曹妃甸潮差区混凝土结构用湿固化环氧厚浆漆的研制及应用
冯刚1，商汉章1，白华栋1，刘伟1，张亮1，徐永祥1 孙国亮2，陈雷2
(1.北京航材百幕新材料技术工程股份有限公司，北京100095；2.唐山曹妃甸发展投资集团有限公司，河北唐山063200)

0 引言
曹妃甸毗邻京津唐大都市群，又名“渤海明珠”。海洋环境致使曹妃甸地区常年空气潮湿，空气湿度经常在80%以上，为O2和H2O作用提供了条件，加速了混凝土CO2中性化腐蚀和钢筋的锈蚀。它所处的海洋环境中，氯离子浓度较大，加快混凝土和钢筋的腐蚀。同时区域干湿交替，其导致的富氧环境和充足的水、腐蚀因子的接触使腐蚀作用明显加剧[1]。为了延长甸头立交桥钢筋混凝土结构的寿命，必须采用合理的表面涂层防护措施[2]。为达到较好的防护效果，涂层设计体系通常较厚，于是厚浆漆的研制就应运而生。面对施工环境，厚浆漆不但要能够阻挡腐蚀介质和保证与底漆、面漆的良好配套性，同时要能够快速固化和水下固化。
环氧树脂分子结构中含有脂肪族羟基、醚基和活泼的环氧基，固化能形成牢固的体型网状大分子结构。所以环氧树脂涂料与混凝土有良好的附着力，施工方便，并具有良好的耐酸碱腐蚀、耐盐水浸泡和耐磨等性能。结合潮差区的环境特点，研制采用环氧树脂作为主要成膜物质[3-4]。

1 实验部分
1.1 主要原料
环氧树脂：江苏三木集团有限公司；腰果壳油改性酚醛胺固化剂：上海美东生物材料有限公司；改性聚酰胺固化剂：美国气体化工产品有限公司；酚醛胺类固化剂：天津燕海化学有限公司；云母氧化铁：滁州格锐矿业有限责任公司；云母粉：滁州格锐矿业有限责任公司；助剂：毕克化学有限公司。
1.2 测试方法
漆膜按GB/T 1727—1992 规定进行制备；漆膜氯离子渗透性按JTJ 275—2000 规定进行测试；漆膜柔韧性按GB/T1731—1993 规定进行测试；漆膜摆杆硬度按GB/T 1730—1993 规定进行测试；漆膜冲击性按GB/T 1732 规定进行测试；漆膜附着力按GB/T 1720 规定进行测试。

2 结果与讨论
2.1 固化剂的选择
固化剂是环氧树脂固化的必须原料，是涂料成膜的主要成膜物质。同时固化剂对涂料的性能有很大的影响，一定程度上能够直接决定漆膜的性能。所以正确选择固化剂是曹妃甸潮差区湿固化环氧厚浆漆研究的重点。曹妃甸所处环境要求环氧厚浆漆的固化时间短，同时在涨潮时涂料能够继续固化，而且漆膜性能不受影响。综合考虑各方面要求，实验从腰果壳油改性酚醛胺固化剂(1#)、酚醛胺类固化剂(2#，3#)和改性聚酰胺固化剂(4#)入手进行研究。腰果油改性环氧固化剂具有苯环结构并有一个含不饱和键的C15侧长碳链，同时苯环边上还接有一个弱酸性的羟基结构。C15侧长碳链使得1#固化剂固化的环氧树脂拥有一定的柔韧性。而弱酸性的羟基又加快了反应速率，使得1#固化剂可在低温下固化环氧树脂。酚醛胺苯环结构也可以加快反应速率。改性聚酰胺固化剂分子结构含有一个C18 长碳链，所以其固化的环氧树脂韧性很好、附着力强、耐水性好。但是，改性聚酰胺固化剂分子中不存在高稳定性的苯环结构，所以固化后的环氧树脂的耐盐、耐酸、耐碱效果差一些，并且聚酰胺固化剂低温固化能力差。
实验所得数据具体如表1。

表干时间能够表征涂料在空气环境中的成膜速度，进而反映涂料在海水冲击下能够继续成膜的能力。通过摆杆硬度测试对比可以看出涂料在水下的固化能力。涂料在成膜后要长时间浸泡在海水中，受到盐水的侵蚀和海水的冲刷，所以综合表1 中所测试数据，实验终选择1#固化剂作为曹妃甸潮差区湿固化环氧厚浆漆的固化剂。
2.2 颜填料的选择
填料对色漆的性能有着很大的影响。结合曹妃甸所处环境的考虑，填料的选择着重于能够提高涂料的耐盐水浸泡、抗水性、优异的力学性能和厚涂性。其中抗水性能通过选择片状填料来提高，片状填料本身具有独特的片状结构，能够增加水分或湿气渗透过涂膜所必须通过的路径的长度，进而提高涂料的抗水性能。同时，片状填料也能增强涂膜的机械力，改进耐洗刷性功能和预防涂料开裂。片状填料主要选择云母粉、云铁灰和滑石粉。其中，云母氧化铁为鳞片状颜料，具有独特的屏蔽性能，它能够定向平行重叠排列，形成鱼鳞一般的塔接结构，可有效地减少水汽渗透，进一步提高涂料的耐水、耐腐蚀性能。同时云母氧化铁因具鳞片状特点，故能反射、吸收紫外线，抗离子辐射，保护漆料不受破坏，对抗粉化有特殊作用。

根据图1 所示可以看出片状填料的加入起到了很好的屏蔽作用，显著提高了漆膜的抗氯离子渗透效果[5]，随着片状填料用量的增加抗氯离子渗透率趋于平稳。
2.3 湿固化环氧厚浆漆与氟碳面漆的配套性
对钢筋混凝土结构来说，中间漆是阻挡腐蚀介质的主要屏障，所以研究的环氧厚浆漆采用片状云母氧化铁作颜料，同时柔韧性以及抗冲击性能要求更高，采用较高相对分子质量的环氧树脂，不但能满足要求，还能为下道面漆提供更好的附着力。环氧涂层不耐紫外线，需要面漆保护。氟碳涂料柔韧性以及抗冲击性能都很好，与环氧涂层的结合力优良。一般而言，环氧树脂相对分子质量越大，与氟碳涂料的结合力越好。另外，助剂也是影响层间结合力的重要因素，助剂选择不当，也会导致层间结合力差，配套性能下降。本实验所研究的湿固化环氧厚浆漆与氟碳面漆的配套性在工程上的测试数据如表2 所示。

整套数据看到拉拔强度在6.46~10.43MPa 范围内，这些指标都远超过JT/T 695 对附着力的要求指标。表现了本实验研究的湿固化环氧厚浆漆和氟碳面漆的优良的配套性。
2.4 与国内外同系列产品性能对比
国外湿固化环氧厚浆漆的性能要高于国内涂料水平，但就我国发展现状来讲，国外湿固化环氧厚浆漆的价格还是偏高。本实验产品虽在一些性能上稍逊色于国外产品，但是涂料性能已能够满足施工要求，并且性价比更高，在国内市场上更具有竞争力。

2.5 曹妃甸潮差区混凝土结构涂装体系设计及施工工艺
曹妃甸工业区1 号桥涂装工程范围全长约为2.35 km，桥梁长2 019 m，其中主桥全长276 m。整个工程施工包括混凝土主塔、引桥主梁、桥墩、防撞墙等部位，总施工面积10 万余平方米。根据2007 年实施的交通行业标准JT/T 695—2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》中对腐蚀环境的划分，曹妃甸潮差区的混凝土结构涂装体系见表4。

整个工程针对水位变化区采用了湿固化环氧封闭底漆+湿固化环氧厚浆漆+氟碳面漆体系。对于这个体系进行了6 000 h 的紫外/冷凝加速老化试验，实验结果如表5。

在紫外/冷凝试验中，本体系相对于国内外的同类产品的保色保光性能更好，说明本体系的耐候性和耐久性优良。工程施工完毕8 个月后涂层没有发现脱落、起泡和开裂等不良现象。曹妃甸水位变化区的湿固化体系保证了很好的防腐效果。

3 结语
(1) 本实验验证腰果壳油改性酚醛胺固化剂能够在低温潮湿环境和水下环境快速固化环氧树脂，同时保证漆膜具有优异的柔韧性、附着力和化学性能。
(2) 片状填料能够增加水分或湿气渗透过涂膜所通过的路径的长度，进而提高涂料的屏蔽性。
(3) 实验研究的湿固化环氧厚浆漆与氟碳面漆具有良好的配套性。
(4) 在曹妃甸潮差区所使用的湿固化环氧体系配套氟碳面漆能够拥有优异的力学性能和化学性能。同时湿固化环氧厚浆漆性价比高，能满足施工要求，更适合中国市场。