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环氧玻璃鳞片涂料在钢结构桥梁上的应用
摘要：介绍了采用玻璃鳞片涂料作为中间漆的钢结构桥梁的防腐蚀涂层系统及应用实例，提出了用于钢结构桥梁的25年防腐蚀涂料系统方案。
关键词：钢结构桥梁；防腐蚀；环氧玻璃鳞片涂料
1 前 言
随着桥梁的大型化、复杂化，超长超高的悬索桥、斜拉桥等使用设计寿命都要求达到(100～120)年，桥梁防腐蚀设计概念也从15年防腐蚀年限，发展为25年，甚至35年以上。这对于涂料技术以及涂料方案的设计是个很大的挑战。欧洲和北美地区，已经在钢铁桥梁方面实行了25年以上的防腐蚀设计和应用。这方面最为著名的是具有上百年历史的英国福斯铁路桥(The Forth Rail Bridge)，其涂料的使用设计年限为25午。其中最大的技术上的突破就是环氧玻璃鳞片涂料作为中间漆的使用。
玻璃鳞片涂料在石化、海洋、电厂、污水处理和桥梁等非常严重的腐蚀环境下，获得良好的成功应用。尤其是在海洋平台这种盐雾环境下和海浪飞溅区，更是取得了令人瞩目的防腐蚀效果，减少了维修，获得了很好的经济效益。
2 玻璃鳞片的性能
玻璃是无机材料，其组成决定了它具有良好的耐化学药品及抗老化性能。玻璃鳞片很薄，鳞片涂料经正确施工，使得它在涂层中可与基体平等叠压排列，形成致密的防渗层，据测可达数十上百层，使得腐蚀介质扩散渗透到被保护基体的途径变得曲曲折折，大大延长了介质渗透的途径和时间，相应提高了涂层的抗渗透性能及耐蚀寿命。玻璃鳞片用硅烷型偶联剂处理，可明显增加鳞片与树脂间的粘结力，相应有效地增加了涂层的抗渗性，降低了涂层的吸水性。而且处理过的玻璃鳞片在树脂中的漂浮性好，有利于鳞片与基体之间的平行排列，从而提高涂层的抗渗性。
100X电子显微镜下的环氧玻璃鳞片涂层显示出玻璃鳞片与底材呈平行排列，小的玻璃鳞片以不同角度穿插于空隙中。
涂层中大量的玻璃鳞片形成许多小区域，使涂层中的微裂纹、微气泡相互分割，大大减慢了介质的渗透速度，使介质渗透率明显缩小。玻璃鳞片涂层比其他材料抗介质渗透性可提高几倍到十几倍。
玻璃鳞片的存在不仅减少了涂层与底材之间的热膨胀系数之差，而且也明显降低了涂层本身的硬化收缩率，只有其他材料的几分之一到数十分之一，这不但有助于抑制涂层龟裂、剥落等的出现，而且可提高涂层的附着力与抗冲击性能。
3 环氧玻璃鳞片涂料
应用于重防腐蚀涂料体系中的玻璃鳞片涂料主要有环氧玻璃鳞片涂料、聚酯和乙烯酯玻璃鳞片涂料等。其中，环氧玻璃鳞片涂料的应用最为广泛，使用也最为简便，可以刷涂、喷涂和辊涂。
环氧玻璃鳞片涂料又可以分为两种类型，纯环氧玻璃鳞片涂料和改性玻璃鳞片涂料，各项指标见表1。
表1 改性玻璃鳞片涂料和纯环氧鳞片涂料指标
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项目 |
改性环氧玻璃外鳞片涂料 |
纯环氧玻璃鳞片涂料 |
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体积固体分/% |
80%左右 |
80~90 |
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颜色 |
白色、灰色、红色等 |
有限 |
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柔韧性 |
好 |
好 |
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有机挥发物VOC |
低 |
低 |
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干膜厚度范围/µm |
200~400 |
300~500 |
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重涂间隔 最小/h |
10 |
12 |
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（23℃） 最大/d |
无 |
3~4 |
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低处理表面 |
是 |
否 |
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最低处理表面级别 |
St2 |
Sa2 1/2 |
纯环氧玻璃鳞片涂料在涂覆其它类别的面漆时，对于涂装间隔期较为严格，因为纯环氧面漆固化后的表面非常致密光滑，会严重影响面漆的附着力。而低处理表面改性环氧玻璃鳞片涂料却没有最大涂装间隔，仅要求对表面污染和粉化进行清洁，就可以覆涂各类面漆。
在体积固体分方面，有些涂料商的纯环氧玻璃鳞片涂料达到了90％，在实际施工中还需要添加一定量的稀释剂才能进行流畅的喷涂，而改性环氧玻璃鳞片涂料的体积固体分为80％，对于高压无气喷涂来说，恰好能够进行顺利的喷涂而无需添加额外的稀释剂。
改性环氧玻璃鳞片涂料由于采用了特殊树脂对环氧树脂进行改性，使之具有优异的附着力和耐久性，大大减少了开裂和涂膜下锈蚀的可能。突出的低处理表面性能使改性环氧玻璃鳞片涂料可以在钢铁桥梁现场架设时无法再使用喷砂手段的情况下，对于局部的破损仅用手工和动力工具打磨即可涂覆该涂料。
4玻璃鳞片涂料在桥梁上的应用
4．1 明石海峡大桥
为了达到长期涂层使用寿命，日本于1990年开始全面修订“钢桥等涂装标准解说案”以及“钢铁道路桥梁便览”，在本四连络桥的基础上，正式确立了氟碳树脂涂料在桥梁方面的地位。在随后的建设的最大型桥梁明石海峡(世界第一悬索桥，跨度199lm)上面采用了“富锌涂料+氟碳树脂涂料”的体系，值得我们注意和重视的是，在明石海峡桥梁的涂装方面，对于难以重涂的部位，即桥梁建成后维修保养非常困难的部位，采用了环氧树脂玻璃鳞片涂料。在随后的来岛大桥和多多良大桥上面，采用了相同的涂装规格。
4．2 千禧桥
这座桥主要是用于纪念千禧年的建筑之一。由于不同凡响的意义，防腐蚀设计师采用了环氧玻璃鳞片涂料，该品种在海洋平台方面有着相当成功的超长期应用经验，低有机挥发分(VOC)、高固体分、厚浆型，突出的抗水汽渗透性。面漆采用了丙烯酸聚氨酯涂料，这是因为在英国不开发溶剂型氟碳树脂涂料，当时比丙烯酸聚氨酯涂料更好的丙烯酸聚硅氧烷涂料还没有正式在工业界得到应用。
4．3福斯铁路桥(Forth Rail Bridge)
1995年开始，苏格兰铁路网对福斯桥防腐蚀涂料系统进行了全面检查，决定采用高性能的涂料系统如表2所示。
表2 福斯铁路桥的防腐蚀涂料系统（25年使用寿命）
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涂层系统 |
涂料产品 |
干膜厚度/µm |
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临时保养底漆 |
双组分环氧磷酸锌（喷吵过程中使用） |
50（最高） |
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底漆 |
环氧玻璃鳞片涂料 |
400 |
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中间漆 |
氧玻璃鳞片涂料 |
400 |
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面漆 |
漆厚浆型聚氨酯面漆 |
70 |
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局部修补用底漆 |
低表面处理涂料 |
125 |
注：表面处理：喷砂处理Sa２１／２（ISO 8501-1：1988），
表面粗糙度Rz（50~100）µm
该涂料系统是在通过一系列测试和相关涂料的使用经验上通过英国铁路网所批准的。值得我们注意的是，它并没有采用环氧富锌底漆，而是采用了环氧磷酸锌底漆，但从设计者的角度来说，它的主要作用在于大面积施工中为了保证喷砂工程的进度而采用快干型临时底漆，所以在施工中严格控制了它的干膜厚度。需要注意的是，该涂料系统中的面漆采用的仍是聚氨酯面漆，由于聚氨酯面漆的耐候性达不到20年以上，在海洋环境下只有(4～5)年，因此它的主要防腐蚀耐久性主要是依靠环氧玻璃鳞片涂料来实现的，所以其干膜厚度达到了800μm。
4．4泰河铁路桥
由于有了福斯铁路桥的经验，英国的泰河(Tay Rail)铁路桥根据英国铁路网的要求，同样要达到25年以上的涂层使用寿命。由于无需装饰性要求，座于13个桥墩上的钢梁采用了单独的环氧玻璃鳞片涂料，只是干膜厚度达到了750μm，而没有采用其它的底漆和面漆系统。
5 25年防腐蚀涂料系统方案
从上面对于环氧玻璃鳞片涂料的性能特点以及应用实践来看，对于25年以上的超长期防腐蚀年限，完全可以采用环氧玻璃鳞片涂料作为重要防腐蚀涂料来替代目前所流行的环氧云铁中间漆，而且英国的几座重要桥梁并没有采用富锌底漆，而是独立地依靠环氧玻璃鳞片的性能，也获得了预期的效果。实际上玻璃鳞片涂料的超长期防腐蚀性能，在其它行业，如腐蚀环境更为严峻的还石油平台上面已经被广泛证明。
鉴于玻璃鳞片涂料在多方面的突出性能，结合环氧富锌的优良施工性能以及氟碳树脂的杰出耐候性和装饰性，推荐用于钢铁桥梁的25年防腐蚀涂料系统如表3所示。
表3 钢铁桥梁的25年使用寿命的防腐蚀涂料系统
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涂层系统 |
涂料产品 |
涂料性能 |
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底漆 |
环氧富锌底漆 |
施工性能优良，阴极保护作用，防锈作用突出 |
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中间漆 |
环氧玻璃鳞片涂料 |
各项物理化学性能都优于环氧云铁涂料 |
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氟碳树脂涂料/聚硅氧烷涂料 |
耐候性和装饰性强于丙烯酸聚氨酯有面漆 |
此方案是钢铁桥梁达到25年以上防腐蚀年限的可行和可靠的涂料系统方案。采用具有更好施工性能的改性环氧玻璃鳞片涂料，对于涂装过程的顺利和质量的保证，无疑比纯环氧玻璃玻璃涂料更为优越。 | 
于领先地位，并率先通过了国际质量体系认证。