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高速公路護(hù)欄雙涂層防護(hù)體系

文檔作者：米德偉，李新立黃立勇文檔來源：武漢材料保護(hù)研究所貴州黔神交通發(fā)展有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年01月23日
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第33卷第9期
2003年9月
涂料工業(yè)
PAINT＆ C0A nNGS INDUsTRY
V01．33 No．9
Sep．2003
高速公路護(hù)欄雙涂層防護(hù)體系
米德偉，李新立 (武漢材料保護(hù)研究所，430030)
黃立勇 (貴州黔神交通發(fā)展有限公司，貴陽550009)
摘要：高速公路護(hù)欄采用熱浸鋅層和噴粉的雙涂層防護(hù)體系具有陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)雙重作用，是優(yōu)良的防護(hù)
體系。闡述了該體系的作用原理及應(yīng)用。介紹了護(hù)欄熱浸鋅和噴涂粉末涂料的工藝流程及其注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞：護(hù)欄；熱浸鋅；噴涂粉末涂料；雙涂層防護(hù)體系；防腐
中圖分類號(hào)：TQ 639 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0253—4312(2003)09—0024一o4
O 引 言
護(hù)欄是維護(hù)高速公路和保障安全的重要設(shè)施，起
著防止汽車翻車、沖出公路的作用。近年來，隨著我
國(guó)高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展，護(hù)欄市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，目
前全國(guó)護(hù)欄生產(chǎn)廠約200家。我國(guó)早期的護(hù)欄產(chǎn)品
通常采用涂料防護(hù)，但現(xiàn)在普遍采用熱浸鋅防護(hù)。應(yīng)
針對(duì)不同的大氣環(huán)境選擇不同的防護(hù)體系：在鄉(xiāng)村和
污染不嚴(yán)重的地區(qū)，可采用單獨(dú)熱浸鋅層防護(hù)或單獨(dú)
噴粉防護(hù)型護(hù)欄板；而在重工業(yè)區(qū)或沿海地區(qū)，特別
是有酸雨的地區(qū)，應(yīng)采用熱浸鋅層和噴粉的雙涂層防
護(hù)體系。
1 雙涂層防護(hù)體系
在熱浸鋅層表面進(jìn)行涂裝形成保護(hù)層，通常稱為
雙涂層體系。這種雙涂層體系可以維持構(gòu)件外觀的
完整性達(dá)20年以上，在歐洲、北美洲、澳大利亞等國(guó)
家和地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。
雙涂層防護(hù)體系主要基于陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)。
陰極保護(hù)是基于作為陽極的金屬更容易失去電子而
消耗，使陰極得到保護(hù)。當(dāng)鋅和鐵聯(lián)接在一起組成一
個(gè)原電池，鋅作為陽極而被消耗，而鐵作為陰極得到
保護(hù)。通過這種陰極保護(hù)，鍍鋅層可以為小面積損傷
的鐵構(gòu)件提供保護(hù)，直到鋅層完全損耗。屏蔽保護(hù)是
通過使鋼鐵與自然環(huán)境和潛在的電解液隔離而得到
保護(hù)。涂層作為屏蔽層將金屬表面與外界環(huán)境隔開，
阻止腐蝕介質(zhì)對(duì)金屬的作用，同時(shí)也可阻礙金屬與金
屬之間的電流腐蝕。陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)兩方面保護(hù)
協(xié)同作用，為鍍鋅構(gòu)件提供全面的防腐保證。鍍鋅層
通過陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)作用來保護(hù)基體金屬。涂層
緊接著給鍍鋅層提供屏蔽保護(hù)，涂層的存在降低了鋅
層的腐蝕率。一旦涂層受侵蝕破壞，鋅層可以繼續(xù)提
供陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)。熱浸鋅層表面的涂層在施工
后幾個(gè)月就脫落，缺少前處理或涂層選擇不當(dāng)是主要
的失效原因，例如醇酸磁漆不能用于鍍鋅層表面，因
為這會(huì)在鋅層的表面發(fā)生醇酸皂化等反應(yīng)導(dǎo)致涂層
附著力降低，前處理質(zhì)量也直接影響涂層的性能。
雙涂層體系可以比單獨(dú)鍍鋅或單獨(dú)涂裝提供更
完善的腐蝕防護(hù)。雙涂層體系使用年限是單獨(dú)鍍鋅和
單獨(dú)涂裝保護(hù)年限之和的1．5～2．5倍，如果進(jìn)行周期
性的維護(hù)，雙涂層體系使用年限更長(zhǎng)。熱浸鋅層的使
用年限一般大于25年，單涂層一般lO～l5年，而雙涂
層防護(hù)體系則可達(dá)4|D年以上。雙涂層防護(hù)體系是優(yōu)良
的防護(hù)體系，特別是在含二氧化硫的氣氛中效果更
好。
粉末涂料已大量用于鍍鋅構(gòu)件的涂覆，這與粉末
涂料的特性有關(guān)：
(1)粉末涂料不含溶劑，無揮發(fā)性有機(jī)化合物
(VOC)的排放，可減少對(duì)環(huán)境的污染和改善工作環(huán)
境，在貯存、運(yùn)輸、施工中也減少了火災(zāi)的危險(xiǎn)；
(2)粉末涂料可以回收循環(huán)使用，利用率高達(dá)
95％ 以上：
(3)可實(shí)現(xiàn)厚涂。一道溶劑型涂料的厚度一般
在20 m左右，達(dá)到一定厚度需要多道涂裝；而一道
粉末涂料厚度可達(dá)幾十微米到幾百微米，省工省時(shí)，
有利于自動(dòng)化生產(chǎn)；
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(4)粉末涂料采用難溶于溶劑且相對(duì)分子質(zhì)量
高、性能優(yōu)良的樹脂，所得涂層的物理力學(xué)性能優(yōu)良。
隨著環(huán)保法規(guī)的強(qiáng)化和人們對(duì)環(huán)境的關(guān)心，傳統(tǒng)
溶劑型涂料的生產(chǎn)、使用正受到逐步限制，而這更將
推動(dòng)粉末涂料的應(yīng)用。澳大利亞從1986年開始研究
粉末涂料用于熱浸鋅層，并于1988年得到普及應(yīng)用。
在歐洲，粉末涂料每年以約7％ 的速度增長(zhǎng)，逐步取
代溶劑型涂料，目前約10％ 的工業(yè)產(chǎn)品已使用粉末
涂料涂裝。隔離柵、路燈、座椅、護(hù)欄等產(chǎn)品已開始逐
漸采用粉末涂料涂裝。
聚酯粉末涂料具有優(yōu)異的戶外性能和物理機(jī)械
性能，可以為熱鍍鋅構(gòu)件提供持久的保護(hù)，同時(shí)也提
供完美的裝飾效果，已在高速公路護(hù)欄及相關(guān)產(chǎn)品獲
得廣泛應(yīng)用。這種雙涂層體系具有較佳的視覺美感，
特別適合風(fēng)景區(qū)采用，通過對(duì)粉末涂層色澤的選擇，
可與周圍的風(fēng)景互相映襯，與自然環(huán)境和諧統(tǒng)一。
2 護(hù)欄雙涂層工藝
2．1 護(hù)欄熱浸鋅工藝
鋼的熱浸鋅是熔融鋅、鐵之間相互浸潤(rùn)、熔化及
過渡層擴(kuò)散生長(zhǎng)的過程。鋼的熱浸鋅主要有熔劑法
和保護(hù)氣體還原法2種方法。保護(hù)氣體還原法是現(xiàn)
代寬帶鋼連續(xù)熱浸鋅的常用方法，用于連續(xù)生產(chǎn)，但
設(shè)備投資較大，控制較復(fù)雜。適應(yīng)高速公路護(hù)欄板的
熱浸鋅工藝根據(jù)其特點(diǎn)一般采用熔劑法。熔劑法最
大的特點(diǎn)是，在熱浸鋅前將預(yù)處理的工件進(jìn)行熔劑處
理，以防止工件進(jìn)入鋅液之前再被氧化，同時(shí)也可避
免鋅液表面在鍍件進(jìn)入鋅槽人口處產(chǎn)生氧化鋅。目
前鍍鋅技術(shù)的應(yīng)用，主要目的在于降低鋅耗，提高外
觀質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作條件，降低污染和排
放，以及提高效率等方面。
2．1．1 熱浸鋅工藝流程
熱浸鋅工藝流程：成型一裝架一前處理一預(yù)鍍一
熱浸鍍鋅一冷卻一鈍化一水洗一檢查一下步工序。
前處理采用除油一水洗一除銹一水洗，除去工件表面
的油漬、灰塵、氧化皮等污物。需焊接的工件，表面的
焊渣、焊皮等在前處理工序之前除去，否則這些部位
會(huì)產(chǎn)生裸露的斑點(diǎn)，熱浸鋅后有凸起的現(xiàn)象?，F(xiàn)在一
般的廠家采用斑點(diǎn)處涂覆涂料的辦法，這不能從根本
上解決問題，最好采用水溶性焊渣噴劑，在前處理工
序清除焊渣，選用含硅少于0．04％ 的焊條或采用氣
體保護(hù)的方法。鈍化處理可以防止工件表面生成白
銹，提高其在空氣中的耐蝕性。如果要噴涂粉末涂
料，可不進(jìn)行鈍化一水洗工序。不進(jìn)行鈍化，可保證
鋅層表面的活性而容易進(jìn)行磷化處理。后處理的過
程中，要保證表面干凈和干燥。
2．1．2 鋅層的質(zhì)量要求
鋅層厚度：鋅層厚度直接關(guān)系到其耐蝕壽命。國(guó)
家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 18226-2000規(guī)定了涂覆構(gòu)件內(nèi)層金屬
鍍層：鋼管、鋼板、鋼帶的平均鋅層質(zhì)量為270 g／m
(1 la,m鍍層厚度對(duì)應(yīng)于7．2 g／m 的附著量，即鍍層
厚度≥37．5 )；緊固件、連接件的平均鋅層質(zhì)量為
120 g／m (即鍍層平均厚度≥16．7 )?？刂坪穸?
的方法可從2個(gè)方面考慮：一個(gè)是向白鋅液中加鋁，
另一個(gè)是用氣體噴射。
鋅層外觀：在鋅液中加入0．005％ ～0．02％ 的鋁
可以使鋅層發(fā)亮，其原因是鋁和氧親合力大，易生成
氧化鋁薄膜，并連續(xù)包覆在鋅層外面，防止鋅層氧化。
適量的鋁能增加鋅液的流動(dòng)性，便于操作，提高鋅層
的外觀質(zhì)量。
鋅層附著性：熱鍍鋅層應(yīng)有足夠的附著性，保證
在正常的搬動(dòng)、裝卸、運(yùn)輸?shù)冗^程中，經(jīng)受碰撞而不會(huì)
開裂或剝落。
鋅層均勻性：附鋅量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，硫酸鍋浸漬試驗(yàn)
一般沒問題。
鋅層耐鹽霧性：鋅液中加適量鋁，可以提高鋅層
的耐蝕性。鋁含量達(dá)3％時(shí)，可明顯提高其耐蝕性；
達(dá)到5％ 時(shí)，可獲得最佳的耐蝕性。
2．2 護(hù)欄熱鍍鋅構(gòu)件靜電噴涂粉末涂料
鍍鋅構(gòu)件表面鋅層的狀況可分為3個(gè)階段：第一
階段，構(gòu)件熱浸鋅后，從冷卻水中取出時(shí)，它的表面是
純鋅層，沒有氧化物和粉渣。如果再進(jìn)行鈍化處理，
這種純鋅的表面可以保持一段時(shí)間。數(shù)天后，開始產(chǎn)
生氧化物和碳水化合物；進(jìn)入第二階段，氧化物在表
面擴(kuò)展形成疏松、粉化的表面，這會(huì)給直接涂裝帶來
巨大的危害。這個(gè)階段將維持約48 h至兩年的時(shí)
間；第三階段，形成惰性的、可溶的、結(jié)合緊密的鋅的
碳水化合物結(jié)構(gòu)層。不同的階段可以采用不同的前
處理方法：在第一階段內(nèi)的構(gòu)件只須進(jìn)行少量的處理
或只進(jìn)行磷化處理即可；處于二、三階段的構(gòu)件必須
進(jìn)行針對(duì)性處理。但是具體區(qū)分這3個(gè)階段是很難
的，最好的方法是在12 h內(nèi)進(jìn)行涂裝。
構(gòu)件進(jìn)行磷化處理后，其表面生成均勻、致密的
磷化膜。磷化膜可以提高涂層與鍍鋅層的附著力和
可_ 鄱?
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防護(hù)性。普通的磷化液無法適用于熱浸鋅板磷化，應(yīng)
采用熱浸鋅板專用磷化液。不采用磷化工藝而直接
噴涂粉末涂料的構(gòu)件，涂層的附著力較差，長(zhǎng)期的影
響則表現(xiàn)在耐蝕性較差。要求磷化膜與涂料配套性
良好，控制的方法包括槽液控制和磷化質(zhì)量控制。槽
液控制包括工藝參數(shù)、時(shí)間、溫度等；保持槽液的干
凈；定期除渣；保持構(gòu)件表面的干凈等。
為了進(jìn)行涂裝，必須除去鈍化層。對(duì)存放時(shí)間較
長(zhǎng)的構(gòu)件，鋅層表面生成的氧化物和碳酸鹽也必須除
去?？梢圆捎梦锢矸椒ê突瘜W(xué)方法。物理方法，如采
用噴砂或有打磨作用的刷子除去，但注意不能破壞鋅
層，且應(yīng)保證鋅層厚度?；瘜W(xué)方法是通過化學(xué)反應(yīng)除
去表面的化合物及其他污物。
2．2．1 涂裝工藝流程
涂裝工藝流程：脫脂一水洗一表調(diào)一磷化一水洗
一熱水燙干一上件一預(yù)烘一噴涂粉末涂料一固化一
晾干一下件。脫脂的目的在于除油，保證涂層與基體
的緊密附著。表面沒有油脂等污物，可省去脫脂、堿
洗、水洗工序。采用膠體磷酸鈦表調(diào)，其目的是在鍍
鋅層表面生成一些細(xì)小的磷酸鹽晶核，這些晶核在磷
化處理時(shí)成為磷酸鹽結(jié)晶的核心，可提高成膜速度和
均勻性。磷化液一般分為鐵系磷化液和鋅系磷化液。
鐵系磷化液滿足一般的附著力要求，對(duì)于附著力要求
較高的則采用鋅系磷化液。
2．2．2 噴粉注意事項(xiàng)
噴粉過程中，要注意吊具的導(dǎo)電性，且吊具上的
涂層不宜太厚，過厚時(shí)可采取集中焚燒的方法清除吊
具上的涂層；因工件較重，一定要設(shè)計(jì)好掛具，要求掛
具牢固可靠。采用預(yù)烘的目的：一是除去工件上剩余
的水分，二是可以保證一定厚度的粉末涂料較好地附
著在工件的表面，三是保證工件盡快均勻受熱，加快
固化過程。一般預(yù)烘的溫度是90～140~C。對(duì)于護(hù)
欄產(chǎn)品，根據(jù)其特點(diǎn)，采用自動(dòng)噴槍另加手工噴槍補(bǔ)
噴相結(jié)合的形式，目的是實(shí)時(shí)監(jiān)控噴粉質(zhì)量，保證產(chǎn)
品質(zhì)量穩(wěn)定。一般純聚酯型粉末涂料的固化條件是：
2o0℃(工作溫度)，10 min，通過調(diào)整加熱爐的溫度和
鏈速來保證固化溫度和時(shí)間。
可采用冷風(fēng)吹干，在吹干的過程中，對(duì)工件進(jìn)行
檢查。對(duì)于允許缺陷，如流掛、起泡、露底、縮孑L等可
用丙酮等稀釋粉末涂料，趁工件未涼時(shí)涂覆或噴覆于
缺陷表面，用余熱固化。對(duì)于重大缺陷需要進(jìn)行返修
處理，根據(jù)涂膜厚度選取不同的處理方法，一般有3種
方法：直接上件重新噴粉、機(jī)械打磨、用脫膜劑處理。
對(duì)于涂層質(zhì)量的檢測(cè)，分為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和涂層性能
檢測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的項(xiàng)目包括外觀、厚度、附著力和耐
沖擊性。涂層性能檢測(cè)包括抗彎曲性、耐磨性、耐化
學(xué)品性、耐鹽霧性、耐候性、耐濕熱性和耐低溫脆化性
等。外觀檢測(cè)要求涂層均勻光滑、連續(xù)，無肉眼可辨
認(rèn)的小孑L、孑L隙、裂紋、脫皮等缺陷。附著力按要求作
剝離試驗(yàn)或劃格試驗(yàn)，這直接與粉末涂料的質(zhì)量、烘
烤溫度和前處理好壞有關(guān)。涂膜厚度控制對(duì)于護(hù)欄
產(chǎn)品是必需的，可用測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)量或采用金相顯微
鏡法進(jìn)行涂層斷面測(cè)量。涂膜薄，影響腐蝕等級(jí)，達(dá)
不到質(zhì)量要求，且涂膜不豐滿；涂膜厚，浪費(fèi)原材料，
易造成表面不平。
3 結(jié)語
雙涂層防護(hù)體系具有很大的實(shí)用性和推廣價(jià)值。
該工藝技術(shù)可靠，先進(jìn)實(shí)用，操作程序簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量
穩(wěn)定，對(duì)在惡劣條件下的工件防腐提供了一個(gè)先進(jìn)、
可行的方法。對(duì)于雙涂層工藝，國(guó)外進(jìn)行了大量的研
究，并有大量的應(yīng)用實(shí)例，如鋼結(jié)構(gòu)建筑的頂棚、支
架，道路交通標(biāo)識(shí)，路燈，水利電力設(shè)施，車船的座椅，
石油化工管道，汽車部件等。
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收稿日期2003—03—30
通信地址武漢漢口寶豐二路126號(hào)材料保護(hù)研究所涂裝室
聯(lián)系電話13707181072；(027)83646106
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