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- 环氧粉末涂料在跨海大桥钢管桩防腐的应用
杭州湾跨海大桥是世界上最长的跨海大桥 ,大桥总长 36 km , 南起宁波， 北至嘉兴 , 设计时速100 km , 使用寿命 100 年以上、 总投资约 118 亿元， 建设工期 5 年左右 .其中涂层钢管桩 5800 多根， 每根直径 2. 0 ~ 2. 2 m , 长 71 ~ 88 m .由于大桥整体处于杭州湾入海口 , 环境非常恶劣， 大气湿润， 所含氯离子较高， 在海水中还携带大量泥沙 ,这些都将对大桥的钢管桩及各种钢结构体造成严重的腐蚀威胁， 因此大桥的腐蚀防护与耐久性问题将非常关键 .防腐界也不断探索新的材料 , 新的涂层来满足更高的要求 , 我国着名的"西气东输"管道工程 , 经专家的反复研究讨论确定为重防腐环氧粉末作为底层的三层防腐结构， 为杭州湾跨海大桥工程钢管桩防腐提供了许多宝贵经验。
管道的使用寿命在很大程度上取决于钢管的防腐方法， 采用良好的涂敷材料和涂敷方法可以使管道使用寿命达到几十年或更长 .20 世纪 50 年代以前 , 防腐涂层采用的材料主要是煤焦油瓷漆等材料， 使管道得到较好的保护， 但这些材料也存在很多缺点， 应用范围受到一定的限制 , 直到 50 年代末， 重防腐熔结粉末涂料的推出才使管道防护技术产生了飞跃， 表 1 是美国一家油气运输公司根据几十年的经验对几种防腐材料的评价和对比， 由此可以看出熔结粉末涂料无论从技术角度还是经济角度都是其他材料不可比拟的。
表 1 各种防腐涂层材料的性能
1 杭州湾跨海大桥工程钢管桩防腐方案
根据杭州湾跨海大桥所处地理位置及环境条件， 钢管桩防腐方案为：水位变化区和水中区采用环氧粉末涂层+桩内填充混凝土方式。钢管桩承台以下约 8 m 范围采用加强型三层环氧粉末涂层（涂层厚度 ≥800 μ m）， 承台以下约 42 m 范围采用双层环氧粉末涂层（涂层厚度 ≥600 μ m）， 泥下区钢管桩采用单层环氧粉末涂层（ 涂层厚度 ≥300 μ m），
涂层外表面具有 30 ~ 100 μ m 的粗糙度 .通过在同一钢管桩上按照需要连续喷涂不同层数 、 不同性能涂层的先进工艺， 使整根钢管桩具有抗海水腐蚀 、抗泥沙冲刷 、 抗海生物附着 、 抗紫外线辐射等优点， 同时确保了整体经济性。据悉舟山大桥采用钢管桩 , 近 100 根双层环氧粉末涂料防腐的试验钢管桩于 2005 年底已完成 .2006 年 4 月正式开工 .
2 重防腐熔结环氧粉末涂料的优良特性
2. 1 杭州湾跨海大桥工程钢管桩防腐粉末涂料的分类
1） 砂纹单层重防腐环氧粉末涂料特性：
a.具有极强的附着力和良好的柔韧性 、 抗弯曲性 .
b.无需底漆， 涂敷方便 , 固化迅速， 工作效率高 , 适合于流水作业。
c.涂层坚韧耐磨， 抗冲击 , 能抵抗土壤的应力和减少运输及回填时的损伤。
d.能在较大温度范围内起到保护作用并具有长效持久的防腐效果。
e.具有优良的抗阴极剥离能力和化学稳定性能 , 耐水、 耐油、 耐酸、 碱、 盐 .
f.砂纹单层打完桩后增加钢管桩下沉阻力。
用途 :泥下区（约 21 ~ 38 m） 钢管桩采用单层环氧粉末涂层（ 涂层厚度 ≥300μm）， 涂层外表面具有 30 ~ 100 μ m 的粗糙度。
2） 双层环氧粉末涂料涂层具有以下特性：
a.作为双层环氧粉末涂层系统的外涂层， 直接涂敷在提供防腐保护的单层（ 底层） 上， 该产品的设计将给底层在运输和管道铺设过程中以最大限度的机械保护 , 并具有良好的防腐性能 .
b.本品具有优异的抗磨 、 耐冲刷、 抗冲击性能 , 因而具有良好的保护能力， 可有效防止钢管在运输及打桩过程中的碰损和擦伤 .
c.涂敷过程外层与底层交错进行 , 即在静电喷涂底层达到设计要求后， 即进行外层涂敷。在线形直管生产线涂敷作业时， 应在底层涂层胶化前涂敷外层 .底层涂层温度必须大于 230 ℃以确保其层间附着力。建议采用分开回收装置。
d.固化条件 230 ℃/ （ 1. 5 ~ 3）min .胶化时间（ GB/T 6554 -2003）：外层 230 ℃、 8 ~ 12 s ;底层 230 ℃、 30 ~ 45 s .
用途 :承台以下约 42 m 范围采用双层环氧粉末涂层（ 涂层厚度 ≥600 μ m）。
3） 三层环氧粉末涂料涂层具有以下特性 :
a.除具有单层 、 双层环氧粉末涂料涂层特性外， 具 有抵 御大 气中 H2S、 CO2 、O2 、 酸 、 碱 、盐、 有机物等物质的化学腐蚀 .
b.三层涂层的最外层具有优异的耐候性 , 紫外线照射不粉化 .
c.三层涂层的最外层具有可复涂性。
用途：钢管桩承台以下约 8 m 范围采用加强型
三层环氧粉末涂层（ 涂层厚度≥800 μ m）。
2. 2 单层、 双层 、 三层熔结环氧粉末涂料组成
单层、 双层、 三层熔结环氧粉末涂料一般是由合成树脂、 固化剂 、 颜料、 填料和助剂等几种原料组成。因此选择好这些原料是很重要的， 这是因为每一种原料选择得是否适当决定其性能， 见表2 .
表2 单层、 双层、 三层 PE 熔结环氧粉末涂料配方
2. 3 单层、 双层、 三层熔结环氧粉末涂料制造过程
单层 、 双层 、 三层熔结环氧粉末涂料的制备是先将合成树脂与固化剂、 固化促进剂、 流平剂、 颜料、 填料 、 疏松流动剂 、 消泡剂等按配方用量混合， 经熔融混炼挤出 、 冷却、 压片 、 破碎、 磨粉制成产品， 工艺过程如下：
1） 将上述各组份按配方比例计量混合在一起 ,在高速混炼机上预混 3 ~ 7 min.
2） 使用双螺杆挤出机将上述混合物， 在长径比为 15∶ 1 , 转速为 300 r/min , 挤出温度为 90 ~ 110℃的条件下熔融混炼挤出， 然后冷却、 压片、 破碎 .
3） 将破碎料片投入 ACM 磨磨细， 粒径分布符合指标要求即为防腐熔结环氧粉末涂料。
2.4 单层、 双层、 三层熔结环氧粉末涂料性能粉末性能要求见表3 .
表3 粉末涂料性能要求
涂层物理性能要求见表 4 .耐化学品性能测试（GB/T 1763 -1997 , GB/T 1733 -1993）表明 , 经10 %的 H2SO4 , HCl、NaOH 及 NaCl 浸泡 , 单层 、双层 、 三层涂料 90d 后均无变化 . 常温下污水、汽油、 柴油、 煤油及 80℃原油浸泡 90d 后3种涂料均无变化 .
表 4 粉末涂料物理性能
3 杭州湾大桥整体钢管桩涂层结构及涂敷工艺
3. 1 杭州湾大桥整体钢管桩三层结构
图1 钢管桩涂层结构
泥下区（约 21 ~ 38 m） 结构示意如图1a .承台以下约 42 m 范围结构示意如图 1b .钢管桩承台以下约 8 m 范围结构示意如图1c.
3.2 杭州湾大桥整体钢管桩三层涂敷工艺三层熔结环氧粉末涂敷工艺示意图2 .
图2 三层熔结环氧粉末涂料涂敷工艺
a.该涂敷工艺不包括钢管桩表面前处理等工序 ,只叙述钢管桩经表面清理除污染物 、 抛丸 、 净化和中频加热之后 , 进入喷涂涂装系统的喷涂工艺。
b.喷涂工艺按照上文提出的技术要求进行 ,性能指标不低于标准要求 .
c.喷涂工艺按以下工艺步骤进行 :
1）经表面处理并达到相应要求的钢管桩 , 进入可控中频加热炉 , 加热温度不超过 250 ℃。
2）经加热的钢管桩以 0. 6 ~ 1. 0 m/s 的恒定速度进入分体喷粉室 .
3）在喷粉室中有平行于钢管桩轴线方向布置的 3 组喷枪 , 每组喷枪喷粉方向又与钢管桩轴线垂直 , 依次对钢管桩进行喷涂 .由此形成第 1 、 第 2 、第 3 喷粉层区。
第 1 组喷枪在钢管桩进入第 1 喷粉区后 , 用单层粉末立即启动喷粉 .该组喷枪在启动后 , 连续作业 , 一直到钢管桩末端离开第 1 喷粉作业区为止 ,该层喷涂层厚度控制在 300 μ m（ 说明 :该层喷涂时加热温度超过 230℃时 , 涂层外表面具有30~100μ m 的粗糙度）
.第2组喷枪在紧跟第1组喷枪之后 , 为第2喷粉区 , 钢管桩以恒定速度前进 , 其前端进入第2喷粉区时 , 第2者喷枪相应启动 , 喷涂双层粉末 , 喷涂在第 1 喷涂粉区喷涂形成的涂层上 , 直到钢管桩前进约 35 ~ 41 m 时（ 要求的普通双层粉末的保护范围） , 停止第 2 喷粉区的喷涂 , 该层喷涂层厚度控制在 300 μ m .
第 3 组喷枪在紧连第 2 组喷枪之后 , 为第 2 组喷枪粉区 , 当钢管桩以恒定速度前进 , 其前端进入第 3 喷粉区时 , 第 3 组喷枪相应启动 , 喷涂 3 层粉末 , 在第 2 喷粉区形成的涂层上 , 直到钢管桩前进约7m 时（ 要求耐候粉末保护范围） , 第 3 组喷枪自动关闭 , 该层喷涂层厚度控制在 200 μ m .
按照以上过程操作就能按要求在钢管桩上形成不同厚度和不同性能要求涂层 .
4 结语
通过杭州湾跨海大桥钢管桩防腐要求分析 , 采用目前较先进的防护涂层 , 即单层重防腐环氧粉末涂料 、 双层重防腐环氧粉末涂料及三层重防腐环氧粉末涂料防腐结构相结合 , 最大限度的保护钢管桩 , 阻缓钢管桩腐蚀 , 事实证明对钢管的防护是正确 、 科学的 .功能性重防腐粉末涂料将会越来越受到人们的重视 , 其市场应用前景将会愈来愈广阔 .