摘要：通過研究對比采用目前較先進的防護涂層，即單層、雙層及三層重防腐環(huán)氧粉末涂料防腐結(jié)構(gòu)相結(jié)合， 最大限度的保護杭州灣跨海大橋鋼管樁，阻緩鋼管樁腐蝕。著重闡述多層防腐環(huán)氧粉末涂料制造，多層結(jié)構(gòu)的 特點并設(shè)計說明工藝，結(jié)果表明功能性多層環(huán)氧防腐粉末涂料能夠滿足杭州灣跨海大橋鋼管樁的防腐要求。 關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂；粉末涂料；腐蝕；防護；鋼管樁
中圖分類號：TQ323.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-7432(2006)04-0029-05
Application of epoxy powder coating in anti - corrosion of steel pipe pile for the bridge cross over Hangzhou gulf
WU Xi-ge
(Daqing Qinglu Fine Chemicals Company Limited，Daqing 163316， China)
Abstract: In this paper the corrosion and protection of steel pipe pile was studied and the steel pipe pile of the bridge cross over Hangzhou gulf, the longest bridge crossover gulf in the world, was corrosion-inhibited and protected maximum limitly using advanced anti-corrosion epoxy pecoder coating, such as one layer, double layer and trilayer leavy - duty anti - corrosive coating. The manufacture, multi layer structure character and application specification of the heavy - duty anti - corrosive epoxy powder coating wase majorly decribed. The applica-tional tests showed that the heavy - duty anticorrosive epoxy powder coating could meet the reguerments of corrosion protection in sea water.
Key words： epoxy resin; powder coating； corrosion; protection; steel pipe pile
0引言
杭州灣跨海大橋?qū)⑹鞘澜缟献铋L的跨海大橋, 大橋總長36 km,南起寧波，北至嘉興，設(shè)計時速 100 km,使用壽命100年以上、總投資約118億 元，建設(shè)工期5年左右。其中涂層鋼管樁5 800多 根，每根直徑2.0~ 2.2 m,長71~88m。由于大 橋整體處于杭州灣入海口，環(huán)境非常惡劣，大氣濕 潤，所含氯離子較高，在海水中還攜帶大量泥沙， 這些都將對大橋的鋼管樁及各種鋼結(jié)構(gòu)體造成嚴重 的腐蝕威脅，因此大橋的腐蝕防護與耐久性問題將 非常關(guān)鍵。防腐界也不斷探索新的材料，新的涂層
【收稿日期】2006 - 04 - 24;【修回日期】2006-05-31 【作者簡介】吳希革（1966— )，男，大慶開發(fā)區(qū)慶魯精細化工有限 公司總工程師兼研究所所長，主要從事合成樹脂、高分子材料、熱 熔膠及涂料的研究。
來滿足更高的要求，我國著名的“西氣東輸”管道工 程，經(jīng)專家的反復(fù)研究討論確定為重防腐環(huán)氧粉末 作為底層的三層防腐結(jié)構(gòu)，為杭州灣跨海大橋工程 鋼管樁防腐提供了許多寶貴經(jīng)驗，本文主要介紹重 防腐溶結(jié)環(huán)氧粉末性能和涂裝工藝及應(yīng)用情況。
管道的使用壽命在很大程度上取決于鋼管的防 腐方法[1]，采用良好的涂敷材料和涂敷方法可以 使管道使用壽命達到幾十年或更長。20世紀(jì)50年 代以前，防腐涂層采用的材料主要是煤焦油瓷漆等 材料，使管道得到較好的保護，但這些材料也存在 很多缺點，應(yīng)用范圍受到一定的限制，直到50年 代末，重防腐熔結(jié)粉末涂料的推出才使管道防護技 術(shù)產(chǎn)生了飛躍，表1是美國一家油氣運輸公司根據(jù) 幾十年的經(jīng)驗對幾種防腐材料的評價和對比，由此 可以看出熔結(jié)粉末涂料無論從技術(shù)角度還是經(jīng)濟角 度都是其他材料不可比擬的。
1杭州灣跨海大橋工程鋼管樁防腐方案
根據(jù)杭州灣跨海大橋所處地理位置及環(huán)境條 件，鋼管樁防腐方案為：水位變化區(qū)和水中區(qū)采用 環(huán)氧粉末涂層+樁內(nèi)填充混凝土方式。鋼管樁承臺 以下約8 m范圍采用加強型三層環(huán)氧粉末涂層(涂 層厚度為800 fxm)，承臺以下約42 m范圍采用雙 層環(huán)氧粉末涂層（涂層厚度>600 ym),泥下區(qū)鋼 管樁采用單層環(huán)氧粉末涂層(涂層厚度>300 fxm)， 涂層外表面具有30 ~ 100 fxm的粗糙度。通過在同 一鋼管樁上按照需要連續(xù)噴涂不同層數(shù)、不同性能 涂層的先進工藝，使整根鋼管樁具有抗海水腐蝕、 抗泥沙沖刷、抗海生物附著、抗紫外線輻射等優(yōu) 點，同時確保了整體經(jīng)濟性。
據(jù)悉舟山大橋采用鋼管樁，近100根雙層環(huán)氧 粉末涂料防腐的試驗鋼管樁于2005年底巳完成。 2006年4月正式開工。
2重防腐熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料的優(yōu)良特性
2.1杭州灣跨海大橋工程鋼管樁防腐粉末涂料的
分類
1)砂紋單層重防腐環(huán)氧粉末涂料特性：
a.具有極強的附著力和良好的柔韌性、抗彎 曲性。
b.無需底漆，涂敷方便，固化迅速，工作效 率高，適合于流水作業(yè)。
c.涂層堅韌耐磨，抗沖擊，能抵抗土壤的應(yīng) 力和減少運輸及回填時的損傷。
d.能在較大溫度范圍內(nèi)起到保護作用并具有 長效持久的防腐效果。
e.具有優(yōu)良的抗陰極剝離能力和化學(xué)穩(wěn)定性 能，耐水、耐油、耐酸、堿、鹽。
{.砂紋單層打完樁后增加鋼管粧下沉阻力。
用途：泥下區(qū)（約21 ~ 38 m)鋼管樁采用單層 環(huán)氧粉末涂層（涂層厚度>300 fxm)，涂層外表面 具有30 ~ 100 fxm的粗糖度。
2)雙層環(huán)氧粉末涂料涂層具有以下特性：
a.作為雙層環(huán)氧粉末涂層系統(tǒng)的外涂層，直 接涂敷在提供防腐保護的單層(底層)上，該產(chǎn)品的 設(shè)計將給底層在運輸和管道鋪設(shè)過程中以最大限度 的機械保護，并具有良好的防腐性能。
b.本品具有優(yōu)異的抗磨、耐沖刷、抗沖擊性 能，因而具有良好的保護能力，可有效防止鋼管在 運輸及打樁過程中的碰損和擦傷。
c.涂敷過程外層與底層交錯進行，即在靜電 噴涂底層達到設(shè)計要求后，即進行外層涂敷。在線 形直管生產(chǎn)線涂敷作業(yè)時，應(yīng)在底層涂層膠化前涂 敷外層。底層涂層溫度必須大于230尤以確保其層 間附著力。建議采用分開回收裝置。
d.固化條件230 X!./ (1.5 ~ 3) min。膠化時 間（GB/T 6554 - 2003)：外層 230 尤、8 ~ 12 s;底 層 230 尤、30- 45 sc
用途：承臺以下約42 m范圍采用雙層環(huán)氧粉 末涂層(涂層厚度為600 fxm)。
• 30 • 熱固性樹脂 第21卷
表1各種防腐涂層材料的性能[2，3]
涂層類型 優(yōu) 點 缺 點 適用范圍 包覆層厚度/mm 使用壽命/a
石油瀝青 1.材料易得 2.技術(shù)成熟，設(shè)備簡單 1.易受微生物腐蝕 2.易溶于烴類溶劑 3.力學(xué)性能差，低溫脆化，高溫軟化 瀝青資源 易得地區(qū) 6 — 8 瀝青+玻璃布 15 20
環(huán)氧煤 焦油瓷漆 1.力學(xué)強度高 2.耐腐蝕能力較好 3.施工安全 1.固化時間長 2.環(huán)境污染重 地下及 海底管線 4-6 一布三漆 20 25
1.耐低溫性好 1.能耗高 地勢寬闊 土質(zhì)干燥地區(qū)
塑料膠粘帶 2.力學(xué)強度好 3.絕緣電阻髙 2.材料費用高 3.耐髙溫性差 1.3-1.8 30-40
熔結(jié)環(huán)氧 粉末涂層 1.耐腐蝕性能好 2.力學(xué)性能好 3.抗陰極剝離強 1.表面處理嚴格 2.耐候性差 3.吸水率偏髙 埋地管道 海底管道 0.3 0.5 40-50
熱塑性線性聚 1 •耐腐蝕性能好 2.耐候性好 3.抗力學(xué)破壞能力強 1.施工設(shè)備要求嚴格 露天管道異形 1 -3 40-50
乙烯粉末涂層 2.附著力比環(huán)氧粉末差 管道彎頭等 i ~ J 3)三層環(huán)氧粉末涂料涂層具有以下特性：
a.除具有單層、雙層環(huán)氧粉末涂料涂層特性 外，具有抵御大氣中h2s、co2、02、酸、堿、 鹽、有機物等物質(zhì)的化學(xué)腐蝕。
b.三層涂層的最外層具有優(yōu)異的耐候性，紫 外線照射不粉化。
c.三層涂層的最外層具有可復(fù)涂性。
用途：鋼管樁承臺以下約8 m范圍采用加強型 三層環(huán)氧粉末涂層(涂層厚度& 800 jLtm)。
2.2單層、雙層、三層熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料組成 單層、雙層、三層熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料一般是由 合成樹脂、固化劑、顏料、填料和助劑等幾種原料 組成。因此選擇好這些原料是很重要的，這是因為 每一種原料選擇得是否適當(dāng)決定其性能，見表2。
表2單層、雙層、三層PE熔結(jié)環(huán)氣粉末涂料配方
名 稱 規(guī) 格 產(chǎn) 地 單層 雙層 三層
雙酚A型環(huán)氧樹脂663 U 0.10 0.12 eq/100 g 美國陶氏化學(xué) 60 50
線型三環(huán)氧合成樹脂Amanda 1168 0.117-0.125 mol/100 g 大慶慶魯公司 40 50 15
氣化雙酸A型環(huán)氧樹脂Amanda 1168H 0.117-0.125 mol/100 g 大慶慶魯公司 85
專用固化劑Amanda 969 經(jīng)基值 0.38 0.60 mol/100 g 大慶慶魯公司 22 24 26
金紅石型鈦白粉 R930 杜邦公司 6 6 5
2-甲基咪唑 醫(yī)用 武漢 0.65 0.85 0.95
填料 400- 1200 目 上海 40 45 45
顏料 適量 適量
高聚物樹脂Amanda 101A 5 20 nm 大慶慶魯公司 2.0 4.5 4.5
高聚物樹脂Amanda 101B 20 ~ 40 nm 大慶慶魯公司 1.5 2.5 2.5
3號流平劑 美國 0.8 1.2 1.5
安息香 奉化 0.4 0.4 0.4
納米硅材料Amanda 100 20 40 nm 大慶慶魯公司 0.4 0.4 0.6
2.3單層、雙雇、三層熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料制造過程 單層、雙層、三層熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料的制備是 先將合成樹脂與固化劑、固化促進劑、流平劑、顏 料、填料、疏松流動劑、消泡劑等按配方用量混 合，經(jīng)熔融混煉擠出、冷卻、壓片、破碎、磨粉制 成產(chǎn)品，工藝過程如下：
1)將上述各組份按配方比例計量混合在一起， 在高速混煉機上預(yù)混3 ~ 7 min0
2)使用雙螺桿擠出機將上述混合物，在長徑比 為15:1，轉(zhuǎn)速為300 r/min，擠出溫度為90 ~ 110 尤的條件下熔融混煉擠出，然后冷卻、壓片、破
碎。
3)將破碎料片投人ACM磨磨細，粒徑分布符 合指標(biāo)要求即為防腐熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料。
2.4單層、雙層、三層熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料性能[4’5] 粉末性能要求見表3。
表3粉末涂料性能要求
項目及試驗方法 單 層 雙 層 三 層
密度/(g.cm-3) 1.31.5因顏色 1.41.6因顏色 1.41.6因顏色
(GB/T 4472—1984) 不同而略有差異 不同而略有差異 不同而略有差異
不揮發(fā)物含量/% (SY/T 0315 - 1997 附錄 B) 彡 99.4 彡 99.4 彡 99.4
平均粒度/Mm 粒度分布 (SY/T 0315- 1997 附錄 C) 50 100 40-60 50 100
> 150 jum 的在3.0%; >250 jum 的名0.2% 可按用戶要求調(diào)整 > 150 jum 的忘4.0%; >250 jum 的忘0.2% 可按用戶要求調(diào)整 > 150 jum 的在3.0%; >250 jum 的名0.2% 可按用戶要求調(diào)整
磁性物質(zhì)含量/% (GB/T 6570) <0.002 <0.002 <0.002
膠化時間/s (SY/T 0315- 1997 附錄 A) 90(180 V)；在30(230 V)； 固化（min)^300(180 V); 在90(230 X.) 230 X.；在 12; 固化 在 180(230 X.) 230 X; ^12;固化 在 180(230 X.)
覆蓋率 GB 6554—1986/ [m2/(kg- mm" *)] 0.60.8 0.6-0.8 0.6-0.8涂層物理性能要求見表4。耐化學(xué)品性能測試 雙層、三層涂料90 d后均無變化。常溫下污水、
(GB/T 1763—1997, GB/T 1733—1993)表明，經(jīng) 汽油、柴油、煤油及80 T：原油浸泡90 d后3種涂
10%WH2S04，HC1、NaOH及NaCl浸泡，單層、料均無變化。
表4粉末涂料物理性能
試驗項目 單層質(zhì)量指標(biāo) 雙層質(zhì)量指標(biāo) 三層質(zhì)量指標(biāo) 試驗方法
24 h或48 h陰極剝離/mm 忘8 甚6 忘6 SY/T 0315 - 2005 附錄 C
底層斷面孔隙率 1級~4級 1級~4級 1級~4級 SY/T 0315 - 2005 附錄 E
底層粘結(jié)面孔隙率 1級級 1級~4級 1級~4級 SY/T 0315 - 2005 附錄 E
24 h或48 h附著力 1~3級 1級2級 1級~2級 SY/T 0315-2005 附錄 H
0尤或-30尤，抗2。彎曲(普 通級涂層厚度，根據(jù)工程要求選 定試驗溫度） 3°彎曲無裂紋 (-30±3 V) 無裂紋 無裂紋 Q/CNPC38-2002 附錄 D 單層 SY/T0315-2005-G
0尤或-30 V’抗1.5。彎曲（加
強級涂層厚度，根據(jù)工程要求選 無裂紋 無裂紋 Q/CNPC38-2002 附錄 D
定試驗溫度）
抗10 J沖擊(普通級涂層厚度） 1.5 J無針孔 (-30±3) X. 無針孔 無針孔 Q/CNPC38-2002 附錄 E 單層 SY/T 0315 - 2005-F
抗15 J沖擊(加強級涂層厚度） 無針孔 無針孔 Q/CNPC38-2002 附錄 E
30 kg耐劃傷性(普通級涂層厚度） 劃傷深度忘350 pm無漏點 劃傷深度在350 jxm無漏點 Q/CNPC38-2002 附錄 F
50 kg耐劃傷性(加強級涂層厚度） 劃傷深度忘500 fim無漏點 劃傷深度在500 jxm無漏點 Q/CNPC38-2002 附錄 F
人工氣候老化 1000 h涂層無粉化 GB/T 1865 - 1997 GB/T 1766- 1995
電氣強度/(MV'nT1) 5=30 5=30 彡30 GB/T 1408.1—1999
體積電阻率/(Am) 5=1.Ox 1013 5=1.Ox 1013 彡 l.Ox 1013 GB/T 1410—1989
耐磨性(落砂法Vavnr1) 5=3 SY/T 0315—2005 附錄 J
3杭州灣大橋整體鋼管樁涂層結(jié)構(gòu)及涂敷工藝
3.1杭州灣大橋整體鋼管樁三層結(jié)構(gòu)
裸管 單層^層
(a)
泥下區(qū)(約21 ~ 38 m)結(jié)構(gòu)示意如圖la。承臺 以下約42 m范圍結(jié)構(gòu)示意如圖lb。鋼管樁承臺以 下約8 m范圍結(jié)構(gòu)示意如圖lc。
3.2杭州灣大橋整體鋼管樁三層涂敷工藝 三層熔結(jié)環(huán)氧粉末涂敷工藝示意圖2。
一次哦涂二次哦涂三次哦涂 水冷卻 噴砂或拋丸 }~
1 丨清理
帶銹鋼管預(yù)熱<150 C
中頻加熱 200-250 C
圖2三層熔結(jié)環(huán)®粉末涂料涂敷工藝
a.該涂敷工藝不包括鋼管樁表面前處理等工序， 只敘述鋼管粧經(jīng)表面清理除污染物、拋丸、凈化和中 頻加熱之后，進人噴涂涂裝系統(tǒng)的噴涂工藝[6]。
b.噴涂工藝按照上文提出的技術(shù)要求進行， 性能指標(biāo)不低于標(biāo)準(zhǔn)要求。
c.噴涂工藝按以下工藝步驟進行：
1)經(jīng)表面處理并達到相應(yīng)要求的鋼管樁，進
回_涂回I
裸管 單層涂層 雙層涂層
(b)
裸管單層涂層雙層涂層 三層涂層
(C)
圖1鋼管樁涂層結(jié)構(gòu)
入可控中頻加熱爐，加熱溫度不超過250 T。
2)經(jīng)加熱的鋼管樁以0.6 ~ 1.0 m/s的恒定速 度進人分體噴粉室。
3)在噴粉室中有平行于鋼管樁軸線方向布置 的3組噴槍，每組噴槍噴粉方向又與鋼管粧軸線垂 直，依次對鋼管樁進行噴涂。由此形成第1、第2、 第3噴粉層區(qū)[7]。
第1組噴槍在鋼管樁進入第1噴粉區(qū)后，用單 層粉末立即啟動噴粉。該組噴槍在啟動后，連續(xù)作 業(yè)，一直到鋼管樁末端離開第1噴粉作業(yè)區(qū)為止， 該層噴涂層厚度控制在300 fxm(說明：該層噴涂時 加熱溫度超過230尤時，涂層外表面具有30 ~ 100 fxm的粗糖度）。
第2組噴槍在緊跟第1組噴槍之后，為第2噴 粉區(qū)，鋼管樁以恒定速度前進，其前端進入第2噴 粉區(qū)時，第2者噴槍相應(yīng)啟動，噴涂雙層粉末，噴 涂在第1噴涂粉區(qū)噴涂形成的涂層上，直到鋼管樁 前進約35 ~ 41 m時(要求的普通雙層粉末的保護范 圍），停止第2噴粉區(qū)的噴涂，該層噴涂層厚度控 制在 300 fxm。
第3組噴槍在緊連第2組噴槍之后，為第2組 噴槍粉區(qū)，當(dāng)鋼管樁以恒定速度前進，其前端進人 第3噴粉區(qū)時，第3組噴槍相應(yīng)啟動，噴涂3層粉 末，在第2噴粉區(qū)形成的涂層上，直到鋼管樁前進
約7«!時(要求耐候粉末保護范圍），第3組噴槍自 動關(guān)閉，該層噴涂層厚度控制在200 fxm。
按照以上過程操作就能按要求在鋼管粧上形成 不同厚度和不同性能要求涂層。
4結(jié)語
通過杭州灣跨海大橋鋼管樁防腐要求分析，采 用目前較先進的防護涂層，即單層重防腐環(huán)氧粉末 涂料、雙層重防腐環(huán)氧粉末涂料及三層重防腐環(huán)氧 粉末涂料防腐結(jié)構(gòu)相結(jié)合，最大限度的保護鋼管 樁，阻緩鋼管樁腐蝕，事實證明對鋼管的防護是正 確、科學(xué)的。功能性重防腐粉末涂料將會越來越受 到人們的重視，其市場應(yīng)用前景將會愈來愈廣闊。 參考文獻：
