CN113389127A - 钢桥梁熔融沉积复合材料重防腐热障系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢桥梁熔融沉积复合材料重防腐热障系统，包括依次涂覆在所述钢桥梁外表面的第一涂层和第二涂层，所述第一涂层为金属涂层或金属陶瓷复合涂层，所述第二涂层为树脂层、橡胶塑料层或沥青层。本发明能够提高钢桥梁防腐效果、减小钢桥梁因火灾所造成损坏程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢桥梁熔融沉积复合材料重防腐热障系统，属于防腐防火结构技术领域。
背景技术
钢桥具有跨越能力大、强度高、建设速度快、施工期限短等特点。但修建一座跨江或跨海的特大型钢桥，使用钢材的数量一般都在万吨甚至10万吨以上，而腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳是使这种特大钢桥构件退出工作、寿命降低的重要原因之一。
钢桥的防腐发展过程是：20世纪40年代为油漆防腐；50～70年代为重防腐涂料防腐、热浸锌防腐、火焰喷涂防腐、电弧喷涂防腐并存；世界各国早期建设的钢桥梁基本上都采用油漆防腐,普通涂料防腐寿命为3～5年,重防腐涂料涂层为8～10年,以后每隔3～5年需重新涂漆维护,其维护效果难以令人满意。80年代以后，随着电弧喷涂技术的发展，电弧喷涂防腐与火焰喷涂相比涂层与基体结合力高、生产效率高，因而得到广泛应用，初期大多为喷涂锌，现在电弧喷涂铝日渐成为防腐发展的趋势。
另外，钢桥在发生火灾（比如由汽车燃烧引起的火灾）时，会造成钢桥梁表面损坏、轻微损伤、部分损坏甚至结构坍塌等，因此如何防止桥面发生火灾时，减小钢桥的损坏程度，避免结构坍塌也就需要关注的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种提高钢桥梁防腐效果、减小钢桥梁因火灾所造成损坏程度的钢桥梁熔融沉积复合材料重防腐热障系统。
为实现上述目的，本发明采用如下方案：一种钢桥梁熔融沉积复合材料重防腐热障系统，包括依次涂覆在所述钢桥梁外表面的第一涂层和第二涂层，所述第一涂层为金属涂层或金属陶瓷复合涂层，所述第二涂层为树脂层、橡胶塑料层或沥青层。
本发明是在金属涂层、金属陶瓷复合涂层对钢桥梁进行防腐的基础上，增加第二涂层起到防水、防渗和保护的作用，进一步提高钢桥梁的防腐和防水性能，从而提高钢桥梁的寿命。当第一涂层采用金属陶瓷复合涂层时，因为金属陶瓷复合涂层中的陶瓷粒子同样具有良好的隔热性能，因此金属陶瓷复合涂层会形成一道热屏障，进一步减少钢桥梁受火灾直接影响的范围和强度，降低钢桥梁因火灾造成的损坏，能够尽量避免钢桥梁因火灾发生结构坍塌。
本发明可以应用在钢桥梁的侧面或底面，也可以应用在钢桥梁的受力上表面。当应用在钢桥梁的受力上表面，只要在钢桥梁的上表面（即聚脲层上方）铺装混凝土或沥青即可完成施工。
具体实施方式
实施例一
本实施例的钢桥梁熔融沉积复合材料重防腐热障系统，包括依次涂覆在所述钢桥梁外表面的第一涂层和第二涂层，所述第一涂层为金属涂层或金属陶瓷复合涂层，所述第二涂层为树脂层。
所述树脂层可采用如聚氯乙烯、聚异丁烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯或聚氨酯等具有防腐和防水性能的有机材料，起到保护第一涂层的目的。
本实施例中树脂层优选为聚脲层，聚脲是由半预聚体、端氨基聚醚、胺扩链剂等原料现场喷涂而成，疏水性极强，对环境湿度不敏感，在极端恶劣的环境条件下可正常施工，表现特别突出。聚脲层柔韧有余、刚性十足、色彩丰富，不但致密、连续、无接缝，可以完全隔绝空气中水分和氧气的渗入，防腐和防护性能无与伦比，而且具有耐磨、防水、抗冲击、抗疲劳、耐老化、耐高温、耐核辐射等多种功能。聚脲层将第一涂层与空气中水分和氧气进行隔离，因此，提高了钢桥梁的防腐性能和寿命。
金属涂层、金属陶瓷复合涂层均为现有技术。比如金属涂层、金属陶瓷复合涂层可通过热喷涂或电弧喷涂制得，可参考《超音速火焰喷涂4种典型WC基金属陶瓷涂层的组织和性能》（作者：柏洪武等，机械工程材料，2020, 44(9)）、《陶瓷粉末尺寸对电弧喷涂金属-陶瓷复合涂层形成及性能的影响》（作者：方建筠等，金属热处理，2007, 32(9)）、《金属陶瓷涂层抗高温冲蚀性能的研究》（作者：李伟等，新技术新工艺，2008, (10)）等文献。
电弧喷涂是利用电弧喷涂设备，对两根带电的金属丝(如锌、铝等)或金属/陶瓷粉芯线材进行加热、熔融、雾化、喷涂形成防腐涂层，其显著特点是：1）具有较长久的耐腐蚀寿命，其防腐寿命可达到50年以上，同时该防腐涂层在30年使用期内无须其它任何防腐维护；30年以后的维护，仅须在电弧喷涂层上刷封闭涂料，无须重新喷涂，实现一次防腐，涂层经久有效。2）电弧喷涂层与金属基体具有优良的涂层结合力，金属喷涂层以机械镶嵌和微冶金与基体金属相结合，在轻微的弯曲、冲击或碰撞下也能确保防腐涂层不脱落、不起皮、结合牢固、防腐长久有效，这一点是其它任何表面防腐涂层无法达到的。因此，本实施例优选电弧喷涂制成的金属涂层或金属陶瓷复合涂层。
需要强调的是，当第一涂层采用金属陶瓷复合涂层时，因为金属陶瓷复合涂层中的陶瓷粒子同样具有良好的隔热性能，因此金属陶瓷复合涂层会形成一道热屏障，进一步减少钢桥梁受火灾直接影响的范围和强度。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于：所述第二涂层采用沥青层或橡胶塑料层，到保护第一涂层的目的。
其中，沥青层可由乳化沥青通过喷涂机喷涂制成。乳化沥青是沥青和乳化剂在一定工艺作用下生成的液态沥青，乳化沥青将通常高温使用的道路沥青，经过机械搅拌和化学稳定的方法（乳化），扩散到水中而液化成常温下粘度很低、流动性很好的一种道路建筑材料，具有良好的粘结性、抗老化性和防水能力。
而橡胶塑料层可以氯丁橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶等原材料制成，具有抗拉强度高，弹性和延伸率大，粘结性、抗水性和耐气候性好等特点，可以冷用，使用年限较长。
实施例三
本实施例与实施例一、二的不同之处在于：所述第二涂层内混杂有阻燃无机物，所述阻燃无机物优选玄武岩纤维、玄武岩颗粒、陶瓷颗粒中的一种或几种。所述阻燃无机物玄武岩纤维是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后拉制而成的连续纤维，玄武岩颗粒是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后制成的颗粒。
当发生火灾时，所述第二涂层内的阻燃无机物会形成一道热屏障，阻燃无机物具有优异的隔热性能，可以将火灾产生的热量与钢桥梁隔离开，减少钢桥梁受火灾直接影响的范围和强度，从而减少钢桥梁因火灾造成的损坏，降低钢桥梁因火灾发生结构坍塌的机率。
当第二涂层采用聚脲层时，在聚脲层中混杂玄武岩纤维、玄武岩颗粒或陶瓷颗粒，可以防止聚脲开裂，进一步提高了钢桥梁的防腐和防水性能，同时玄武岩纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。
因为聚脲是由特定原材料经过特定的比例配方调制而成的，聚脲层可以采用喷涂的方式进行施工，3-5秒内固化，可以立即形成厚涂层。在实施时，玄武岩纤维、玄武岩颗粒或陶瓷颗粒可以直接混合在聚脲的材料中，玄武岩纤维为较长的纤维束时，也可以采用纤维喷涂的方式制成。钢桥梁结构表面的聚脲层优选采用喷涂聚脲，在不适宜喷涂聚脲的环境也可以使用手涂聚脲，由于本实施例在聚脲中掺加了玄武岩纤维、玄武岩颗粒或陶瓷颗粒，克服了一次性厚度过高会产生流挂、开裂、慢干的缺点，从而一次性可以满足厚涂超长使用年限的要求。申请人的经验表明，聚脲层的厚度在低于1mm时，适合混入玄武岩颗粒或陶瓷颗粒，比如纳米级或微米级的颗粒；而聚脲层的厚度超过1mm时，适合混入玄武岩纤维。
聚脲层具有优异持久的机械、耐化学腐蚀、耐磨损、抗冲击等性能，与钢、不锈钢、混凝土、铝、木材、纺织品等具有高附着力，其典型的物理性能如下：抗拉强度高达44.8MPa，硬度A55到D65，延伸率高达700%，撕裂强度达到53-147N/mm，模量为13.79 到165.47MPa，耐内压强度可达1.72-3.45MPa，裂纹桥接>3.2mm，与钢桥梁的粘附力大于5.0Mpa。
一般的钢结构防腐涂层，在防腐蚀20年使用年限的涂层厚度为500微米，如提高使用年限就要相应提高涂层厚度，但涂层厚度超过500微米，会出现施工困难，特别是干燥后容易开裂。本发明在聚脲层加入陶瓷颗粒、玄武岩纤维或玄武岩颗粒，不但可以防止聚脲开裂，提高钢桥梁的防腐和防水性能，同时可以将火灾产生的热量与钢桥梁隔离开，减少钢桥梁受火灾直接影响的范围和强度。
通过上述改进，钢结构制作和涂装从表面处理到喷涂聚脲涂层一次性完成，大大减少了现场施工所带来的人工成本，节约了材料，减少施工差错，易维护，保证了涂层质量。
申请人的试验表明，玄武岩纤维或玄武岩颗粒在聚脲层中的体积占比越高，其热屏障作用越好，但是，玄武岩纤维或玄武岩纤维颗粒的体积占比超过一定值后，会影响聚脲层的柔韧性和抗冲击能力，当所述玄武岩纤维或玄武岩纤维颗粒在聚脲层中的体积占比为0～5%（即大于0且小于或等于5%）时，不但能够保证聚脲层的柔韧性和抗冲击能力，而且能够防止聚脲开裂，进一步提高聚脲层的防水性能和使用寿命。
实施例四
本实施例与上述三个实施例的不同之处在于：本实施例中，所述第二涂层内掺加有膨胀石墨颗粒，所述膨胀石墨颗粒在聚脲层中的重量占比优选为0～60%（即大于0且小于或等于60%），可以在喷涂或手涂聚脲时，将膨胀石墨颗粒混合在聚脲材料中制成。膨胀石墨遇高温可瞬间体积膨胀150~300倍，由片状变为蠕虫状，从而结构松散，多孔而弯曲，表面积扩大、表面能提高、吸附鳞片石墨力增强，能够形成非常良好的绝热层，因此在发生火灾时，膨胀石墨体积膨胀后，能够有效将热量与钢桥梁隔开，降低钢桥梁因火灾发生结构坍塌的风险。
本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种钢桥梁熔融沉积复合材料重防腐热障系统，其特征在于：包括依次涂覆在所述钢桥梁外表面的第一涂层和第二涂层，所述第一涂层为金属涂层或金属陶瓷复合涂层，所述第二涂层为树脂层、橡胶塑料层或沥青层。
2.根据权利要求1所述的钢桥梁熔融沉积复合材料重防腐热障系统，其特征在于：所述第二涂层内混杂有阻燃无机物。
3.根据权利要求2所述的钢桥梁熔融沉积复合材料重防腐热障系统，其特征在于：所述阻燃无机物为玄武岩纤维、玄武岩颗粒和/或陶瓷颗粒。
4.根据权利要求1-3之任一项所述的钢桥梁熔融沉积复合材料重防腐热障系统，其特征在于：所述第一涂层通过电弧喷涂或热喷涂制成。
5.根据权利要求2或3所述的钢桥梁熔融沉积复合材料重防腐热障系统，其特征在于：所述阻燃无机物在第二涂层中的体积占比为0～5%。
6.根据权利要求1-3之任一项所述的钢桥梁熔融沉积复合材料重防腐热障系统，其特征在于：所述第二涂层内还掺加有膨胀石墨颗粒。
7.根据权利要求6所述的钢桥梁熔融沉积复合材料重防腐热障系统，其特征在于：所述膨胀石墨颗粒在第二涂层中的重量占比为0～60%。
8.根据权利要求1-3之任一项所述的钢桥梁熔融沉积复合材料重防腐热障系统，其特征在于：所述树脂层为聚脲层。
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