快干型氟碳涂料在混凝土结构湿表面涂装中的应用

刘伟1，冯刚2，白华栋2，商汉章2，徐永祥2，张亮2，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
在众多混凝土防腐措施中，混凝土表面防腐涂装是一种简便、实用的防腐措施。北京航材百慕新材料技术工程股份有限公司在国内混凝土结构的防腐涂装领域拥有相当多的技术储备和工程使用业绩，在业内具有良好的声誉。但在实际工程中，特别是在海工混凝土涂装的工程中发现，在混凝土表干区的施工环境下，现有的涂层体系具有很好的施工性能与防腐性能，但当这些涂料在潮湿混凝土表面涂装时，由于涨落潮间的时间间隔一般在2 h 左右，混凝土表面含有很高的含水率，采用现有的混凝土防腐涂料进行涂装，很容易出现漆膜发黏、漆膜表面泛白、涂层在海水中无法固化或未固化就脱落等现象，造成涂层附着力及防腐性能的下降，致使整个涂层体系的防腐寿命远达不到长寿命防腐涂装体系的要求[1]。针对以上出现的情况，在整个涂层体系中，环氧封闭底漆和环氧厚浆中间漆可以采用能湿固化的改性胺固化剂来解决，而面涂层需要采用快干型的丙烯酸聚氨酯涂料或快干型氟碳涂料来解决，本文主要介绍耐候性更优的快干型氟碳涂料。

1 混凝土结构湿表面的腐蚀环境和涂装环境
1.1 混凝土结构湿表面的腐蚀环境特点
腐蚀环境属于海洋腐蚀环境，氯离子渗透危害严重，特别是表湿区部位由于海水涌动，氧气含量高，属于富氧环境。在自然条件方面，可能会受台风、热带风暴的影响，潮流涌动大，同时有些港湾含砂量高，加上潮流波动冲击的作用，冲刷严重[2]。因此，涂层的附着力和耐磨性也是衡量涂层性能的重要指标。除了氯离子、氧气和水造成的氯离子渗透这一主要腐蚀因素外，其他的腐蚀环境因素，如生物腐蚀、碳化作用等也会对表湿区混凝土结构造成一定程度的破坏。
1.2 混凝土结构湿表面的涂装环境特点
表湿区部位的涂装施工难度大，有的部位位于海中，依靠船舶运输材料和施工人员，施工成本大大提高；海中承台等部位搭建施工平台或施工吊篮，难度大，而且需要反复移动和吊装。施工阶段只能处于落差间隙施工，而且海上阴雨天气多，雾天多，这些因素结合在一起使得可供施工的时限很短。因此处于表湿区的涂料应具有尽可能大的环境容忍性；对潮湿混凝土基面具有足够的润湿性和渗透性；涂料具有快干性能，并且水下固化性能优越。目前，国内外能够完全适应表湿区环境体系的涂料还很少，尤其是在苛刻条件下施工，仍能达到长效防腐寿命要求的涂层体系还没有。因此，混凝土结构湿表面防腐涂层的研究具有重要的现实意义。用于海工混凝土结构湿表面的面涂层涂料必须满足：1）较高的耐候性、耐老化性，能抵抗长期的日照；2）较好的防腐性能，能耐一定的酸碱盐和海洋微生物的腐蚀；3） 施工1 h 后，可在水中固化并且结合力良好；4）较好的重涂性；5）低表面能的光滑表面。常见的面漆有聚氨酯漆、丙烯酸聚氨酯漆、氯化橡胶漆、氟碳漆等，本文重点介绍氟碳漆。

2 快干型氟碳涂料的主要技术特点
常温交联双组分氟碳涂料的固化机理为聚合物链上共聚单体中的羟基与脂肪族异氰酸酯的异氰酸基反应，形成交联结构。该反应属于典型的多元醇与异氰酸酯反应，生成聚氨酯结构。但是双组分氟碳涂料通常对水汽敏感，这是因为异氰酸酯与水的反应首先是生成不稳定的氨基甲酸，然后分解成二氧化碳和胺，导致涂层变脆，失去韧性，终促使涂层剥落、开裂。为了解决该问题，首先需要对异氰酸酯固化剂进行选择，要选用含有活泼的NCO 基团预聚体的异氰酸酯固化剂来加快干燥反应速度。当涂料施工在潮湿表面时，能与潮湿表面上微量的水分以及羟基等活性氢基团发生化学反应，生成脲键结构。因此混凝土结构表面涂层采用的氟碳涂料施工在干燥表面上固化生成的是聚氨酯结构；而当施工在潮湿表面上时，固化后的涂层组成是聚氨酯- 聚脲结构，保证了涂层的各项性能指标不下降，从而提高了氟碳涂料在潮湿表面的适应能力。其次，要选用合适的固化促进剂来将涂料在空气中的固化时间缩短，赋予涂层较快的固化干燥速度，同时在温度较低时也可获得足够的固化速度。常用的固化促进剂一般是羧酸盐类有机金属化合物。

3 快干型氟碳涂料的应用
处于混凝土表湿区部位的防腐涂装，由于海水的涨落，涂层会暴露在阳光下，所选择的树脂应该具有较好的耐候性以抵御紫外线照射。氟碳树脂中的F—C键具有485 kJ/mol 的高键能，而紫外线能量为314 ～419 kJ/mol，因此氟碳树脂能抵御紫外线的破坏，是面涂层用树脂的理想选择。但与环氧类涂料相比，氟碳涂料在潮湿状态下涂装性能较差，有时会出现剥落、起泡等缺陷。为避免这一现象发生，需要涂膜有较快的表干速度、对表干后涂膜浸水有一定的容忍性，因此快干型氟碳涂料在混凝土结构湿表面涂装中有着非常广泛的应用。涂层体系的基本要求是与混凝土基面具有很好的适应性，并能在设计寿命期内维持应有的防腐效果。用于混凝土结构湿表面的典型涂层配套体系为湿固化环氧封闭底漆+ 湿固化环氧厚浆中间漆+ 快干型丙烯酸聚氨酯面漆或快干型氟碳面漆。各层涂料承担着相应的功能，并能有效地保护混凝土结构避免外来腐蚀介质的破坏。底漆对混凝土基材具有很好的润湿性、渗透性、耐碱性和优异的附着力，可以在较短时间内浸水并能抵抗水流波动的冲击；涂料浸水后可继续在水下固化，固化后涂层性能基本上不受影响，以及具有较快的固化速度；中间漆具有良好涂膜表面状况、良好的屏蔽性能和厚膜施工性能，也具有较快的固化速度；面漆具有相应的耐候性、耐磨性和快干性能。由于氟碳涂料具有更优异的耐候性能，目前混凝土湿表面工程涂装面漆优先选择快干型氟碳涂料。在正确施工以及涂层厚度适宜的情况下，涂层拥有20 a 以上的保护期。根据国内外涂装发展实践和相关标准设计的混凝土结构湿表面防腐涂层体系如表1 所列，配套涂层体系性能要求见表2，快干氟碳面漆性能指标见表3。


4 结语
综上所述，对于处于表湿区部位的钢筋混凝土结构涂装来说，采用湿固化环氧封闭底漆+ 湿固化环氧厚浆中间漆+ 快干型丙烯酸聚氨酯面漆或快干型氟碳面漆的涂层配套体系是比较科学而有效的，可以大大地提高桥梁的耐久性。尤其面漆采用快干型氟碳涂料，经过涂装人员正确地施工，可以在涂层20 a 的防腐期内有效隔绝氯离子、水、氧气等腐蚀因子的侵袭。可喜的是，本公司开发设计的混凝土结构湿表面固化涂层体系已成功地应用于曹妃甸1 号桥的防腐涂装，创造了可观的社会与经济效益。相信随着我国经济的发展，国家将陆续建成一大批跨海大桥和港口钢筋混凝土结构设施，我公司开发的产品不效地防止了这些基础设施的腐蚀，同时也为这些基础设施提供了运营安全的保障，对我国桥梁混凝土结构防护技术水平的提高和发展有积极的推动作用。