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高速公路護(hù)欄雙涂層防護(hù)體系

文檔作者：米德偉，李新立黃立勇文檔來(lái)源：武漢材料保護(hù)研究所貴州黔神交通發(fā)展有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年01月23日
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第33卷第9期
2003年9月
涂料工業(yè)
PAINT＆ C0A nNGS INDUsTRY
V01．33 No．9
Sep．2003
高速公路護(hù)欄雙涂層防護(hù)體系
米德偉，李新立 (武漢材料保護(hù)研究所，430030)
黃立勇 (貴州黔神交通發(fā)展有限公司，貴陽(yáng)550009)
摘要：高速公路護(hù)欄采用熱浸鋅層和噴粉的雙涂層防護(hù)體系具有陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)雙重作用，是優(yōu)良的防護(hù)
體系。闡述了該體系的作用原理及應(yīng)用。介紹了護(hù)欄熱浸鋅和噴涂粉末涂料的工藝流程及其注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞：護(hù)欄；熱浸鋅；噴涂粉末涂料；雙涂層防護(hù)體系；防腐
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ 639 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0253—4312(2003)09—0024一o4
O 引 言
護(hù)欄是維護(hù)高速公路和保障安全的重要設(shè)施，起
著防止汽車(chē)翻車(chē)、沖出公路的作用。近年來(lái)，隨著我
國(guó)高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展，護(hù)欄市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，目
前全國(guó)護(hù)欄生產(chǎn)廠約200家。我國(guó)早期的護(hù)欄產(chǎn)品
通常采用涂料防護(hù)，但現(xiàn)在普遍采用熱浸鋅防護(hù)。應(yīng)
針對(duì)不同的大氣環(huán)境選擇不同的防護(hù)體系：在鄉(xiāng)村和
污染不嚴(yán)重的地區(qū)，可采用單獨(dú)熱浸鋅層防護(hù)或單獨(dú)
噴粉防護(hù)型護(hù)欄板；而在重工業(yè)區(qū)或沿海地區(qū)，特別
是有酸雨的地區(qū)，應(yīng)采用熱浸鋅層和噴粉的雙涂層防
護(hù)體系。
1 雙涂層防護(hù)體系
在熱浸鋅層表面進(jìn)行涂裝形成保護(hù)層，通常稱(chēng)為
雙涂層體系。這種雙涂層體系可以維持構(gòu)件外觀的
完整性達(dá)20年以上，在歐洲、北美洲、澳大利亞等國(guó)
家和地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。
雙涂層防護(hù)體系主要基于陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)。
陰極保護(hù)是基于作為陽(yáng)極的金屬更容易失去電子而
消耗，使陰極得到保護(hù)。當(dāng)鋅和鐵聯(lián)接在一起組成一
個(gè)原電池，鋅作為陽(yáng)極而被消耗，而鐵作為陰極得到
保護(hù)。通過(guò)這種陰極保護(hù)，鍍鋅層可以為小面積損傷
的鐵構(gòu)件提供保護(hù)，直到鋅層完全損耗。屏蔽保護(hù)是
通過(guò)使鋼鐵與自然環(huán)境和潛在的電解液隔離而得到
保護(hù)。涂層作為屏蔽層將金屬表面與外界環(huán)境隔開(kāi)，
阻止腐蝕介質(zhì)對(duì)金屬的作用，同時(shí)也可阻礙金屬與金
屬之間的電流腐蝕。陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)兩方面保護(hù)
協(xié)同作用，為鍍鋅構(gòu)件提供全面的防腐保證。鍍鋅層
通過(guò)陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)作用來(lái)保護(hù)基體金屬。涂層
緊接著給鍍鋅層提供屏蔽保護(hù)，涂層的存在降低了鋅
層的腐蝕率。一旦涂層受侵蝕破壞，鋅層可以繼續(xù)提
供陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)。熱浸鋅層表面的涂層在施工
后幾個(gè)月就脫落，缺少前處理或涂層選擇不當(dāng)是主要
的失效原因，例如醇酸磁漆不能用于鍍鋅層表面，因
為這會(huì)在鋅層的表面發(fā)生醇酸皂化等反應(yīng)導(dǎo)致涂層
附著力降低，前處理質(zhì)量也直接影響涂層的性能。
雙涂層體系可以比單獨(dú)鍍鋅或單獨(dú)涂裝提供更
完善的腐蝕防護(hù)。雙涂層體系使用年限是單獨(dú)鍍鋅和
單獨(dú)涂裝保護(hù)年限之和的1．5～2．5倍，如果進(jìn)行周期
性的維護(hù)，雙涂層體系使用年限更長(zhǎng)。熱浸鋅層的使
用年限一般大于25年，單涂層一般lO～l5年，而雙涂
層防護(hù)體系則可達(dá)4|D年以上。雙涂層防護(hù)體系是優(yōu)良
的防護(hù)體系，特別是在含二氧化硫的氣氛中效果更
好。
粉末涂料已大量用于鍍鋅構(gòu)件的涂覆，這與粉末
涂料的特性有關(guān)：
(1)粉末涂料不含溶劑，無(wú)揮發(fā)性有機(jī)化合物
(VOC)的排放，可減少對(duì)環(huán)境的污染和改善工作環(huán)
境，在貯存、運(yùn)輸、施工中也減少了火災(zāi)的危險(xiǎn)；
(2)粉末涂料可以回收循環(huán)使用，利用率高達(dá)
95％ 以上：
(3)可實(shí)現(xiàn)厚涂。一道溶劑型涂料的厚度一般
在20 m左右，達(dá)到一定厚度需要多道涂裝；而一道
粉末涂料厚度可達(dá)幾十微米到幾百微米，省工省時(shí)，
有利于自動(dòng)化生產(chǎn)；
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(4)粉末涂料采用難溶于溶劑且相對(duì)分子質(zhì)量
高、性能優(yōu)良的樹(shù)脂，所得涂層的物理力學(xué)性能優(yōu)良。
隨著環(huán)保法規(guī)的強(qiáng)化和人們對(duì)環(huán)境的關(guān)心，傳統(tǒng)
溶劑型涂料的生產(chǎn)、使用正受到逐步限制，而這更將
推動(dòng)粉末涂料的應(yīng)用。澳大利亞從1986年開(kāi)始研究
粉末涂料用于熱浸鋅層，并于1988年得到普及應(yīng)用。
在歐洲，粉末涂料每年以約7％ 的速度增長(zhǎng)，逐步取
代溶劑型涂料，目前約10％ 的工業(yè)產(chǎn)品已使用粉末
涂料涂裝。隔離柵、路燈、座椅、護(hù)欄等產(chǎn)品已開(kāi)始逐
漸采用粉末涂料涂裝。
聚酯粉末涂料具有優(yōu)異的戶(hù)外性能和物理機(jī)械
性能，可以為熱鍍鋅構(gòu)件提供持久的保護(hù)，同時(shí)也提
供完美的裝飾效果，已在高速公路護(hù)欄及相關(guān)產(chǎn)品獲
得廣泛應(yīng)用。這種雙涂層體系具有較佳的視覺(jué)美感，
特別適合風(fēng)景區(qū)采用，通過(guò)對(duì)粉末涂層色澤的選擇，
可與周?chē)娘L(fēng)景互相映襯，與自然環(huán)境和諧統(tǒng)一。
2 護(hù)欄雙涂層工藝
2．1 護(hù)欄熱浸鋅工藝
鋼的熱浸鋅是熔融鋅、鐵之間相互浸潤(rùn)、熔化及
過(guò)渡層擴(kuò)散生長(zhǎng)的過(guò)程。鋼的熱浸鋅主要有熔劑法
和保護(hù)氣體還原法2種方法。保護(hù)氣體還原法是現(xiàn)
代寬帶鋼連續(xù)熱浸鋅的常用方法，用于連續(xù)生產(chǎn)，但
設(shè)備投資較大，控制較復(fù)雜。適應(yīng)高速公路護(hù)欄板的
熱浸鋅工藝根據(jù)其特點(diǎn)一般采用熔劑法。熔劑法最
大的特點(diǎn)是，在熱浸鋅前將預(yù)處理的工件進(jìn)行熔劑處
理，以防止工件進(jìn)入鋅液之前再被氧化，同時(shí)也可避
免鋅液表面在鍍件進(jìn)入鋅槽人口處產(chǎn)生氧化鋅。目
前鍍鋅技術(shù)的應(yīng)用，主要目的在于降低鋅耗，提高外
觀質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作條件，降低污染和排
放，以及提高效率等方面。
2．1．1 熱浸鋅工藝流程
熱浸鋅工藝流程：成型一裝架一前處理一預(yù)鍍一
熱浸鍍鋅一冷卻一鈍化一水洗一檢查一下步工序。
前處理采用除油一水洗一除銹一水洗，除去工件表面
的油漬、灰塵、氧化皮等污物。需焊接的工件，表面的
焊渣、焊皮等在前處理工序之前除去，否則這些部位
會(huì)產(chǎn)生裸露的斑點(diǎn)，熱浸鋅后有凸起的現(xiàn)象?，F(xiàn)在一
般的廠家采用斑點(diǎn)處涂覆涂料的辦法，這不能從根本
上解決問(wèn)題，最好采用水溶性焊渣噴劑，在前處理工
序清除焊渣，選用含硅少于0．04％ 的焊條或采用氣
體保護(hù)的方法。鈍化處理可以防止工件表面生成白
銹，提高其在空氣中的耐蝕性。如果要噴涂粉末涂
料，可不進(jìn)行鈍化一水洗工序。不進(jìn)行鈍化，可保證
鋅層表面的活性而容易進(jìn)行磷化處理。后處理的過(guò)
程中，要保證表面干凈和干燥。
2．1．2 鋅層的質(zhì)量要求
鋅層厚度：鋅層厚度直接關(guān)系到其耐蝕壽命。國(guó)
家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 18226-2000規(guī)定了涂覆構(gòu)件內(nèi)層金屬
鍍層：鋼管、鋼板、鋼帶的平均鋅層質(zhì)量為270 g／m
(1 la,m鍍層厚度對(duì)應(yīng)于7．2 g／m 的附著量，即鍍層
厚度≥37．5 )；緊固件、連接件的平均鋅層質(zhì)量為
120 g／m (即鍍層平均厚度≥16．7 )?？刂坪穸?
的方法可從2個(gè)方面考慮：一個(gè)是向白鋅液中加鋁，
另一個(gè)是用氣體噴射。
鋅層外觀：在鋅液中加入0．005％ ～0．02％ 的鋁
可以使鋅層發(fā)亮，其原因是鋁和氧親合力大，易生成
氧化鋁薄膜，并連續(xù)包覆在鋅層外面，防止鋅層氧化。
適量的鋁能增加鋅液的流動(dòng)性，便于操作，提高鋅層
的外觀質(zhì)量。
鋅層附著性：熱鍍鋅層應(yīng)有足夠的附著性，保證
在正常的搬動(dòng)、裝卸、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中，經(jīng)受碰撞而不會(huì)
開(kāi)裂或剝落。
鋅層均勻性：附鋅量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，硫酸鍋浸漬試驗(yàn)
一般沒(méi)問(wèn)題。
鋅層耐鹽霧性：鋅液中加適量鋁，可以提高鋅層
的耐蝕性。鋁含量達(dá)3％時(shí)，可明顯提高其耐蝕性；
達(dá)到5％ 時(shí)，可獲得最佳的耐蝕性。
2．2 護(hù)欄熱鍍鋅構(gòu)件靜電噴涂粉末涂料
鍍鋅構(gòu)件表面鋅層的狀況可分為3個(gè)階段：第一
階段，構(gòu)件熱浸鋅后，從冷卻水中取出時(shí)，它的表面是
純鋅層，沒(méi)有氧化物和粉渣。如果再進(jìn)行鈍化處理，
這種純鋅的表面可以保持一段時(shí)間。數(shù)天后，開(kāi)始產(chǎn)
生氧化物和碳水化合物；進(jìn)入第二階段，氧化物在表
面擴(kuò)展形成疏松、粉化的表面，這會(huì)給直接涂裝帶來(lái)
巨大的危害。這個(gè)階段將維持約48 h至兩年的時(shí)
間；第三階段，形成惰性的、可溶的、結(jié)合緊密的鋅的
碳水化合物結(jié)構(gòu)層。不同的階段可以采用不同的前
處理方法：在第一階段內(nèi)的構(gòu)件只須進(jìn)行少量的處理
或只進(jìn)行磷化處理即可；處于二、三階段的構(gòu)件必須
進(jìn)行針對(duì)性處理。但是具體區(qū)分這3個(gè)階段是很難
的，最好的方法是在12 h內(nèi)進(jìn)行涂裝。
構(gòu)件進(jìn)行磷化處理后，其表面生成均勻、致密的
磷化膜。磷化膜可以提高涂層與鍍鋅層的附著力和
可_ 鄱?
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米德偉等：高速公路護(hù)欄雙涂層防護(hù)體系
防護(hù)性。普通的磷化液無(wú)法適用于熱浸鋅板磷化，應(yīng)
采用熱浸鋅板專(zhuān)用磷化液。不采用磷化工藝而直接
噴涂粉末涂料的構(gòu)件，涂層的附著力較差，長(zhǎng)期的影
響則表現(xiàn)在耐蝕性較差。要求磷化膜與涂料配套性
良好，控制的方法包括槽液控制和磷化質(zhì)量控制。槽
液控制包括工藝參數(shù)、時(shí)間、溫度等；保持槽液的干
凈；定期除渣；保持構(gòu)件表面的干凈等。
為了進(jìn)行涂裝，必須除去鈍化層。對(duì)存放時(shí)間較
長(zhǎng)的構(gòu)件，鋅層表面生成的氧化物和碳酸鹽也必須除
去?？梢圆捎梦锢矸椒ê突瘜W(xué)方法。物理方法，如采
用噴砂或有打磨作用的刷子除去，但注意不能破壞鋅
層，且應(yīng)保證鋅層厚度?；瘜W(xué)方法是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)除
去表面的化合物及其他污物。
2．2．1 涂裝工藝流程
涂裝工藝流程：脫脂一水洗一表調(diào)一磷化一水洗
一熱水燙干一上件一預(yù)烘一噴涂粉末涂料一固化一
晾干一下件。脫脂的目的在于除油，保證涂層與基體
的緊密附著。表面沒(méi)有油脂等污物，可省去脫脂、堿
洗、水洗工序。采用膠體磷酸鈦表調(diào)，其目的是在鍍
鋅層表面生成一些細(xì)小的磷酸鹽晶核，這些晶核在磷
化處理時(shí)成為磷酸鹽結(jié)晶的核心，可提高成膜速度和
均勻性。磷化液一般分為鐵系磷化液和鋅系磷化液。
鐵系磷化液滿(mǎn)足一般的附著力要求，對(duì)于附著力要求
較高的則采用鋅系磷化液。
2．2．2 噴粉注意事項(xiàng)
噴粉過(guò)程中，要注意吊具的導(dǎo)電性，且吊具上的
涂層不宜太厚，過(guò)厚時(shí)可采取集中焚燒的方法清除吊
具上的涂層；因工件較重，一定要設(shè)計(jì)好掛具，要求掛
具牢固可靠。采用預(yù)烘的目的：一是除去工件上剩余
的水分，二是可以保證一定厚度的粉末涂料較好地附
著在工件的表面，三是保證工件盡快均勻受熱，加快
固化過(guò)程。一般預(yù)烘的溫度是90～140~C。對(duì)于護(hù)
欄產(chǎn)品，根據(jù)其特點(diǎn)，采用自動(dòng)噴槍另加手工噴槍補(bǔ)
噴相結(jié)合的形式，目的是實(shí)時(shí)監(jiān)控噴粉質(zhì)量，保證產(chǎn)
品質(zhì)量穩(wěn)定。一般純聚酯型粉末涂料的固化條件是：
2o0℃(工作溫度)，10 min，通過(guò)調(diào)整加熱爐的溫度和
鏈速來(lái)保證固化溫度和時(shí)間。
可采用冷風(fēng)吹干，在吹干的過(guò)程中，對(duì)工件進(jìn)行
檢查。對(duì)于允許缺陷，如流掛、起泡、露底、縮孑L等可
用丙酮等稀釋粉末涂料，趁工件未涼時(shí)涂覆或噴覆于
缺陷表面，用余熱固化。對(duì)于重大缺陷需要進(jìn)行返修
處理，根據(jù)涂膜厚度選取不同的處理方法，一般有3種
方法：直接上件重新噴粉、機(jī)械打磨、用脫膜劑處理。
對(duì)于涂層質(zhì)量的檢測(cè)，分為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和涂層性能
檢測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的項(xiàng)目包括外觀、厚度、附著力和耐
沖擊性。涂層性能檢測(cè)包括抗彎曲性、耐磨性、耐化
學(xué)品性、耐鹽霧性、耐候性、耐濕熱性和耐低溫脆化性
等。外觀檢測(cè)要求涂層均勻光滑、連續(xù)，無(wú)肉眼可辨
認(rèn)的小孑L、孑L隙、裂紋、脫皮等缺陷。附著力按要求作
剝離試驗(yàn)或劃格試驗(yàn)，這直接與粉末涂料的質(zhì)量、烘
烤溫度和前處理好壞有關(guān)。涂膜厚度控制對(duì)于護(hù)欄
產(chǎn)品是必需的，可用測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)量或采用金相顯微
鏡法進(jìn)行涂層斷面測(cè)量。涂膜薄，影響腐蝕等級(jí)，達(dá)
不到質(zhì)量要求，且涂膜不豐滿(mǎn)；涂膜厚，浪費(fèi)原材料，
易造成表面不平。
3 結(jié)語(yǔ)
雙涂層防護(hù)體系具有很大的實(shí)用性和推廣價(jià)值。
該工藝技術(shù)可靠，先進(jìn)實(shí)用，操作程序簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量
穩(wěn)定，對(duì)在惡劣條件下的工件防腐提供了一個(gè)先進(jìn)、
可行的方法。對(duì)于雙涂層工藝，國(guó)外進(jìn)行了大量的研
究，并有大量的應(yīng)用實(shí)例，如鋼結(jié)構(gòu)建筑的頂棚、支
架，道路交通標(biāo)識(shí)，路燈，水利電力設(shè)施，車(chē)船的座椅，
石油化工管道，汽車(chē)部件等。
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收稿日期2003—03—30
通信地址武漢漢口寶豐二路126號(hào)材料保護(hù)研究所涂裝室
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“涂料用顏料”專(zhuān)輯(第7期)和“涂料用添加劑”專(zhuān)輯(第8期)，以嶄新的面貌奉獻(xiàn)給讀者。
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