针对在湿热海洋环境下长期服役的铁路混凝土，设计了表面氟碳涂层成套体系，明确了涂层体系应用技术要求，在此基础上规范了施工措施并完善了质量评价体系，实现了涂层防护成套技术在相应工况下的成功应用。效益分析表明，涂层技术的应用降低了铁路混凝土的全寿命期维修费用，兼具环保和社会效益。
关键词 材料工程;铁路混凝土；氟碳涂层；应用技术；海洋环境；耐久性
随着我国对海洋开发规模的不断扩大，各类码头、跨海大桥、人工岛等海洋工程基础设施的建设数量正在逐渐增加。钢筋混凝土由于具有易浇注、耐冲击、耐磨等优良性能以及较低的工程造价，成为进行此类设施建设的首选形式。但钢筋混凝土在海洋环境下服役时面临着较严重的钢筋锈蚀等腐蚀问题，易导致结构开裂、失效，缩短结构使用寿命[1]。为保证安全服役，必须对已发生腐蚀的结构进行修复，但技术难度与所需资金均十分巨大。因此，人们对处于严重腐蚀环境下的钢筋混凝土越来越多地采取事前防护措施以提升其耐久性，从而降低全寿命周期的成本[2-3]。
海南省处于典型的高温、高湿、强腐蚀等多腐蚀因素耦合作用的海洋环境下，其区域内钢筋混凝土的腐蚀问题更为突出，对效果显著、实施简便、作用持久的混凝土耐久性提升技术措施的需求更加迫切。在诸多技术措施中，混凝土表面涂层技术较为简单有效，不仅可以应用到新建结构上，还可以应用于已有结构的修复[4-8]。本文主要介绍成功应用于新建海南西环铁路提升混凝土耐久性的表面氟碳防腐蚀涂层技术。
1 工程概况
新建海南西环铁路始于既有西环铁路海口站，终于三亚站，线路走向沿海南西部沿海地段，正线全长345 km，设计时速200 km，为I级双线铁路。在西环铁路中段，位于海南省儋州市与昌江县境内的珠碧江双线特大桥全长 3 991 m，桥位与北部湾入海口不足5 km。由于海水倒灌影响，环境腐蚀作用异常严重，其中，氯盐环境的作用等级为L3，化学侵蚀环境的作用等级为H4，盐晶结晶破坏环境的作用等级为Y4，并存在大于Y4等级的高硫酸盐含量的极端严重腐蚀环境，必须对相应环境下的混凝土结构进行防腐蚀强化处理，提升混凝土耐久性。
高分子柔性背板特指一类以高分子材料为主体经过多层复合、涂覆、共挤等工艺成卷制成的背板，第1代高分子柔性背板以 TPT、KPK、TPE（一面干式复合PVF材料，另一面复合 PE 等烯烃类或改性的热塑性）、KPE（一面干式复合PVDF，另一面复合PE等烯烃类或改性的热塑性材料）含氟复合型背板为代表；因PE 等烯烃类或改性的热塑性材料仅是从粘结性、低成本考量的短期环境应用材料，故目前主流过渡到一面涂覆一面复合、双面涂覆的双面含氟背板，代表结构类型有 XFB和 FFC，即往第2代背板方向发展，XFB 结构背板所用氟膜主要为PVF和PVDF膜，PVDF 膜随着国内制膜技术的发展，未来2~3年有大规模取代的趋势；PET 结构背板因其经济性，逐步从一代技术的多层复合PET过渡为 AB（A和B 2种或以上改性PET类材料共挤、共混等工艺）结构共挤PET技术，消除了复合PET的2个刚性界面粘结容易失效的短板，提升了 PET 结构背板的耐湿热 UV 循环的综合性能，可以在温和环境的分布式电站中应用，同时降低了成本。 当前高分子柔性背板的四大主流结构 XFB、FFC、XPE、PET 的技术路线如图 4 所示。
镀铝锌彩涂板是彩涂建筑板中的高端产品，外观靓丽、用途广泛。但镀铝锌彩涂板生产中，除了具有高强的防腐性能之外，当然也有一定的缺陷，但是都是可以通过彩涂板机组或是工艺改变的，其表面易产生爆孔、气泡等缺陷，严重影响了彩涂线的连续生产和镀铝锌彩涂板的表面质量，造成成材率低下，需要分析。
原因分析：
1、镀层化学特性差异
由于锌铝合金镀层结晶时间长、枝晶发达，三叉结晶处属于后凝固区域，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导致空气滞留。在涂料涂装固化过程中，空气体积膨胀，穿过透气性好的底漆，使面漆破损，造成爆孔缺陷。
2、镀层热物性差异
镀铝锌合金镀层的热辐射系数为0.86,较镀锌层的0.45高出很多，以镀铝锌板作为基板时，镀铝锌层使其表面的涂层快速升温、快速固化，造成涂料中的有机溶剂不能以合理的速度及时散发，从而造成爆孔、气泡缺陷，在底漆较厚时更易出现爆孔缺陷。
3、缺陷的影响
镀铝锌彩涂基板生产时，校正辊振动、液面波动产生使其横向周期分布的色差，是造成爆孔缺陷产生的原因。镀锌铝表面锌花不均，所形成的晶界间存有凹陷，凹陷内有残留空气，在面漆固化过程中空气冲破漆膜发生爆孔。
因此，控制措施为：
1、提高镀层均匀性
应按标准锌花样板，检查锌花大型，同时及时调整。提高三辊六臂装配质量，优化校正辊材质和尺寸，减少校正辊振动和锌锅液面波动幅度；保证镀铝锌彩涂基板表面质量达到FB以上。
2、改进表层粗糙度
为避免彩涂生产时出现爆孔缺陷，镀铝锌生产线生产彩涂基板时使用大粗糙度工作辊，轧辊粗糙度控制在4.0±0.3μm，进而改善基板粗糙度。
3、优化彩涂固化工艺
针对镀铝锌合金基板和涂料的特性，改进涂装固化曲线，调整机组工艺速度，使涂料在固化中保证合金层孔洞中的气孔和涂料中稀释剂充分逸出，有效控制溶剂挥发速度，防止溶剂沸腾蒸发。将直线式固化温度曲线修改成阶梯式固化温度曲线，保证涂料的PMT，降低机组工艺速度15%，面漆的固化时间，保证涂装工艺温度稳定，适当降低涂装粘度，改善镀铝锌彩涂板的质量。
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1.什么是氟碳彩涂钢板：
氟碳彩涂钢板是指钢板采用经过高温烘烤制成的涂层钢板。氟碳树脂涂料是以氟碳树脂为主成膜物,辅以各种改性树脂,颜料,填料,经分散,研磨,调色等加工而成的涂料。氟碳树脂是以含氟烯烃为基本单体进行均聚或共聚,或以此为基础与其他单体进行共聚以及侧链含有氟碳化学键的单体自聚或共聚而得到的分子结构中含有较多C-F化学键的树脂。
氟碳树脂涂料按照组成涂料树脂的不同又可分为：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体（PFA）涂料,氟烯烃-乙烯基醚共聚物涂料,氟橡胶涂料及各种改性氟树脂涂料。
2.聚偏二氟乙烯（PVDF）涂料的性质
PVDF树脂中含有大量的C-F化学键,由于氟的电负性大,氟原子上带有较多负电荷,相邻氟原子之间相斥,使含氟烃链沿着锯齿状的碳键作螺线型分布,中间的一条碳链四周被一系列带负电的氟原子所包围,形成高度屏蔽的保护墙；分布为对称结构,整个分子是非极性的,因此具有高度的化学稳定性和隋性。PVDF树脂是一种热熔型树脂,需高温烘烤通过热熔融流平成膜。
PVDF涂料继承了PVDF树脂的优异特性,表现为耐久性,耐化学品性,防腐性等。PVDF树脂涂料在建筑领域使用已经超过40年。其良好的户外性能业绩,是目前公认的具有较好保护作用的有机涂层。
3.供应红色宝钢氟碳彩钢板的质量管控要求
氟碳树脂类型：必须采用聚偏二氟乙烯（PVDF）树脂作为氟碳涂料的基础树脂。
涂料认证：宝钢PVDF涂料供应商具备KYNAR500和HYLAR5000涂料认证资质。这界著名的两家PVDF生产企业规定被认证的涂料单位生产的PVDF涂料,至少含有70%的PVDF树脂(质量比),方可使。
颜料选型：为了保证氟碳涂料具备极高的耐候性,PVDF涂料采用的颜料只能是高温锻烧金属氧化物或金属氧化物合金颜料即陶瓷颜料；耐候级金红石型钛；耐酸碱金属颜料和耐久性云母珠光颜料。
镀层重量：宝钢在生产氟碳彩涂钢板时必须采用镀锌层单面大于90克/平方米）热镀锌基板或者镀铝锌重量单面大于75克/平方米的热镀铝锌基板。
底漆配套：采用聚氨酯或者聚酯底漆（环氧类底漆因耐候性相对较低不能匹配PVDF涂料）。
涂层膜厚控制：PVDF彩涂钢板上表面总膜厚必须23微米。
涂料烘烤温度控制：PVDF涂料必须经过板温高达249-254度的高温烘烤。
氟碳彩钢板卓越品质
彩钢板以冷轧钢板为基材，对其进行脱脂、磷化和铬酸盐处理后，在氮气的保护下进行双面热镀锌，再施以易于底漆牢固黏附的化学转化膜，然后涂上环氧树脂底漆，后还要涂上耐化学腐蚀的彩色面漆。目前，彩钢板已发展出多个品种，有单层的彩钢板，夹芯的彩钢板，夹芯彩钢板中又有聚苯乙烯和岩棉彩钢板。
彩钢板活动房所使用的钢材主要有彩钢板、角钢、槽钢、T字钢，等等。如屋面瓦，采用彩色钢板压型坡纹瓦，四周设封口板，屋架、檩条、大梁采用角钢和部分槽钢拼装焊接组成，小次梁采用角钢拼T字型，角柱、中柱采用槽钢和角钢钢柱组成。
0.5mm镀锌板卷平均价格为5196元/吨，较上一个交易日上扬9元/吨；1.0mm镀锌板卷平均价格为5069元/吨，较上一个交易日提升5元/吨；0.476mm彩涂板卷平均价格为5985吨，较上一个交易日下跌6元/吨。
具有诸多优点：一是规格多样化，且色泽鲜艳，无需表面装饰；二是安装灵活方便，不仅能够减少建筑物的基础工程和结构工程费用，且能多次拆装，综合效益十分显著；三是防火性好，彩钢板芯材为B1级难燃材料，其氧指数≥26，燃烧时不会熔融，且无黑烟，无高温分解滴落物；四是使用温度范围广，彩钢板芯材使用温度在-70℃~120℃，瞬间达200℃，在低温甚至超低温环境中使用时，收缩小，不脆化，是深冷(冷库)工程理想的绝热材料；五是导热系数低(λ=0.041w/mk)，隔热保温性能好；六是无无味，彩钢板芯材不用氟利昂发泡剂，燃烧时无无味，溢出的气体对人体与环境均无害，符合环保要求；七是防水防湿，彩钢板芯材属于有机高分子发泡材料，其结构属闭孔型，具有良好的抗吸水性和抗水蒸气渗透性；八是自重轻。
检验项目标 准检验依据涂料及漆膜外观满足标准色卡的色差范围 GB/T3181—2008漆膜颜色标准固体含量≥55% GB1725—1979涂料固化含量测定法可溶物含氟量≥24% HG/T3792—2005交联型氟树脂涂料附着力(拉开法)≥6MPa GB/T5210—2006色漆和清漆拉开法附着力试验表干时间(25℃)≤4h GB1728—1979漆膜、腻子膜干燥时间测定法实干时间(25℃)≤24h细 度≤35μm GB1724—1979涂料细度测定法柔韧性1mm GB1750—1979涂料流平性测定法冲击强度≥50cm GB/T1732—1993漆膜耐冲击测定法耐酸性(10%H2SO4)240h无异常 GB/T9274—1988色漆和清漆耐液体介质的测定耐碱性(10%NaOH)240h无异常抗氯离子渗透性(活动涂层抗氯离子的渗透性试验，30d)≤50×10-3mg/(cm2·d) JT/T695—2007混凝土桥梁结构表面涂层防腐蚀技术条件耐磨性(1kg·500r)≤005g GB1768—1979漆膜耐磨性测定法抗拉强度≥10MPa GB/T528—2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定断裂伸长率≥100%耐紫外老化保光率(6000h)≥70% GB/T14522—2008机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法荧光紫外灯
2.3 氟碳涂层体系配套方案
依据腐蚀环境作用等级，并经现场测试与调整，确定了适用于高温高湿强腐蚀海洋环境下的防腐蚀氟碳涂层体系配套方案，见表2。
表2 防腐蚀氟碳涂层体系配套方案
产品类别涂装道数干膜厚度/μm参考用量/(kg/m2)渗透性环氧封闭底漆240～60012～020环氧云铁中间漆1～2100～150030～045氟碳面漆270～100025～035
3 施工措施
3.1 基底要求
彩钢板涂层是冷轧钢板、镀锌钢板，进行表面化学处理后涂敷（辊涂）或复合有机薄膜（PVC膜等），再经烘烤固化而制成的产品。也有人把这种产品称之为“预辊涂彩钢板”、“塑料彩钢板”。
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