冷喷锌涂料在桥梁钢结构中的应用

陶群英 周 虎

1. 新疆北新永固钢结构工程有限公司 新疆 乌鲁木齐 831400；

2. 株洲飞鹿高新材料技术股份有限公司 湖南 株洲 412003

1 防腐涂装配套体系选择

1.1 气候特点及主要考虑因素

新疆昌吉乌昌头屯河大桥项目建于乌鲁木齐，属中温带大陆性半干旱气候，其特点是：寒暑变化剧烈，昼夜温差较大，风沙较大。年平均气温6.7 ℃，最高气温37.3 ℃，最低气温－22.1 ℃，年平均日照时数为2 725 h，昼夜温差大，一般都在11 ℃左右。因此，按ISO 12944-1国际标准，该环境可判定为具有中等腐蚀的C3环境，应重点考虑产品的防腐性能、耐紫外线老化、耐低温性能。

1.2 环保、节能、经济的要求

提高涂层的耐久性，是最大的节能与环保。使用全寿命经济分析法分析钢结构桥梁的防腐体系，钢结构涂层的耐久性（使用寿命）是钢结构防腐的首要问题。为了保证钢结构桥梁的安全使用，不受腐蚀破坏，必须选用性能良好和使用时间长（20 a以上）的防腐涂装系统，同时增加各涂层的厚度，选用高耐腐蚀的涂料，来改善桥梁涂装工程一次性投资低、全寿命支出高的状况。

1.3 冷喷锌的性能特点

冷喷锌涂料是近年来国内新出现的一个涂料新品，是一种单组分、高含锌量的新型钢结构重防腐材料，主要由高纯度的锌粉、挥发性溶剂和有机树脂3部分组成，可归类为有机富锌涂料。其主要特性为长效性，干膜全锌含量≥96%，耐盐雾≥4 000 h，对钢铁具有优异的阴极保护与屏蔽功能，涂装体系具备25 a以上的防腐周期，其同类产品在国外有50 a以上的成功实例；同时，其具有耐高温性能，持续抗高温能力为300 ℃，也具有耐低温性能，可持续承受－60 ℃的低温。

1.4 配套选择

环氧富锌＋环氧云铁＋氟碳面漆，为重防腐行业中非常典型的防腐方案，防腐性能十分优异，可满足严重腐蚀环境下（C-5海洋环境）15 a以上的防腐年限。此配套体系，对于常规C3的腐蚀环境，可达到20 a以上的防腐年限，在该保护年限内，涂层锈蚀等级不超过国际标准ISO 4628-3的Ri3级。但根据新疆气候特点、节能环保的要求及冷喷锌性能特点等方面因素，在新疆头屯河大桥钢构防腐配套主体上，选择采用冷喷锌＋环氧云铁＋氟碳面漆体系更为合理优异[1-2]。本文将对这2种配套体系进行对比试验，主要针对附着力、防腐性能、耐高低温3个方面进行试验分析。

2 试验部分

2.1 原材料

主要有喷砂钢板（Sa2.5）、冷喷锌底漆、冷喷锌底漆稀释剂、特制环氧富锌防锈底漆、环氧云铁中间漆、氟碳面漆、环氧稀释剂、氟碳漆稀释剂。

2.2 主要仪器

DeFelsko PosiTestAT-M手动拉拔式附着力测试仪、干膜测厚仪、划格板、低温试验箱、加热恒温箱、盐雾试验箱。

2.3 试验过程

制作单涂层的冷喷锌、环氧富锌及其对应的配套复合板。

1）配套一：冷喷锌＋环氧云铁＋氟碳面漆。

2）配套二：环氧富锌＋环氧云铁＋氟碳面漆。

按喷涂工艺要求，制作复合配套涂层测试板，包括配套附着力测试、盐雾性能测试、高低温循环试验。

喷涂工艺：钢板表面抛丸预处理（达到Sa2.5级）→喷冷喷锌或环氧富锌（喷涂2道，每道间隔3～5 min，总膜厚70～80 μm）→常温干燥4 h→薄喷1道环氧云铁中间漆封闭（稀喷）→表干3～5 min，排除气泡→厚喷环氧云铁中间漆（干膜厚度100～120 μm）→常温干燥24 h→喷灰色氟碳面漆→常温干燥21 d后测试附着力（划格及拉拔法）。

2.4 分析测试方法

2.4.1 附着力测试

采用划格法按照GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》进行检测；拉开法是评价附着力的最佳测试方法，采用拉开法测试仪器进行附着力的测试，按照GB/T 5210—1998《色漆和清漆 拉开法附着力试验》中的方法进行测试。

2.4.2 盐雾性能测试

配套涂层及单涂层按照GB/T 1771—1991《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》中的油漆耐盐雾试验要求进行检测。

2.4.3 高低温性能测试

制作复合涂层，阶梯板测试，试验条件：－60 ℃条件下放24 h，室温放置24 h，80 ℃条件下放24 h，此为1个周期，共10个周期。

3 结果与讨论

3.1 单涂层和复合涂层的附着力

用拉开法附着力测试仪对上述配套及单涂层的附着力进行测试，并采用划格法测试划格附着力（图1、表1）。

图1 附着力测试

分析试样的附着力测试结果：

1）冷喷锌单涂层约为6 MPa、复合涂层约为7 MPa，都是从冷喷锌涂层内聚，说明冷喷锌涂层对测试样板基材附着牢固，涂层自身抗拉强度是涂层破坏的控制因素，附着力数据大于行业标准要求的3 MPa，满足标准要求。

表1 附着力测试结果

2）环氧富锌的单涂层、复合涂层拉拔数据都在12 MPa以上，附着效果非常好。

3）从划格来看，两者附着力都是1级，没有区别。因此，两者在附着力方面都满足要求，但环氧富锌更优异。

3.2 单涂层和复合涂层的盐雾试验

将制作好的冷喷锌及环氧富锌样片放进盐雾箱测试，并对复合涂层进行附着力测试（图2、表2）。

图2 盐雾试验

表2 盐雾试验测试结果

分析试片的测试结果，从盐雾试验来看：

1）冷喷锌单涂层可以做到4 000 h以上，而且从起初划线处，划线基本消失，看不出来划线，具有自愈合的功能，其配套涂层6 000 h没有划线，没有红锈、起泡，拉拔附着力也没有下降，反而有略微增加。

2）环氧富锌单涂层盐雾性能刚好1 000 h，满足相关标准要求，复合涂层3 000 h，划痕处有微泡、红锈。对比来说，冷喷锌的防腐效果比环氧富锌优异得多，而且具有自愈合的功能。

3.3 单涂层和复合涂层的耐高低温循环试验

制作复合涂层，阶梯板测试，试验条件如前所述（图3、表3）。

图3 冷热循环试验

表3 冷热循环试验结果

分析试验结果可知，在－60 ℃低温和80 ℃高温交替中，冷喷锌性能没有任何影响，环氧富锌却出现了开裂脱落现象，冷喷锌配套涂层耐高低温性能非常优秀，而环氧富锌配套涂层则不适宜在低温环境中使用。新疆昌吉地区冬季温度基本在－20 ℃左右，为预防极寒等异常情况，应选用具有更宽温度适用性的冷喷锌底漆。

4 结语

本文通过试验测试，对比冷喷锌和环氧富锌在附着力、盐雾和耐高低温3个方面的性能，得出如下结论：

1）冷喷锌单涂层和复合配套涂层相较环氧富锌在结合力上稍有差距，但是都满足JT/T 722—2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》和TB/T 1527—2011《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》中拉拔数据要求。

2）冷喷锌单涂层可以做到4 000 h以上盐雾性能，并具有自修复愈合功能，对比环氧富锌具有明显的优势。

3）冷喷锌具有抗高低温的优异性能，其配套涂层在－60 ℃不会出现开裂脱落现象，附着力也不会出现下降。

综合以上3点，在新疆昌吉头屯河大桥中，相比环氧富锌配套涂层，应用冷喷锌配套涂层更具有经济环保性和适宜性。