摘要：通过研究对比采用目前较先进的防护涂层，即单层、双层及三层重防腐环氧粉末涂料防腐结构相结合， 最大限度的保护杭州湾跨海大桥钢管桩，阻缓钢管桩腐蚀。着重阐述多层防腐环氧粉末涂料制造，多层结构的 特点并设计说明工艺，结果表明功能性多层环氧防腐粉末涂料能够满足杭州湾跨海大桥钢管桩的防腐要求。 关键词：环氧树脂；粉末涂料；腐蚀；防护；钢管桩
中图分类号：TQ323.5 文献标识码：A 文章编号：1002-7432(2006)04-0029-05
Application of epoxy powder coating in anti - corrosion of steel pipe pile for the bridge cross over Hangzhou gulf
WU Xi-ge
(Daqing Qinglu Fine Chemicals Company Limited，Daqing 163316， China)
Abstract: In this paper the corrosion and protection of steel pipe pile was studied and the steel pipe pile of the bridge cross over Hangzhou gulf, the longest bridge crossover gulf in the world, was corrosion-inhibited and protected maximum limitly using advanced anti-corrosion epoxy pecoder coating, such as one layer, double layer and trilayer leavy - duty anti - corrosive coating. The manufacture, multi layer structure character and application specification of the heavy - duty anti - corrosive epoxy powder coating wase majorly decribed. The applica-tional tests showed that the heavy - duty anticorrosive epoxy powder coating could meet the reguerments of corrosion protection in sea water.
Key words： epoxy resin; powder coating； corrosion; protection; steel pipe pile
0引言
杭州湾跨海大桥将是世界上最长的跨海大桥, 大桥总长36 km,南起宁波，北至嘉兴，设计时速 100 km,使用寿命100年以上、总投资约118亿 元，建设工期5年左右。其中涂层钢管桩5 800多 根，每根直径2.0~ 2.2 m,长71~88m。由于大 桥整体处于杭州湾入海口，环境非常恶劣，大气湿 润，所含氯离子较高，在海水中还携带大量泥沙， 这些都将对大桥的钢管桩及各种钢结构体造成严重 的腐蚀威胁，因此大桥的腐蚀防护与耐久性问题将 非常关键。防腐界也不断探索新的材料，新的涂层
【收稿日期】2006 - 04 - 24;【修回日期】2006-05-31 【作者简介】吴希革（1966— )，男，大庆开发区庆鲁精细化工有限 公司总工程师兼研究所所长，主要从事合成树脂、高分子材料、热 熔胶及涂料的研究。
来满足更高的要求，我国著名的“西气东输”管道工 程，经专家的反复研究讨论确定为重防腐环氧粉末 作为底层的三层防腐结构，为杭州湾跨海大桥工程 钢管桩防腐提供了许多宝贵经验，本文主要介绍重 防腐溶结环氧粉末性能和涂装工艺及应用情况。
管道的使用寿命在很大程度上取决于钢管的防 腐方法[1]，采用良好的涂敷材料和涂敷方法可以 使管道使用寿命达到几十年或更长。20世纪50年 代以前，防腐涂层采用的材料主要是煤焦油瓷漆等 材料，使管道得到较好的保护，但这些材料也存在 很多缺点，应用范围受到一定的限制，直到50年 代末，重防腐熔结粉末涂料的推出才使管道防护技 术产生了飞跃，表1是美国一家油气运输公司根据 几十年的经验对几种防腐材料的评价和对比，由此 可以看出熔结粉末涂料无论从技术角度还是经济角 度都是其他材料不可比拟的。
1杭州湾跨海大桥工程钢管桩防腐方案
根据杭州湾跨海大桥所处地理位置及环境条 件，钢管桩防腐方案为：水位变化区和水中区采用 环氧粉末涂层+桩内填充混凝土方式。钢管桩承台 以下约8 m范围采用加强型三层环氧粉末涂层(涂 层厚度為800 fxm)，承台以下约42 m范围采用双 层环氧粉末涂层（涂层厚度>600 ym),泥下区钢 管桩采用单层环氧粉末涂层(涂层厚度>300 fxm)， 涂层外表面具有30 ~ 100 fxm的粗糙度。通过在同 一钢管桩上按照需要连续喷涂不同层数、不同性能 涂层的先进工艺，使整根钢管桩具有抗海水腐蚀、 抗泥沙冲刷、抗海生物附着、抗紫外线辐射等优 点，同时确保了整体经济性。
据悉舟山大桥采用钢管桩，近100根双层环氧 粉末涂料防腐的试验钢管桩于2005年底巳完成。 2006年4月正式开工。
2重防腐熔结环氧粉末涂料的优良特性
2.1杭州湾跨海大桥工程钢管桩防腐粉末涂料的
分类
1)砂纹单层重防腐环氧粉末涂料特性：
a.具有极强的附着力和良好的柔韧性、抗弯 曲性。
b.无需底漆，涂敷方便，固化迅速，工作效 率高，适合于流水作业。
c.涂层坚韧耐磨，抗冲击，能抵抗土壤的应 力和减少运输及回填时的损伤。
d.能在较大温度范围内起到保护作用并具有 长效持久的防腐效果。
e.具有优良的抗阴极剥离能力和化学稳定性 能，耐水、耐油、耐酸、碱、盐。
{.砂纹单层打完桩后增加钢管粧下沉阻力。
用途：泥下区（约21 ~ 38 m)钢管桩采用单层 环氧粉末涂层（涂层厚度>300 fxm)，涂层外表面 具有30 ~ 100 fxm的粗糖度。
2)双层环氧粉末涂料涂层具有以下特性：
a.作为双层环氧粉末涂层系统的外涂层，直 接涂敷在提供防腐保护的单层(底层)上，该产品的 设计将给底层在运输和管道铺设过程中以最大限度 的机械保护，并具有良好的防腐性能。
b.本品具有优异的抗磨、耐冲刷、抗冲击性 能，因而具有良好的保护能力，可有效防止钢管在 运输及打桩过程中的碰损和擦伤。
c.涂敷过程外层与底层交错进行，即在静电 喷涂底层达到设计要求后，即进行外层涂敷。在线 形直管生产线涂敷作业时，应在底层涂层胶化前涂 敷外层。底层涂层温度必须大于230尤以确保其层 间附着力。建议采用分开回收装置。
d.固化条件230 X!./ (1.5 ~ 3) min。胶化时 间（GB/T 6554 - 2003)：外层 230 尤、8 ~ 12 s;底 层 230 尤、30- 45 sc
用途：承台以下约42 m范围采用双层环氧粉 末涂层(涂层厚度為600 fxm)。
• 30 • 热固性树脂 第21卷
表1各种防腐涂层材料的性能[2，3]
涂层类型 优 点 缺 点 适用范围 包覆层厚度/mm 使用寿命/a
石油沥青 1.材料易得 2.技术成熟，设备简单 1.易受微生物腐蚀 2.易溶于烃类溶剂 3.力学性能差，低温脆化，高温软化 沥青资源 易得地区 6 — 8 沥青+玻璃布 15 20
环氧煤 焦油瓷漆 1.力学强度高 2.耐腐蚀能力较好 3.施工安全 1.固化时间长 2.环境污染重 地下及 海底管线 4-6 一布三漆 20 25
1.耐低温性好 1.能耗高 地势宽阔 土质干燥地区
塑料胶粘带 2.力学强度好 3.绝缘电阻髙 2.材料费用高 3.耐髙温性差 1.3-1.8 30-40
熔结环氧 粉末涂层 1.耐腐蚀性能好 2.力学性能好 3.抗阴极剥离强 1.表面处理严格 2.耐候性差 3.吸水率偏髙 埋地管道 海底管道 0.3 0.5 40-50
热塑性线性聚 1 •耐腐蚀性能好 2.耐候性好 3.抗力学破坏能力强 1.施工设备要求严格 露天管道异形 1 -3 40-50
乙烯粉末涂层 2.附着力比环氧粉末差 管道弯头等 i ~ J 3)三层环氧粉末涂料涂层具有以下特性：
a.除具有单层、双层环氧粉末涂料涂层特性 外，具有抵御大气中h2s、co2、02、酸、碱、 盐、有机物等物质的化学腐蚀。
b.三层涂层的最外层具有优异的耐候性，紫 外线照射不粉化。
c.三层涂层的最外层具有可复涂性。
用途：钢管桩承台以下约8 m范围采用加强型 三层环氧粉末涂层(涂层厚度& 800 jLtm)。
2.2单层、双层、三层熔结环氧粉末涂料组成 单层、双层、三层熔结环氧粉末涂料一般是由 合成树脂、固化剂、颜料、填料和助剂等几种原料 组成。因此选择好这些原料是很重要的，这是因为 每一种原料选择得是否适当决定其性能，见表2。
表2单层、双层、三层PE熔结环氣粉末涂料配方
名 称 规 格 产 地 单层 双层 三层
双酚A型环氧树脂663 U 0.10 0.12 eq/100 g 美国陶氏化学 60 50
线型三环氧合成树脂Amanda 1168 0.117-0.125 mol/100 g 大庆庆鲁公司 40 50 15
氣化双酸A型环氧树脂Amanda 1168H 0.117-0.125 mol/100 g 大庆庆鲁公司 85
专用固化剂Amanda 969 经基值 0.38 0.60 mol/100 g 大庆庆鲁公司 22 24 26
金红石型钛白粉 R930 杜邦公司 6 6 5
2-甲基咪唑 医用 武汉 0.65 0.85 0.95
填料 400- 1200 目 上海 40 45 45
颜料 适量 适量
高聚物树脂Amanda 101A 5 20 nm 大庆庆鲁公司 2.0 4.5 4.5
高聚物树脂Amanda 101B 20 ~ 40 nm 大庆庆鲁公司 1.5 2.5 2.5
3号流平剂 美国 0.8 1.2 1.5
安息香 奉化 0.4 0.4 0.4
纳米硅材料Amanda 100 20 40 nm 大庆庆鲁公司 0.4 0.4 0.6
2.3单层、双雇、三层熔结环氧粉末涂料制造过程 单层、双层、三层熔结环氧粉末涂料的制备是 先将合成树脂与固化剂、固化促进剂、流平剂、颜 料、填料、疏松流动剂、消泡剂等按配方用量混 合，经熔融混炼挤出、冷却、压片、破碎、磨粉制 成产品，工艺过程如下：
1)将上述各组份按配方比例计量混合在一起， 在高速混炼机上预混3 ~ 7 min0
2)使用双螺杆挤出机将上述混合物，在长径比 为15:1，转速为300 r/min，挤出温度为90 ~ 110 尤的条件下熔融混炼挤出，然后冷却、压片、破
碎。
3)将破碎料片投人ACM磨磨细，粒径分布符 合指标要求即为防腐熔结环氧粉末涂料。
2.4单层、双层、三层熔结环氧粉末涂料性能[4’5] 粉末性能要求见表3。
表3粉末涂料性能要求
项目及试验方法 单 层 双 层 三 层
密度/(g.cm-3) 1.31.5因颜色 1.41.6因颜色 1.41.6因颜色
(GB/T 4472—1984) 不同而略有差异 不同而略有差异 不同而略有差异
不挥发物含量/% (SY/T 0315 - 1997 附录 B) 彡 99.4 彡 99.4 彡 99.4
平均粒度/Mm 粒度分布 (SY/T 0315- 1997 附录 C) 50 100 40-60 50 100
> 150 jum 的在3.0%; >250 jum 的名0.2% 可按用户要求调整 > 150 jum 的忘4.0%; >250 jum 的忘0.2% 可按用户要求调整 > 150 jum 的在3.0%; >250 jum 的名0.2% 可按用户要求调整
磁性物质含量/% (GB/T 6570) <0.002 <0.002 <0.002
胶化时间/s (SY/T 0315- 1997 附录 A) 90(180 V)；在30(230 V)； 固化（min)^300(180 V); 在90(230 X.) 230 X.；在 12; 固化 在 180(230 X.) 230 X; ^12;固化 在 180(230 X.)
覆盖率 GB 6554—1986/ [m2/(kg- mm" *)] 0.60.8 0.6-0.8 0.6-0.8涂层物理性能要求见表4。耐化学品性能测试 双层、三层涂料90 d后均无变化。常温下污水、
(GB/T 1763—1997, GB/T 1733—1993)表明，经 汽油、柴油、煤油及80 T：原油浸泡90 d后3种涂
10%WH2S04，HC1、NaOH及NaCl浸泡，单层、料均无变化。
表4粉末涂料物理性能
试验项目 单层质量指标 双层质量指标 三层质量指标 试验方法
24 h或48 h阴极剥离/mm 忘8 甚6 忘6 SY/T 0315 - 2005 附录 C
底层断面孔隙率 1级~4级 1级~4级 1级~4级 SY/T 0315 - 2005 附录 E
底层粘结面孔隙率 1级级 1级~4级 1级~4级 SY/T 0315 - 2005 附录 E
24 h或48 h附着力 1~3级 1级2级 1级~2级 SY/T 0315-2005 附录 H
0尤或-30尤，抗2。弯曲(普 通级涂层厚度，根据工程要求选 定试验温度） 3°弯曲无裂纹 (-30±3 V) 无裂纹 无裂纹 Q/CNPC38-2002 附录 D 单层 SY/T0315-2005-G
0尤或-30 V’抗1.5。弯曲（加
强级涂层厚度，根据工程要求选 无裂纹 无裂纹 Q/CNPC38-2002 附录 D
定试验温度）
抗10 J冲击(普通级涂层厚度） 1.5 J无针孔 (-30±3) X. 无针孔 无针孔 Q/CNPC38-2002 附录 E 单层 SY/T 0315 - 2005-F
抗15 J冲击(加强级涂层厚度） 无针孔 无针孔 Q/CNPC38-2002 附录 E
30 kg耐划伤性(普通级涂层厚度） 划伤深度忘350 pm无漏点 划伤深度在350 jxm无漏点 Q/CNPC38-2002 附录 F
50 kg耐划伤性(加强级涂层厚度） 划伤深度忘500 fim无漏点 划伤深度在500 jxm无漏点 Q/CNPC38-2002 附录 F
人工气候老化 1000 h涂层无粉化 GB/T 1865 - 1997 GB/T 1766- 1995
电气强度/(MV'nT1) 5=30 5=30 彡30 GB/T 1408.1—1999
体积电阻率/(Am) 5=1.Ox 1013 5=1.Ox 1013 彡 l.Ox 1013 GB/T 1410—1989
耐磨性(落砂法Vavnr1) 5=3 SY/T 0315—2005 附录 J
3杭州湾大桥整体钢管桩涂层结构及涂敷工艺
3.1杭州湾大桥整体钢管桩三层结构
裸管 单层^层
(a)
泥下区(约21 ~ 38 m)结构示意如图la。承台 以下约42 m范围结构示意如图lb。钢管桩承台以 下约8 m范围结构示意如图lc。
3.2杭州湾大桥整体钢管桩三层涂敷工艺 三层熔结环氧粉末涂敷工艺示意图2。
一次哦涂二次哦涂三次哦涂 水冷却 喷砂或抛丸 }~
1 丨清理
带锈钢管预热<150 C
中頻加热 200-250 C
图2三层熔结环®粉末涂料涂敷工艺
a.该涂敷工艺不包括钢管桩表面前处理等工序， 只叙述钢管粧经表面清理除污染物、抛丸、净化和中 频加热之后，进人喷涂涂装系统的喷涂工艺[6]。
b.喷涂工艺按照上文提出的技术要求进行， 性能指标不低于标准要求。
c.喷涂工艺按以下工艺步骤进行：
1)经表面处理并达到相应要求的钢管桩，进
回_涂回I
裸管 单层涂层 双层涂层
(b)
裸管单层涂层双层涂层 三层涂层
(C)
图1钢管桩涂层结构
入可控中频加热炉，加热温度不超过250 T。
2)经加热的钢管桩以0.6 ~ 1.0 m/s的恒定速 度进人分体喷粉室。
3)在喷粉室中有平行于钢管桩轴线方向布置 的3组喷枪，每组喷枪喷粉方向又与钢管粧轴线垂 直，依次对钢管桩进行喷涂。由此形成第1、第2、 第3喷粉层区[7]。
第1组喷枪在钢管桩进入第1喷粉区后，用单 层粉末立即启动喷粉。该组喷枪在启动后，连续作 业，一直到钢管桩末端离开第1喷粉作业区为止， 该层喷涂层厚度控制在300 fxm(说明：该层喷涂时 加热温度超过230尤时，涂层外表面具有30 ~ 100 fxm的粗糖度）。
第2组喷枪在紧跟第1组喷枪之后，为第2喷 粉区，钢管桩以恒定速度前进，其前端进入第2喷 粉区时，第2者喷枪相应启动，喷涂双层粉末，喷 涂在第1喷涂粉区喷涂形成的涂层上，直到钢管桩 前进约35 ~ 41 m时(要求的普通双层粉末的保护范 围），停止第2喷粉区的喷涂，该层喷涂层厚度控 制在 300 fxm。
第3组喷枪在紧连第2组喷枪之后，为第2组 喷枪粉区，当钢管桩以恒定速度前进，其前端进人 第3喷粉区时，第3组喷枪相应启动，喷涂3层粉 末，在第2喷粉区形成的涂层上，直到钢管桩前进
约7«!时(要求耐候粉末保护范围），第3组喷枪自 动关闭，该层喷涂层厚度控制在200 fxm。
按照以上过程操作就能按要求在钢管粧上形成 不同厚度和不同性能要求涂层。
4结语
通过杭州湾跨海大桥钢管桩防腐要求分析，采 用目前较先进的防护涂层，即单层重防腐环氧粉末 涂料、双层重防腐环氧粉末涂料及三层重防腐环氧 粉末涂料防腐结构相结合，最大限度的保护钢管 桩，阻缓钢管桩腐蚀，事实证明对钢管的防护是正 确、科学的。功能性重防腐粉末涂料将会越来越受 到人们的重视，其市场应用前景将会愈来愈广阔。 参考文献：
