氟碳面漆在桥梁建造中的应用

李敏风，韩利世

（1.中国涂料工业协会专家委员会，北京　100079；2.河南省国益防腐有限公司，河南 新乡　453000）

氟碳涂料是桥梁制造行业中的三大高性能面漆之一。自2005年7月我国颁布了HG/T 3792-2005《交联型氟树脂涂料》标准后，氟碳面漆在青岛海湾大桥、南京大胜关大桥、杭州湾大桥、港珠澳大桥、龙江特大桥等桥梁的建造中均有应用。其中，中远关西涂料公司从2005年南通通州世纪桥开始到在建的虎门二桥，一共施工了19座桥，均采用高性能的氟碳面漆(见表1)，对氟碳面漆在桥梁建造中的应用起到了表率作用。

表1　中远关西涂料化工有限公司承建的氟碳面漆大桥案例Table 1　Some bridge construction cases using fluorocarbon topcoats from Kansai Paint & Chemicals Co., Ltd.

最近开始施工的北京长安街大桥和新疆头屯河大桥的钢箱梁(＞4.5万t)中，外侧的设计也指定采用2道氟碳面漆。据不完全统计，氟碳面漆是桥梁行业中应用最多的面漆(见表2)。

表2　我国桥梁用涂料品种和配套比例Table 2　Types of coating materials applied to bridges and their proportions in China

近几年来，我国的桥梁纷纷进入大修，各大设计院在制定大修方案时，也将氟碳面漆作为主要配套面漆(见表3)。

表3　几座桥梁的大修参数Table 3　Parameters for overhaul of several bridges

综上可知，氟碳面漆在桥梁中的应用正迅速增长。但在施工过程中，若忽视涂装技术，就很容易发生氟碳涂料、涂层的质量事故。本文就氟碳涂料的涂装技术提出一些建议，供同行参考。

1　提高氟碳面漆的性能

1.1　氟碳面漆的基本性能和环保弱点

在氟碳聚合物中，氟原子取代了氢原子并形成F─C键。F─C键的键能高(460.2 kJ/mol)，包围在碳链外形成紧密的保护层，使材料不易受到来自外界的侵袭，因此氟碳面漆具有优异的保光、保色、耐候、耐热、耐腐蚀、耐化学品、耐沾污、耐摩擦等性能，在低温下也可以固化。重防腐涂装大多采用FEVE(氟烯烃-乙烯基醚共聚物)为主要成膜物质，市售氟碳树脂则常以氟乙烯或三氟乙烯为主要成分。

日本的大金、旭硝子等都有较好的氟碳树脂，国内的三爱富、东氟、华夏神州等都有生产高档的氟碳树脂，供全国重防腐涂料厂选择。

但氟碳面漆有几个环保上的弱点：一是VOC(挥发性有机化合物)较高，常规氟碳面漆在施工状态下的VOC多数高于420 g/L(此时需被征收4%消费税)；二是一些厂家的2道氟碳面漆涂装间隔允许时间较短，一旦超过规定的涂装间隔时间，需要打磨一次后再涂装，这就增加了成本。当然目前大多数厂家已做到了无涂装间隔的要求(见表4)；三是氟碳面漆固化剂中含有毒的异氰酸酯。因此涂料厂家需要继续努力以提高氟碳涂料的环保性能。

表4　几种氟碳面漆的涂装间隔时间Table 4　Interval time for spraying some fluorocarbon topcoats

1.2　提高氟碳面漆的节能性和环保性的相关设计

我国重防腐涂料技术必须遵循环保、节能的理念，实现良性发展。笔者认为，可采用全寿命周期费用分析法(LCCA)的理念对涂料涂装进行全面的成本分析和评估，它可以纠正某些桥梁涂装工程一次性投资低而全寿命支出高的问题。充分利用LCCA进行设计，有利于延长涂层的维修周期，以及提高涂层的服役年限，这对于材料、人工和能源而言是最大的节约，也最环保。

1.2.1规范设计

近年来，随着ISO 12944：2008的修订，特别是GB/T 30790-2014《色漆和清漆 防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护》制订后，涂装质量管理规范有了显著改进。关于VOC排放和节能环保的政策也相继出台，在重防腐涂装行业中发挥了积极的作用，有力地促进了涂装水平的提高。

在涂层保护年限上，GB/T 30790-2014标准的第1部分对涂料耐久性(即使用寿命)给出了明确定义，即“防护涂料体系从涂装完工后到第一次主要维护涂装前的预期使用期限”，并将涂料的耐久性划分为低(2 ～ 5 a)、中(5 ～ 15 a)、高(＞15 a)3类。如今大型工程的设计单位对涂层防腐年限的规定中已不允许出现“大于30年”或“大于50年”的字样了。失效评估则根据ISO 4628中的规定，当涂层锈蚀程度为Ri3级，即锈蚀面积达到1%时，就要进行第一次大修。也就是说，涂层的使用寿命既不是结构的寿命，也不是涂料制造商对涂料质量的商业保证期，只是涂料配套设计中的一个技术考虑，承建者必须遵照LCCA的原理，对工程的“全寿命”负责，合理设计涂层配套，避免“短期行为”带来的损失。

1.2.2氟碳面漆的膜厚设计

氟碳面漆价格昂贵，因此在保证涂料性能符合要求的前提下，应合理设计膜厚，尽量降低成本。一般2道氟碳面漆总厚80 μm就已经是过厚了。从表1可见，中远关西涂料公司的桥梁面漆已从2005年时的55 μm上升到目前的80 μm，提高了22%，这不利于节能环保。

1.2.3桥梁面漆的品种设计

从表2可见，中远关西在2012年马鞍山长江大桥上采用的面漆配套是聚氨酯面漆+氟碳面漆。近期刚完工的云南龙江特大桥是宝腾高速公路上的一座单跨双塔钢箱梁悬索桥，该桥工程技术含量高，景观功能强，在行业中首屈一指。该桥由中铁宝桥公司建造，其中的钢箱梁外侧涂层配套由中交公路规划设计院设计，江苏大正承担涂装施工，采用重庆阿丽斯科关西涂料产品，具体见表5。

表5　云南龙江特大桥的钢箱梁外侧涂层配套Table 5　Coating system for the outside of steel box girder on Yunnan Longjiang Grand Bridge

该工程已通车1年多，涂层状况良好。这种配套方案有以下4个优点。

(1) 聚氨酯面漆不仅与氟碳面漆间有良好的附着力，而且没有最大涂装间隔时间限制，避免了5年造桥时间带来的涂装间隔麻烦。

(2) 聚氨酯面漆价格低廉，节能、环保。

(3) 能够很好地适应宝鸡桥梁厂的涂装流水线工艺流程。

(4) 按ISO 12944-5、JT/T 722-2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》等标准的规定，上述配套在C4、C5高腐蚀环境下的防腐寿命超过15 a。

1.2.4配套设计方案中，底、中面漆必须是同家产品

杭州湾大桥在2006年兴修时，对大桥扶栏设计了赤、橙、黄、绿、青、紫、蓝7种颜色，分南岸和北岸两种配套方案，由4家涂料商负责涂装施工(见表6)。在施工过程中，4家涂料商负责各自的产品，互不联系，结果未形成系统的涂装工艺，涂装质量极差，原定50 a的涂层寿命，到2011年就不得不进行大修，教训极为深刻。

表6　杭州湾大桥扶栏涂层配套方案Table 6　Coating system for guardrails of Hangzhou Bay Bridge

2　氟碳面漆的涂装应逐步规范化

2.1　涂装的涵义

我国重防腐涂料的研发水平并不落后，但在涂装技术和涂装管理方面与国际先进水平存在很大的差距。“三分涂料，七分涂装”的观念已逐渐在行业中形成共识，防腐涂装工程越来越受重视。通常论及的“涂装”主要包含3个方面。

(1) 涂装材料：主要包括由重防腐底(中)漆和高耐候性面漆配套构成的防护体系，以及由电弧喷锌(铝)、阴极保护材料等构成的重防腐材料层与高耐候性面漆配套构成的防护体系。

(2) 系统的涂装工艺工程：不仅仅是涂装过程中工艺技术参数的控制过程，而是对与底材处理和防护层的形成密切相关的所有影响要素进行全面控制的过程。

(3) 过程管理(人、机、料、法、环、测)：涉及膜厚质量管理、耗漆量管理、涂装技术、工艺条件管理等等，是节能环保的关键。

2.2　建立正确的涂装工艺流程

在桥梁钢结构制造前，业主一般会召集设计、监理、总包、涂装分包及涂装专家，组织对整个涂装工艺和施工的评价会议，逐步形成规范的涂装工艺流程(见图1)。

图1　桥梁钢结构涂装工艺流程Figure 1　Process flow of spraying the steel structures of a bridge

在重防腐制造中，涂装是关键工艺，它贯穿整个制造过程。必须依据业主和设计规定的配套方案，涂料公司提供的产品施工性能，制造工厂涂装流水线的实际情况，等等，设计切实可行的涂装工艺流程，这是保证涂层质量的关键。

在钢结构桥梁的常规涂装流程中，预涂装和第二道氟碳面漆的喷涂时间往往会被忽视。然而，不认真预涂，或施工第二道氟碳面漆时超过了最大涂装间隔时间，都会导致涂层早期腐蚀和脱落。如建造港珠澳大桥时出于环保的目的，将两道面漆的喷涂改在车间内进行，虽然重视了两道氟碳面漆的涂装间隔，但忽视了预涂装的重要性，导致部分工段不得不返工回修，教训深刻。

2.3　逐步提高氟碳涂料的涂装施工性能

近几年来，国内外涂料厂家都十分重视涂料施工性能的提高，但这方面国外明显占优，这也是近几年来重防腐涂料被国外品牌占领的主要原因之一。他们的说明书中，除了对氟碳涂料的树脂类型和规定膜厚作了详细说明外，还会对每种涂料的表面处理要求、体积固含量、推荐干膜厚度、混合使用期、表干时间、复涂间隔、环境条件要求、无气喷涂施工指标、涂层角隅结构的覆盖率等给出详细的说明，几乎可称为涂装施工说明书。现以SIGMA DUR 2800为例加以介绍。

2.3.1混合与稀释

不同厂家的氟碳面漆产品在混合和稀释方面的参数不同。双组分氟碳面漆必须采用风动搅拌机充分搅拌，只使用专用稀释剂91-88，添加量为0% ～ 5%，具体依施工条件和膜厚要求而定。稀释剂必须在面漆成分混合后添加，稀释剂过量会导致氟碳面漆的抗流挂性能降低，固化缓慢。超过混合使用期(20 °C下5 h)的氟碳面漆必须丢弃。一些大型施工单位为节省成本，会采购其他稀释剂来代替专用稀释剂，如此不仅适得其反，甚至严重影响产品性能。

2.3.2无气喷漆技术条件

除预涂采用刷涂之外，其余必须用无气喷漆法(具体参数见表7)，无气喷涂是提高施工效率、优良率，以及降低成本的有效措施。

表7　常规氟碳面漆无气喷涂的条件Table 7　Conditions of airless spraying for common fluorocarbon topcoats

2.3.3推荐底材状况及环境温度

氟碳面漆的前期涂层(环氧或聚氨酯漆)应干燥且无任何污物，并需要对其进行拉毛处理至一定的粗糙度；底材无水或冰；施工和固化温度允许低至-5 °C；底材温度必须比露点温度高3 °C。

在涂层施工和涂层固化期间的相对湿度最大应为85%；涂层不可过早接触雨水或出现表面结露，以免影响氟碳面漆的颜色和光泽。

2.4　增派技术服务人员，提高技术服务人员的素质

这是保证涂料施工性能的关键。除了坚持在施工现场外，他们还必须协调好与设计、业主、总包、涂装分包的关系，保证工程进度和涂装质量。

3　涂装人才队伍建设

在我国重防腐涂料与涂装技术的发展历程中，往往重视涂料，忽视涂装，造成目前涂料制造人才济济，而涂装技术人才贫乏。涂装高级工程师以上的技术人员明显断层，以至于国内从设计院到钢结构厂，再到二级以上涂装工程公司，都无法正常开展涂层配套和涂装工艺设计。这很难与我国的先进工程技术相匹配，严重影响了工程质量与安全。因此，培养涂装技术人才和提高涂装技术水平势在必行，可以借鉴国外涂装技术人员需通过NACE和FROSIO之类的等级考试后持证上岗的方法。

4　结语

氟碳面漆是我国应用最多的高性能面漆。从涂料厂到涂装施工单位，均应将提高氟碳面漆的涂装性能放在第一位。延长氟碳面漆的使用寿命，是最大的节能与环保。而培养涂装技术人才刻不容缓。