杭州灣跨海大橋海中承臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)表面涂層質(zhì)量控制

摘 要：本文根據(jù)杭州灣跨海大橋腐蝕環(huán)境特點(diǎn)、涂層體系設(shè)計(jì)和涂層性能要求，系統(tǒng)地介紹了涂料產(chǎn)品質(zhì)量控制、施工質(zhì)量控制和涂層質(zhì)量檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：杭州灣跨海大橋承臺(tái)涂層質(zhì)量控制

中圖分類號：TE986　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A　 文章編號：1008-7818(2008)01-0021-04

0 前言

　　杭州灣跨海大橋（以下簡稱大橋）全長36公里，其中跨越海域約32公里。大橋主體結(jié)構(gòu)除南、北航道的鋼箱梁外，其余均為混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土用量近250 萬立方米。而杭州灣為世界三大強(qiáng)潮海灣之一，在自然條件方面，受風(fēng)、流、潮、氣的影響比較大，腐蝕環(huán)境比較惡劣[1]。特別是處于潮差區(qū)和浪濺區(qū)的大橋承臺(tái)，由于氯離子侵蝕嚴(yán)重，且海水富含氧氣，腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重，因此采取防腐措施顯得尤為重要。涂層防護(hù)是一種保護(hù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)較為方便和實(shí)用的方法，涂層的致密性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混凝土結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于大大增加了鋼筋混凝土層的厚度，從而有效地阻止氯離子、氧氣、二氧化碳和海水等腐蝕介質(zhì)浸入。

　　為了確保大橋的涂裝質(zhì)量，指揮部在選擇涂料供應(yīng)商和考察涂裝效果時(shí)，在潮差區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場涂裝試驗(yàn)。有10 多家單位參加了試驗(yàn)，但現(xiàn)場涂裝效果總體不夠理想，僅少數(shù)試驗(yàn)性能達(dá)到要求，大多數(shù)試驗(yàn)片效果不好，有的試驗(yàn)片涂裝不久后涂層就出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。我單位的現(xiàn)場涂裝效果比較理想，試驗(yàn)室檢測性能優(yōu)異，被選中為大橋涂Ⅰ、涂Ⅱ標(biāo)段提供涂料，并且實(shí)際涂裝效果很好。

　　眾所周知，提供性能優(yōu)異的涂料和嚴(yán)格的施工工藝過程是確保涂裝質(zhì)量的兩大關(guān)鍵因素。而大橋海中承臺(tái)的表濕區(qū)涂裝條件更為苛刻，可涂裝時(shí)間短、表面含水率高、涂層不能在大氣中徹底固化、施工環(huán)境惡劣等等因素影響著涂裝效果。因此，系統(tǒng)地介紹大橋海中承臺(tái)表面涂層質(zhì)量控制對確保潮差區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)涂裝質(zhì)量具有十分重要的意義。

1 腐蝕環(huán)境特點(diǎn)和涂層體系設(shè)計(jì)

1.1 腐蝕環(huán)境特點(diǎn)

　　杭州灣腐蝕環(huán)境屬于海洋腐蝕環(huán)境，氯離子滲透危害嚴(yán)重，夏季氯離子含量為5602～5864mg/L，冬季氯離子含量約為8220mg/L，而且海水溶解氧濃度約為6.21～8.89mg/L，屬于富氧環(huán)境[1]。海水中氯離子含量較大，當(dāng)含氯離子的溶液侵入砼中時(shí),通常生成Friedel 鹽C3A·CaCl2·H10，F(xiàn)riedel 鹽會(huì)產(chǎn)生破壞性膨脹。在氯鹽的作用下，水泥砼中不穩(wěn)定產(chǎn)物可生成水化氯鋁酸鈣，固相體積可增大2 倍多[2]。同時(shí)，當(dāng)氯離子滲透到鋼筋表面時(shí)，鋼筋表面局部的保護(hù)膜被破壞，使其成為活化態(tài)。

　　在氧和水充足的條件下，活化的鋼筋表面形成小陽極，未活化的鋼筋表面成為陰極，發(fā)生電化學(xué)腐蝕從而使陽極金屬鐵被溶解，形成腐蝕坑。腐蝕過程主要涉及下列化學(xué)反應(yīng)式：

Fe2++2Cl-+2H2O ＝ Fe(OH)2+2HCl

4Fe(OH)2+O2+2H2O ＝ 4Fe(OH)3(鐵銹)

　　Fe(OH)3若繼續(xù)失水就形成水化氧化物FeOH(即為紅銹)，一部分氧化不完全的就變成Fe3O4(即為黑銹)，在鋼筋表面形成銹層。由于鐵銹層呈多孔狀，即使銹層較厚，其阻擋進(jìn)一步腐蝕的效果也不明顯，因而腐蝕將不斷向內(nèi)部發(fā)展。因此，抗氯離子滲透性是衡量涂層性能的重要指標(biāo)。

　　杭州灣為世界三大強(qiáng)潮海灣之一。在自然條件方面，受臺(tái)風(fēng)、熱帶風(fēng)暴影響較大；平均水流速2.39m/s，實(shí)測最大流速5 m/s 以上，粉砂含量高，最高含沙量為9.605 kg/m3，平均含沙量1.249 kg/m3，潮流紊亂，沖刷嚴(yán)重 [1]。因此，涂層的附著力和耐磨性也是衡量涂層性能的重要指標(biāo)。

1.2 涂層體系設(shè)計(jì)

　　根據(jù)杭州灣跨海大橋的設(shè)計(jì)使用年限、環(huán)境狀況以及《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTJ 275-2000）中的設(shè)計(jì)涂層系統(tǒng)要求，《杭州灣跨海大橋混凝土結(jié)構(gòu)表面防腐涂裝工程涂料采購（供應(yīng)商）》招標(biāo)文件上明確了表濕區(qū)混凝土表面涂層配套體系[3，4（] 見表1）。

　　注：底層干膜平均厚度不大于50μm，底層和中間層干膜總平均厚度為310μm。

1.3 涂層性能要求

　　根據(jù)《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTJ275-2000）對涂層性能基本要求，《杭州灣跨海大橋混凝土結(jié)構(gòu)表面防腐涂裝工程涂料采購（供應(yīng)商）》招標(biāo)文件上明確了表濕區(qū)混凝土表面涂層性能要求（見表2）。

　　注：1. 涂層性能試驗(yàn)按涂層系統(tǒng)設(shè)計(jì)的底層＋中間層＋面層復(fù)合涂層組成。

　　2. 涂層的耐老化性系采用涂裝過的尺寸為70mm×70mm × 20mm 的砂漿試件，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《色漆和清漆—人工氣候老化和人工輻射暴露（濾過的氙弧輻射）》（GB/T 1865-1997）測定。

　　3. 涂層的耐堿性、涂層抗氯離子滲透性、涂層與混凝土表面的粘結(jié)強(qiáng)度，按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTJ275-2000）附錄C 的混凝土涂層試驗(yàn)方法測定。

2 涂料產(chǎn)品質(zhì)量控制

　　大橋承臺(tái)處于潮差區(qū)，混凝土表面常處于潮濕狀態(tài)，混凝土露出水面可涂裝的時(shí)間短，因此，要求采用的涂料應(yīng)具有濕固化、快固結(jié)和附著力強(qiáng)的性能。 同時(shí)，所選用的配套涂料之間應(yīng)有良好的相容性。因此，選擇性能滿足要求的涂料是整個(gè)涂裝工程的基礎(chǔ)，是防腐涂裝成敗的關(guān)鍵因素，涂料選擇應(yīng)滿足以下主要要求：

　　（1）封閉底漆應(yīng)具有對潮濕混凝土基面良好的潤濕鋪展性，保證封閉涂料的高滲透性，從而增強(qiáng)混凝土表面的強(qiáng)度，提高涂層附著力，使其具有足夠的能力抵抗來自背面的水壓，以防止涂膜起泡和脫落。

　?。?）所選涂料要有一定的固化速度，以便在潮差期內(nèi)獲得一定的漆膜強(qiáng)度，抵抗潮水的沖刷，并且漆膜在水下固化性能基本上不受影響。

　?。?）涂層面漆應(yīng)有較高的耐候性，在有效保護(hù)期內(nèi)，面漆的粉化減薄速度較??；面漆還應(yīng)具有較高的耐磨性，以抵抗含砂海水的沖刷。

　?。?）涂層體系應(yīng)具有優(yōu)異的屏蔽效果，可以有效地抵抗氯離子、氧氣、二氧化碳等腐蝕介質(zhì)的滲透。

　　（5）涂層體系應(yīng)具有優(yōu)異的附著力、韌性和抗沖擊性能，從而有效地抵抗背水壓以避免起泡，并能有效地抵抗混凝土的伸縮性。

　　根據(jù)上述要求，我公司選用881-S01濕固化環(huán)氧封閉漆、881-S02濕固化厚漿型環(huán)氧涂料、881-Y01丙烯酸聚氨酯面漆組成了表濕區(qū)的涂層配套體系，涂層體系性能數(shù)據(jù)見國家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心出具的檢驗(yàn)報(bào)告（見表3）[5]。

　　從表3可以看出，抗氯離子滲透性的檢驗(yàn)結(jié)果比技術(shù)指標(biāo)小約200 多倍，說明涂層體系抗?jié)B透性非常好，從而能有效地阻止氯離子、氧氣、二氧化碳和海水等腐蝕介質(zhì)對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕。粘結(jié)強(qiáng)度的檢驗(yàn)結(jié)果比技術(shù)指標(biāo)大2 倍多，耐磨性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于技術(shù)指標(biāo)，說明涂層體系能更好地抵抗含沙量高的海水沖刷。同時(shí)，從人工氣候老化檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，涂層體系耐老化性能優(yōu)異。因此，從上述數(shù)據(jù)可以看出我單位選擇的涂層體系完全能滿足大橋涂裝的特殊要求。

3 施工質(zhì)量控制

3.1 施工工藝流程。

　　施工工藝流程圖見圖1。

3.2 涂裝工藝關(guān)鍵控制因素

　　為達(dá)到優(yōu)質(zhì)的涂裝工程，僅依靠優(yōu)質(zhì)的材料是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，涂裝工藝過程控制起著更加重要的作用, 因此涂裝工藝關(guān)鍵控制因素如下：

　　（1）采用高壓淡水（壓力不小于20MPa）清潔待涂混凝土表面，徹底除去混凝土表面上的不牢灰漿、尖角、碎屑、海生物、苔蘚、油污等污染物及其它松散附著物。對施工接縫處和表面的一些蜂窩進(jìn)行涂裝前的預(yù)處理。在施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)這些部位不斷有水滲出，這些明水的存在對涂層防護(hù)是非常不利的，也是造成涂層起泡、脫落的主要因素。

　?。?）采用外加熱源或壓縮空氣除去殘留在混凝土表面上的水珠、水跡，必要時(shí)可用棉布、海綿等吸濕工具抹去，涂裝前的混凝土表面應(yīng)無流水、滲水現(xiàn)象，盡可能使混凝土呈表干狀態(tài)。雖然封閉底漆具有濕固化功能，但是潮濕的基面影響涂料的滲透性，從而影響附著力。

　?。?）每道涂裝前均要注意對漏涂的孔洞進(jìn)行補(bǔ)涂。現(xiàn)場許多完工的試驗(yàn)片存在孔洞，有的孔洞直達(dá)混凝土表面，施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)不斷有水緩慢滲出。這樣的涂裝短期會(huì)影響防腐效果，長期還會(huì)造成涂層附著力下降，甚至脫落，導(dǎo)致防腐失敗。

　?。?）涂裝下一道涂料前，應(yīng)對上一道涂層進(jìn)行表面清潔，使用飲用水徹底除去涂層表面的鹽分、泥塵、油污等污染物，可用清潔劑清除油污。如上一道涂層太光滑影響下一道涂層的粘結(jié)強(qiáng)度，應(yīng)對上一道涂層進(jìn)行打毛處理。

　　（5）要按規(guī)定的比例混合涂料，用機(jī)械式攪拌器攪拌3min 分鐘以上。涂料混合均勻后，必經(jīng)過熟化才能使用，配好的涂料必須在規(guī)定的適用期內(nèi)使用，超過了適用期的涂料不得繼續(xù)使用。表濕區(qū)涂裝完畢后，涂膜在空氣中固化時(shí)間應(yīng)不少于1.5h。

4 涂裝質(zhì)量檢驗(yàn)

4.1 過程檢驗(yàn)

4.1.1 產(chǎn)品檢驗(yàn)

　　涂裝前核實(shí)涂料品種和數(shù)量，所用涂料應(yīng)有出廠證明文件，且在有效期內(nèi)使用。

4.1.2 施工過程檢驗(yàn)

　　施工過程中，按產(chǎn)品說明、推薦施工工藝、設(shè)計(jì)要求的涂裝道數(shù)和涂膜厚度進(jìn)行施工，隨時(shí)用濕膜厚度規(guī)檢查涂層濕膜厚度，以控制涂層的最終厚度及其均勻性。

4.1.3 涂料用量檢驗(yàn)

　　控制涂料實(shí)際用量是保證涂膜厚度和涂裝的重要因素，涂料實(shí)際用量的計(jì)算方法如下：

假設(shè)：

　　第一：選擇上下游兩個(gè)承臺(tái)作為一個(gè)具有代表性的參考涂裝面積，準(zhǔn)確計(jì)算出涂裝的實(shí)際面積為X m2；

　　第二：準(zhǔn)確稱出未使用時(shí)涂裝容器和涂裝工具的重量為a kg；

　　第三：準(zhǔn)確計(jì)算出調(diào)配涂料的重量為b kg；

　　第四：在每個(gè)橋墩隨機(jī)測出具有代表性的30 個(gè)點(diǎn)的濕漆膜的厚度為c μm；

　　第五：每道漆涂裝完畢后，立刻稱出涂裝容器和涂裝工具的重量為d kg；

　　第六：涂料的比重為e。

計(jì)算：

　　第一步：計(jì)算每道漆的要求濕膜厚度c：

　　c=（干膜厚度÷體積固含量）×（1+稀釋劑用量百分比）

　　第二步：計(jì)算涂料的實(shí)際涂裝用量Y：

　　Y=X ×(c ÷ 106)× e

　　第三步：環(huán)境損耗油漆量Z：

　　Z=（a+b）－ d － Y

　　第四步：計(jì)算出符合涂裝要求的X面積實(shí)際需要的漆量W：

　　W=（d-a）+Y+Z

　　第五步：計(jì)算出涂料的損耗系數(shù)f：

　　f=W ÷涂料理論用量

　　說明：①環(huán)境損耗漆量Z與當(dāng)時(shí)的實(shí)際涂裝環(huán)境有密切的關(guān)系，將來實(shí)際涂裝時(shí)的施工環(huán)境與實(shí)驗(yàn)時(shí)的施工環(huán)境有差別，因此必須參考實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境損耗油漆量Z，對實(shí)際涂裝時(shí)的環(huán)境損耗油漆量作出相應(yīng)的調(diào)整。②如果實(shí)際涂裝時(shí)涂裝工具與實(shí)驗(yàn)時(shí)的涂裝工具不同時(shí)，相應(yīng)的油漆損耗也要作出相應(yīng)的調(diào)整。根據(jù)上述計(jì)算公式計(jì)算出的損耗系數(shù)f，可以計(jì)算出涂料的實(shí)際用量，從而控制涂料的實(shí)際用量。

4.2 涂層檢驗(yàn)

4.2.1 涂層厚度檢驗(yàn)

　　涂層厚度是保證涂層體系設(shè)計(jì)壽命的關(guān)鍵因素，涂層的厚度控制與檢驗(yàn)通常有下列幾種方法：

　　（1）濕膜測試法。此法局限性在于：由于混凝土表面的不平整以及施工條件的不同（比如氣溫高、有風(fēng)的天氣溶劑揮發(fā)快，反之溶劑揮發(fā)慢，同一濕膜在不同條件下測得結(jié)果可能不相同），導(dǎo)致濕膜測試法不準(zhǔn)確。但濕膜測試法可以檢測涂膜是否均勻，這是濕膜測試法的可取之處。

　?。?）掛片對比測試法。此法局限性在于：由于現(xiàn)場監(jiān)督不嚴(yán)或涂裝工藝不同，有可能出現(xiàn)掛片比實(shí)際的混凝土面多涂的現(xiàn)象，所以此法也有可能不準(zhǔn)確。

　　（3）涂料用量控制法。此法局限性在于：由于無法控制涂料的使用情況，不能保證涂料完全用于涂裝，所以此法也有可能不準(zhǔn)確。但只要對涂料使用情況進(jìn)行有力的監(jiān)督，是可以保證涂層厚度的。

　　（4）測厚儀測試法。此法局限性在于：由于測厚儀對基材的平整度非常敏感，而混凝土表面本身很不平整，所以此法測量的結(jié)果也不準(zhǔn)確。

　　鑒于以上各種測試方法的局限性，綜合考慮認(rèn)為用濕膜測試法、測厚儀測試法和涂料用量控制法相結(jié)合的方法是比較準(zhǔn)確的方法。因?yàn)橹灰訌?qiáng)涂料使用情況的監(jiān)督，可以通過涂料用量控制法保證涂層的厚度，又通過濕膜測試法可以控制涂膜的均勻性，以保證涂層的質(zhì)量。

4.2.2 涂層體系粘結(jié)強(qiáng)度檢驗(yàn)

　　測定涂層系統(tǒng)的粘結(jié)強(qiáng)度。涂層經(jīng)7d 自然養(yǎng)護(hù)后，用拉脫式涂層粘結(jié)強(qiáng)度測定儀測定涂層系統(tǒng)的粘結(jié)強(qiáng)度。以測點(diǎn)的粘結(jié)強(qiáng)度算術(shù)平均值為涂層系統(tǒng)的粘結(jié)強(qiáng)度代表值。涂層系統(tǒng)的粘結(jié)強(qiáng)度代表值應(yīng)不小于1.5MPa，最小粘結(jié)強(qiáng)度測點(diǎn)值應(yīng)不小于1.2MPa。涂層粘結(jié)強(qiáng)度測定后，應(yīng)立即觀察鋁合金鉚釘頭型圓盤座的底面粘結(jié)物的情況，如果底面有75% 以上的面積粘附著涂層或混凝土，則試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效。如果底面少于75% 的面積粘附著涂層或混凝土，而且粘結(jié)強(qiáng)度小于1.5MPa，則可在該測點(diǎn)的附近涂層面上重做粘結(jié)強(qiáng)度檢測。如果涂層粘結(jié)強(qiáng)度不能達(dá)到1.5MPa 時(shí)，可在原檢測點(diǎn)附近涂層面上，按加倍測點(diǎn)數(shù)量重做涂層粘結(jié)強(qiáng)度檢測。如仍不合格，涂裝施工應(yīng)返工。

4.2.3 涂層外觀檢驗(yàn)

　　涂裝后應(yīng)進(jìn)行涂層外觀目視檢查。涂層厚度和色澤應(yīng)均勻、無氣泡、無針孔、無裂縫等缺陷。

5 結(jié)束語

　　混凝土表面防護(hù)雖然是輔助性防護(hù)措施，但它的防護(hù)機(jī)理就是物理隔絕腐蝕介質(zhì)，與增加鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度是同樣道理。因此，只要選材合理，施工過程控制到位，就能夠取得理想的防護(hù)效果。

參考文獻(xiàn)：

　　[1] 《杭州灣跨海大橋混凝土涂層防腐蝕技術(shù)文件》.

　　[2] 梁定．跨海和沿海橋梁鋼筋砼腐蝕與防腐。公路與海運(yùn)，2003，10：60-62．

　　[3]《杭州灣跨海大橋混凝土結(jié)構(gòu)表面防腐涂裝工程涂料采購（供應(yīng)商）》招標(biāo)文件.

　　[4] 海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)規(guī)范》（JTJ 275-2000）.

　　[5]《國家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢驗(yàn)報(bào)告》（TW06998-5W1、TW06998-5W3、TW06998-5L1）.