綠色環保新型公路鋼護欄開發及應用

公路鋼護欄是生命的一道安全屏障，護欄的防撞性能是最核心的一項指標。鋼護欄主要由碳鋼材質制作而成，碳鋼在戶外使用過程中會受環境破壞而逐漸生銹、減薄，防撞性能逐漸下降，喪失保護功能。目前，鋼護欄傳統的防腐型式主要有三種：一種是純鍍鋅護欄，這是最早的防腐型式，被稱為第一代護欄產品，是護欄黑板熱鍍鋅而成；“熱鍍鋅+聚酯”護欄，是在熱鍍鋅護欄的基礎上，噴涂上一層聚酯粉末，被稱之為第二代護欄產品；“熱鍍鋅+聚乙烯”護欄，是在熱鍍鋅護欄基礎上，浸漬涂敷一層聚乙烯粉末，被稱為第三代護欄產品。

借助30年的防腐技術積淀，濰坊東方鋼管有限公司在國內推出了具有更高性能的第四代環保新型鋼護欄防腐技術——環氧鋅基聚酯復合涂層鋼護欄。

新材料及防腐形式

護欄的使用環境極其復雜，典型特征有高溫、高濕、高鹽、強紫外線、強風沙等，有些使用環境甚至綜合了以上所有的特征，這對護欄的使用壽命是極其嚴峻的考驗。因此，鋼護欄的防腐形式設計尤為重要，直接決定了護欄的使用壽命。

提取這些環境特征，第四代鋼護欄的防腐形式設計需解決如下難題：涂層附著力，在各種使用環境的交替變化下不能出現衰退；涂層抗滲透開裂性能，涂層一旦出現小的破口，破損面積不能沿破口逐漸擴大；抗酸、堿、鹽腐蝕能力，在工業區、鹽堿地等環境中，涂層能夠完好抵抗這些介質的腐蝕；抗紫外線能力，涂層屬于有機物，有機物天生懼怕紫外輻射，需要提升抗紫外線性能。

綜合這些要求，借鑒海洋用重防腐涂料富鋅漆的配方形式，開發出了新型重防腐粉末涂料——性能更優的環氧鋅基粉末涂料，以此涂料為底層，再復合一層多功能聚酯粉末面層，形成了環氧鋅基聚酯復合涂層防腐結構(如圖1所示)。

圖1 第四代鋼護欄防腐型式

環氧鋅基粉末靜電噴涂取代熱鍍鋅，是鋼護欄行業環保轉型的一次變革。環氧鋅基粉末既具有環氧涂層的重防腐功能，又具有鋅層的電化學保護和自修復功能。為充分發揮鋅的電化學保護作用，配方中添加石墨烯實現改性，提升電子的導通性。粉末中的鋅和石墨烯都是磷片狀結構，能起到延長腐蝕通道的屏蔽作用。鋅與石墨烯在粉末中分布的均勻程度決定了其保護性能的高低，二者在粉末中的混煉難度較大，需要添加特殊的助劑協助提升分散效果。但是，環氧鋅基粉末抗紫外線能力較弱，復合一層耐候性良好的聚酯粉末涂層后，優勢互補，使鋼護欄可以適應各種使用環境。

新工藝與產品性能

第四代鋼護欄生產的新工藝，包括拋丸工藝取代酸洗、陶化工藝取代磷化、護欄均勻噴涂工藝、立柱內壁噴涂工藝等。這些新工藝都是在鋼護欄行業首次應用，具有如下特點：

拋丸的錨嵌結構，增加了涂層與鋼護欄的接觸面積，且拋丸提升了鋼材表面活性，大幅提升了附著力。

陶化的瓷質結構，不僅電阻極低更利于環氧鋅基涂層的鋅發揮作用，且優良的抗鹽霧性能提升了涂層的抗滲透破壞性，使護欄更適合高濕、高鹽霧的環境。

護欄的均勻噴涂工藝、立柱的內壁噴涂工藝，使涂層總厚度基本控制在106um～146um之間，解決了行業難題，節約了資源。

表1 第四代鋼護欄綜合性能指標

新材料、新工藝的應用，使粉末靜電噴涂完全取代熱鍍鋅成為可能，低碳、節能且環保。經權威機構測試，第四代鋼護欄產品的綜合性能優于前三代，具體性能指標見表1。為推動鋼護欄行業的轉型升級，2015年將第四代鋼護欄的防腐型式納入國標GB/T18226-2015《公路交通工程鋼構件防腐技術條件》。

新技術與智能化生產線

生產的穩定性對產品質量影響重大，設備性能、倒運環節、工藝參數的反饋與控制及時性等，決定了過程控制能力，決定了質量的穩定性。

第四代環氧鋅基聚酯復合涂層鋼護欄特殊的防腐型式及生產工藝，要求必須摒棄傳統的分體式生產線，采用自動化流水生產線，即把冷彎（或焊管）、前處理、上下件、噴涂、固化等有機串聯，從帶鋼上料到成品下線自動實現、一氣呵成。這需要克服多個技術難題，例如立柱在線連續拋丸、W板在線連續拋丸、工件自動上件、立柱內壁化學噴淋、立柱自動內噴、工件自動下件、自動包裝等，不僅要實現各工序的功能，還要使各環節的效率相匹配。自動化的流水線生產實現了智能化反饋控制系統，消除了過程倒運環節，工藝參數的過程控制能力基本達到了5.5西格瑪水平，產品質量穩定性高。

新型的防腐型式及生產工藝，智能化的生產線，與前三代產品相比，不僅環保，還大幅度降低了能耗。經國家權威部門檢測，每噸護欄平均節煤100千克，減排250千克；年產100萬噸可節煤10萬噸，減少碳排放25萬噸，降低幅度達77%。

應用案例

我國經度、緯度跨度較大，氣候狀況較為復雜。典型氣候特征有以下幾類：強紫外線氣候、強風沙氣候、高溫高濕熱氣候、高低溫交變氣候、高酸堿鹽霧氣候等。針對這些不同的氣候，鋼護欄不宜采用通用的防腐型式。

京新高速公路

京新高速公路是從北京到新疆的高速公路，內蒙古阿拉善盟臨白段采用了第四代鋼護欄。阿拉善盟有兩大典型氣候特征：強風沙，千里戈壁風力強勁，平均風力在6級以上，風中夾雜砂礫，對建筑物具有很強的磨蝕破壞能力，對涂層的破壞性更強；強紫外線，全年紫外線累計輻射量列全國之首。針對這種環境，超耐候、抗風沙聚酯粉末的涂層耐磨性為常規聚酯粉末的3倍以上，抗紫外線能力達到1500h以上。產品投入使用至今2年左右，涂層厚度未見任何下降跡象，體現了良好的抗風沙及耐候性能。

曲陸高速公路

曲陸高速公路是云南曲靖到陸良的高速公路，主要采用了第四代鋼護欄。該地有兩大氣候特征：強紫外線，全年紫外線累積輻射量在全國排名前幾位，尤其是夏季以外的其他季節；高溫高濕。這兩種因素對涂層的附著力是個極大的考驗。在這種氣候特征下，超耐候、抗水滲透的聚酯粉末涂層在70℃的熱水浸泡試驗下，1500h沒有任何的滲透、鼓包、脫落等問題。該地護欄已使用一年以上，經歷了四季的考驗，從一處發生交通事故撞擊的護欄情況來看，涂層質量依舊良好。