CN101307450A - 铁路钢桥面防护体系及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

一种铁路钢桥面防护体系，包括环氧富锌防腐层和聚脲弹性体防水层、连接层以及混凝土保护层，所述环氧富锌材料包括A组分和B组分，A组分含环氧树脂、有机膨润土、锌粉、添加剂、防锈颜料A、防锈颜料B、溶剂；B组分为115固化剂、650固化剂、溶剂；所述聚脲弹性体包括A料和B料，A料为半预聚体、稀释剂，所述B料为端氨基聚醚、胺类扩链剂、色浆、稀释剂，本发明还涉及铁路钢桥桥面防护体系的施工工艺，采用本发明，防锈性能优异，防水涂料具有更优异的理化力学性能，防水层没有接缝，施工中无死角；施工工艺简便、施工效率高，解决了钢桥面的防腐、防水难题，提高了桥梁的耐久性性能，延长了钢桥面的维修周期及使用寿命。

Description

铁路钢桥面防护体系及其施工工艺

技术领域

本发明涉及一种铁路钢桥面防护体系及其施工工艺。

背景技术

目前我国铁路运营线路总里程达70000km，桥梁有4万余座，约2500km，其中大部分为钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁，占桥梁总长90％以上，而钢桥占7％左右。为保证铁路桥梁的耐久性、满足桥梁工程100年使用寿命的要求，钢桥的桥面必须进行防腐防水层处理，否则有害介质如雨水、排泄物等会通过道砟等缝隙到达桥面，使桥面产生腐蚀，同时由于桥面承载着道砟、枕木和钢轨，日常检查很难发现桥面的使用状态，出现腐蚀也难以对其进行有效的维修。

我国现有的铁路钢桥的桥面分两种形式，一种是明桥面；另一种是有砟桥面，包含有砟钢桥面、有砟混凝桥面。对于明桥面纵、横梁顶板面的防腐防水层处理，在铁道行业标准TB/T 1527-2004《铁路钢桥保护涂装》中的第2涂装体系，对其进行了详细规定，即电弧喷铝层200μm+环氧类封孔剂20μm+棕黄聚氨酯盖板底漆100μm和灰聚氨酯盖板面漆160μm组成的体系。对于有砟钢桥面，在铁路中应用较少，最早采用正交异性桥面系(属有砟钢桥面)的钢桥是1992年上海铁路局淮南复线某桥，其钢桥面防腐防水体系为：两道环氧富锌底漆，四道环氧沥青胶液，三道玻璃布，总厚度1mm，桥梁架设后再铺设10cm后的水泥砂浆保护层。对有砟混凝桥面，一般不做防腐层，其防水体系由防水涂料、防水卷材、混凝土保护层组成。

我国铁路桥梁桥面做防水层处理，目前的规范、标准主要是针对混凝土桥梁桥面，相应标准分别为TB/T2965-1999《铁路混凝土桥梁桥面TQF-I型防水层技术条件》和2005年8月颁布的《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》。其中标准TB/T2965-1999规定的防水层由氯化聚乙烯防水卷材和聚氨酯防水涂料两部分组成，而暂行技术条件将聚氨酯防水涂料分为用于粘贴防水卷材和直接用于作防水层两种。尽管这些防水方式在混凝土桥面使用比较普遍，但也暴露出很多问题，聚氨酯防水涂料与防水卷材之间粘结不好、卷材之间有搭接，容易出现缝隙，使防水层不能形成一个完整的整体，而使防水层失效，出现桥面渗水漏水现象，铁道部运输局2003年对全路十四个路局桥梁秋检的统计结果显示，混凝土梁的碱-骨料反应、中性化引发的钢筋锈蚀、环境恶劣引起的混凝土腐蚀等病害桥共9000余座，给铁路正常运营和安全带来了很大隐患和影响。其次由于聚氨酯防水涂料固化时间慢，对施工进度有影响，而且聚氨酯涂料中含有大量的挥发性溶剂，在施工中会对环境会造成污染。

此外在钢结构涂料防腐处理中，环氧富锌防锈漆在国内外钢结构防腐保护中作为底漆也已屡见不鲜，芜湖铁路长江大桥、长东黄河铁路二桥、乌海黄河铁路大桥、柳江大桥、武汉长江大桥、万州长江大桥、上海的南浦、杨浦大桥等得到使用，并都表现出了很好的防锈效果。日本NKK公司等在日本濑户内海地区新两国大桥桁梁上进行的长期防锈涂层试验，经过20年的试验，环氧富锌防锈漆与其它涂料配套使用，防锈效果良好；日本钻井有限公司的Hakuryu(II)半潜式钻井平台支架下部使用环氧富锌防锈漆迄今已用了8年，防锈效果良好。在我国，化工行业标准中已将环氧富锌防锈漆作为了钢结构长效防锈体系的配套底漆；用环氧富锌防锈漆作为底漆等。但近今年通过对我国主要生产厂家的质量检验发现，大多数厂家生产的环氧富锌防锈漆质量不稳定，盐雾试验在短时间内就出现起泡现象，影响防锈效果，因此有必要对环氧富锌防锈漆的配方进行改进，进一步提高耐腐蚀性能，提高钢桥面的抗腐蚀性能，延长使用寿命。

发明内容

本发明的目的是：提供一种具有良好的防腐、防水性能的铁路钢桥面防护体系。

本发明的另一个目的是：提供一种所述铁路钢桥面防护体系的施工工艺。

本发明的目的是通过实施下述技术方案來实现的：

一种铁路钢桥面防护体系，包括防腐层和防水层，其特征在于，所述防水层材料为聚脲弹性体，包括按1∶1体积比进行混合的A料和B料，所述A料包括异氰酸酯与聚醚多元醇生成的半预聚体组分，其配方按重量百分比计：半预聚体90％～100％、稀释剂0～10％，所述B料配方按重量百分比计：二官能度的端氨基聚醚42％～67％、三官能度的端氨基聚醚11％～27％、胺类扩链剂16％～22％、色浆0.5％～2.2％、稀释剂5.5％～10％。

所述胺类扩链剂为二乙基甲苯二胺或N，N’-二烷基甲基二胺。

所述防腐层材料为环氧富锌材料，该材料由1重量份A组分与0.02～0.1重量份B组分混合组成，A组分的配方按重量百分比计：环氧树脂6～10％、有机膨润土0.2～1％、锌粉62.3～80.4％、添加剂0.2～1.2％、防锈颜A 1.2～2.3％、防锈颜料B  1.5～2.6％、溶剂10.5～20.6％；B组分的配方按重量百分比计：115固化剂20.7～50.3％、650固化剂30.5～60.8％、溶剂18.5～28.5％。

所述防水层和保护层之间设置一层连接层，所述连接层为豆石层。

本发明的铁路钢桥面防护体系的施工方法包括如下几个步骤：按上述配比配置环氧富锌材料的A组分、B组分以及聚脲弹性体的A料、B料。将配制好的环氧富锌材料的A组分与B组分按两者的重量百分比94∶6比例混合并搅拌均匀，混合后熟化30min，得到所需环氧富锌材料；对经过表面处理的钢桥面湿喷涂所述的环氧富锌材料，每次喷涂均匀、同向，每次覆盖前一次的50％，干燥24小时，形成环氧富锌防腐涂层，涂层厚度70μm～100μm；将配制好的聚脲弹性体的A料、B料分别搅拌均匀，采用1∶1的体积比，经喷涂设备的喷涂机喷射到已经干燥24小时的环氧富锌防腐涂层上，喷涂时分多道纵横交叉、连续喷涂至膜层厚度达到1.5mm～2.0mm，形成钢桥面的聚脲弹性体防水层；聚脲弹性体喷涂2小时后铺设混凝土保护层。

作为以上施工方法的一种改进，在聚脲弹性体防水层膜层厚度达到要求后，马上在其表面抛撒豆石，形成一层连接层；在聚脲弹性体喷涂2小时后，在连接层上面按常规工艺铺设混凝土保护层。

本发明研制的环氧富锌防腐层，除满足TB/T 2772《铁路钢桥用防锈底漆供货技术条件》中对环氧富锌防锈漆规定的常规性能指标外，其耐盐雾性能由原来的1000小时提高到了1200小时以上。其检测结果见下表：

测试项目	测试结果
		颜色及外观	灰色，涂层平整
粘度(6号杯)/s	53
		细度/μm	90
不挥发物含量/％	82.2
		弯曲性能/mm	2
冲击强度/kg.cm	50
		附着力/级	1
干燥时间/h	表干≤2，实干≤24
		耐盐雾性能	经过1500h涂层没有起泡、没有剥落、没有出现红锈

本发明研制的聚脲弹性体防水层经检测其结果如下：

1、拉伸强度、断裂伸长率试验结果

2、撕裂试验结果

配方编号	撕裂强度/N/mm
		1	72.56
2	90.87
		3	72.81
4	86.90
		6	78.29

3、刺破试验结果

4、不透水性试验结果：0.3MPa的压力下，经过30min6个配方所制备的试样，都没有出现渗漏或破裂。

5、低温柔性试验结果

配方编号	试验现象
		1	-40℃有轻微裂纹，但没有断裂
2	-40℃完好
		3	-40℃完好
4	-40℃有轻微裂纹，但没有断裂
		5	-40℃完好
6	-40℃完好

6、加热伸缩量试验结果

配方编号	加热伸缩量/mm	加热伸缩变化率/％
			1	0，0，-1平均值：-0.33	-0.11
2	-1，-1，-0.5平均值：-0.83	-0.27
			3	-0.5，-0.5，0平均值：-0.33	-0.11
4	-0.5，-1，-1平均值：-0.83	-0.27
			5	0，0，0平均值：0	0
6	-1，-0.5，-1.5平均值：-1	-0.33

7、混凝土试样上的喷涂试验：

150mm×75mm的混凝土的试样经过表面清理，喷涂20μm～30μm厚的环氧类封闭底漆，干燥后再喷涂聚脲弹性体1.5mm左右，7天后进行附着力试验和耐碱性试验，结果显示，喷涂层与基体之间具有良好的附着力，破坏部位均是在混凝土本身，即使混凝土出现碎了，喷涂层仍然保持完好。喷涂聚脲弹性体层的混凝土试样，浸泡在饱和Ca(OH)2溶液中，在常温下，经过30天，喷涂没有出现任何异常现象，与混凝土的附着力良好。

在遂渝线嘉陵江桥进行现场涂装试验，至今喷涂层外观良好，没有出现鼓泡、剥落、开裂、老化等现象。

采用本发明的聚脲弹性体与传统防水涂覆材料相比，具有以下优点：优异的防水和耐候性能，优异的施工性能，对水分、湿气不敏感，施工时不受环境温度、湿度影响。快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型，10秒内凝胶，10分钟即可达到步行强度，一次施工厚度可以从几百微米到几毫米，良好的热稳定性，涂层的连续性，涂层连续、致密、无接缝、美观，没有一般卷材防水层的搭接和接缝，施工效率高，使用成套设备进行施工，施工方便，效率高，一台喷涂设备每小时可喷涂几百平方米。

将发明的聚脲弹性体与环氧富锌防锈漆配套试验：150mm×75mm钢板经过除锈、打磨，喷涂环氧富锌防锈漆2道，厚度为80μm～100μm，实干后喷涂聚脲弹性体1.5mm左右，7天后进行耐冲击试验、附着力试验、耐碱性试验和耐盐雾试验等，结果显示环氧富锌防锈漆涂层与聚脲弹性体涂层间附着力优异，试验后涂层之间没有出现开裂、剥落、生锈等异常现象。

采用本发明的施工方法，对钢桥面进行防护，防腐层环氧富锌材料与基体有足够的粘结强度，有良好的防腐蚀性能，能与上层的防水材料粘结为一整体，保证其良好的工作性能，防水层聚脲弹性体有良好的防水性能，能与下层的防腐蚀材料粘结为一整体，保证其良好的工作性能，在防水层上设置的豆石连接层，增加弹性体层表面的粗糙度，提高了聚脲弹性体与混凝土保护层间的附着力。本发明具有良好的施工性能，解决了钢桥桥面的防腐防水难题，使桥面免于锈蚀，提高耐久性，延长使用寿命。

附图说明

图1为本发明防护体系应用在铁路钢桥面示意图。

图2为图1A部的防护体系放大结构示意图图。

具体实施方式

1、分别配置环氧富锌材料的A组分与B组分以及聚脲弹性体的A料、B料：

A组分的配方按重量百分比计：环氧树脂6～10％、有机膨润土0.2～1％、锌粉62.3～80.4％、添加剂0.2～1.2％、防锈颜料A  1.2～2.3％、防锈颜料B1.5～2.6％、溶剂10.5～20.6％；

B组分的配方按重量百分比计：115固化剂20.7～50.3％、650固化剂30.5～60.8％、溶剂18.5～28.5％；

A料的配方按重量百分比计：半预聚体90％～100％、稀释剂0～10％；其中半预聚体可以选用美国Huntsman公司生产的9480、9484牌号或者Basf公司生产的C5051、C5051牌号的半预聚体。

B料的配方按重量百分比计：二官能度的端氨基聚醚42％～67％、三官能度的端氨基聚醚11％～27％、二乙基甲苯二胺或N，N’-二烷基甲基二胺16％～22％、色浆0.5％～2.2％、稀释剂5.5％～10％。其中二官能度的端氨基聚醚和三官能度的端氨基聚醚采用Huntsman厂家生产的D-2000牌号和T-5000牌号的端氨基聚醚产品，二乙基甲苯二胺选用美国Lonza公司、雅保公司(Albemarle)和德国Nitroil公司生产的DETDA，牌号分别为DETDA80、Ethacure100和PCADA180，N，N’-二烷基甲基二胺选(Unilink4200)选用美国UOP(UniversalOil Products Co.)公司生产的，或烟台万华聚氨酯股份有限公司生产的，商品牌号为Wandalink6200。Unilink4200与异氰酸酯的反应速度较慢，可以获得较好的表面状态，降低硬度、提高抗冲击性和低温性能。单独使用时，喷涂体系的凝胶时间可以延长到40s以上。

A料、B料的稀释剂可以选用邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、碳酸丙酯(PC)、碳酸乙酯(EC)

2、施工前的钢桥桥表面处理：所有粗糙焊缝和尖锐边缘处理圆滑，消除所有净焊花飞溅物，经处理的钢桥表面清洁，不得存水、油脂或任何污染物；无漆、无锈斑和压痕，处理达到Sa2级以上；有漆的或有锈斑的表面，处理达到Sa2.5级，表面处理之后应在4小时内进入下一步骤，涂覆防腐涂料，以防止生锈或其它污染。

3、对经过表面处理的钢桥面湿喷涂配置的环氧富锌材料：所有工具使用前应用溶剂冲洗，用强力搅拌机搅拌液体物料，将已配置的A组分与B组分按两者的重量百分比94∶6比例混合并搅拌均匀，混合后熟化30min，得到所需环氧富锌材料；在施工过程中继续缓慢搅拌物料，以保持混合料的均匀状态，采用均匀、同向的湿喷涂，每次覆盖前一次的50％，以避免空隙、漏涂和针眼。在焊点、断面、尖锐边缘、铆接点、栓接处及转角处的涂层厚度应适当，涂层过厚会出现裂纹。使压力罐和喷枪保持在同一高度，以便物料能顺利地流入喷枪。当涂层完全干燥后，用无损伤干膜层的厚度检测仪测量膜层厚度。如需要增加膜厚时，须待膜层干燥至可以操作时再喷涂。允许范围为70μm~100μm，通常建议膜层厚度为80μm。当膜层干燥至可以进行操作时，用刷涂添补针眼、空隙、较小面积的破损和漏涂，面积较大时则采用喷涂。在施工期间和在最后涂层的固化期间应保持清洁净空气的流通。

4、在防腐层环氧富锌防锈漆涂层喷涂24小时后，进行聚脲弹性体防水层的喷涂，喷涂聚脲弹性体一般采用专用喷涂设备如Gusmer H-20/35型喷涂机和GX-8喷枪。喷涂前需将聚脲弹性体A、B料分别进行搅拌，以使其均匀。专用喷涂设备的喷涂机自动上料泵按等体积比1∶1分别A、B料沿各自的管道送入主机，主机对A、B料加热加压，然后A、B料分别通过各自的保温料管到达双组分喷枪；A、B料在特制的喷枪混合室内撞击雾化混合并喷射出去。施工时要求分多道纵横交叉、连续喷涂直至所设计要求的厚度1.5mm～2.0mm，形成钢桥面的聚脲弹性体防水层。因为聚脲弹性体固化速度快，所以每道涂层施工无需时间间隔。

5、在喷涂最后一道聚脲弹性体后马上抛洒豆石，以增加弹性体层表面的粗糙度。以提高聚脲弹性体与混凝土保护层间的附着力(或摩擦力)。

6、ZQFS2000聚脲弹性体喷涂2小时后即可进行混凝土保护层施工。保护层的施工按照《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》规定即可。

本发明的铁路钢桥面防护体系如图1、2所示，在钢桥板1上面依次形成环氧富锌防腐层2、聚脲弹性体防水层3、豆石连接层4和纤维混凝土保护层5组成的防护体系，然后在防护体系上面铺设道砟6。

采用本发明的施工工艺及其获得的钢桥面防护体系，其环氧富锌防锈漆的防锈性能优异，耐盐雾性能达到1500小时以上，较TB/T2772-1997《铁路钢桥用防锈底漆供货技术条件》中规定的环氧富锌防锈漆的耐盐雾性能指标有很大提高。聚脲弹性体防水涂料防水层较聚氨酯防水涂料防水层、氯化聚乙烯防水卷材，具有更优异的理化力学性能，与之相比较，整个涂层是一个完整的整体，整个防水层没有接缝，施工中不存在死角，与下层防锈涂料附着优异；且施工工艺简便、施工效率高，防水层的厚度可以随需要，在施工现场进行调整。解决了钢桥桥面的防腐防水难题，提高了桥梁的耐久性性能，延长了钢桥面的维修周期及使用寿命。

Claims (6)

1、一种铁路钢桥面防护体系，包括防腐层、防水层和保护层，其特征在于，所述防水层材料为聚脲弹性体，包括按1∶1体积比进行混合的A料和B料，所述A料包括异氰酸酯与聚醚多元醇生成的半预聚体组分，A料、B料的配方按重量百分比计分别如下：

A料：半预聚体              90％～100％

     稀释剂                0～10％

B料：二官能度的端氨基聚醚  42％～67％

     三官能度的端氨基聚醚  11％～27％

     胺类扩链剂            16％～22％

     色浆                  0.5％～2.2％

     稀释剂                5.5％～10％

2、如权利要求1所述的铁路钢桥面防护体系，其特征在于：所述胺类扩链剂为二乙基甲苯二胺或N，N’-二烷基甲基二胺。

3、如权利要求1所述的铁路钢桥面防护体系，其特征在于：所述防腐层材料由环氧富锌材料组成的，所述环氧富锌材料由A组分和B组分按1重量份A组分与0.02-0.1重量份B组分混合组成，A组分和B组分的配方按重量百分比计分别如下：

A组分：

环氧树脂    6～10％

有机膨润土  0.2～1％

锌粉        62.3～80.4％

添加剂      0.2～1.2％

防锈颜料A   1.2～2.3％

防锈颜料B   1.5～2.6％

溶剂        10.5～20.6％

B组分

115固化剂   20.7～50.3％

650固化剂   30.5～60.8％

溶剂        18.5～28.5％

4、如权利要求1所述的铁路钢桥面防护体系，其特征在于：所述防水层和保护层之间设置一层连接层，所述连接层为豆石层。

5、一种如权利要求1、2或3所述的铁路钢桥面防护体系的施工工艺，首先进行钢桥面的表面处理，其特征在于：还包括如下步骤：

(1)配置环氧富锌材料的A组分、B组分，按重量百分比计，

A组分：环氧树脂6～10％、有机膨润土0.2～1％、锌粉62.3～80.4％、添加剂0.2～1.2％、防锈颜料A  1.2～2.3％、防锈颜料B 1.5～2.6％、溶剂10.5～20.6％

B组分：115固化剂20.7～50.3％、650固化剂30.5～60.8％、溶剂18.5～28.5％

将A组分与B组分按两者的重量百分比94∶6比例混合并搅拌均匀，混合后熟化30min，得到所需环氧富锌材料；

(2)配置聚脲弹性体的A料、B料，按重量百分比计，

A料：半预聚体90％～100％、稀释剂0～10％

B料：二官能度的端氨基聚醚42％～67％、三官能度的端氨基聚醚11％～27％、胺类扩链剂16％～22％、色浆0.5％～2.2％、稀释剂5.5％～10％；

(3)将步骤(1)制得的环氧富锌材料湿喷涂在钢桥桥面上，每次喷涂均匀、同向，每次覆盖前一次的50％，干燥24小时，形成环氧富锌防腐涂层，涂层厚度70μm～100μm

(4)将步骤(2)制得的聚脲弹性体的A料、B料分别搅拌均匀，喷涂设备的喷涂机自动上料泵按等体积比1∶1分别将A、B料沿各自的管道送入主机，主机对A、B料加热加压，然后A、B料分别通过各自的保温料管到达双组分喷枪；A、B料在喷枪混合室内撞击雾化混合并喷射到步骤(3)干燥24小时后的环氧富锌防腐涂层上，喷涂时分多道纵横交叉、连续喷涂至膜层厚度达到1.5mm～2.0mm，形成钢桥面的聚脲弹性体防水层；

(5)聚脲弹性体喷涂2小时后铺设混凝土保护层。

6、如权利要求5所述的铁路钢桥面防护体系的施工工艺，其特征在于，在所述步骤(3)聚脲弹性体防水层膜层厚度达到要求后，马上在其表面抛洒豆石，形成一层连接层；聚脲弹性体喷涂2小时后，在连接层上面按常规工艺铺设混凝土保护层。

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