绿色环保新型公路钢护栏开发及应用

公路钢护栏是生命的一道安全屏障，护栏的防撞性能是最核心的一项指标。钢护栏主要由碳钢材质制作而成，碳钢在户外使用过程中会受环境破坏而逐渐生锈、减薄，防撞性能逐渐下降，丧失保护功能。目前，钢护栏传统的防腐型式主要有三种：一种是纯镀锌护栏，这是最早的防腐型式，被称为第一代护栏产品，是护栏黑板热镀锌而成；“热镀锌+聚酯”护栏，是在热镀锌护栏的基础上，喷涂上一层聚酯粉末，被称之为第二代护栏产品；“热镀锌+聚乙烯”护栏，是在热镀锌护栏基础上，浸渍涂敷一层聚乙烯粉末，被称为第三代护栏产品。

借助30年的防腐技术积淀，潍坊东方钢管有限公司在国内推出了具有更高性能的第四代环保新型钢护栏防腐技术——环氧锌基聚酯复合涂层钢护栏。

新材料及防腐形式

护栏的使用环境极其复杂，典型特征有高温、高湿、高盐、强紫外线、强风沙等，有些使用环境甚至综合了以上所有的特征，这对护栏的使用寿命是极其严峻的考验。因此，钢护栏的防腐形式设计尤为重要，直接决定了护栏的使用寿命。

提取这些环境特征，第四代钢护栏的防腐形式设计需解决如下难题：涂层附着力，在各种使用环境的交替变化下不能出现衰退；涂层抗渗透开裂性能，涂层一旦出现小的破口，破损面积不能沿破口逐渐扩大；抗酸、碱、盐腐蚀能力，在工业区、盐碱地等环境中，涂层能够完好抵抗这些介质的腐蚀；抗紫外线能力，涂层属于有机物，有机物天生惧怕紫外辐射，需要提升抗紫外线性能。

综合这些要求，借鉴海洋用重防腐涂料富锌漆的配方形式，开发出了新型重防腐粉末涂料——性能更优的环氧锌基粉末涂料，以此涂料为底层，再复合一层多功能聚酯粉末面层，形成了环氧锌基聚酯复合涂层防腐结构(如图1所示)。

图1 第四代钢护栏防腐型式

环氧锌基粉末静电喷涂取代热镀锌，是钢护栏行业环保转型的一次变革。环氧锌基粉末既具有环氧涂层的重防腐功能，又具有锌层的电化学保护和自修复功能。为充分发挥锌的电化学保护作用，配方中添加石墨烯实现改性，提升电子的导通性。粉末中的锌和石墨烯都是磷片状结构，能起到延长腐蚀通道的屏蔽作用。锌与石墨烯在粉末中分布的均匀程度决定了其保护性能的高低，二者在粉末中的混炼难度较大，需要添加特殊的助剂协助提升分散效果。但是，环氧锌基粉末抗紫外线能力较弱，复合一层耐候性良好的聚酯粉末涂层后，优势互补，使钢护栏可以适应各种使用环境。

新工艺与产品性能

第四代钢护栏生产的新工艺，包括抛丸工艺取代酸洗、陶化工艺取代磷化、护栏均匀喷涂工艺、立柱内壁喷涂工艺等。这些新工艺都是在钢护栏行业首次应用，具有如下特点：

抛丸的锚嵌结构，增加了涂层与钢护栏的接触面积，且抛丸提升了钢材表面活性，大幅提升了附着力。

陶化的瓷质结构，不仅电阻极低更利于环氧锌基涂层的锌发挥作用，且优良的抗盐雾性能提升了涂层的抗渗透破坏性，使护栏更适合高湿、高盐雾的环境。

护栏的均匀喷涂工艺、立柱的内壁喷涂工艺，使涂层总厚度基本控制在106um～146um之间，解决了行业难题，节约了资源。

表1 第四代钢护栏综合性能指标

新材料、新工艺的应用，使粉末静电喷涂完全取代热镀锌成为可能，低碳、节能且环保。经权威机构测试，第四代钢护栏产品的综合性能优于前三代，具体性能指标见表1。为推动钢护栏行业的转型升级，2015年将第四代钢护栏的防腐型式纳入国标GB/T18226-2015《公路交通工程钢构件防腐技术条件》。

新技术与智能化生产线

生产的稳定性对产品质量影响重大，设备性能、倒运环节、工艺参数的反馈与控制及时性等，决定了过程控制能力，决定了质量的稳定性。

第四代环氧锌基聚酯复合涂层钢护栏特殊的防腐型式及生产工艺，要求必须摒弃传统的分体式生产线，采用自动化流水生产线，即把冷弯（或焊管）、前处理、上下件、喷涂、固化等有机串联，从带钢上料到成品下线自动实现、一气呵成。这需要克服多个技术难题，例如立柱在线连续抛丸、W板在线连续抛丸、工件自动上件、立柱内壁化学喷淋、立柱自动内喷、工件自动下件、自动包装等，不仅要实现各工序的功能，还要使各环节的效率相匹配。自动化的流水线生产实现了智能化反馈控制系统，消除了过程倒运环节，工艺参数的过程控制能力基本达到了5.5西格玛水平，产品质量稳定性高。

新型的防腐型式及生产工艺，智能化的生产线，与前三代产品相比，不仅环保，还大幅度降低了能耗。经国家权威部门检测，每吨护栏平均节煤100千克，减排250千克；年产100万吨可节煤10万吨，减少碳排放25万吨，降低幅度达77%。

应用案例

我国经度、纬度跨度较大，气候状况较为复杂。典型气候特征有以下几类：强紫外线气候、强风沙气候、高温高湿热气候、高低温交变气候、高酸碱盐雾气候等。针对这些不同的气候，钢护栏不宜采用通用的防腐型式。

京新高速公路

京新高速公路是从北京到新疆的高速公路，内蒙古阿拉善盟临白段采用了第四代钢护栏。阿拉善盟有两大典型气候特征：强风沙，千里戈壁风力强劲，平均风力在6级以上，风中夹杂砂砾，对建筑物具有很强的磨蚀破坏能力，对涂层的破坏性更强；强紫外线，全年紫外线累计辐射量列全国之首。针对这种环境，超耐候、抗风沙聚酯粉末的涂层耐磨性为常规聚酯粉末的3倍以上，抗紫外线能力达到1500h以上。产品投入使用至今2年左右，涂层厚度未见任何下降迹象，体现了良好的抗风沙及耐候性能。

曲陆高速公路

曲陆高速公路是云南曲靖到陆良的高速公路，主要采用了第四代钢护栏。该地有两大气候特征：强紫外线，全年紫外线累积辐射量在全国排名前几位，尤其是夏季以外的其他季节；高温高湿。这两种因素对涂层的附着力是个极大的考验。在这种气候特征下，超耐候、抗水渗透的聚酯粉末涂层在70℃的热水浸泡试验下，1500h没有任何的渗透、鼓包、脱落等问题。该地护栏已使用一年以上，经历了四季的考验，从一处发生交通事故撞击的护栏情况来看，涂层质量依旧良好。