針對在濕熱海洋環(huán)境下長期服役的鐵路混凝土，設(shè)計了表面氟碳涂層成套體系，明確了涂層體系應(yīng)用技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上規(guī)范了施工措施并完善了質(zhì)量評價體系，實現(xiàn)了涂層防護(hù)成套技術(shù)在相應(yīng)工況下的成功應(yīng)用。效益分析表明，涂層技術(shù)的應(yīng)用降低了鐵路混凝土的全壽命期維修費(fèi)用，兼具環(huán)保和社會效益。

關(guān)鍵詞 材料工程;鐵路混凝土；氟碳涂層；應(yīng)用技術(shù)；海洋環(huán)境；耐久性

隨著我國對海洋開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各類碼頭、跨海大橋、人工島等海洋工程基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)數(shù)量正在逐漸增加。鋼筋混凝土由于具有易澆注、耐沖擊、耐磨等優(yōu)良性能以及較低的工程造價，成為進(jìn)行此類設(shè)施建設(shè)的可以選擇形式。但鋼筋混凝土在海洋環(huán)境下服役時面臨著較嚴(yán)重的鋼筋銹蝕等腐蝕問題，易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂、失效，縮短結(jié)構(gòu)使用壽命[1]。為保證安全服役，必須對已發(fā)生腐蝕的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，但技術(shù)難度與所需資金均十分巨大。因此，人們對處于嚴(yán)重腐蝕環(huán)境下的鋼筋混凝土越來越多地采取事前防護(hù)措施以提升其耐久性，從而降低全壽命周期的成本[2-3]。

海南省處于典型的高溫、高濕、強(qiáng)腐蝕等多腐蝕因素耦合作用的海洋環(huán)境下，其區(qū)域內(nèi)鋼筋混凝土的腐蝕問題更為突出，對效果顯著、實施簡便、作用持久的混凝土耐久性提升技術(shù)措施的需求更加迫切。在諸多技術(shù)措施中，混凝土表面涂層技術(shù)較為簡單有效，不僅可以應(yīng)用到新建結(jié)構(gòu)上，還可以應(yīng)用于已有結(jié)構(gòu)的修復(fù)[4-8]。本文主要介紹成功應(yīng)用于新建海南西環(huán)鐵路提升混凝土耐久性的表面氟碳防腐蝕涂層技術(shù)。

1 工程概況
新建海南西環(huán)鐵路始于既有西環(huán)鐵路海口站，終于三亞站，線路走向沿海南西部沿海地段，正線全長345 km，設(shè)計時速200 km，為I級雙線鐵路。在西環(huán)鐵路中段，位于海南省儋州市與昌江縣境內(nèi)的珠碧江雙線特大橋全長 3 991 m，橋位與北部灣入海口不足5 km。由于海水倒灌影響，環(huán)境腐蝕作用異常嚴(yán)重，其中，氯鹽環(huán)境的作用等級為L3，化學(xué)侵蝕環(huán)境的作用等級為H4，鹽晶結(jié)晶破壞環(huán)境的作用等級為Y4，并存在大于Y4等級的高硫酸鹽含量的極端嚴(yán)重腐蝕環(huán)境，必須對相應(yīng)環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐蝕強(qiáng)化處理，提升混凝土耐久性。


基本特點(diǎn)
1.重量輕：10-14千克/平方米，相當(dāng)于磚墻的1/30。
2.隔熱保溫：芯材導(dǎo)熱系數(shù)： λ<=0.041w/mk。
3.強(qiáng)度高：可作天花圍護(hù)結(jié)構(gòu)板材承重，抗彎抗壓；一般房屋不用梁柱。
4.色澤鮮艷：無需表面裝飾，彩色鍍鋅鋼板防腐層保持期在10-15年。
5.安裝靈活快捷：施工周期可縮短40%以上。
6.氧指數(shù)：(OI)32.0(省消防產(chǎn)品質(zhì)檢站)。
1.什么是氟碳彩涂鋼板：

氟碳彩涂鋼板是指鋼板采用經(jīng)過高溫烘烤制成的涂層鋼板。氟碳樹脂涂料是以氟碳樹脂為主成膜物,輔以各種改性樹脂,顏料,填料,經(jīng)分散,研磨,調(diào)色等加工而成的涂料。氟碳樹脂是以含氟烯烴為基本單體進(jìn)行均聚或共聚,或以此為基礎(chǔ)與其他單體進(jìn)行共聚以及側(cè)鏈含有氟碳化學(xué)鍵的單體自聚或共聚而得到的分子結(jié)構(gòu)中含有較多C-F化學(xué)鍵的樹脂。
氟碳樹脂涂料按照組成涂料樹脂的不同又可分為：聚氟乙烯（PVF)涂料,聚偏二氟乙烯(PVDF)涂料,聚三氟氯乙烯（PCTFE)涂料,聚四氟乙烯（PTFE)涂料,聚全氟丙烯（FEP）涂料,乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE)涂料,乙烯/三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）涂料,四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚體（PFA）涂料,氟烯烴-乙烯基醚共聚物涂料,氟橡膠涂料及各種改性氟樹脂涂料。
2.聚偏二氟乙烯（PVDF）涂料的性質(zhì)

PVDF樹脂中含有大量的C-F化學(xué)鍵,由于氟的電負(fù)性大,氟原子上帶有較多負(fù)電荷,相鄰氟原子之間相斥,使含氟烴鏈沿著鋸齒狀的碳鍵作螺線型分布,中間的一條碳鏈四周被一系列帶負(fù)電的氟原子所包圍,形成高度屏蔽的保護(hù)墻；分布為對稱結(jié)構(gòu),整個分子是非極性的,因此具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性和隋性。PVDF樹脂是一種熱熔型樹脂,需高溫烘烤通過熱熔融流平成膜。
PVDF涂料繼承了PVDF樹脂的優(yōu)異特性,表現(xiàn)為耐久性,耐化學(xué)品性,防腐性等。PVDF樹脂涂料在建筑領(lǐng)域使用已經(jīng)超過40年。其良好的戶外性能業(yè)績,是目前公認(rèn)的具有較好保護(hù)作用的有機(jī)涂層。
3.供應(yīng)紅色寶鋼氟碳彩鋼板的質(zhì)量管控要求
氟碳樹脂類型：必須采用聚偏二氟乙烯（PVDF）樹脂作為氟碳涂料的基礎(chǔ)樹脂。
涂料認(rèn)證：寶鋼P(yáng)VDF涂料供應(yīng)商具備KYNAR500和HYLAR5000涂料認(rèn)證資質(zhì)。這界著名的兩家PVDF生產(chǎn)企業(yè)規(guī)定被認(rèn)證的涂料單位生產(chǎn)的PVDF涂料,至少含有70%的PVDF樹脂(質(zhì)量比),方可使。
顏料選型：為了保證氟碳涂料具備極高的耐候性,PVDF涂料采用的顏料只能是高溫鍛燒金屬氧化物或金屬氧化物合金顏料即陶瓷顏料；耐候級金紅石型鈦；耐酸堿金屬顏料和耐久性云母珠光顏料。
鍍層重量：寶鋼在生產(chǎn)氟碳彩涂鋼板時必須采用鍍鋅層單面大于90克/平方米）熱鍍鋅基板或者鍍鋁鋅重量單面大于75克/平方米的熱鍍鋁鋅基板。
底漆配套：采用聚氨酯或者聚酯底漆（環(huán)氧類底漆因耐候性相對較低不能匹配PVDF涂料）。
涂層膜厚控制：PVDF彩涂鋼板上表面總膜厚必須23微米。
涂料烘烤溫度控制：PVDF涂料必須經(jīng)過板溫高達(dá)249-254度的高溫烘烤。

一、氟碳彩鋼板的定義：
氟碳彩鋼板是使用PVDF氟碳樹酯的氟碳涂料涂裝在金屬板上，再經(jīng)高溫烘烤做成的金屬烤漆涂
二、氟碳彩鋼板的特點(diǎn)
1.具有超常的穩(wěn)定性，在酸堿及污染嚴(yán)重的環(huán)境中能保持各項性能的穩(wěn)定。
2.卓越的耐久性，氟碳彩鋼板在室外20年仍能保持良好的顏色喝。
3.優(yōu)異的加工性能，涂裝后的彩板具有高柔韌性，耐沖擊性，還可進(jìn)行后壓花處理。
三、氟碳涂料的歷史
1.氟碳涂料早開發(fā)于1961年，1965年正式進(jìn)入市場，早期主要用于核電站等重大工程，后來
擴(kuò)展到高級商業(yè)建筑和公共建筑。近年來使用越來越廣。
2.目前，美國占60%的使用量，歐洲占10%，亞洲占30%（主要集中在日本和南韓），近年來，國內(nèi)市場也逐步認(rèn)識
到其優(yōu)異性能，也越來越廣泛地采用該產(chǎn)品。
四、氟碳彩涂板的用途
氟碳彩板主要用于室內(nèi)外需要長久保護(hù)并始終維持原有顏色的建筑物，特別是高級建筑或者惡劣環(huán)境下的建筑物。如公共設(shè)施，機(jī)場，商業(yè)或辦公大廈，超級市場，工業(yè)廠房，機(jī)庫和糧庫等等。
五、氟碳涂料的生產(chǎn)
為保證涂料廠生產(chǎn)出合格的氟碳涂料，PVDF氟碳樹酯供應(yīng)商只給那些能夠保證生產(chǎn)出優(yōu)異氟碳涂料產(chǎn)品的涂料商發(fā)放購買許可證從而保證PVDF氟碳涂層的崇高質(zhì)量和聲譽(yù)，如在美國只有麗利公司等5家涂料商具有Kynar500氟碳樹酯的許可證。同樣，涂層廠必須達(dá)到涂料商的技術(shù)要求，才能得到涂料供應(yīng)商的使用許可證書，從而購買氟碳涂料。樹酯和涂料的許可證制度，在幾十年的時間內(nèi)保證了氟碳涂層的質(zhì)量，確保了終用戶的根本利益。
六、氟碳涂料只要指標(biāo)涂料中氟碳樹酯含量：≥70%
比重：1.20±0.1kg/公斤
涂布量：330㎡/公斤（以干膜1um計）
固含量：42±2%（重量），38±2%（體積）
包裝粘度：100~120秒
PMT:249~254℃
耐鹽霧試驗：>1000小時
MEK：>150次
T彎：0~1T
反向沖擊：>9J
度：（60°）：15~40%
鉛筆硬度：>F
七、氟碳涂料涂裝條件
1.涂裝前避免基板的污染和化涂膜的損傷
2.嚴(yán)格控制涂裝室的清潔度
3.保持上機(jī)粘度的穩(wěn)定
4.配套底漆可使用聚氨酯底漆和環(huán)氧底漆
5.可采用兩輥的方式涂裝
6.涂裝時需經(jīng)常檢查和更換過濾裝置
7.PMT（板溫）：>249℃
8.固化時間：>23秒
9.烘烤后可采用風(fēng)冷或水冷方式冷卻
八、涂裝氟碳涂料，氟碳彩涂板的注意事項
料盤回流導(dǎo)管需選用耐溶劑管，防止管道溶解，破裂。涂層機(jī)的料盤擋板需要根據(jù)料盤氣泡情況作適當(dāng)調(diào)整。注意面，背漆板溫的同步。經(jīng)常檢測冷卻水的水質(zhì)，防止涂層的污染。氟碳涂層較軟，注意卷取張力的調(diào)整。氟碳涂料價格昂貴，避免各環(huán)節(jié)的浪費(fèi)。
九、施工安全氟碳涂料中含有偏二氟乙烯，長期接觸對人體有一定的損害，在涂裝應(yīng)注意：進(jìn)入涂裝室必須戴好防護(hù)用品。避免用手直接接觸氟碳涂料。皮膚上不小心粘上氟碳涂料，應(yīng)先勇干凈抹布擦凈，再用酒精清洗，嚴(yán)重者需及時上。
氟碳彩鋼板卓越品質(zhì)

彩鋼板以冷軋鋼板為基材，對其進(jìn)行脫脂、磷化和鉻酸鹽處理后，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行雙面熱鍍鋅，再施以易于底漆牢固黏附的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，然后涂上環(huán)氧樹脂底漆，后還要涂上耐化學(xué)腐蝕的彩色面漆。目前，彩鋼板已發(fā)展出多個品種，有單層的彩鋼板，夾芯的彩鋼板，夾芯彩鋼板中又有聚苯乙烯和巖棉彩鋼板。


彩鋼板活動房所使用的鋼材主要有彩鋼板、角鋼、槽鋼、T字鋼，等等。如屋面瓦，采用彩色鋼板壓型坡紋瓦，四周設(shè)封口板，屋架、檁條、大梁采用角鋼和部分槽鋼拼裝焊接組成，小次梁采用角鋼拼T字型，角柱、中柱采用槽鋼和角鋼鋼柱組成。

0.5mm鍍鋅板卷平均價格為5196元/噸，較上一個交易日上揚(yáng)9元/噸；1.0mm鍍鋅板卷平均價格為5069元/噸，較上一個交易日提升5元/噸；0.476mm彩涂板卷平均價格為5985噸，較上一個交易日下跌6元/噸。


具有諸多優(yōu)點(diǎn)：一是規(guī)格多樣化，且色澤鮮艷，無需表面裝飾；二是安裝靈活方便，不僅能夠減少建筑物的基礎(chǔ)工程和結(jié)構(gòu)工程費(fèi)用，且能多次拆裝，綜合效益十分顯著；三是防火性好，彩鋼板芯材為B1級難燃材料，其氧指數(shù)≥26，燃燒時不會熔融，且無黑煙，無高溫分解滴落物；四是使用溫度范圍廣，彩鋼板芯材使用溫度在-70℃~120℃，瞬間達(dá)200℃，在低溫甚至超低溫環(huán)境中使用時，收縮小，不脆化，是深冷(冷庫)工程理想的絕熱材料；五是導(dǎo)熱系數(shù)低(λ=0.041w/mk)，隔熱保溫性能好；六是無無味，彩鋼板芯材不用氟利昂發(fā)泡劑，燃燒時無無味，溢出的氣體對人體與環(huán)境均無害，符合環(huán)保要求；七是防水防濕，彩鋼板芯材屬于有機(jī)高分子發(fā)泡材料，其結(jié)構(gòu)屬閉孔型，具有良好的抗吸水性和抗水蒸氣滲透性；八是自重輕。
保溫隔熱
該彩鋼板復(fù)合板常用保溫材料有：巖棉、玻璃纖維棉、聚苯乙烯（EPS）、聚氨酯等，導(dǎo)熱系數(shù)低，從而活動房具有良好保溫隔熱效果。高強(qiáng)度彩鋼板采用高強(qiáng)度鋼板為基材（抗張拉強(qiáng)度5600kg/cm）再加上較先進(jìn)的設(shè)計與滾壓成型。因此彩鋼板活動房具有極佳的結(jié)構(gòu)特性。
氟碳彩板的用途
PVDF氟碳涂層為現(xiàn)有建筑涂層中的良好,為公認(rèn)的具有較好保護(hù)作用的有機(jī)涂層,能保證金屬建筑板幾十年不受損害,并始終保持美麗的顏色。從1965年進(jìn)入市場起,氟碳涂層在世界各地的建筑物經(jīng)歷了30多年的日曬風(fēng)吹雨打,始終保持完美無損。PVDF為聚偏氟乙烯。氟原子較大的電負(fù)性能形成十分穩(wěn)固的氟碳鍵,加上其分子獨(dú)特的對稱性,使pvDF具有超常的穩(wěn)定性,獨(dú)特的抗紫外光光解性能及優(yōu)異的絕緣性能和機(jī)械性能。
3 涂氟背板發(fā)展機(jī)遇及氟碳涂料的技術(shù)研究

3.1 高分子柔性背板中氟碳涂料的技術(shù)發(fā)展

近年來，組件企業(yè)將降本的壓力紛紛轉(zhuǎn)嫁給組件材料供應(yīng)商，迫使材料企業(yè)特別是背板企業(yè)面臨材料技術(shù)更新的壓力和選擇。以氟碳涂料作為 PET 基材保護(hù)層的涂氟型背板材料（CPC、XFC）已逐漸成為主流，其工藝技術(shù)、成本和價格比傳統(tǒng) TPT 型背板更具優(yōu)勢，將在未來占據(jù)背板市場的重要位置。 氟碳涂料的綜合成本比氟膜低，同時具有極佳的耐候性，能保證組件 25年以上的使用壽命，目前還沒有一種新材料具有這種優(yōu)勢并進(jìn)行取代。因而在涂氟型高分子柔性背板中，耐候?qū)拥姆纪苛?、氟碳樹脂是研究的熱點(diǎn)。針對光伏應(yīng)用領(lǐng)域（如圖 2、表 1、表 2）展開研究，需提升氟碳涂料、氟碳樹脂的性能和功能性。現(xiàn)有氟碳涂料、氟碳樹脂主要采用可交聯(lián)固化型，即在氟樹脂中引入—OH、—COOH、雙鍵等官能團(tuán)，使之可與異氰酸酯、三聚氰胺和氨基樹脂等進(jìn)行加熱交聯(lián)成膜或微波、電子束固化成膜。相信經(jīng)過技術(shù)革新，以這些氟碳涂料改進(jìn)的背板材料將具有更優(yōu)異的功能和更環(huán)保的應(yīng)用。

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