針對在濕熱海洋環境下長期服役的鐵路混凝土，設計了表面氟碳涂層成套體系，明確了涂層體系應用技術要求，在此基礎上規范了施工措施并完善了質量評價體系，實現了涂層防護成套技術在相應工況下的成功應用。效益分析表明，涂層技術的應用降低了鐵路混凝土的全壽命期維修費用，兼具環保和社會效益。

關鍵詞 材料工程;鐵路混凝土；氟碳涂層；應用技術；海洋環境；耐久性

隨著我國對海洋開發規模的不斷擴大，各類碼頭、跨海大橋、人工島等海洋工程基礎設施的建設數量正在逐漸增加。鋼筋混凝土由于具有易澆注、耐沖擊、耐磨等優良性能以及較低的工程造價，成為進行此類設施建設的首選形式。但鋼筋混凝土在海洋環境下服役時面臨著較嚴重的鋼筋銹蝕等腐蝕問題，易導致結構開裂、失效，縮短結構使用壽命[1]。為保證安全服役，必須對已發生腐蝕的結構進行修復，但技術難度與所需資金均十分巨大。因此，人們對處于嚴重腐蝕環境下的鋼筋混凝土越來越多地采取事前防護措施以提升其耐久性，從而降低全壽命周期的成本[2-3]。

海南省處于典型的高溫、高濕、強腐蝕等多腐蝕因素耦合作用的海洋環境下，其區域內鋼筋混凝土的腐蝕問題更為突出，對效果顯著、實施簡便、作用持久的混凝土耐久性提升技術措施的需求更加迫切。在諸多技術措施中，混凝土表面涂層技術較為簡單有效，不僅可以應用到新建結構上，還可以應用于已有結構的修復[4-8]。本文主要介紹成功應用于新建海南西環鐵路提升混凝土耐久性的表面氟碳防腐蝕涂層技術。

1 工程概況
新建海南西環鐵路始于既有西環鐵路?？谡?，終于三亞站，線路走向沿海南西部沿海地段，正線全長345 km，設計時速200 km，為I級雙線鐵路。在西環鐵路中段，位于海南省儋州市與昌江縣境內的珠碧江雙線特大橋全長 3 991 m，橋位與北部灣入?？诓蛔? km。由于海水倒灌影響，環境腐蝕作用異常嚴重，其中，氯鹽環境的作用等級為L3，化學侵蝕環境的作用等級為H4，鹽晶結晶破壞環境的作用等級為Y4，并存在大于Y4等級的高硫酸鹽含量的極端嚴重腐蝕環境，必須對相應環境下的混凝土結構進行防腐蝕強化處理，提升混凝土耐久性。



高分子柔性背板特指一類以高分子材料為主體經過多層復合、涂覆、共擠等工藝成卷制成的背板，第1代高分子柔性背板以 TPT、KPK、TPE（一面干式復合PVF材料，另一面復合 PE 等烯烴類或改性的熱塑性）、KPE（一面干式復合PVDF，另一面復合PE等烯烴類或改性的熱塑性材料）含氟復合型背板為代表；因PE 等烯烴類或改性的熱塑性材料僅是從粘結性、低成本考量的短期環境應用材料，故目前主流過渡到一面涂覆一面復合、雙面涂覆的雙面含氟背板，代表結構類型有 XFB和 FFC，即往第2代背板方向發展，XFB 結構背板所用氟膜主要為PVF和PVDF膜，PVDF 膜隨著國內制膜技術的發展，未來2~3年有大規模取代的趨勢；PET 結構背板因其經濟性，逐步從一代技術的多層復合PET過渡為 AB（A和B 2種或以上改性PET類材料共擠、共混等工藝）結構共擠PET技術，消除了復合PET的2個剛性界面粘結容易失效的短板，提升了 PET 結構背板的耐濕熱 UV 循環的綜合性能，可以在溫和環境的分布式電站中應用，同時降低了成本。 當前高分子柔性背板的四大主流結構 XFB、FFC、XPE、PET 的技術路線如圖 4 所示。




鍍鋁鋅彩涂板是彩涂建筑板中的高端產品，外觀靚麗、用途廣泛。但鍍鋁鋅彩涂板生產中，除了具有高強的防腐性能之外，當然也有一定的缺陷，但是都是可以通過彩涂板機組或是工藝改變的，其表面易產生爆孔、氣泡等缺陷，嚴重影響了彩涂線的連續生產和鍍鋁鋅彩涂板的表面質量，造成成材率低下，需要分析。
原因分析：
1、鍍層化學特性差異
由于鋅鋁合金鍍層結晶時間長、枝晶發達，三叉結晶處屬于后凝固區域，容易形成疏松和孔洞。疏松和孔洞形成的凹陷缺陷的存在也導致空氣滯留。在涂料涂裝固化過程中，空氣體積膨脹，穿過透氣性好的底漆，使面漆破損，造成爆孔缺陷。
2、鍍層熱物性差異
鍍鋁鋅合金鍍層的熱輻射系數為0.86,較鍍鋅層的0.45高出很多，以鍍鋁鋅板作為基板時，鍍鋁鋅層使其表面的涂層快速升溫、快速固化，造成涂料中的有機溶劑不能以合理的速度及時散發，從而造成爆孔、氣泡缺陷，在底漆較厚時更易出現爆孔缺陷。
3、缺陷的影響
鍍鋁鋅彩涂基板生產時，校正輥振動、液面波動產生使其橫向周期分布的色差，是造成爆孔缺陷產生的原因。鍍鋅鋁表面鋅花不均，所形成的晶界間存有凹陷，凹陷內有殘留空氣，在面漆固化過程中空氣沖破漆膜發生爆孔。
因此，控制措施為：
1、提高鍍層均勻性
應按標準鋅花樣板，檢查鋅花大型，同時及時調整。提高三輥六臂裝配質量，優化校正輥材質和尺寸，減少校正輥振動和鋅鍋液面波動幅度；保證鍍鋁鋅彩涂基板表面質量達到FB以上。
2、改進表層粗糙度

為避免彩涂生產時出現爆孔缺陷，鍍鋁鋅生產線生產彩涂基板時使用大粗糙度工作輥，軋輥粗糙度控制在4.0±0.3μm，進而改善基板粗糙度。

3、優化彩涂固化工藝

針對鍍鋁鋅合金基板和涂料的特性，改進涂裝固化曲線，調整機組工藝速度，使涂料在固化中保證合金層孔洞中的氣孔和涂料中稀釋劑充分逸出，有效控制溶劑揮發速度，防止溶劑沸騰蒸發。將直線式固化溫度曲線修改成階梯式固化溫度曲線，保證涂料的PMT，降低機組工藝速度15%，面漆的固化時間，保證涂裝工藝溫度穩定，適當降低涂裝粘度，改善鍍鋁鋅彩涂板的質量。




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1.什么是氟碳彩涂鋼板：

氟碳彩涂鋼板是指鋼板采用經過高溫烘烤制成的涂層鋼板。氟碳樹脂涂料是以氟碳樹脂為主成膜物,輔以各種改性樹脂,顏料,填料,經分散,研磨,調色等加工而成的涂料。氟碳樹脂是以含氟烯烴為基本單體進行均聚或共聚,或以此為基礎與其他單體進行共聚以及側鏈含有氟碳化學鍵的單體自聚或共聚而得到的分子結構中含有較多C-F化學鍵的樹脂。
氟碳樹脂涂料按照組成涂料樹脂的不同又可分為：聚氟乙烯（PVF)涂料,聚偏二氟乙烯(PVDF)涂料,聚三氟氯乙烯（PCTFE)涂料,聚四氟乙烯（PTFE)涂料,聚全氟丙烯（FEP）涂料,乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE)涂料,乙烯/三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）涂料,四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚體（PFA）涂料,氟烯烴-乙烯基醚共聚物涂料,氟橡膠涂料及各種改性氟樹脂涂料。
2.聚偏二氟乙烯（PVDF）涂料的性質

PVDF樹脂中含有大量的C-F化學鍵,由于氟的電負性大,氟原子上帶有較多負電荷,相鄰氟原子之間相斥,使含氟烴鏈沿著鋸齒狀的碳鍵作螺線型分布,中間的一條碳鏈四周被一系列帶負電的氟原子所包圍,形成高度屏蔽的保護墻；分布為對稱結構,整個分子是非極性的,因此具有高度的化學穩定性和隋性。PVDF樹脂是一種熱熔型樹脂,需高溫烘烤通過熱熔融流平成膜。
PVDF涂料繼承了PVDF樹脂的優異特性,表現為耐久性,耐化學品性,防腐性等。PVDF樹脂涂料在建筑領域使用已經超過40年。其良好的戶外性能業績,是目前公認的具有較好保護作用的有機涂層。
3.供應紅色寶鋼氟碳彩鋼板的質量管控要求
氟碳樹脂類型：必須采用聚偏二氟乙烯（PVDF）樹脂作為氟碳涂料的基礎樹脂。
涂料認證：寶鋼PVDF涂料供應商具備KYNAR500和HYLAR5000涂料認證資質。這界著名的兩家PVDF生產企業規定被認證的涂料單位生產的PVDF涂料,至少含有70%的PVDF樹脂(質量比),方可使。
顏料選型：為了保證氟碳涂料具備極高的耐候性,PVDF涂料采用的顏料只能是高溫鍛燒金屬氧化物或金屬氧化物合金顏料即陶瓷顏料；耐候級金紅石型鈦；耐酸堿金屬顏料和耐久性云母珠光顏料。
鍍層重量：寶鋼在生產氟碳彩涂鋼板時必須采用鍍鋅層單面大于90克/平方米）熱鍍鋅基板或者鍍鋁鋅重量單面大于75克/平方米的熱鍍鋁鋅基板。
底漆配套：采用聚氨酯或者聚酯底漆（環氧類底漆因耐候性相對較低不能匹配PVDF涂料）。
涂層膜厚控制：PVDF彩涂鋼板上表面總膜厚必須23微米。
涂料烘烤溫度控制：PVDF涂料必須經過板溫高達249-254度的高溫烘烤。
氟碳彩鋼板卓越品質

彩鋼板以冷軋鋼板為基材，對其進行脫脂、磷化和鉻酸鹽處理后，在氮氣的保護下進行雙面熱鍍鋅，再施以易于底漆牢固黏附的化學轉化膜，然后涂上環氧樹脂底漆，后還要涂上耐化學腐蝕的彩色面漆。目前，彩鋼板已發展出多個品種，有單層的彩鋼板，夾芯的彩鋼板，夾芯彩鋼板中又有聚苯乙烯和巖棉彩鋼板。


彩鋼板活動房所使用的鋼材主要有彩鋼板、角鋼、槽鋼、T字鋼，等等。如屋面瓦，采用彩色鋼板壓型坡紋瓦，四周設封口板，屋架、檁條、大梁采用角鋼和部分槽鋼拼裝焊接組成，小次梁采用角鋼拼T字型，角柱、中柱采用槽鋼和角鋼鋼柱組成。

0.5mm鍍鋅板卷平均價格為5196元/噸，較上一個交易日上揚9元/噸；1.0mm鍍鋅板卷平均價格為5069元/噸，較上一個交易日提升5元/噸；0.476mm彩涂板卷平均價格為5985噸，較上一個交易日下跌6元/噸。


具有諸多優點：一是規格多樣化，且色澤鮮艷，無需表面裝飾；二是安裝靈活方便，不僅能夠減少建筑物的基礎工程和結構工程費用，且能多次拆裝，綜合效益十分顯著；三是防火性好，彩鋼板芯材為B1級難燃材料，其氧指數≥26，燃燒時不會熔融，且無黑煙，無高溫分解滴落物；四是使用溫度范圍廣，彩鋼板芯材使用溫度在-70℃~120℃，瞬間達200℃，在低溫甚至超低溫環境中使用時，收縮小，不脆化，是深冷(冷庫)工程理想的絕熱材料；五是導熱系數低(λ=0.041w/mk)，隔熱保溫性能好；六是無無味，彩鋼板芯材不用氟利昂發泡劑，燃燒時無無味，溢出的氣體對人體與環境均無害，符合環保要求；七是防水防濕，彩鋼板芯材屬于有機高分子發泡材料，其結構屬閉孔型，具有良好的抗吸水性和抗水蒸氣滲透性；八是自重輕。

檢驗項目標 準檢驗依據涂料及漆膜外觀滿足標準色卡的色差范圍 GB/T3181—2008漆膜顏色標準固體含量≥55% GB1725—1979涂料固化含量測定法可溶物含氟量≥24% HG/T3792—2005交聯型氟樹脂涂料附著力(拉開法)≥6MPa GB/T5210—2006色漆和清漆拉開法附著力試驗表干時間(25℃)≤4h GB1728—1979漆膜、膩子膜干燥時間測定法實干時間(25℃)≤24h細 度≤35μm GB1724—1979涂料細度測定法柔韌性1mm GB1750—1979涂料流平性測定法沖擊強度≥50cm GB/T1732—1993漆膜耐沖擊測定法耐酸性(10%H2SO4)240h無異常 GB/T9274—1988色漆和清漆耐液體介質的測定耐堿性(10%NaOH)240h無異?？孤入x子滲透性(活動涂層抗氯離子的滲透性試驗，30d)≤50×10-3mg/(cm2·d) JT/T695—2007混凝土橋梁結構表面涂層防腐蝕技術條件耐磨性(1kg·500r)≤005g GB1768—1979漆膜耐磨性測定法抗拉強度≥10MPa GB/T528—2009硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定斷裂伸長率≥100%耐紫外老化保光率(6000h)≥70% GB/T14522—2008機械工業產品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗方法熒光紫外燈

2.3 氟碳涂層體系配套方案

依據腐蝕環境作用等級，并經現場測試與調整，確定了適用于高溫高濕強腐蝕海洋環境下的防腐蝕氟碳涂層體系配套方案，見表2。

表2 防腐蝕氟碳涂層體系配套方案


產品類別涂裝道數干膜厚度/μm參考用量/(kg/m2)滲透性環氧封閉底漆240～60012～020環氧云鐵中間漆1～2100～150030～045氟碳面漆270～100025～035

3 施工措施
3.1 基底要求



彩鋼板涂層是冷軋鋼板、鍍鋅鋼板，進行表面化學處理后涂敷（輥涂）或復合有機薄膜（PVC膜等），再經烘烤固化而制成的產品。也有人把這種產品稱之為“預輥涂彩鋼板”、“塑料彩鋼板”。


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