體現在:

1)保光保色性好;

2)自潔功能。由于漆膜光滑、結構致密，因此涂層表面不利于污漬的附著，即使有少量的油性物質，也比其他涂料更容易擦洗干凈。

在美國的加利福尼亞光照最強的標準試驗地，針對4種表面涂裝材料延續進行了6 000 h的試驗，從如圖2所示的曲線上可以看出，氟碳樹脂涂料的抗紫外線能力是普通聚氨酯涂料的3倍～4倍。

因此，氟樹脂涂料是一種非常優異的新型防腐材料。

一種涂料的應用，除了大量的實驗室數據以外，還需要具體的實際比較，圖3是幾種面漆涂料在實際氣候條件下，經過15年暴曬后的實際表現情況，在膠帶上沾染的涂料越少，說明該涂料漆膜完整，沒有出現粉化脫落等狀況。

圖2 涂料耐紫外線對比試驗

圖3 15年暴曬后漆膜狀況

3 江陰大橋主橋鋼箱梁銹蝕分析及設計

運營中的江陰大橋長期暴露于各種天氣中，處于中等偏重的大氣及化學腐蝕環境。周邊的工廠、民用設施排放的廢氣、過往的船只排放的廢氣等含有硫磷等污染物質，而且大橋處于江面之上，鋼箱梁長期處于濕度較高環境，這些都會影響橋梁的安全及其使用壽命。

綜合上述分析，決定在江陰長江公路大橋鋼箱梁防腐改造上，使用氟樹脂涂層替代原有的聚氨酯涂層。

3.1 設計要求

江陰大橋原有防腐配套體系為80 μm醇溶性無機富鋅底漆+15 μm環氧封閉漆+(80×2)μm環氧云鐵中間漆+30 μm丙烯酸聚氨酯面漆+25 μm丙烯酸聚氨酯面漆。

3.2 結構特點

江陰大橋鋼箱梁位于江面上，風大維修不易，應選擇性能優異的涂料產品，最大限度的減少在重新涂裝后的維修頻率。

3.3 防腐設計

鑒于以上分析，決定使用氟樹脂涂料作為維修的替代原聚氨酯涂層的新防腐面漆層，具體新的配套體系如下:

1)原配套體系完好部分的修補配套如表1所示。

表1 原配套體系完好部分的修補配套表

2)原配套涂層中出現嚴重劣化，銹蝕等涂層缺陷，并暴露出母材的部位的改造配套如表2所示。

4 江陰大橋鋼箱梁維修施工工藝

對于維修施工，噴砂的表面處理方式沒有辦法實現，但是表面的粗糙度和清潔度仍是重要的問題，否則嚴重影響涂料的附著力和維修效果。

表面處理，采用動力磨具，對原有聚氨酯涂層表面進行整體拉毛處理，如局部出現銹蝕到底材的情況，需要徹底打磨到底材，表面處理級別需要達到St2.5的水平，并增大打磨面積兩倍;如遇銹蝕坑洞低于底材表面，需徹底打磨，需要將銹坑中的鐵銹完全除盡;去除表面局部的油污和其他污染物，用專用清潔劑，稀釋劑進行低壓噴洗或刷洗;全部的表面處理完成后，用高壓淡水槍沖洗掉所有殘余物，檢查表面的pH值，pH值必須低于9;干燥后經檢驗合格后才進行噴漆。

表2 改造配套表

4.1 表面處理

對原有的聚氨酯涂層進行拉毛處理，徹底清除粉化層，并對原配套體系的中間漆涂層進行附著力測試，確保改造后的涂層完整，并有良好的附著力，拉毛采用電動碗型鋼絲刷，徹底處理后，用高壓淡水沖洗，確保表面無污染。

對點銹造成的坑洞需要電動砂輪機徹底打磨，深至母材，并根據銹蝕坑洞的大小，擴大打磨的面積，使用環氧富鋅，從底漆開始修補，確保新涂層整體膜厚不低于300 μm。

4.2 涂裝施工

1)環氧富鋅底漆的涂裝。

即針對已經銹蝕到母材的部分，底涂層涂裝。富鋅底漆施工時，使用短羊毛刷，施工方法與大面積鋼結構的預涂施工類似，注意控制膜厚，需要徹底涂布均勻，無流掛，龜裂，漏涂等表面施工缺陷。

2)環氧中間漆的涂裝。

中間層漆施工時要求在油漆混合的使用期內進行涂裝，同時注意和前道油漆的涂裝間隔期，該涂層的目的在于增加涂層的整體強度并為新涂層提供良好的聯結附著力，因此膜厚的控制也很重要。

3)氟碳面漆的涂裝。

面漆涂層是最后的涂層，除了注意膜厚，防止漏涂，控制施工環境等因素外，在全部施工完成后，需要進行附著力試驗，測試整個新的涂層在江陰大橋鋼箱梁外表面的整體附著力，確保新涂層發揮效果。

經測試，完工后的整體漆膜采用拉開法測試附著力，均在8.5 MPa以上，高于國家標準要求的5 MPa。

5 結語

江陰大橋主橋鋼箱梁防腐處理是國內橋梁維護過程中首次大面積使用氟樹脂配套體系修補聚氨酯防腐體系的典例，方案的設計和施工方法基本上都是遵從最新的防腐設計思路，并結合了江陰大橋實際的防腐環境和結構特點后優化而成，代表了當今世界上最先進的防腐理念和涂料發展技術，在未來投入使用的幾十年內，我們將對該涂層的使用狀況進行監控，確保涂料的防腐性能最大程度的發揮。

［1］楊卓如.氟樹脂涂料及其應用［J］.合成材料老化與應用，2003(3):10-12.

［2］潘文艷.氟樹脂涂料耐腐蝕及耐老化性能［J］.現代涂料與涂裝，2004(3):41-43.