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自清洁氟碳涂料的性能及应用研究,作为一种具有优异自洁功能的高耐候性涂料,自清洁氟碳涂料在各类防腐工程中具有良好的应用前景,中国化工网,okmart.com
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自清洁氟碳涂料的性能及应用研究,作为一种具有优异自洁功能的高耐候性涂料,自清洁氟碳涂料在各类防腐工程中具有良好的应用前景
2019年09月10日    阅读量:391    新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

0 引言

随着工业设计以及建造技术的飞速发展,大型建筑物的设计寿命越来越长。以桥梁为例,我国近年来大型桥梁的设计寿命均达到了100 a 甚至120 a,超长的设计使用寿命也对耐候性涂料产品提出了更高的性能要求。


同时,环境污染的加剧,建筑物所受到的粉尘、气体污染日益严重,导致涂料表面的污染物附着问题一直难以得到有效解决中国化工网okmart.com。因此,对于一些地标性建筑来说,除了对于耐候涂料的耐候性有着极高的要求以外,如何保持建筑物的美观与整洁也显得尤为重要。


高耐候性涂料产品应具有优异的防水性、防紫外线以及自清洁功能,能够使得建筑物表面长期保持洁净、靓丽的外表,常规的聚氨酯涂料已经远远不能满足上述需求。作为一种新兴的高耐候性涂料,氟碳涂料问世于20世纪50 年代,现已被广泛应用于大型建筑钢结构的防腐蚀工程,如体育场馆、大型桥梁的钢结构重防腐涂装等。


普通的氟碳涂料虽然具有优异的保光保色性,但由于并不具备自清洁效果,长期使用后会造成建筑物表面污染严重,导致其景观形象受到影响。


本文涉及的自清洁氟碳涂料中选用了特殊的亲水助剂,固化后的涂膜表面具有亲水特性,施工以后能在较短的时间内使涂膜表面亲水化并长期保持,使FEVE 氟碳涂料既兼具了固有的优秀耐候性,又能利用雨水冲刷进行“天然”的清洁,从而有效降低了建筑物后期清洁维护费用。


1 项目概述

辽河特大桥建在辽宁省西南部大辽河入海口处,跨越大辽河,连接营口、盘锦两市,是辽宁百年建筑。大桥路线全长4.44 km,采用6 车道一级公路标准,兼顾城市道路,设计时速为80 km。这座长江以北地区跨度最大的双塔双索面斜拉桥已成为辽宁省标志性建筑之一,被誉为“东北第一桥”。2008 年8 月11 日,辽河特大桥正式开建,2010 年7 月22 号合拢,同年9 月28 日正式通车(见图1)。

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辽河特大桥实景

该桥做为国内首座使用自清洁氟碳涂料的跨江公路大桥,在建桥伊始便备受关注。本文就自清洁氟碳涂料的性能特点,及其在该桥中的应用情况调查逐一加以介绍。


2 自清洁氟碳涂料特点和技术要求

2.1 氟碳涂料及自清洁氟碳涂料的特点

氟碳涂料作为一种高性能的涂料产品,是以含氟树脂为主要成膜物,并在氟树脂基础上经过改性、加工而成的一种新型涂层材料。氟碳涂料的主要特点是树脂中含有大量的F—C 键,键能为485 kJ/mol,远高于C—H 的键能(413kJ/mol)。因此在光照、热环境、或强化学腐蚀环境下,F—C 键仍然能够保持稳定的状态,从而显示出氟碳涂料超长的耐候性、突出的耐盐雾性及耐化学介质腐蚀稳定性。


2.2 自清洁氟碳涂料的耐沾污性能

并非所有的FEVE 氟碳涂料均具有良好的“自清洁”功能。例如,对自清洁FEVE 氟碳涂料、常规FEVE 氟碳涂料以及聚氨酯涂料进行耐沾污指数对比测试,结果显示常规的FEVE 氟碳涂料并没有表现出更好的耐沾污性能。而自清洁FEVE 氟碳涂料的耐沾污指数则远远高于其他两种。见表1。

涂料耐沾污指数对比

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注:*耐沾污指数Dc:参照ASTM D3719-00 对漆膜的耐沾污性能进行评价,指数越高,耐沾污性越优。

2.3 自清洁氟碳涂料配套体系的技术要求

我国交通部标准JT/T 722—2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》中对于氟树脂涂装配套及性能要求均做出了明确规定。铁道部标准TB/T 1527—2004《铁路钢桥保护涂装》中,也增设关于铁路钢桥用氟碳面漆的检验标准与施工要求,对大型钢结构桥梁防腐工程具有重要的指导意义。辽河特大桥钢结构部分所采用的涂层体系技术要求执行标准为JT/T 722—2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》,其具体性能要求如表2。

涂层性能设计要求(配套体系)

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结果表明检测自清洁氟碳涂料的各项性能指标均可符合辽河特大桥涂装设计要求,配套涂膜性能完全可达到JT/T 722—2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》中长效型保护年限要求。

 

3 钢箱梁外表面涂装配套

辽河特大桥钢箱梁外表面涂装配套见表3。

辽河特大桥钢箱梁外表面涂装配套

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该桥的设计使用寿命为100 a,涂装配套的防腐蚀寿命设计为25 a,上述涂装配套符合JT/T 722—2008 中所规定的C5-M 腐蚀环境下长效防护涂装方案。

 

4 调查内容和方法

4.1 调查部位

如图2 所示,辽河特大桥北侧索塔两侧梁段编号为NA1~7,NH1~14;南侧索塔两侧梁段编号为SA1~7,SH1~14。

辽河特大桥梁段编号示意图

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考虑到样本采集的有效性,在全桥的42 个分段中选取了8 个分段进行涂膜检查,所选取的分段分别位于两个主塔的两侧,如表4 所示。

涂膜调查分段号列表

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每个所调查的分段,分别选择路缘石、风嘴以及腹板位置进行涂膜检查(见图3),图3 所述部位基本可涵盖分段外表面主要部位。

钢箱梁分段涂膜调查位置示意图

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4.2 环境调查

盐分是造成桥梁腐蚀和涂膜老化的重要影响因素,因此,测定涂膜表面的盐分含量可以有效评价环境的腐蚀性。本次调查按照上述选取部位进行表面盐分测定。

4.3 涂膜调查

现场目测观察配套涂膜的生锈、起泡、粉化、开裂、剥落等涂膜缺陷;采用划叉法测定配套涂层的附着力;采用光泽仪以及色差计测定面漆涂膜的失光、变色等老化现象;采用标准样板比对法测试面漆的耐沾污性能。

4.4 参照标准说明

为了使检查的结果更有规范,现场采用ISO 4628 及GB/T 1766—2008《色漆和清漆 涂层老化的评级方法》标准进行检查,所依据的标准如下:

ISO 4628-2:涂膜起泡等级评价

ISO 4628-3:涂膜锈蚀等级评价

ISO 4628-4:涂膜开裂等级评价

ISO 4628-5:涂膜剥落等级评价

ISO 4628-6:膜粉化等级评价——胶带法

ISO 8502-6:可溶性污染物的提取分析-Bresle 法GB/T 9754—2007:色漆和清漆 不含金属颜料的色漆漆膜的20°、60°和85°镜面光泽的测定

GB/T 1766—2008:色漆和清漆 涂层老化的评级方法

GB/T 9780—2005:建筑涂料涂层耐沾污性试验方法

GB/T 11186—1989:漆膜颜色的测量方法

 

5 调查内容

5.1 漆膜总体情况

此次调查距项目完工约2 a 时间,主要目的是调查辽河特大桥钢箱梁外表面涂膜状态,重点考察钢箱梁外表面自清洁氟碳面漆的自清洁效果。

5.2 检查过程

(1) 按照调查计划,对预先选取的钢箱梁分段进行涂膜表面盐分测定;

(2) 采用BYK 光泽仪分别对所选取的调查部位涂膜进行60°光泽测定;

(3) 使用色差仪分别对所选取的调查部位涂膜色差进行测定;

(4) 使用胶带法对涂膜的粉化进行测定;

(5) 采用目视法对涂膜的开裂、锈蚀、起泡进行检查。

(6) 参考GB/T 9780—2005 对自清洁氟碳面漆的耐沾污性进行评价。

5.3 检查结果

5.3.1 涂膜表面盐分测定

采用Bresle 法(ISO 8502-6)测定预先选择的钢箱梁外表面不同部位的盐分含量,统计数据见表5:

辽河桥涂膜表面盐分数据

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由表5 可知钢箱梁腹板的盐分较高,其含量明显高于其他部位。路缘石和风嘴能够被雨水洗刷掉表面的污染物,因此其表面盐分含量要稍低。同时也可看出,钢箱梁分段越靠近河岸,其表面的盐分含量越低,梁段越靠近河中心,则其盐分含量越高。这也说明梁段的各部位中,腹板所处的腐蚀环境最为恶劣。

5.3.2 漆膜光泽

使用BYK 4446 多角度光泽度仪测定预先选择的钢箱梁外表面不同部位的60°光泽,统计数据见表6。

钢箱梁外表面涂膜光泽数据

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自清洁氟碳面漆与聚氨酯面漆初始光泽均为80,但由于受到基材表面粗糙度以及配套中间漆的影响,其涂装后的初始光泽实测约为70 左右。

由表6 可见,经过2 a 的曝晒后,面漆涂膜的光泽均有所降低,其中,自清洁氟碳面漆的光泽保持率约为80%~90%左右,属于GB 1766—2008 规定之“轻微失光”;而聚氨酯面漆的光泽下降较为严重,其光泽保持率仅约为40%~50%,属于GB 1766—2008 规定之“明显失光”,与自清洁氟碳面漆的差别明显。

5.3.3 漆膜表面色差评价

使用KONICA MINOLTA 色差仪CM-2600d 对标准样板与钢箱梁外表面涂膜进行色差测试对比,检测结果见表7。

钢箱梁外表面涂膜色差评价

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由表7 色差数据可看出:在直接受到阳光曝晒的路缘石与风嘴表面,涂膜的色差约为1.1~1.4,而在不受阳光直射的腹板位置,涂膜的色差均<1.0,按照GB 1766—2008规定,辽河特大桥钢箱梁外表面自清洁氟碳面漆的色差为0 级,变色程度为“无变色”。

5.3.4 漆膜表面状态评价

采用目测方法对涂膜的各项缺陷进行检查,评价依据参考GB 1766—2008 之规定,现场检查结果见表8。

钢箱梁外表面涂膜状态评价评价

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由表8 可以看出:所有被测分段涂膜表面均未出现粉化、开裂、起泡以及生锈现象;但在NH3、SH10 以及SA6分段的路缘石以及风嘴部位发现有部分漆膜剥落现象。

经现场分析,路缘石表面出现漆膜剥落的原因为人为或机械损伤、而风嘴部位出现的面漆漆膜剥落原因为对原面漆修补时超出面漆最大涂装间隔,对原面漆进行拉毛处理未达到可涂装标准所致。

5.3.5 漆膜自清洁效果评价

辽河特大桥钢箱梁外表面面漆涂装时间为2010 年8月,至本次检查时间为24 个月,此次现场调查时发现漆膜表面无明显污染物残留。

由于实验室测试涂膜耐沾污性能所采用的粉煤灰法(GB/T 9780—2005)无法在桥址现场使用,因此本次检查对GB/T 9780—2005 规定的粉煤灰法稍加改动,使其适应桥址现场快速检测,以便对自清洁氟碳面漆的耐沾污效果进行评价。

本次所采用的自清洁效果评价方法为:在预先选取的测试部位上,在对漆膜不进行任何清洁的前提下测定其60°光泽,取其平均值记为A。随后用约5 L 清水冲洗待测涂膜。冲洗时应不断移动水流,使其能均匀冲洗待测部位。冲洗1 min 后待涂膜表面自然干燥后再次测定其60°光泽取其平均值,记为B。涂膜的耐沾污性计算公式为:

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经对检查部位测量后,计算其耐沾污性能,数据统计见表9。

自清洁氟碳面漆耐沾污性能

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通过观察可知,辽河特大桥使用的自清洁氟碳面漆表面的耐沾污性数据一般为5%~7%,低于相关标准≤10%的规定;且按照GB/T 9780—2005 对于耐沾污性等级的评定方法,其耐沾污性等级为0 级(无污染),因此其自清洁性能令人满意。


6. 总体评价

(1) 经过检查可知,经过24 个月的使用,辽河特大桥钢箱梁外表面涂膜的防腐效果良好,表面没有粉化、锈蚀、开裂、起泡等现象发生。

(2) 现场检查时发现,有少数分段的路缘石和风嘴出现了面漆涂膜剥落现场,经现场调查后发现出现这些漆病的主要原因是人为或机械损伤,部分面漆漆膜剥落原因为对原面漆修补时超出面漆最大涂装间隔,对原面漆进行拉毛处理未达到可涂装标准所致。

(3) 辽河特大桥钢箱梁外表面的氟碳面漆经过24 个月的使用后,在直接受到阳光曝晒的路缘石与风嘴表面,未有发生粉化现象,涂膜的色差符合GB 1766—2008 规定之0 级,变色程度为“无变色”。

(4) 经过24 个月的曝晒,面漆涂膜的光泽有所降低,其中,自清洁氟碳面漆的光泽保持率约为80%~90%,属于GB 1766—2008 规定之“轻微失光”;而聚氨酯面漆的光泽下降较为严重,其光泽保持率仅为40%~50%,属于GB 1766—2008 规定之“明显失光”,与自清洁氟碳面漆的差别明显。

(5) 自清洁面漆表面自清洁效果良好,路缘石与风嘴外表面无污染物残留。其耐沾污性数据为5%~7%,低于相关标准≤10%的规定;耐沾污性等级0 级(无污染)。

 

7 结语

自清洁型氟碳涂料具有优异的耐候性,且耐沾污性突出,日本已经有许多大型工程应用业绩,例如著名的来岛海峡大桥、舞州跨海大桥、多多罗大桥、舞鹤由良川大桥等多个大型桥梁均采用这一涂装体系。作为国内首座采用自清洁型氟碳涂料的桥梁,辽河特大桥必将在我国的桥梁史上占据重要的地位。相信作为新一代重防腐用氟碳涂料,自清洁氟碳涂料对于保持建筑物长期整洁、干净的外观,降低清洁维护费用等作用显著,必将被市场所接受,获得更加广阔的应用前景。


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