楊紅波，李 耀，陳智濤，劉華民，鄭曉杰

（1.浙江圓融科技有限公司，浙江杭州 311265；2.杭州錢塔涂料玻璃有限公司，浙江杭州 311251；3.艾仕得涂料系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)（上海）有限公司，上海 200245；4.鄭州森塔化工有限公司，河南鄭州 450045；5.松山湖材料試驗室，廣東東莞 523808）

0 引言

鐵路橋梁上的附屬鋼構(gòu)件使用環(huán)境惡劣，長期遭受日曬雨淋、環(huán)境污染，以及橋上作業(yè)的人為影響，普遍存在嚴重的銹蝕現(xiàn)象。

傳統(tǒng)鐵路路橋維護涂裝根據(jù)《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》將鋼梁涂裝體系分為7套，其中對鐵路橋梁附屬鋼構(gòu)件采用的是第1套體系。該體系由2道紅丹酚醛（醇酸）防銹底漆、2道灰鋁粉石墨或灰云鐵醇酸面漆組成。這一涂裝體系，對現(xiàn)場作業(yè)有著嚴格的要求，除銹必須徹底，涂層必須隔天作業(yè)，在天窗維修作業(yè)條件下，已極難適應現(xiàn)場的作業(yè)要求，造成涂裝質(zhì)量難以達標，作業(yè)效率低下，嚴重影響到橋梁狀態(tài)的控制要求。因此，選擇一種簡便有效的涂裝方式就顯得非常必要。

同時，隨著環(huán)保要求的日趨嚴格，傳統(tǒng)的油性涂料產(chǎn)品將逐步受到限制，特別是紅丹粉屬于有毒類重金屬，對人體損害和環(huán)境破壞較大，很多國家明確規(guī)定禁止將紅丹粉用于涂料的制備。而且紅丹粉受國家環(huán)保政策和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響，價格上升，成本增加，使用前景也受到了相應制約。

只要簡單除去鋼構(gòu)件表面的浮銹、氧化皮和油污，就可涂裝水性帶銹防銹涂料，省時省工，可大幅提高涂裝作業(yè)效率，同時保證涂裝質(zhì)量，且對環(huán)境友好，對作業(yè)人員和大氣環(huán)境的危害小，涂層對基底有著良好的附著力，防銹性能優(yōu)異。因此，采用納米水性防銹涂料替代鐵路橋梁第1套涂裝體系，應用于橋梁附屬鋼構(gòu)件的防腐涂裝，具有良好的實用價值和推廣應用前景。

1 鐵路橋梁附屬設(shè)施鋼構(gòu)件的腐蝕特點及防護涂料的發(fā)展趨勢

1.1 鐵路橋梁附屬設(shè)施鋼構(gòu)件腐蝕特點

鐵路橋梁附屬設(shè)施鋼構(gòu)件長期暴露于大氣環(huán)境中，遭受陽光、風沙、雨雪、霜露及一年四季的溫度和濕度變化作用，其中大氣中的氧氣和水分是造成戶外鋼鐵結(jié)構(gòu)腐蝕的重要因素，引起鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的工業(yè)氣體中含有SO2、Cl2、CO2、NO2、H2S、NH3等，這些成分雖然含量很少，但對鋼鐵的腐蝕危害卻是不可忽視的，其中以SO2的影響最大，Cl2亦會破壞金屬表面的鈍化膜。這些氣體溶解于水后呈現(xiàn)酸性，會形成酸雨，腐蝕金屬設(shè)施。

靠近沿海地區(qū)屬于海洋大氣環(huán)境，此類環(huán)境的特點是大氣中含有大量的鹽，主要為NaCl，鹽顆粒沉降于金屬表面，由于其具有吸潮性且會增大表面液膜的導電作用，同時氯離子本身具有較強的侵蝕性，因而加重了金屬表面的腐蝕程度，該環(huán)境對鋼鐵的腐蝕程度遠高于內(nèi)陸大氣環(huán)境。

1.2 防護涂料的發(fā)展趨勢

隨著鐵路運營向高速、電氣化的方向發(fā)展，對鋼橋維修、大修的要求也不斷提高，不可能像以往那樣經(jīng)常在橋梁上進行施工作業(yè)，這就要求我們研制出防腐性優(yōu)良、使用壽命更長的涂裝體系，同時對環(huán)境污染少，對施工人員身體傷害小。

（1） 高性能涂料

高性能涂料包括氟碳涂料、聚硅氧烷涂料、無機涂料、高強度聚天門冬氨酸酯涂料等，該類產(chǎn)品具有超常的耐候性、突出的耐鹽霧性和優(yōu)異的耐化學介質(zhì)性等，加強相關(guān)高性能涂料的研究和應用是一個趨勢。

（2） 水性涂料

隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，鋼橋涂裝采用水性涂料是必然趨勢。水性無機富鋅底漆已在鋼結(jié)構(gòu)防護涂裝中得到廣泛應用，在鋼橋上作為配套底漆也有使用；水性環(huán)氧涂料、水性聚氨酯涂料、水性丙烯酸涂料在鐵路站房維護、線上料維護等領(lǐng)域已經(jīng)有了一定的應用。

（3） 復合保護材料

復合保護主要是在鋼橋表面電弧噴涂或冷噴涂金屬再涂覆防護涂料等。噴金屬保護始于1910年，國外在20世紀30年代已廣泛采用噴鋅涂層、噴鋁涂層保護鐵路和公路橋梁、各種水工鋼結(jié)構(gòu)和水電站設(shè)備、石油化工裝備以及船舶等。我國自20世紀50年代開始應用至今也已經(jīng)有50余年的歷史。實踐證明，噴金屬防腐是一種長效、適用的防腐蝕方法。經(jīng)過90多年的發(fā)展，噴金屬已不單是噴鋅、噴鋁而且可以噴鋁合金、鋁鎂合金以及鋁稀土合金等；在噴涂工藝上也從火焰噴涂逐步發(fā)展為電弧噴涂甚至高速電弧噴涂和冷噴涂等。自2008年以來，電弧噴涂金屬再涂覆防護涂料方案開始在我國的港口碼頭、橋梁等領(lǐng)域得到應用，如粵海棧橋工程。目前還有很多高要求的軍工設(shè)施采用復合保護材料的方案進行苛刻環(huán)境下的防護。

2 新型水性帶銹防腐涂料的試驗研究

根據(jù)鐵路鋼橋附屬鋼結(jié)構(gòu)維護涂裝的特點，理想的涂裝體系必須滿足以下要求：

（1） 良好的防銹性能；

（2） 對基材的處理要求低；

（3） 涂層干燥快，涂裝間隔時間短，適應天窗作業(yè)；

（4） 滿足一定程度的涂裝環(huán)境要求，適應適度的溫濕作業(yè)環(huán)境；

（5） 材料本身不含重金屬、低VOC（揮發(fā)性有機化合物）排放，對環(huán)境及作業(yè)人員無不良影響；

（6） 施工簡單、快捷，便于操作；

（7） 良好的耐紫外光老化性能和耐化學品腐蝕性能。

2.1 水性帶銹防銹涂料的配方設(shè)計及性能研究

2.1.1 水性帶銹防銹底漆的基礎(chǔ)配方

水性帶銹防銹底漆的基礎(chǔ)配方見表1。

表1 水性帶銹防銹底漆的基礎(chǔ)配方Table 1 The basic formula of waterborne anti-rust primer with rust

選取生銹半年的鑄鐵構(gòu)件，涂刷水性帶銹防銹底漆，試驗效果見圖1。

圖1 水性帶銹防銹底漆的涂裝效果Figure 1 Coating effect of waterborne anti-rust primer with rust

從圖1中可以看出，水性帶銹防銹底漆可以將鐵銹徹底轉(zhuǎn)化，牢固附著于基材表面，確保整個涂層極高的致密性，對腐蝕介質(zhì)具備更加優(yōu)良的抗性。

2.1.2 配套水性防護面漆的配方設(shè)計

配套水性防護面漆為水性丙烯酸改性底面通用涂料，其基礎(chǔ)配方見表2。

2.2 涂層性能對比

依據(jù)TB/T 1527—2011《鐵路鋼橋保護涂裝及涂料供貨技術(shù)條件》標準中的相關(guān)技術(shù)要求，對水性帶銹防銹復合涂層部分技術(shù)指標與原有的第1套涂裝體系做對比，結(jié)果見表3。

表2 水性丙烯酸改性底面通用涂料的基礎(chǔ)配方Table 2 The basic formula of water-based acrylic acid modified bottom-surface universal coatings

表3 涂層技術(shù)指標對比Table 3 Technical index comparison of coating

3 水性帶銹防銹體系的施工及應用

鐵路橋梁上的附屬鋼構(gòu)件長期存在嚴重的銹蝕現(xiàn)象。這些鋼構(gòu)件的維修涂裝作業(yè)是鐵路橋梁養(yǎng)護修中工作量最大、占比最多的作業(yè)項目，采用水性帶銹涂裝體系可以極大地減少除銹作業(yè)量，同時對施工環(huán)境和一線操作工人的身體損害情況有明顯改善。

3.1 表面處理

（1） 先用鏟刀、鋼刷去除銹蝕鋼材表面的浮銹、氧化皮及松動舊漆層；

（2） 用砂紙打磨鋼刷處理不到的結(jié)構(gòu)部位；

（3） 用油漆刷掃除鋼材表面的銹跡、灰塵等；

（4） 有油污的特殊部位需要用專用清洗劑進行清洗。

3.2 涂層配套技術(shù)方案及施工

根據(jù)施工現(xiàn)場的條件，確定施工方式為輥涂及刷涂。水性帶銹防銹涂層體系配套技術(shù)方案見表4。

表4 水性帶銹防銹涂層體系配套技術(shù)方案Table 4 Matching technical scheme of waterborne anti-rust coating with rust system

在施工的同時，監(jiān)測周邊環(huán)境是否符合涂裝條件，測量并記錄天氣狀況和溫濕度等，適時調(diào)整涂裝間隔并進行記錄。水性帶銹防銹涂層體系涂裝施工記錄見表5。

表5 水性帶銹防銹涂層體系涂裝施工記錄Table 5 Coating construction record of waterborne anti-rust coating with rust system

根據(jù)現(xiàn)場應用試驗表明，該水性帶銹防銹涂裝體系應用效果良好，涂層干燥速度快，復涂間隔短，外觀無不良瑕疵，整體效果良好。

4 涂層檢驗

（1） 涂層外觀：整體涂層平整、圓潤，無漏涂、流掛、針孔、起泡、桔皮、裹砂等表面缺陷及其他異常，外觀良好；

（2） 涂層厚度 ：嚴格按照ISO 2808—2007《色漆和清漆 漆膜厚度的測定》標準中的檢測方法測量濕膜、干膜厚度；

（3） 附著力：在涂層施工完畢及養(yǎng)護周期結(jié)束后根據(jù)技術(shù)要求規(guī)范檢測涂層附著力；

（4） 聯(lián)合鐵路站段相關(guān)技術(shù)負責人進行一次最終驗收檢查，簽署驗收總結(jié)報告。

5 結(jié)語

通過鐵路鋼橋附屬鋼結(jié)構(gòu)維護涂裝理論分析和試驗驗證，結(jié)合新型水性帶銹防銹涂料的現(xiàn)場試驗情況，得出如下結(jié)論：

（1） 原有的涂裝體系操作步驟繁瑣，對基材處理要求較高，費時費工。

（2） 受到鐵路天窗作業(yè)的限制，原有的涂層體系干燥時間較長，不利于施工。

（3） 水性帶銹防銹涂裝體系涂層性能滿足現(xiàn)有的鐵路鋼橋附屬鋼結(jié)構(gòu)維護設(shè)計需要，部分性能優(yōu)于原有涂層體系。

（4） 水性帶銹防銹涂料體系無毒、無污染，符合環(huán)保發(fā)展趨勢。

（5） 水性帶銹防銹涂料體系施工簡便，僅需對基材進行簡單處理；涂層干燥快，復涂間隔短，完全能適應鐵路天窗作業(yè)。

該水性配套涂層體系可廣泛應用于鐵路橋梁護欄、站房、雨棚及線上鋼軌料等鋼結(jié)構(gòu)的帶銹涂裝。可推廣至公路交通、管線、鋼結(jié)構(gòu)維護等領(lǐng)域。