聚脲產(chǎn)品在橋梁中的應用課件

1、目錄橋梁建設的發(fā)展趨勢橋梁涂料及涂裝技術發(fā)展歷程橋梁涂料發(fā)展的特點聚脲在橋梁中的應用橋梁建設的發(fā)展趨勢經(jīng)過改革開放后30年的發(fā)展，我國橋梁建設在材料規(guī)范、設計理念和工業(yè)化制造方面均達到了世界橋梁行業(yè)排名的制高點。根據(jù)2010年國際橋梁與結構工程協(xié)會的統(tǒng)計，11種類型共111座橋梁排名中，我國橋梁就有48座，占比43%。世界10大跨海大橋中，我國占4席（見表1）。近3年來，在國家新一輪基礎建設計劃實施下，我國橋梁工程建設又進入了一個高速發(fā)展的春天。據(jù)統(tǒng)計，至2011年底，我國公路橋梁達到70萬座，2986萬m，比2010年增加8%；我國現(xiàn)有主跨200m以上的橋梁達200多座。其中包括了鐵路、公路

2、大橋（包括鋼結構、混凝土大橋）。橋梁建設的發(fā)展趨勢橋梁建設的發(fā)展趨勢排位第一的港珠澳大橋是世界最長跨海大橋，可抗8級地震，16級大風，用鋼量約50萬t，相當于11個“鳥巢”的用鋼量，鋼結構使用壽命達120a外電評論：中國橋梁界僅用20年就完成了歐洲幾十年的發(fā)展業(yè)績。今后的20年，中國橋梁建設市場無疑將是令人羨慕的大舞臺。產(chǎn)品可靠性由固有可靠性和使用可靠性組成。固有可靠性：是產(chǎn)品在設計、制造中賦予的，是 產(chǎn)品的一種固有特性，也是產(chǎn)品的開發(fā)者可以控制的使用可靠性：產(chǎn)品在實際使用過程中表現(xiàn)出的一種性能的保持能力的特性，除考慮固有可靠性的影響因素外，還考慮產(chǎn)品安裝、 操作使用和維修保障等方面因素的影響

3、固有可靠性高，使用條件好的產(chǎn)品可靠性較高產(chǎn)品可靠性近似為二者乘積一、可靠性定義與指標維修性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，按規(guī)定的程序和方法進行維修時，保持或恢復執(zhí)行規(guī)定狀態(tài)的能力維修性是產(chǎn)品質量的一種特性，即由產(chǎn)品設計賦予的使其維修簡便、迅速和經(jīng)濟的固有特性保障性：系統(tǒng)（裝備）的設計特性和計劃的保障資源滿足平時和戰(zhàn)時使用要求的能力與裝備保障有關的設計特性充足和適 用程度保障資源的充足和適 用程度可用性：在要求的外部資源得到保證的前提下，產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時刻或時間區(qū)間內處于可執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力。產(chǎn)品可靠性、維修性和維修保障的綜合反映可靠性是從延長其正常工作時間來提高 產(chǎn)品可用

4、性，而維修性則是從縮短因維修的停機時間來提高可用性可信性：集合性術語，用來表示可用性及其影響因素：可靠性、維修性、維修保障可信性的定性和定量具體要求是通過可用性、可靠性、維修 性、維修保障的定性和定量要求表達的橋梁涂料及涂裝技術發(fā)展歷程我國橋梁涂料及涂裝技術的發(fā)展經(jīng)歷了以下3個階段：第一，起步階段（19561979年）：當時，鐵道科學院聯(lián)合國內天津燈塔油漆廠等涂料廠開發(fā)研制橋梁涂料，用在武漢長江大橋、南京長江大橋上。涂料類型為紅丹防銹底漆、醇酸面漆，以及少量的酚醛漆、聚氨酯漆等。第二，發(fā)展階段（19811999年）：上海開林造漆廠等開發(fā)研制出以環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云鐵中層漆和氯化橡膠面漆為主的橋

5、梁配套涂料，用在上海南浦、楊浦、徐浦大橋上，為我國橋梁重防腐涂料的發(fā)展作出了良好的開端。第三，迅速發(fā)展階段（2000年至今）：21世紀初，Hempel、IPKansai、Sigma等跨國涂料公司以獨資或合資方式紛紛在中國建廠，將先進的橋梁涂料及涂裝技術帶入中國，促進了我國橋梁涂料的飛速發(fā)展，使我國橋梁涂料不僅在用量上達到最高峰，而且橋梁涂料及其配套的技術先進性也達到了世界領先的階段。具體實例如下：橋梁涂料及涂裝技術發(fā)展歷程（1）聚硅氧烷面漆。阿克蘇諾貝爾（蘇州）工業(yè)油漆公司及佐敦（張家港）油漆公司的高性能聚硅氧烷面漆分別成功用于重慶菜園大壩大橋和朝天門大橋上。當時采用的配套方案為：無機硅酸鋅底

6、漆+環(huán)氧云鐵中層漆+聚硅氧烷面漆，特別在涂裝工藝上取得了顯著成果。 橋梁涂料及涂裝技術發(fā)展歷程（2）北京航材百幕新材料技術工程股份有限公司開發(fā)的防腐涂料新品種與橋梁應用業(yè)績(見表3)。橋梁涂料及涂裝技術發(fā)展歷程（3）中遠關西涂料公司開發(fā)的橋梁重防腐涂料，配套涂層的防腐性優(yōu)異，近年來已為以下100萬t鋼結構完成供貨：四渡河特大橋、大寧河特大橋、南京大勝關長江大橋、青島海灣大橋、甬江明洲大橋、姚江灣頭大橋。2010年下半年，中遠關西又承接了武漢二七長江大橋和安慶長江大橋的橋梁涂料供貨。橋梁涂料發(fā)展的特點 橋梁涂料歸屬于重防腐涂料。重防腐涂料配套涂層應具有以下特性：能在苛刻的條件下長期使用；附著力好

7、，專業(yè)功能強；可實現(xiàn)厚膜化噴涂；施工條件優(yōu)異。 在橋梁工業(yè)迅速發(fā)展的推動下，我國橋梁涂料產(chǎn)量攀升，發(fā)展勢頭強勁。2010年，我國涂料總產(chǎn)量超過900萬t（t位居世界第1），其中工業(yè)防腐涂料240萬t，占27%，重防腐涂料132萬t，占55%，橋梁防腐涂料19萬t，占15%。 橋梁涂料繼船舶和石化行業(yè)之后，在重防腐涂料份額中位居第3。根據(jù)美國麥德華咨詢公司的調查，20072010年我國橋梁涂料產(chǎn)量及增速(見表4)。橋梁涂料發(fā)展的特點聚脲在橋梁中的應用 我國橋梁防護工程現(xiàn)狀及面臨的主要問題1、微裂縫鋼筋混凝土橋梁在施工及使用過程中，由于受使用材料、環(huán)境和溫度應力、干燥收縮、養(yǎng)護條件等因素影響，不可

8、避免地導致混凝土產(chǎn)生裂縫，使得侵蝕介質容易由表及里侵入結構內部，從而加劇了橋梁結構的破壞。2、耐久性對于重大橋梁工程，處于惡劣服役環(huán)境中的同時要滿足高達100年之久的設計使用年限。問題解決不善不僅會造成巨大的經(jīng)濟耗費，嚴重時，還可能造成安全事故。據(jù)最新報道，美國的年腐蝕損失達3000億美元，占GDP的4.2%，僅就橋梁而言，美國60萬座橋中，一半以上出現(xiàn)腐蝕破壞，40%承載力不足，其修復費超過2000億美元，是這些橋初建費用的4倍。聚脲在橋梁中的應用我國橋梁工程耐久性問題也不容樂觀。近幾年對沿海的濰坊、東營、濱州、煙臺等城市近100座橋梁的調查，大部分在使用5-8年后即出現(xiàn)嚴重的破壞，有的已倒

9、塌重建。1997年北京市市政工程設計研究總院對北京市城市立交橋梁耐久性進行普查發(fā)現(xiàn)：鋼筋銹蝕造成橋梁混凝土破壞有普遍性。北京西直門立交橋使用僅19年，就因使用化冰鹽導致鋼筋銹蝕，而使結構破壞不得不報廢重建。聚脲在橋梁中的應用如何提高重大橋梁工程的使用年限1、采用高性能高耐久性建造材料。此種方法能夠從一定程度上提高新建結構的耐久性，但是根據(jù)目前的調查情況此種方法無法保證大型橋梁結構在長期服役過程中達到50年甚至100年使用年限的要求。2、以涂裝防護的形式將其與周圍腐蝕介質隔離開來，以保護其不受侵蝕。此種方法無論是應用于新建橋梁工程的耐久性設計還是在現(xiàn)役橋梁的防護修復都具有很好的靈活性，應用廣泛。

10、但橋梁結構用涂層防護材料也存在很多問題，包括脆性大、耐介質性差、施工難度大、環(huán)保性差等，這些問題造成了涂層防護失效快、耐久性差、施工推廣難等問題。 橋梁工程特別是重大橋梁工程急需一種新型涂層材料對結構進行防護，兼具優(yōu)異防護性能、耐久性、施工性及環(huán)保性。根據(jù)我國橋梁工程的實際情況，新造橋梁一般采用以下3種配套方法：（1）混凝土結構：封閉漆：環(huán)氧封閉漆或硅烷浸漬劑；中層漆：環(huán)氧中層漆；面漆：大氣環(huán)境下，丙烯酸聚氨酯面漆，氟碳面漆，聚硅氧烷面漆；飛濺區(qū)或干濕交替區(qū)：環(huán)氧類面漆等。典型的工程案例有舟山至寧波大陸連島工程之一西堠門大橋的混凝土結構，采用中遠關西（上海）涂料公司的配套涂料：該工程涂裝面積2

11、萬，于2009年3月完工。成功應用相似配套涂料的橋梁還有杭州灣跨海大橋、青島海灣大橋、黃河大橋等。聚脲在橋梁中的應用聚脲在橋梁中的應用（2）鋼結構：全部采用重防腐涂料配套。底漆：無機富鋅底漆，水性無機富鋅底漆，環(huán)氧富鋅底漆；中間漆：環(huán)氧云鐵中間漆，環(huán)氧磷酸鋅中間漆；面漆：丙烯酸聚氨酯面漆，氟碳面漆，聚硅氧烷面漆。全部采用重防腐涂料配套的鋼結構大橋有南浦大橋、潤揚大橋、蘇通大橋、菜園壩大橋、香港昂船洲大橋等。值得一提的是，鋼箱內側、風嘴等部位，均采用配套涂料防腐的方法。（3）鋼結構：底涂采用電弧噴鋅、鋁、鋅鋁合金、鋅鎂合金。配套涂料大多為環(huán)氧專用封閉漆；環(huán)氧云鐵中層漆；丙烯酸聚氨酯面漆、氟碳面漆

12、、聚硅氧烷面漆。 廈漳大橋就采用了此配套方案，該配套涂料方案還成功應用于香港青馬大橋、舟山桃夭門大橋、武漢軍山大橋、粵海鐵路棧橋、武漢陽邏大橋等。 據(jù)不完全統(tǒng)計，采用電弧噴涂鋅、鋁、鋅鋁合金、鋁鎂合金等作重防腐涂料底層的防腐方法，占橋梁鋼結構防腐的35%。純聚脲技術簡介及其技術優(yōu)勢噴涂聚脲彈性體的性能特點有：（1）優(yōu)異的物理化性能：如拉伸強度、伸長率、柔韌性、耐磨性、耐老 化， 防腐蝕；（2）良好的熱穩(wěn)定性：可在120下長期使用，可承受150的短時熱 沖擊；（3）施工性好：使用成套設備噴涂施工、快速固化，5s凝膠，1min可 達步行強度，效率極高；（4）環(huán)保性：100%固含量，不含任何揮發(fā)性有

13、機物；（5）無毒性：在水溶液中無溶出性有害物質，不污染環(huán)境。聚脲在橋梁中的應用純聚脲技術應用于重大橋梁工程超長壽命防護的優(yōu)越性低吸水性：橋梁工程常處于水環(huán)境中，腐蝕破壞主要是由于外部侵蝕性介質滲入混凝土結構內部，使得處于鈍化態(tài)的鋼筋產(chǎn)生銹蝕，鋼筋銹蝕產(chǎn)物引起混凝土保護層的脹裂和剝落，使得更多的腐蝕介質滲透到混凝土深部的鋼筋，引起混凝土結構裂縫和強度降低。涂層防護技術是在結構表面形成一層致密的防水層，以隔斷或阻止腐蝕介質的侵入。涂層的吸水性越低，阻斷腐蝕介質的能力越強，對結構的防護功能越好。青島理工大學功能材料研究所對此作了大量研究。48h海水介質吸水率實驗表明，純聚脲涂層混凝土試件的吸水率僅為

14、0.037%，并顯著低于以封閉性能著稱的環(huán)氧涂層的吸水率，在酸堿加速腐蝕條件下，純聚脲涂層則表現(xiàn)出更為明顯的優(yōu)勢。聚脲在橋梁中的應用高附著力：作為涂層防護材料，與基材的附著能力是實現(xiàn)其防護功能的首要前提。結構服役環(huán)境對涂層附著力影響很大，比如海洋環(huán)境下的混凝土會經(jīng)受鹽霧腐蝕、凍融循環(huán)、干濕交替、溫度交變或腐蝕介質侵蝕等，這對涂層與基材的粘接性能提出了更高的要求。分別對純聚脲涂層混凝土和環(huán)氧涂層混凝土進行經(jīng)海水浸泡、干濕循環(huán)、鹽霧老化和凍融循環(huán)60d后的附著力測試試驗，實驗結果如下表所示：聚脲在橋梁中的應用從上表中的對比數(shù)據(jù)可以看出：聚脲涂層本身具有很高的附著力，并在惡劣服役環(huán)境中有著很高的保持

15、率，環(huán)氧作為常規(guī)涂層防護材料雖在普通環(huán)境中具有很高的附著力，但對環(huán)境的適應能力差，特別是由于其是脆性材料，凍融循環(huán)對其有致命的影響。聚脲在橋梁中的應用項目附著力（MPa）SPUA涂層混凝土（QTECH-112聚氨酯底漆）環(huán)氧涂層混凝土（環(huán)氧滲透型底漆）無處理4.176.68海水浸泡60d4.136.54干濕循環(huán)60d4.106.37鹽霧老化60d4.056.23凍融循環(huán)60d4.02-優(yōu)異的耐久性（1）純聚脲涂層具有優(yōu)異的耐介質性能。由于橋梁工程的服役環(huán)境多為水環(huán)境，橋梁混凝土不可避免的受到介質離子的影響，最為常見和嚴重的離子介質腐蝕為硫酸鹽腐蝕和氯離子腐蝕，青島理工大學功能材料研究所對純聚脲

16、的耐介質性能進行了相關研究。利用快速腐蝕試驗法研究聚脲涂層的耐硫酸鹽腐蝕能力，實驗結果表明，長期浸泡于硫酸鈉中的聚脲涂層的宏觀性能沒有顯著降低，其對硫酸鹽的侵蝕具有明顯的阻礙作用，可顯著提高混凝土抗硫酸鹽的腐蝕性能。耐鹽霧腐蝕性能直觀反應出涂料耐海水腐蝕性能的好壞。參照JT/T 695-2007混凝土橋梁結構表面涂層防腐技術條件規(guī)定，設計使用壽命為10年的涂層體系，其耐鹽霧試驗必須超過500h，而純聚脲涂層由于化學結構穩(wěn)定、致密、與底材附著性好，耐鹽霧性能達10000h，其預計使用壽命高達50年以上。聚脲在橋梁中的應用（2）純聚脲涂層具有優(yōu)異的耐干濕循環(huán)和凍融循環(huán)性能。橋梁的潮差區(qū)隨潮水漲落而

17、干濕交替，同時周圍存在充足的氧氣，北方地區(qū)還伴有凍融現(xiàn)象，腐蝕最為嚴重。180d聚脲涂層干濕循環(huán)、凍融循環(huán)試驗顯示，涂層拉伸強度分別只有4%和9%的降低，斷裂伸長率均有所回升，有良好的力學性能保持能力。（3）純聚脲涂層具有良好的耐溫度交變性及耐低溫彎折性。純聚脲涂層具有很寬的溫度適用范圍，在-4560的范圍內性能無顯著降低，無任何裂紋及破壞現(xiàn)象。（4）純聚脲涂層具有優(yōu)異的耐老化性能。世界聚脲技術發(fā)明人DudleyJ. Primeaux 的加速老化實驗表明：純聚脲材料的壽命在75年以上。青島理工大學功能材料研究所進行了大量人工老化及自然老化研究 ，結果也論證了Dudley J. Primeaux

18、的觀點。聚脲在橋梁中的應用生態(tài)環(huán)保性：材料的防護性能、施工工藝及生態(tài)環(huán)保性被稱為防護材料最重要的三大性能指標。施工環(huán)保性隨著人們對環(huán)境污染的認識而受到越來越多的重視。噴涂聚脲技術是一種新型無污染的綠色生態(tài)施工技術，其環(huán)保性主要體現(xiàn)在兩個方面。其一是施工過程的環(huán)境友好性，噴涂聚脲彈性體為100%固含量，不含任何揮發(fā)性有機物，對環(huán)境友好，對施工人員健康；其二是聚脲涂層在長期服役過程中，不會析出有害物質，不會對水質造成污染，不會對海洋生態(tài)環(huán)境造成惡劣影響。聚脲在橋梁中的應用重大橋梁工程純聚脲防護工程實例純聚脲技術作為新型生態(tài)防護材料，以其優(yōu)異的綜合性能得到了廣泛的認可，并已成功應用于國內外多個重大橋

19、梁工程中，提供超長壽命防護。國外，1998年美國賓夕尼亞公路管理局的兩座橋梁最先使用聚脲修復技術。1999年美國圣馬特（SanMateo）跨海大橋進行拓寬大修工程，選用純聚脲做防護層，對柱子、梁和橋面板進行防護，它是當時聚脲材料用量最大的工程，其處理工藝細致、施工操作嚴格，堪稱是海灣大橋上施工的典范工程。在2007年的涂層檢測中，整個防護體系完好，涂層工作性能良好。2002年，美國康涅狄格州交通局在橫跨Starr大街的I-84號橋上使用純聚脲材料，施工商對純聚脲的評價相當高，認為聚脲固化快，連續(xù)噴涂無流掛，施工像涂黃油一樣容易。聚脲在橋梁中的應用國內，青島跨海大橋部分橋墩采用了純聚脲作為防護涂層。青島海灣大橋是我國北方冰凍海域首座特大型橋梁集群工程，在我國北方冰凍地區(qū)首次提出了100年設計壽命標準，大橋受鹽害、凍融、海霧、臺風、暴雨、工業(yè)排放物等多重腐蝕環(huán)境的綜合作用，腐蝕環(huán)境惡劣，耐久性防護