許志敏，蔡一平，王 煦，許志剛，時小江，陸寶山

（1.江蘇省水利科學研究院材料結構研究所，江蘇揚州225002；2.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，江蘇揚州225000；3.如東縣水務局，江蘇南通226400；4.如東縣洋口外閘管理所，江蘇南通226400）

保護環(huán)境是我國的基本國策。從2014年開始，新《中華人民共和國環(huán)境保護法》《中華人民共和國大氣污染防治法》《中華人民共和國環(huán)境保護稅法》等一系列環(huán)保節(jié)能法律法規(guī)陸續(xù)出臺，對各行業(yè)和地區(qū)設定了不同的VOC 排放標準，并規(guī)定對VOC 含量高于420 g/L 的涂料品種征收消費稅［1］。近年來，國家標準化管理委員會等部委陸續(xù)發(fā)布了GB/T35602—2017《綠色產(chǎn)品 涂料》［2］、GB30981—2020《工業(yè)防護涂料中有害物質限量》［3］等涂料環(huán)保標準。在這一系列環(huán)保法規(guī)標準的驅動下，涂料行業(yè)綠色化轉型升級已是必然趨勢。本文針對目前水工鋼結構防腐維修中存在的高污染高能耗問題，通過環(huán)保型低表面處理環(huán)氧厚漿涂料在江蘇省揚州市萬福閘淡水環(huán)境和江蘇省如東縣洋口外閘海淡水交界環(huán)境的應用及跟蹤觀察，用外觀檢查和數(shù)據(jù)檢測的分析方法，闡述了該環(huán)保涂料及環(huán)保涂裝工藝替代傳統(tǒng)噴鋅加防腐涂料工藝的可行性。

1 水工鋼結構防腐維修中存在的環(huán)保問題

目前，水工鋼結構防腐維修采用較多的為噴鋅加涂料復合防腐技術。噴鋅加涂料保護需要將鋼鐵基面噴砂處理到sa2.5 級，才能保證涂層質量，這種方法在各環(huán)節(jié)均存在不同程度的污染問題，特別是閘門維修工程如果進行就地噴砂噴鋅噴涂，會造成嚴重的粉塵、有毒鋅塵、有毒溶劑揮發(fā)物及噪聲污染，鋼閘門運行過程中鋅及未揮發(fā)的溶劑苯等溶解于水，還會造成一定的水域污染［4］。此外，噴砂噴鋅作業(yè)能耗非常高。水工鋼結構涂裝中這些高污染高能耗問題的存在，越來越不能適應國家環(huán)保政策和法規(guī)需求，亟需對涂料配方及涂裝技術進行革新,以實現(xiàn)從源頭到過程使用的全方位環(huán)保節(jié)能控制。

2 環(huán)保型低表面處理環(huán)氧厚漿涂料

2.1 低表面處理涂料的特性

低表面處理涂料，又稱表面容忍性涂料。它可以涂覆在手工和動力工具打磨至St2～St3級的鋼材表面、在帶閃銹和微銹的鋼材表面、在多種類型的舊涂層表面。與其他重防腐涂料相比，施工方便，對溫濕度等環(huán)境的適應性也較強［5］。另外，由于不需要噴砂、噴鋅，環(huán)保施工的同時節(jié)省了涂裝配套費用。

2.2 無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料的原理

HS無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料，該環(huán)保型涂料，系采用滲透性較好的低分子質量無苯環(huán)氧樹脂溶液為主要成膜物質，采用丙酮、乙醇為無毒環(huán)氧溶劑，采用無毒高效的改性磷酸鋅作防銹顏料，采用片狀結構材料作顏填料并加入各種助劑配制而成，屬高固體分溶劑型涂料。

由于該涂料用改性磷酸鋅，可以和金屬表面的鐵銹反應使金屬表面鈍化，所用小分子溶劑可與水共沸從而帶走鋼結構表面的水分，因而可以容忍鋼結構表面殘存的銹蝕、舊漆、閃銹及少量水份等；用葉展性顏料和304不飽和聚酯樹脂使涂料獲得良好的韌性；用成膜環(huán)氧樹脂溶液中的強極性基團醚鍵和羥基對金屬底材有非常強的附著力；用屏蔽型顏填料具有良好的片狀結構形態(tài)和級配組合，其疊合屏蔽效果使涂層的孔隙率非常低，如果采用2°~3°涂裝，則很少有貫穿孔，因而該涂料不需要噴鋅就可達到良好的防腐效果［6］。

2.3 HS無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料的性能

HS 無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料，不含苯、鉻等有毒物質，固含量高達80%以上，VOC小于250 g/L，其各項環(huán)保性能均達到GB/T35602—2017標準的高固體分涂料要求，與GB30981—2020 標準規(guī)定的普通溶劑型涂料環(huán)保性能相比具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢，見表1。

表1 HS無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料與普通溶劑型涂料環(huán)保性能分析

HS 無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料的各項技術性能達到或超過HG/T 4564—2013《低表面處理容忍性環(huán)氧涂料》［7］要求和JG/T224—2007《建筑用鋼結構防腐涂料》［8］標準中長效型防腐涂料的技術要求，并且?guī)тP、帶水涂裝性能良好，見表2。

表2 HS無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料的技術性能

3 環(huán)保型低表面處理環(huán)氧厚漿涂料的應用

依托江蘇水利科技項目的支持，2013年和2021年，HS無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料先后在江蘇省揚州市萬福閘淡水環(huán)境和江蘇省如東縣洋口外閘海淡水交界環(huán)境試用并跟蹤觀察，具體情況介紹如下：

3.1 萬福閘淡水環(huán)境的試用

萬福閘位于淮河入江水道上，建于20 世紀60年代，屬典型淡水潮汛環(huán)境閘門，水質類別為Ⅲ類水。該閘共有65孔鋼閘門，2012年大修，采用噴鋅加涂料的維修方案，其防腐涂層配套見表3。結合閘門的維修加固改造，萬福閘采取將閘門從門槽中拿出噴砂噴涂的方法進行施工，雖然避免了原位噴涂的弊端，但閘門提取需拆除排架，費用非常高。

表3 萬福閘2012年大修鋼閘門防腐涂層配套

2013 年11 月，選擇銹蝕較為嚴重的30 號孔鋼閘門下扉門作為HS無苯無毒低表面處理涂料涂裝試點閘門，閘門涂裝高程為▽0.2~▽4.4m，涵蓋水上區(qū)、水變區(qū)和水下區(qū)3 種環(huán)境條件，涂層配套見表4。施工基面處理要求按GB/T8923.2—2008對閘門進行手工和動力工具除銹處理，除銹等級要求達到st2 或st3 級，施工方法為水平面刷涂施工。由于該閘門中間靠近橫向接縫以上約1m左右及橫向接縫以下銹蝕較嚴重，手工除銹處理時用鎯頭和普通鏟刀敲鏟再用動力工具鋼絲刷清除，尚未能徹底將附著牢固的較厚銹層除去，除銹等級未達St2或St3級，若能用硬質鎢鋼刀配合鎯頭敲鏟再用動力工具鋼絲刷清除，除銹質量會更好。這次涂料試點試驗時已進入初冬，有寒流影響，由于所使用涂料具有低溫潮濕施工性能，故得以順利完成現(xiàn)場試點試驗工作。局部銹層較厚處手工除銹質量不夠理想，預期會影響涂層的使用壽命，后期進行重點跟蹤觀察。

表4 萬福閘30號孔鋼閘門用無苯無毒低表面處理涂料的防腐涂層配套

此次實門試驗后，每年對30號孔鋼閘門和其他各孔鋼閘門進行跟蹤對比觀察。2020 年7 月7 日，涂裝近7 年，觀察到30 號孔鋼閘門HS 低表面處理涂料涂裝部位外觀情況良好，對比觀察其他各門孔使用噴鋅加防腐涂料的鋼閘門涂層，發(fā)現(xiàn)水上部位情況良好，水下部位涂層已有近1/3 出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。分析可能由于水下部位閘門維修前銹蝕較嚴重，噴砂處理不易徹底，影響了鋅層的附著力，從而影響了防腐壽命。 2021 年7 月10 日，涂裝近8年，觀察發(fā)現(xiàn)30 號孔使用HS 涂料涂裝部位有3塊涂層剝落，剝落尺寸約40 cm×20 cm 和30 cm×20 cm，剝落部位均在除銹等級未達St2 級的水變區(qū)，另外水上區(qū)面漆黃變較明顯。

2021 年7 月23 日，對涂層進行現(xiàn)場附著力檢測，檢測結果見表5。從檢測結果看，HS 無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料在除銹等級達St2～St3級的水變區(qū)的附著力良好，為3.79~6.88 MPa；除銹等級未達St2～St3 級的水變區(qū)的附著力較低，為1.37 MPa，其中有3處附著力較低的涂層已脫落；除銹等級未達St2～St3 級的水下區(qū)的附著力較低，為0.81 MPa，但水下區(qū)涂層未脫落；水上區(qū)表面涂層黃化明顯，但涂層附著力達4.41~5.99 MPa，斷于面漆中層。與此同時，檢測的30號孔噴鋅加重防腐涂料涂裝部位水上區(qū)的涂層附著力為2.61 MPa，水變區(qū)涂層附著力為5.02 MPa。

表5 現(xiàn)場拉開法附著力檢測結果

從近8 年跟蹤觀察結果可得出如下結論：在淡水環(huán)境中，HS 無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料的防腐效果與噴鋅加涂料的復合涂層防腐效果基本相當，但如果鋼鐵基面處理等級不達sa2.5 級，則噴鋅加涂料的復合防腐涂層使用壽命不如HS無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料?；嫣幚淼燃壊贿_st2 級，會降低低表面處理涂層的使用壽命。HS低表面處理環(huán)氧厚漿涂料在此次維修中突顯了其高基面容忍性高質量的優(yōu)勢。

3.2 洋口外閘海淡水交界環(huán)境的試用

洋口外閘位于如東縣東北部，建成于2003 年，是一座7孔中型擋潮閘，其地處栟茶運河入?？谔?，主要承擔栟茶河等6 條河道的排澇任務，屬海淡水交界水環(huán)境，是沿海擋潮、排澇與通航相結合的水利樞紐工程。

該閘上游面周圍土地用于化工園區(qū)開發(fā)，水質最差時為劣Ⅴ類水，鋼結構經(jīng)常處于酸性水質中，表面涂層剝落非?？?；下游面受到黃海海水和污水的雙重侵蝕，水下區(qū)水變區(qū)涂層基本2 年時間就整體脫落。

2003 年該閘建成時鋼閘門的防腐涂層配套為噴鋅加氯化橡膠面漆3度，2003年建成后至2018年的15年間共進行了4次噴鋅加涂料的防腐維修，平均不到4 年防腐維修1 次。2017 年開始，經(jīng)過環(huán)保治理，水質逐漸轉好，目前該閘上下游水質均已達到Ⅳ類水標準。

2020年4 月，該閘的安全鑒定檢測發(fā)現(xiàn)，擋潮閘的閘門、防撞鋼板等鋼結構水下區(qū)和水變區(qū)已出現(xiàn)局部銹蝕、涂層厚度變薄，水上區(qū)涂層則基本完好，而擋潮閘閘門兩側主滾輪銹蝕非常嚴重，已不能正常工作。10 月，對該閘進行除險加固改造，鋼閘門采取從門槽中拿出進行全面噴砂噴鋅噴涂的方法進行防腐維修，鋼鐵基面的除銹等級為sa2.5級。其防腐涂層配套見表6。

表6 洋口外閘2020年大修鋼閘門防腐涂層配套

2021年3 月，將HS無苯無毒低表面處理涂料在洋口外閘鋼結構上進行涂裝試點，涂裝部位為擋潮閘1 號孔兩側防撞鋼板的上下游部分面積，具體位置為：①1號孔西側下游面主門槽和檢修門槽之間的防撞鋼板，尺寸為5 m×1.45 m，高程為1.5~6.5 m。②1號孔東側上游面防撞鋼板南邊緣，尺寸為2.1 m×1.2 m，高程為1.5~3.6 m。上游淡水面涂裝部位涵蓋水上區(qū)、水變區(qū)和水下區(qū)，下游海水面涂裝部位為水上區(qū)和水變區(qū)（由于海潮漲落落差較大，水上區(qū)以下均為水變區(qū)），鋼鐵基面的處理等級為噴砂處理至sa2.0級，涂層配套見表7。

表7 洋口外閘防撞鋼板無苯無毒低表面處理涂料試點試驗涂層配套

本次現(xiàn)場實門試驗日期為2021 年4 月17 日至2021年4月18日，天氣為多云，氣溫為4~18℃，施工時段為上午9：00-11：30 和下午14：00-17：00 各涂1度，系立面原位刷涂施工。涂料黏度為1 600 mPas，實驗室一度涂刷厚度為100~120 μm，由于施工現(xiàn)場風非常大，裝涂料容器敞口，溶劑揮發(fā)較厲害，使涂料黏度增大，造成施工涂膜實際厚度較厚，4度厚達650~800 μm，涂膜流掛較厲害。此次涂膜現(xiàn)場附著力測試結果為8.18~10.45 MPa，除一個點斷于底漆層外，其他均斷于面漆最表層或斷于膠面，說明涂層的實際附著力大于測試值。

洋口外閘樞紐加固改造工程于2021 年5 月28日完成水下驗收，于2021 年6 月20 日開閘放水，目前HS 低表面處理涂料涂膜情況良好，今后將對其進行持續(xù)跟蹤觀察，以驗證其在輕度污染海淡水交界環(huán)境中的耐久性。通過此次現(xiàn)場立面涂裝試驗，認為今后施工方法應改為高壓無氣噴涂，以避免溶劑揮發(fā)，并利用施工參數(shù)較好地控制涂層厚度，使涂膜不流掛，從而提高涂膜的質量。

4 結 語

用新型防銹顏料和無毒溶劑研制的HS 無苯無毒低表面處理環(huán)氧厚漿涂料，VOC 含量低，各項技術性能達到長效型防腐涂料標準要求，可在低處理表面直接涂裝，不需要噴鋅，該類型涂料環(huán)保經(jīng)濟效益明顯，符合涂料綠色化高性能化資源節(jié)約化發(fā)展方向,在水工鋼結構的覆涂維護方面使用前景十分廣闊。