張余英

                 廣州市金鉑爾化工有限公司

摘要：聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）重防腐涂料具有長效耐紫外線性能、超強(qiáng)耐磨性、環(huán)保性、施工效率高、防腐蝕效果好等優(yōu)點(diǎn)，適合于環(huán)境惡劣的高海拔地區(qū)水工鋼閘門的防腐蝕保護(hù)。聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）聚脲涂料在西藏某水電站閘門上的涂裝，是該類涂料在西藏地區(qū)的首次應(yīng)用。其使用效果將被長期關(guān)注。

關(guān)鍵詞：聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）；重防腐涂料；水工鋼閘門；某水電站

Abstract: A kind of heavy-duty ant-icorrosive coatings, made from poly-aspartic esters with long-life anti-ultraviolet and wear resistance, are suitable to protecting hydraulic steel gates located in high altitude area. The painting and coating were first applied in such area. Its use effect will be paid attention over a long period of time. 

Key word :  poly-aspartic esters, heavy-duty anti-corrosive coatings, hydraulic  steel gates，zangmu hydropower station

0 引言

聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）材料是近幾年出現(xiàn)的一種新型脂肪族慢反應(yīng)高性能涂層材料，被稱為第三代聚脲，用它可以制備出性能優(yōu)異的高級(jí)防護(hù)涂料。該類涂料的固體份在90-100%，零VOC或極低VOC排放，一次施工就可獲得所需膜厚，施工效率高，不僅環(huán)保，而且節(jié)約能源。該涂料與脂肪族異氰酸酯固化劑反應(yīng)，常溫即可成膜，涂膜具有卓越的耐候性和超級(jí)的耐磨耗性能。其抗耐紫外線性能堪與氟碳涂料相媲美，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的丙烯酸聚氨酯（PU）涂料。因此該類涂料在重防腐、船舶、風(fēng)力發(fā)電、水工結(jié)構(gòu)、海上平臺(tái)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景^[1-2]。

廣州市金鉑爾化工有限公司多年來致力于聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）的開發(fā)研究，解決了許多應(yīng)用上的瓶頸問題，大大拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。以新型結(jié)構(gòu)的聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）做為主體樹脂，可以研制出的長效重防腐涂料已成功應(yīng)用于許多領(lǐng)域。聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）防腐涂料的成功應(yīng)用，已引起眾多設(shè)計(jì)單位和建設(shè)單位的極大關(guān)注。

      圖1：風(fēng)電塔筒防腐工程

圖2：水電站閘門防腐工程

本論文著重介紹聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）重防腐涂料在西藏某水電站的應(yīng)用。涂裝方案由成都某設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，建設(shè)方為華能西藏發(fā)電有限公司

腐蝕環(huán)境和涂層體系設(shè)計(jì)

1.1 腐蝕環(huán)境

某水電站地處西藏高原地區(qū)，海拔3300m，位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)加查縣境內(nèi)，屬高原溫帶季風(fēng)半濕潤氣候。年平均氣溫9.2℃, 極端最高氣溫和極端最低氣溫分別為 32.0℃和-16.6℃；年平均降水量為540.5 mm，平均相對濕度51％，平均風(fēng)速為1.6m/s，最大風(fēng)速為19 m/s，相應(yīng)風(fēng)向SE；年平均蒸發(fā)量為2075.2mm。

壩址水流年平均含沙量0.493kg/m³，多年汛期平均含沙量0.659kg/m³。輸沙量年際變化較大，最大年輸沙量5140萬t。輸沙量年內(nèi)分配不均勻，主要集中在汛期（6～9月），占全年輸沙量的96.2%，其中7、8兩月占全年的74.1%。汛期（6～9月）平均含沙量0.659kg/m³。

由此可見，某水電站環(huán)境特點(diǎn)是海拔高，空氣壓力低，氣溫低，太陽輻射照度高，風(fēng)沙大，水中含沙量大。做為其水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備重要組成部分的鋼閘門，長期處于干濕交替、紫外光照射、高速水流沖刷、水生物腐蝕、泥沙沖擊、冰凌及其它漂浮物的沖擊摩擦等惡劣環(huán)境中，極易發(fā)生腐蝕。如不采取防護(hù)措施，將不斷削弱鋼結(jié)構(gòu)的承載能力，威脅閘門的安全運(yùn)行，影響其使用壽命。

1.2水電站鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂層體系設(shè)計(jì)

根據(jù)水電站鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施所處工況環(huán)境，可將其分為鋼閘門結(jié)構(gòu)（導(dǎo)流底孔閘門門葉、攔污柵柵葉），和埋件結(jié)構(gòu)（溢流壩門槽埋件、其它門槽埋件）兩大類。

工程建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位均十分重視這兩大類鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施的防腐蝕涂層設(shè)計(jì)。針對某水電站閘門設(shè)備所處的環(huán)境特點(diǎn)，最終決定鋼閘門結(jié)構(gòu)采用熱噴鋅加涂料保護(hù)，埋件結(jié)構(gòu)采用涂料保護(hù)的涂裝方案。在涂料涂層設(shè)計(jì)上，采用環(huán)氧類富鋅底漆和云鐵中間漆，面漆防護(hù)層則采用具有優(yōu)異耐磨損、耐紫外線性能的聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）重防腐涂料。

建設(shè)單位和設(shè)計(jì)院之所以最終選定聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）重防腐涂料作為涂裝體系，是基于其在性能上表現(xiàn)出的超級(jí)耐磨損、長效耐紫外線、厚涂施工性。利用環(huán)氧類底層漆附著力好、耐鹽霧好、屏蔽性好、廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）面漆，互相取長補(bǔ)短，組成長效的防腐蝕涂裝體系，設(shè)計(jì)壽命可達(dá)20年以上。

防腐蝕涂層設(shè)計(jì)方案分別見如表1和表2。

表1  鋼閘門的涂裝設(shè)計(jì)方案

表2    埋件的的涂裝設(shè)計(jì)方案

2.1 聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）防腐蝕涂料的性能

     T300聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）防腐蝕涂料性能見表3。

    從表3中可以看出，聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）突出的性能優(yōu)勢表現(xiàn)在如下三個(gè)方面：

1）突出的耐紫外線性能。QUV加速老化試驗(yàn)4000h，色差△E=2.9， 失光率 15%，而較好一點(diǎn)的丙烯酸聚氨酯涂料耐 QUV1000h已基本變色，色差在3.0以上，失光30%以上。可見聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）有優(yōu)異的保光保色性，性能堪與氟碳涂料相媲美。做為長效防腐蝕面漆，用于紫外線強(qiáng)度高的高海拔水電站鋼結(jié)構(gòu)件防護(hù)層，設(shè)計(jì)上是非常合理的。

2）優(yōu)異的耐磨性。聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）由于較高的交聯(lián)度，單位體積內(nèi)存在較高密度的脲鍵，賦予了其涂層出色的耐磨性能。檢測結(jié)果表明，聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）涂層在750g/500r條件下，磨耗失重僅為0.02g，而聚氨酯和環(huán)氧的磨耗數(shù)據(jù)在0.08g左右。可見聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）面漆做為長效防護(hù)層，適合于常年處于高速水流沖刷，泥沙、冰凌沖擊摩擦等惡劣環(huán)境下鋼閘門的防護(hù)。

3）施工過程的環(huán)保性。聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）涂料固體份在90%以上，甚至可以做到無溶劑，施工固含量高，結(jié)合環(huán)保型的溶劑做稀釋劑，可以極大限度地減少施工過程中有害物質(zhì)的排放。

        表3：T300聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）防腐蝕涂料性能

2,2 聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）防腐蝕涂料與其它防腐蝕涂料的比較，見表4

表4：與傳統(tǒng)丙烯酸聚氨酯/環(huán)氧涂料比較

1、 聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）防腐蝕涂料的涂裝工藝。

（一）對涂裝環(huán)境的要求

1、無論是表面處理還是噴涂施工階段，都必須對溫度、相對濕度和露點(diǎn)等關(guān)鍵因素進(jìn)行控制，以獲得最佳的涂裝質(zhì)量。

2、空氣相對濕度應(yīng)低于85％，基材溫度須高于露點(diǎn)溫度至少3℃，以防止表面結(jié)露。

3、施工環(huán)境溫度必須在5-40℃之間，10℃～30℃之間為最合適。

4、基材表面溫度如果高于30℃，應(yīng)小心避免成膜不良和過度干噴。

6、冬季施工應(yīng)盡量避免傍晚或晚上進(jìn)行，高濕低溫施工會(huì)引起涂膜粉化、開裂、起翹、剝落等弊病。

（二）對表面噴射處理的要求

1、鋼結(jié)構(gòu)表面在噴射清理前，須先進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理，按ISO 8501-3：2001進(jìn)行。銳邊和切割邊緣打磨到R≥2mm，氣孔要進(jìn)行補(bǔ)焊，打磨咬邊處，焊縫光滑沒有焊渣、飛濺等。結(jié)構(gòu)處理前對焊縫進(jìn)行預(yù)噴射有助于更好地發(fā)現(xiàn)缺陷。

2、噴射清理前所有油脂和因探傷拍片留下的潤濕劑，按SSPC SP1“溶劑清理”清除干凈。

3、噴射用磨料要清潔干燥。磨料要符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18838.1.

4、磨料粒徑大小選擇原則，要求能產(chǎn)生規(guī)定的表面粗糙度，表面粗糙度按 GB/T 13288-2008 執(zhí)行。

5、噴射清理時(shí)，要防止油或水對噴射清理后的表面的污染。空壓機(jī)須安裝油水分離器。

6、磨料不能循環(huán)使用，除非得到業(yè)主代表或現(xiàn)場技術(shù)人員的書面認(rèn)可。

7、鋼材表面要求噴射清理到GB 8923-88 Sa 2.5級(jí)，即表面應(yīng)無明顯的氧化皮、鐵銹、油漆涂層和異物，任何殘留的痕跡應(yīng)僅是點(diǎn)狀或條紋狀的輕微色斑。

8、粗糙度達(dá)到Rz 40-70 微米或ISO 8503-2 中規(guī)定的“中等（G）”級(jí)別。

9、不便于噴射除銹的部位，手工或動(dòng)力工具除銹至GB/T 8923規(guī)定的St3級(jí)。

10、噴射清理后的鋼材表面要保持清潔直到第一道漆噴涂完畢。

（三）對涂料施工的要求

噴射完工后的工件，要求在4小時(shí)內(nèi)涂裝底漆。如間隔時(shí)間過長，必須重新檢驗(yàn)表面狀況。如表面已返銹或污染，必須重新處理，檢驗(yàn)合格后方可涂敷施工。

涂料的使用嚴(yán)格按廠家規(guī)定的要求進(jìn)行。

施工方法：聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）涂料施工采用輥涂、高壓無氣噴涂、空氣噴涂均可。

輥涂：采用合適的工具以獲得要求的干膜厚度，如果涂層過厚，可以將涂料適度稀釋或采用短毛的輥筒施工。

高壓無氣噴涂：推薦采用17-21 號(hào)噴嘴（0.35-0.53mm），總輸出流體壓力17-25Mpa。

空氣噴涂施工：，應(yīng)檢驗(yàn)油漆噴涂霧化是否良好，噴槍距被涂面30-50cm，通過調(diào)節(jié)噴槍移動(dòng)速度和選用不同流量噴咀以控制厚度，，要防止一次噴涂過厚導(dǎo)致漆膜流掛。

涂裝后應(yīng)對涂膜認(rèn)真維護(hù)，在固化前應(yīng)避免雨淋、曝曬及踐踏，吊裝搬運(yùn)過程中應(yīng)采取適當(dāng)防護(hù)措施，盡量減少對涂層的損傷。

（四）涂層修補(bǔ)

1 因焊接、切割、機(jī)加工、運(yùn)輸碰撞等原因造成的涂層損壞，應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)。修補(bǔ)前先進(jìn)行表面處理達(dá)Sa2.5 級(jí)或St3 級(jí)，然后依次涂裝底漆、中間漆和面漆，達(dá)到設(shè)計(jì)膜厚。不允許單用面漆修補(bǔ)。

2 為焊接預(yù)留未涂漆的部位，在焊接完后，應(yīng)去除焊渣、磨平焊縫，噴射或動(dòng)力工具除銹到Sa2.5 級(jí)或St3 級(jí)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求依次涂裝底漆、中間漆和面漆，達(dá)到設(shè)計(jì)干膜厚。不允許單用面漆修補(bǔ)。

2、 涂裝質(zhì)量控制

1) 涂裝前首先要對涂料性能進(jìn)行抽檢；對環(huán)境溫度、濕度、天氣狀況及工件表面溫度等進(jìn)行檢測記錄。

2) 涂裝前應(yīng)對表面預(yù)處理的清潔度、粗糙度等進(jìn)行檢查，得到監(jiān)理工程師確認(rèn)，合格后方能進(jìn)行涂裝。

3) 涂裝過程中對每道涂層均應(yīng)進(jìn)行濕膜厚度檢測及外觀檢查，并應(yīng)符合《水電水利工程金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5358) 的規(guī)定要求。

4) 涂裝結(jié)束漆膜固化后，應(yīng)進(jìn)行干膜厚度的測定、附著性能檢查等，檢查方法按《水電水利工程金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5358) 及《色漆和清漆漆膜的劃格試驗(yàn)》(GB/T 9286) 進(jìn)行，面漆顏色符合GSB G51001漆膜顏色標(biāo)準(zhǔn)樣卡要求。

 (5) 涂裝檢驗(yàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)用表格型式記錄，交監(jiān)理工程師簽字認(rèn)可后，留作閘門設(shè)備出廠驗(yàn)收資料。

(6)監(jiān)理工程師對涂裝施工過程進(jìn)行全程監(jiān)理。

3、 結(jié)語

聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）防腐蝕涂料具有長效耐紫外線性能、超強(qiáng)的耐磨性、環(huán)保性、施工效率高、防腐蝕效果好等優(yōu)點(diǎn)，適合于環(huán)境惡劣的高海拔地區(qū)水工鋼閘門的防腐蝕保護(hù)。聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）聚脲涂料在某水電站閘門上的涂裝，是該類涂料在西藏地區(qū)的首次應(yīng)用。其效果將被長期關(guān)注。

隨著西部地區(qū)水電大規(guī)模開發(fā)，聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）重防腐涂料在我國水利水電工程建設(shè)中將展現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景。

作者簡介：張余英，高級(jí)工程師，聚脲涂料專家，大連理工大學(xué)兼職教授，廣州市金鉑爾化工有限公司董事長。1992年大連理工大學(xué)金屬腐蝕與防護(hù)專業(yè)畢業(yè)，工學(xué)碩士；2009年-至今從事聚天門冬氨酸酯型雙組份刷涂聚脲材料的研制工作； 該領(lǐng)域共申請各類專利16項(xiàng)。獲得發(fā)明專利 3 項(xiàng) ，實(shí)用新型專利10項(xiàng)。曾任深圳大學(xué)化工研究所所長，深圳某集團(tuán)化工研究院院長。現(xiàn)任廣州市金鉑爾化工有限公司董事長，大連理工大學(xué)兼職教授，中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)涂料與涂裝專業(yè)委員會(huì)委員，中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)電化學(xué)測試專業(yè)委員會(huì)委員。

聯(lián)系電話：13312853349   張余英

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