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混凝土结构防腐涂装市场前景及技术发展趋势

发布时间:2011-10-09 | 发布人:中国防水企业网 | 点击次数:2324次

  从蓬勃发展的钢筋混凝土结构基础设施以及工业设施的现状分析了混凝土防腐涂料的市场前景。介绍了桥梁、港口和工业设施的混凝土结构表面防腐涂装技术应用现状及其发展趋势。

  前言

  “十一五”至“十二五”期间,国务院出台十项措施扩大内需,其中一条是加快重大基础设施建设,就目前各地已公布的数据而言,国务院包括全国各省市自治区已公布的固定资产投资总额已逾10万亿元,其重点集中在铁路、公路、桥梁、港口、电厂等基础设施工程。而大型基础设施普遍采用的钢筋混凝土结构,在自然环境条件下会腐蚀破坏。因此,应采用切实可行的防腐措施才能确保并延长这些基础设施的使用寿命。混凝土结构的腐蚀防护技术包括增加混凝土结构本身的密实性、钢筋表面处理、阴极保护、添加缓蚀剂以及防腐涂料涂装等技术。而防腐涂装技术是一种应用广泛而简便有效的混凝土结构辅助防腐措施。

  1混凝土结构防腐涂装市场前景

  1.1钢筋混凝土结构基础设施及工业设施发展现状

  1.1.1公交道路、铁路、桥梁

  “十一五”末期,国家7918高速公路网总体规划已经出台。中国将在10a内采用放射线和纵横网格相结合的形式,建设包括7条以北京为中心的放射线,9条纵跨中国的经线路线和18条横贯神州的纬线路线,总规模约8.5万km,其中主线6.8万km,地区环线、联络线等其他路线约1.7万km。此外,2008年,川藏铁路已经通过国家发展改革委讨论,初步列入国家中长期建设规划。川藏铁路沿线地质条件复杂,地质灾害严重,许多路线都要跨越崇山峻岭,穿江过河。在上述项目中,标号为M15的沈海高速公路,始于辽宁省沈阳市,历经十余个省市,全长3710km,终点为海南省的三亚市,是国家高速公路网中唯一一条贯通中国东南沿海地区的高速公路。该高速公路将横跨渤海湾、青岛湾、长江、杭州湾、琼州海峡等数大海域,其主要的桥梁和跨海通道包括:待建的“大连—烟台跨渤海湾通道”、在建的“青岛海湾跨海大桥”、待建的“崇明越江通道工程”、已建的“杭州湾跨海大桥”、待建的杭州湾二通道(绍嘉通道)、待建的“港珠澳大桥”、待建的“琼州海峡大桥”等项目。这每一项工程都具有重大的经济、历史甚至政治意义。

  1.1.2海港码头

  我国拥有漫长的海岸线,改革开放后,随着沿海城市经济的飞速发展,各类港口的建设也持续高涨,而众多优良的深水港湾为码头建设提供了优越的天然条件。进入21世纪,集装箱码头、化工液体码头等一大批高科技含量的港口码头不断涌现,使我国的港口码头建设有了快速发展。截至2008年,我国现有沿海港口150余个,共建成生产性泊位约5000个,设计年货物通过能力34.38亿t,集装箱通过能力6150万标准箱。据预测,到2010年,我国沿海港口吞吐能力将在现有基础上增加80%以上,港口吞吐量将达到75亿t,其中集装箱吞吐量将达到1.5亿标准箱。近年来主要的大中型在建和筹建的项目有:宁波北仑港集装箱五期码头、舟山凉潭岛矿石中转码头、大连新港LNG液化天然气码头、河北曹妃甸、天津港2号30万t级原油码头、神华天津港煤炭码头二期、广东惠州港7万t级煤码头项目、青岛新前湾集装箱码头、上海洋山深水港港区进口液化天然气接收项目码头等。

  1.1.3工业设施

  随着我国环保事业的发展,近年来我国许多地区的污水处理厂已经或正在兴建。由于污水中含有酸、碱、盐、有机溶剂、好氧异养菌、硫酸盐还原菌、铁细菌和藻类微生物等成分,使之极易对化粪池、调节池、沉淀池和污泥池等内壁产生化学腐蚀和微生物侵蚀作用。特别是滨海环境的地下水,由于受海水的影响,大多富含氯离子、硫酸根离子等对钢筋混凝土有害的物质,在一些紧邻海岸线地基土层透水性强时,地下水质甚至等同于海水。如何解决滨海环境侵蚀性地下水对钢筋混凝土构筑物腐蚀问题,关系到工程的耐久性,目前已经成为水处理行业结构工程专业关注的焦点问题之一。其他如火电厂、化工厂内的混凝土结构,如脱硫烟道、冷却塔、电解池,经常需要耐高温、耐磨、耐化学介质的高性能特种防腐蚀涂料,可以说混凝土防腐涂装技术在苛刻工业领域里的应用才刚刚起步,其技术与市场还大有潜力可挖。

  1.2市场需求

  钢筋混凝土结构物遭受着环境中Cl-、H+、SO2、

  CO2、O2等的作用而发生物理化学的破坏作用,如何延缓钢筋混凝土结构的腐蚀破坏作用对以钢筋混凝土结构为基础的桥梁、码头和工业设施的安全运行至关重要。涂料防腐作为一种简便易行的方法,在钢筋混凝土结构的防腐措施中得到越来越广泛的应用。庞大和快速发展的混凝土结构基础设施,以及不断发展的混凝土结构工业设施,为混凝土表面涂装材料的发展提供了广阔的前景,当前用于混凝土结构表面的防腐涂料需求量约3万~5万t/a。随着钢筋混凝土结构建筑物建设的发展,以及混凝土结构表面涂层技术的进步,钢筋混凝土结构防腐涂料还会有较大的发展空间。混凝土重防腐涂料生产厂家也在不断增多,主要生产厂家有20多家。如国内的北京航材百慕新材料技术工程股份公司、宁波飞轮造漆有限责任公司、上海开林造漆厂、宁波大达化学有限公司等,以及外资企业原海虹老人牌(现为赫普)、中涂化工、国际油漆、中远关西等。

  2混凝土涂层防腐技术应用现状

  2.1桥梁

  标准JT/T695-2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》系统地介绍了混凝土桥梁结构表面防腐涂层的设计原则和施工质量控制。涂层体系设计原则为:根据腐蚀环境类型、预期防腐年限设计相应涂层配套体系。根据相对湿度和大气污染状况将大气区腐蚀环境分为弱腐蚀(Ⅰ)、中腐蚀(Ⅱ)以及工业大气环境下强腐蚀(Ⅲ-1)和海洋大气腐蚀环境下的强腐蚀Ⅲ-2。浸水环境的钢筋混凝土结构按水的类型分为淡水和海水两类腐蚀环境。混凝土表面防腐涂层设计年限分为两类:普通型10a和长效型20a。JT/T695共推荐了符合不同腐蚀环境、不同腐蚀寿命的防腐涂层体系40个。桥梁混凝土结构普遍采用的配套体系为:环氧封闭漆+环氧云铁(厚浆)漆+丙烯酸聚氨酯面漆。该体系具有以下特点:环氧封闭漆是目前最优秀的混凝土用封闭底漆,它具有优异的渗透性和耐碱性,明显地增加混凝土表面的强度并能够长久地维持高强度。环氧云铁中间漆具有优异的力学性能和防腐性能。环氧树脂具有高强度和一定的韧性,片状云母氧化铁既增加了涂层的屏蔽效果,又可以传递应力,提高涂层体系对混凝土形变的响应能力。丙烯酸聚氨酯面漆具有优异的保光、保色性能,对整个涂层体系提供有效保护。采用该典型体系的桥梁包括:武汉军山大桥、巴东长江大桥、舟山联岛工程西候门大桥、金塘大桥等几十座桥梁的索塔、混凝土梁。随着常温固化FEVE氟碳涂料在我国的推广应用,其也开始在桥梁混凝土结构应用。涂层配套为上述体系的一个变形,耐候面漆由FEVE氟碳面漆代替丙烯酸聚氨酯面漆。FEVE氟碳树脂是氟乙烯单体与乙烯基醚或乙烯基酯以及其他功能乙烯基单体的共聚物,C—F键的高键能以及氟单体与乙烯基醚或酯单体的交替共聚结构赋予其非常优异的耐候性能。采用氟碳涂料的混凝土结构包括杭州湾跨海大桥主塔、江阴桥主塔、江东大桥主塔等。跨海大桥的承台和部分桥墩处于潮差区,在落潮间隙涂装时,要求涂料具有以下功能:在潮湿混凝土基面具有很好的润湿性、渗透性和优异的附着力;涂料干燥速度快,经过短暂的空气中停留便可浸入海水中,经受海水波动的冲击;涂料在海水中能够完成固化,其性能基本不受影响。潮差区主要配套体系为:湿固化环氧封闭底漆+湿固化环氧(云铁)漆+丙烯酸聚氨酯面漆。采用该配套体系的桥梁混凝土结构承台或桥墩有杭州湾跨海大桥、青岛海湾大桥、江东大桥等。

  2.2港口码头

  海港码头混凝土防腐涂层设计标准为JTJ275-2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》。该标准对海港工程混凝土结构防腐蚀涂层体系及涂层性能提出了比较具体的要求。标准推荐了环氧涂料、聚氨酯涂料、丙烯酸涂料、氯化橡胶涂料、乙烯类涂料、环氧焦油涂料、聚氨酯焦油涂料等适宜的配套涂层体系,规定了10a和20a的防腐寿命涂层体系,10a与20a寿命的涂层配套体系基本相同,防腐寿命的区别主要在于涂层体系涂膜厚薄的差异。涂层配套体系主要有两种:类型一为环氧树脂封闭清漆+环氧厚浆涂料+氯化橡胶涂料(或丙烯酸聚氨酯涂料、有机硅耐候涂料),采用高固体分的环氧厚浆涂料便于厚膜施工,采用耐候面漆抵御紫外线的破坏作用,保护底涂层。氯化橡胶涂料具有优异的耐水性能,丙烯酸聚氨酯涂料、有机硅涂料具有更优异的耐候性能,此类型还有一个特点就是色彩丰富;类型二为环氧树脂封闭清漆+环氧(或聚氨酯)焦油涂料,该类型涂料综合性能好,缺点是色彩单一。表湿区可采用与表干区相同的配套体系,为增加屏蔽效果适当增加了涂层厚度,主要采用环氧封闭清漆+环氧煤焦油涂料。该配套把环氧树脂优异的力学性能和煤沥青优异的耐水性相结合,赋予了该类涂料优异的综合性能,再加上价格上的优势,使其特别适用于浸水环境条件下的做高性价比的防腐。上述配套主要应用工程有:北仑港区集装箱码头二期、三期、四期码头、镇海炼化算山码头泊位、大榭岛2万t杂货码头、宁波港镇海港区18#泊位、中化集团兴中公司(舟山)岙山基地码头、厦门海区码头及部分海洋桥梁。

  2.3工业设施

  2.3.1污水处理池

  传统的防护涂料包括环氧沥青、煤焦油沥青涂料。现阶段使用的高性能涂料还包括高固体分环氧或无溶剂环氧、聚氨酯涂料、环氧玻璃鳞片涂料、乙烯基玻璃鳞片涂料和聚脲涂料。污水包括生活污水和各种工业污水,污水的状况决定腐蚀作用的大小。根据污水腐蚀环境状况以及混凝土基面状况选择相应的涂料品种及涂层厚度。对于一些腐蚀环境较恶劣的环境,或混凝土易开裂的环境,可采用涂料+玻璃布的体系增强防护效果。

  2.3.2冷却塔

  冷却塔是热电厂的重要组成之一,属大型钢筋混凝土砼构筑物,主要由现浇钢筋混凝土塔体包括人字柱、环梁、筒壁、蓄水池和塔内淋水构件组成。传统的防腐涂料采用环氧沥青、氯化橡胶、氯磺化聚乙烯等单一涂层体系,如国华宁海电厂的冷却塔混凝土表面防腐就采用了环氧封闭清漆+环氧沥青的防腐配套。现在应用的高性能涂层体系主要为:环氧封闭漆+环氧云铁中间漆+氯化橡胶面漆(或聚氨酯面漆),对于不见阳光的部位也可采用环氧封闭漆+环氧耐磨漆。而对海水冷却塔等腐蚀环境较恶劣的部位可采用环氧玻璃鳞片涂料、酚醛改性环氧涂料以增强耐介质腐蚀性能和涂层的屏蔽效果。

  2.3.3脱硫烟道

  脱硫烟道涂料有3种典型的方案:底涂层+乙烯基玻璃鳞片涂料2×1mm+面涂;底涂层+乙烯基玻璃鳞片涂料2×1mm+FRP层+面涂;底涂层+乙烯基玻璃鳞片涂料2×1mm+(耐磨胶泥+玻璃布)1~2层+面涂。粘贴玻璃布(FRP层)对于提高涂层体系的热冲击能力、提高整体防护性能效果显着。特别是对已经使用过的脱硫烟道,混凝土结构局部受到破坏,虽然混凝土结构经过修复,再涂装涂料时,仍然存在着使涂层局部破坏导致整体防腐失效的潜在危险,此时采用FRP层,可以更好地弥补局部缺陷,提高整体防护效果。

  3混凝土结构防腐涂装技术发展趋势

  钢筋混凝土结构表面用涂料的未来发展趋势也将遵从高性能、绿色环保的原则。同时涂料技术向多元化方向发展以适应不同腐蚀环境、不同防腐部位甚至人文景观的要求。

  3.1高性能耐候面漆

  在表干区部位环氧封闭漆+环氧云铁漆+丙烯酸聚氨酯面漆的体系以其综合的优异性能在防腐和景观要求较高的场合还会长期应用。上述体系中底涂层环氧涂料将逐步向高固体分、无溶剂涂料过渡,而耐候面漆将逐步向耐候性能更加优异的氟碳涂料、聚硅氧烷涂料过渡。氟碳涂料超强的耐候性已经被业内认可,并在桥梁主塔领域获得应用。聚硅氧烷涂料是一种更加环保的高性能耐候面漆,但其在混凝土领域的应用需要进一步验证。

  3.2潮湿表面容忍性涂料

  处于潮差区的混凝土结构,由于涂装环境特点,在涂装时混凝土表面通常湿度较大,需要采用对潮湿混凝土基面具有很好适应性的涂料。在这里要注意“湿固化”的含义,湿固化并非指涂料必须有水才能固化,而是通过环氧涂料的结构改性提高其对潮湿混凝土基面的适应性,即对潮湿混凝土基面具有良好的润湿性、渗透性、耐碱性和优异的附着力。杭州湾跨海大桥的承台、青岛海湾大桥的桥墩均采用湿固化环氧封闭底漆进行潮湿基面的封底处理。

  3.3弹性涂料

  相对于钢材,混凝土结构的形变更大,因此JT/T695标准规定了用于混凝土结构表面的涂料要具有很好的力学性能,以适应混凝土的形变。日本道路协会制定的《道路桥梁氯离子对策指南·解释》根据混凝土材料的种类和使用条件分为A、B、C3种体系,其中B体系适用于钢筋混凝土材料发生裂缝的情况,要求涂膜具有柔韧性。涂装体系为:环氧树脂或聚氨酯底涂+环氧树脂腻子+柔韧型环氧树脂或柔韧型聚氨酯中涂+柔韧型聚氨酯面涂。正在制订的铁路桥梁混凝土结构防腐面涂层标准,规定了柔性氟碳涂层及其技术指标。青藏铁路线混凝土涂装采用了环氧封闭漆+柔性氟碳涂料体系。

  3.4无溶剂、高固体分环氧涂料

  无溶剂环氧涂料是目前应用最广泛的无溶剂防腐涂料品种。无溶剂环氧涂料施工难度大,而采用活性稀释剂和高性能的低黏度固化剂又使成本提高,因此采用高固体分的环氧涂料(体积固体含量达到80%以上)也是一种可选择的环保方案。一些腐蚀环境恶劣,且难以维修的部位可采用厚膜型环氧涂料或环氧玻璃鳞片涂料,也可采用环氧涂料+玻璃布的方式进行涂装保护。无溶剂涂料或高固体分厚浆涂料由于黏度太高,渗透性不好,不能直接用于混凝土表面,应配套低黏度、高渗透性底漆,或将这些高黏度涂料稀释后打底。杭州湾跨海大桥部分承台、崇明岛表湿区混凝土结构采用了无溶剂湿固化环氧涂料。符合饮用水卫生的无溶剂、高固体分环氧涂料还应用于饮用水混凝土管道、贮槽、涵洞。

  3.5乙烯酯玻璃鳞片涂料

  市售的乙烯基树脂是由乙烯酯预聚物溶剂与苯乙烯单体(含量通常在35%)构成,而乙烯酯预聚物由环氧树脂与含有乙烯基团的丙烯酸或甲基丙烯酸反应生成的。加入催化剂和固化剂,苯乙烯之间以及苯乙烯和乙烯基树脂之间通过自由基聚合反应固化成膜。乙烯酯树脂交联固化会产生体积收缩而产生内应力,通过加入玻璃鳞片可消除部分内应力。乙烯基玻璃鳞片涂料具有很好的耐化学品腐蚀性能以及较高的耐温等级。目前乙烯基玻璃鳞片涂料主要应用在脱硫烟道,在污水池也有少量应用。当前乙烯基玻璃鳞片涂料的实际应用效果并不好,用于脱硫烟道的涂料1~2a内就出现大面积脱落,这主要由涂料的品质和施工工艺决定。玻璃鳞片涂料的品质主要由玻璃鳞片的处理以及在基体树脂中的分散效果所决定。

  3.6聚脲涂料

  喷涂聚脲是由异氰酸酯组分(简称A组分)与氨基化合物组分(简称R组分)反应生成的一种弹性体物质。喷涂聚脲弹性体技术(SPUA)与传统聚氨酯弹性体涂料喷涂技术相比有许多优异性能和特点:干燥速度快,施工后几秒钟就会硬化;对湿气不敏感,施工环境适应性强;立面厚膜施工不流挂;具有非常优异的力学性能和耐介质腐蚀性能。应用于混凝土表面的聚脲由于固化速度太快,渗透性不好,直接喷涂与混凝土表面附着力不理想,应采用环氧封闭底漆作为底层过渡材料。由于芳香族聚脲的耐候性不是特别好,对于装饰效果要求高的环境,可加涂耐候性好的弹性脂肪族聚氨酯面漆。全球聚脲应用领域的60%为混凝土涂装。国内目前主要应用领域为铁路的防水材料,此外在污水池、桥梁、脱硫烟道领域也有应用。

  3.7水性防碳化涂料

  水性涂层体系具有较好的呼吸功能,允许水汽从混凝土中释放出来,并能有效地屏蔽液态水、CO2等腐蚀因子的侵入,由于水汽的释放,背面水蒸气的压力减小,可以有效地避免涂层剥落。因此水性防碳化涂料特别适用于混凝土防腐涂装,标准JT/T695推荐了适用于轻微和中等腐蚀环境下的多个水性涂层体系。相比于普通的外墙涂料应用于混凝土结构的水性涂料要求底涂层对混凝土基面具有更加优异的持久的附着力,以及更高的防腐蚀性能和耐久性。

  3.8其他材料

  互穿聚合物网络(IPN)是两种或几种单体各自聚合形成分子水平上的网络结构,产生协同效应。如挪威Oleum公司生产的聚氨酯-苯乙烯-丙烯腈互穿网络聚合物IPN涂料。涂层中的聚氨酯结构具有附着力强、柔韧性好、耐磨的特性。聚苯乙烯网络和聚丙烯腈网络具有耐酸、碱、盐等腐蚀介质的性能。美国先进聚合物公司2000年研制成功的无机—有机超级耐腐蚀涂料将环氧树脂、乙烯基酯树脂与含多官能团的无机硅氧烷进行聚合交联,形成高密度环硅立体网状结构。该涂料能耐上千种的有机化合物,具有极高的物理与化学稳定性,已在美国用于许多电力、工业废水、化工厂的混凝土结构与钢结构,并取得了良好的效果。在日本,塑料喷涂技术也应用于混凝土的表面防腐涂装,以废弃的高流动性可塑性高分子材料为基础树脂,将固体废弃物进行再利用。该材料耐酸碱性能、耐溶剂性能突出,并且具有一定的形状记忆功能。国内目前也有类似产品问世。

  4结语

  总体而言,混凝土结构防腐涂装技术要符合整个世界涂料工业的发展趋势,即以“5E”(即高性能、易施工、经济、节能、环保)为主导的发展方向。混凝土结构防腐涂装技术的发展及市场推广对于适应我国混凝土结构基础设施建设迅猛发展的需要,以及提高我国混凝土结构工程防护技术水平和保障基础设施的运营安全具有重要的现实意义,对于民族企业技术创新和水平提高也具有积极的推动作用。

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