水性带锈防锈涂料在铁路桥梁附属钢构件上的应用研究

杨红波，李 耀，陈智涛，刘华民，郑晓杰

（1.浙江圆融科技有限公司，浙江杭州 311265；2.杭州钱塔涂料玻璃有限公司，浙江杭州 311251；3.艾仕得涂料系统技术研发（上海）有限公司，上海 200245；4.郑州森塔化工有限公司，河南郑州 450045；5.松山湖材料试验室，广东东莞 523808）

0 引言

铁路桥梁上的附属钢构件使用环境恶劣，长期遭受日晒雨淋、环境污染，以及桥上作业的人为影响，普遍存在严重的锈蚀现象。

传统铁路路桥维护涂装根据《铁路桥隧建筑物修理规则》将钢梁涂装体系分为7套，其中对铁路桥梁附属钢构件采用的是第1套体系。该体系由2道红丹酚醛（醇酸）防锈底漆、2道灰铝粉石墨或灰云铁醇酸面漆组成。这一涂装体系，对现场作业有着严格的要求，除锈必须彻底，涂层必须隔天作业，在天窗维修作业条件下，已极难适应现场的作业要求，造成涂装质量难以达标，作业效率低下，严重影响到桥梁状态的控制要求。因此，选择一种简便有效的涂装方式就显得非常必要。

同时，随着环保要求的日趋严格，传统的油性涂料产品将逐步受到限制，特别是红丹粉属于有毒类重金属，对人体损害和环境破坏较大，很多国家明确规定禁止将红丹粉用于涂料的制备。而且红丹粉受国家环保政策和产业结构调整的影响，价格上升，成本增加，使用前景也受到了相应制约。

只要简单除去钢构件表面的浮锈、氧化皮和油污，就可涂装水性带锈防锈涂料，省时省工，可大幅提高涂装作业效率，同时保证涂装质量，且对环境友好，对作业人员和大气环境的危害小，涂层对基底有着良好的附着力，防锈性能优异。因此，采用纳米水性防锈涂料替代铁路桥梁第1套涂装体系，应用于桥梁附属钢构件的防腐涂装，具有良好的实用价值和推广应用前景。

1 铁路桥梁附属设施钢构件的腐蚀特点及防护涂料的发展趋势

1.1 铁路桥梁附属设施钢构件腐蚀特点

铁路桥梁附属设施钢构件长期暴露于大气环境中，遭受阳光、风沙、雨雪、霜露及一年四季的温度和湿度变化作用，其中大气中的氧气和水分是造成户外钢铁结构腐蚀的重要因素，引起钢结构腐蚀的工业气体中含有SO2、Cl2、CO2、NO2、H2S、NH3等，这些成分虽然含量很少，但对钢铁的腐蚀危害却是不可忽视的，其中以SO2的影响最大，Cl2亦会破坏金属表面的钝化膜。这些气体溶解于水后呈现酸性，会形成酸雨，腐蚀金属设施。

靠近沿海地区属于海洋大气环境，此类环境的特点是大气中含有大量的盐，主要为NaCl，盐颗粒沉降于金属表面，由于其具有吸潮性且会增大表面液膜的导电作用，同时氯离子本身具有较强的侵蚀性，因而加重了金属表面的腐蚀程度，该环境对钢铁的腐蚀程度远高于内陆大气环境。

1.2 防护涂料的发展趋势

随着铁路运营向高速、电气化的方向发展，对钢桥维修、大修的要求也不断提高，不可能像以往那样经常在桥梁上进行施工作业，这就要求我们研制出防腐性优良、使用寿命更长的涂装体系，同时对环境污染少，对施工人员身体伤害小。

（1） 高性能涂料

高性能涂料包括氟碳涂料、聚硅氧烷涂料、无机涂料、高强度聚天门冬氨酸酯涂料等，该类产品具有超常的耐候性、突出的耐盐雾性和优异的耐化学介质性等，加强相关高性能涂料的研究和应用是一个趋势。

（2） 水性涂料

随着人们环保意识的不断增强，钢桥涂装采用水性涂料是必然趋势。水性无机富锌底漆已在钢结构防护涂装中得到广泛应用，在钢桥上作为配套底漆也有使用；水性环氧涂料、水性聚氨酯涂料、水性丙烯酸涂料在铁路站房维护、线上料维护等领域已经有了一定的应用。

（3） 复合保护材料

复合保护主要是在钢桥表面电弧喷涂或冷喷涂金属再涂覆防护涂料等。喷金属保护始于1910年，国外在20世纪30年代已广泛采用喷锌涂层、喷铝涂层保护铁路和公路桥梁、各种水工钢结构和水电站设备、石油化工装备以及船舶等。我国自20世纪50年代开始应用至今也已经有50余年的历史。实践证明，喷金属防腐是一种长效、适用的防腐蚀方法。经过90多年的发展，喷金属已不单是喷锌、喷铝而且可以喷铝合金、铝镁合金以及铝稀土合金等；在喷涂工艺上也从火焰喷涂逐步发展为电弧喷涂甚至高速电弧喷涂和冷喷涂等。自2008年以来，电弧喷涂金属再涂覆防护涂料方案开始在我国的港口码头、桥梁等领域得到应用，如粤海栈桥工程。目前还有很多高要求的军工设施采用复合保护材料的方案进行苛刻环境下的防护。

2 新型水性带锈防腐涂料的试验研究

根据铁路钢桥附属钢结构维护涂装的特点，理想的涂装体系必须满足以下要求：

（1） 良好的防锈性能；

（2） 对基材的处理要求低；

（3） 涂层干燥快，涂装间隔时间短，适应天窗作业；

（4） 满足一定程度的涂装环境要求，适应适度的温湿作业环境；

（5） 材料本身不含重金属、低VOC（挥发性有机化合物）排放，对环境及作业人员无不良影响；

（6） 施工简单、快捷，便于操作；

（7） 良好的耐紫外光老化性能和耐化学品腐蚀性能。

2.1 水性带锈防锈涂料的配方设计及性能研究

2.1.1 水性带锈防锈底漆的基础配方

水性带锈防锈底漆的基础配方见表1。

表1 水性带锈防锈底漆的基础配方Table 1 The basic formula of waterborne anti-rust primer with rust

选取生锈半年的铸铁构件，涂刷水性带锈防锈底漆，试验效果见图1。

图1 水性带锈防锈底漆的涂装效果Figure 1 Coating effect of waterborne anti-rust primer with rust

从图1中可以看出，水性带锈防锈底漆可以将铁锈彻底转化，牢固附着于基材表面，确保整个涂层极高的致密性，对腐蚀介质具备更加优良的抗性。

2.1.2 配套水性防护面漆的配方设计

配套水性防护面漆为水性丙烯酸改性底面通用涂料，其基础配方见表2。

2.2 涂层性能对比

依据TB/T 1527—2011《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》标准中的相关技术要求，对水性带锈防锈复合涂层部分技术指标与原有的第1套涂装体系做对比，结果见表3。

表2 水性丙烯酸改性底面通用涂料的基础配方Table 2 The basic formula of water-based acrylic acid modified bottom-surface universal coatings

表3 涂层技术指标对比Table 3 Technical index comparison of coating

3 水性带锈防锈体系的施工及应用

铁路桥梁上的附属钢构件长期存在严重的锈蚀现象。这些钢构件的维修涂装作业是铁路桥梁养护修中工作量最大、占比最多的作业项目，采用水性带锈涂装体系可以极大地减少除锈作业量，同时对施工环境和一线操作工人的身体损害情况有明显改善。

3.1 表面处理

（1） 先用铲刀、钢刷去除锈蚀钢材表面的浮锈、氧化皮及松动旧漆层；

（2） 用砂纸打磨钢刷处理不到的结构部位；

（3） 用油漆刷扫除钢材表面的锈迹、灰尘等；

（4） 有油污的特殊部位需要用专用清洗剂进行清洗。

3.2 涂层配套技术方案及施工

根据施工现场的条件，确定施工方式为辊涂及刷涂。水性带锈防锈涂层体系配套技术方案见表4。

表4 水性带锈防锈涂层体系配套技术方案Table 4 Matching technical scheme of waterborne anti-rust coating with rust system

在施工的同时，监测周边环境是否符合涂装条件，测量并记录天气状况和温湿度等，适时调整涂装间隔并进行记录。水性带锈防锈涂层体系涂装施工记录见表5。

表5 水性带锈防锈涂层体系涂装施工记录Table 5 Coating construction record of waterborne anti-rust coating with rust system

根据现场应用试验表明，该水性带锈防锈涂装体系应用效果良好，涂层干燥速度快，复涂间隔短，外观无不良瑕疵，整体效果良好。

4 涂层检验

（1） 涂层外观：整体涂层平整、圆润，无漏涂、流挂、针孔、起泡、桔皮、裹砂等表面缺陷及其他异常，外观良好；

（2） 涂层厚度 ：严格按照ISO 2808—2007《色漆和清漆 漆膜厚度的测定》标准中的检测方法测量湿膜、干膜厚度；

（3） 附着力：在涂层施工完毕及养护周期结束后根据技术要求规范检测涂层附着力；

（4） 联合铁路站段相关技术负责人进行一次最终验收检查，签署验收总结报告。

5 结语

通过铁路钢桥附属钢结构维护涂装理论分析和试验验证，结合新型水性带锈防锈涂料的现场试验情况，得出如下结论：

（1） 原有的涂装体系操作步骤繁琐，对基材处理要求较高，费时费工。

（2） 受到铁路天窗作业的限制，原有的涂层体系干燥时间较长，不利于施工。

（3） 水性带锈防锈涂装体系涂层性能满足现有的铁路钢桥附属钢结构维护设计需要，部分性能优于原有涂层体系。

（4） 水性带锈防锈涂料体系无毒、无污染，符合环保发展趋势。

（5） 水性带锈防锈涂料体系施工简便，仅需对基材进行简单处理；涂层干燥快，复涂间隔短，完全能适应铁路天窗作业。

该水性配套涂层体系可广泛应用于铁路桥梁护栏、站房、雨棚及线上钢轨料等钢结构的带锈涂装。可推广至公路交通、管线、钢结构维护等领域。