冷涂锌复合涂层体系在钢桥梁上的施工应用
郭放、常彦虎、李强
摘要：近年来，冷涂锌复合涂层体系在钢桥梁防腐中得到了广泛的应用，但在施工应用中仍发现不少问题。本文总结了冷涂锌复合涂层的施工技术，分析了其匹配性和可施工性中存在的问题和缺陷，并提出了优化和改进的建议。从涂料本身来看，需要提高涂料的施工性能，解决冷涂锌涂料与中漆、面漆的配套问题；就施工工艺而言，应选择合适的工艺参数来控制涂层质量。只有通过多方的共同努力，才能避免因无法掌握关键因素和配套性能差而影响涂层质量而导致涂层失效的情况，使冷涂锌复合涂层系统满足防腐要求。与施工同时进行。
关键词：冷涂锌；复合涂层；钢桥；施工申请
冷涂锌是一种单组份涂料，主要由高纯锌粉、溶剂和特种有机混合树脂三部分组成。涂层干膜中锌含量高达96%。它具有热镀锌和富锌镀层的双重优点。可以达到常温热镀锌的效果。提供阴极保护和物理屏蔽双重保护功能，具有优异的防腐性能。施工方便[1]。近年来，冷涂锌作为桥梁行业的新型防腐材料，越来越多地被各大桥梁设计院应用于钢结构桥梁工程中。例如，近两年，三官堂大桥、芜湖二桥、北京永定河大桥、淮海路钢塔、宝鸡盟路大桥、植物园大桥、阳平大桥等众多钢桥工程均采用了冷涂锌。复合涂层防腐系统，但在施工过程中发现其施工要求比较高，在施工和配套方面都存在不同程度的问题，如涂层起泡、剥落、附着力不稳定等。为此，本文总结了冷涂锌复合涂层的施工技术，分析了其在相容性和施工性方面存在的问题和缺陷，并提出了优化和改进的建议。
1 冷涂锌复合涂层施工工艺
1.1 冷涂锌复合镀层体系介绍
与冷涂锌配套的涂料包括冷涂锌专用的封闭漆，以及常规重防腐系统中的环氧封闭漆和云母中间漆。表1为我公司承建的桥梁钢结构使用的两种典型冷涂锌复合涂层体系。
表12 典型冷涂锌复合涂层体系
项目名称
过程
涂料品种
曲目数量
总干膜厚度
/μm
宝鸡的一座桥
喷砂除锈Sa2.5级，Rz50～80μm
一楼
冷喷锌涂层
80
中间层
冷喷锌封闭剂
100
浇头
氟碳面漆
80
北京的一座桥
喷砂除锈Sa2.5级，Rz50～70μm
一楼
涂层镀锌
60
封闭层
环氧密封剂
30
中间层
环氧云母铁中间漆
100
浇头
氟碳面漆
80
表1中“冷喷锌”和“薄膜镀锌”是不同的名称。它们也被称为“冷镀锌层”和“锌基涂层”。 2015年发布的化工行业标准《冷镀锌层》（HG/T 4845-2015）中，明确其名称为“冷镀锌层”。虽然标准中明确规定了其技术条件，但目前市场上的产品配方仍存在很大差异，树脂种类也不尽相同。至于冷涂锌专用封闭漆，由于它兼具封闭漆和中间漆的功能，各厂家产品的技术条件并不统一，缺乏标准判断依据。表2列出了冷涂锌涂料的制造商和所用树脂的类型。
表2 冷涂锌生产厂家及树脂类型[2]
产品品牌
主要树脂类型
制造商
锌加（比利时）
聚苯乙烯
上海上丰建筑工程制品有限公司
强效锌
聚苯乙烯
深圳市彩虹环保建材科技有限公司
罗巴鲁（日本）
丙烯酸、环氧树脂
上海罗巴鲁富锌涂料有限公司
锌盾
聚苯乙烯
无锡华东锌盾科技有限公司
浩津
丙烯酸
上海浩锌科技有限公司
金盘
聚氨酯
湖南长沙金盘新材料科技有限公司
邦杰
聚苯乙烯
常州邦杰化工有限公司
钟宇
聚氨酯
上海中宇新材料实业发展有限公司
永新
环氧酯
兰州西北永新集团有限公司
海山
聚苯乙烯
上海海隆赛能新材料有限公司
1.2 施工环境条件控制
喷涂冷涂锌漆时，要求环境相对湿度在85%以下，钢板温度在露点温度3℃以上，施工环境温度5～40℃ 。由于我国南北跨度较大，涂装施工环境存在明显差异。施工时必须充分考虑环境的影响，特别是温度的影响。
在高温条件下施工时，由于溶剂挥发较快，容易造成冷涂锌漆干喷，形成疏松、粗糙的涂层；此外，高温还会导致涂层起泡和针孔问题。因此，夏季施工时应注意采取有效的遮阳措施，避开高温时段。
在低温条件下施工时，由于涂层的干燥和固化速度较慢，而且冷涂锌本身是单组份涂层，而中层和面层是双组份涂层，因此固化两者的机理不同，且支撑涂层的附着力需要较长时间才能达到理想状态。北方某工程冬季施工检查时发现，涂装完成后构件附着力需要20天左右才能达到标准要求。如果温度较低，则需要更长的时间。
1.3 施工参数控制 1.3.1 涂层道数及厚度
冷涂锌漆中的锌粉含量高达96%，仅使用极少量的树脂即可实现对基材的附着力。为保证冷涂锌层与基体及层间的结合力，冷涂锌层最好一次喷涂，厚度不宜超过80μm，否则附着力会下降甚至导致涂层开裂。作为复合系统的底层，相互结合使用时尤其如此[3]。
第一道封闭漆的作用是填充和封闭冷涂锌层表面的毛细孔。一般来说，喷涂30～40μm即可达到较好的密封效果；第二道封闭漆（或中间漆）的作用是增加厚度。在第一道封闭漆完全封闭的基础上，可以实现厚涂。
面漆分两层喷涂，每层40μm，一层在工厂施工，另一层在桥梁建成后现场施工。
1.3.2 重涂时间
当一次喷涂时冷涂锌层厚度不能达到设计要求，必须分道涂装时，应在前道干燥后立即涂装下道桥梁钢结构防腐问题分析，且两道之间的间隔时间通行证不应太长。如果等待第一层冷涂锌完全干燥后再涂第二层，层间的附着力可能会受到影响。
在单组份冷涂锌涂层上喷涂双组份涂料时，要确保冷涂锌涂层完全干燥，否则会出现涂层咬合、鼓包、分层等严重问题。因此，必须严格控制冷涂锌复合涂层中各涂层的最短重涂时间。最短重涂时间根据制造商的产品要求、温度和膜厚而变化。一般来说，温度越低，膜厚越厚。重涂时间越长。总之，必须保证前一层干燥后才能涂下一层，但间隔时间不宜过长，以免影响层间附着力。
1.3.3 涂装工艺参数
喷涂压力应符合产品说明书的要求。喷涂压力过低，雾化不充分，涂层不均匀；喷涂压力过高，会导致雾化过度，容易产生大量漆雾，造成干喷。特别是对于含锌量较高的冷涂锌涂料，喷涂压力过大会导致锌粉堵塞喷嘴，无法继续施工。
根据涂层的类型，以及涂层的厚度和部件的尺寸和形状，选择合适的喷嘴型号，可以保证涂层外观光滑、厚度均匀，还可以有效控制涂层消耗率。表3为冷涂锌喷镀方法及相关工艺参数。
表3 冷涂锌喷涂方法及相关工艺参数[4]
项目
施工方法
空气喷涂
高压无气喷涂
排出压力/MPa
0.3~0.4
10~16日
喷嘴孔径/mm
1.5~2.5
0.48~0.63
1.4 工件放置位置的影响
工件的摆放不仅要保证足够的操作空间，避免工序之间的干扰，还要保证工件之间的空气流通。另外，应根据构件的结构形式确定合理的放置位置，尽量减少漆雾的影响，从而获得厚度均匀、成膜质量良好、固化完全的涂层。
例如，桥面喷涂施工时，当U型肋朝上放置时，由于U型肋之间的间距较小，喷涂形成的漆雾沉积在U型肋之间的桥面上（如图1所示），导致该部位涂层过厚，涂层粗糙。漆雾堆积形成的涂层比较疏松，不仅附着力差而且孔隙率高，容易出现起泡、针孔等缺陷。涂层过厚也会严重影响附着力。为了解决这个问题，尝试了架设桥面并采用侧喷的方式。但由于桥面较高，喷涂时必须设置支架，喷涂施工不方便，且U肋上方易积聚漆雾。最终确定理想的方式是将桥面U型肋面朝下放置，采用向上喷射的方式。产生的漆雾会自由散射（如图2所示），减少了漆雾对涂装质量的影响。但采用这种方法施工时，需要保证下方有足够的作业空间和良好的通风条件，同时佩戴防护用具，避免飞散的漆雾对施工健康造成不利影响。下面的工人。
图1 向下喷射示意图图2 向上喷射示意图
2 施工过程中存在的问题及原因分析
2.1相容性差由于生产冷涂锌涂料和能同时与其良好配套的中间漆、面漆的公司很少，所以通常会出现冷涂锌涂料和后续配套涂料不配套的情况。由同一制造商制造。另外，各厂家冷涂锌涂料的配方差异较大，其成膜树脂种类也各不相同，增加了匹配的复杂性。
施工单位只能通过大量的配套试验来验证冷涂锌与后续涂层的相容性。一旦更换厂家或调整涂料配方，必须重新进行匹配试验。而且冷涂锌材料本身是单组份涂料，主要依靠溶剂蒸发来实现物理干燥。因此，如果成膜后与双组份涂料配套，很容易出现咬底的情况，而且配套本身就存在风险。 。
2.2 厚涂层性能较差
在实际施工中发现，冷涂锌漆的厚度一次喷涂只能达到50~60μm，但设计厚度通常在80μm以上，有的达到100μm。为达到设计要求的厚度，必须分两道喷涂，否则会出现流挂。但由于冷涂锌漆本身锌粉含量高，树脂含量低，所以最好一次性喷涂。如果第一层干燥后再喷涂第二层，可能会影响层间结合力。分遍喷涂时，应在第一遍干燥后立即施涂第二遍，并尽量缩短间隔时间。但对于某些构件，施工人员必须等待涂层干燥后才能上构件进行作业，因而不得不延长重涂间隔。因此，冷涂锌层如果不能一次性达到较厚的镀层，就会降低施工效率，影响层间结合力。
2.3 附着力不稳定 2.3.1 支撑性能对附着力的影响
根据我公司多个项目的施工情况，不同厂家之间的配套系统效果差异较大。即使是同一厂家配套的，附着力值也存在差异，这可能与施工时的环境条件、涂层厚度、重涂时间等有直接关系。
2.3.2 固化时间对附着力的影响
从我公司目前的施工情况来看，由于单组份冷涂锌与双组份涂料的兼容性，加上冬季固化缓慢，需要7至10天才能固化（固化期为双组分涂层一般为7d)冷涂锌复合涂层附着力一般低于3MPa，均与底层拉离。但随着固化时间的延长，冷涂锌复合涂层的附着力逐渐增加，20 d后达到6 MPa以上。这意味着组件需要等待很长时间才能满足工厂检验要求。这无疑会严重拖延生产进度，尤其是在空间不足、项目工期紧张的情况下，更会成为一个大问题。建议冷涂锌厂家进行相关测试，并提供固化时间随温度变化的曲线或数据，以指导涂层施工。
2.3.3 溶剂对附着力的影响
采用拉开法检测时，应考虑粘合剂中溶剂的影响。由于冷涂锌是一种单组份涂料，粘合剂中的溶剂可能会将其咬坏，严重影响冷涂锌涂层与基材的附着力。我公司在试验中发现，冷涂锌复合体系表层的拉距法可达到8MPa以上，而同一试验板上冷涂锌层的附着力可通过以下方法测定：拉脱法。很穷。当然，这也与冷镀锌层所使用的树脂类型以及所使用的粘合剂组合物有关。在检测标准《色漆、清漆附着力拉离法试验》（GB/T 5210-2006）中，对粘合剂的成分没有明确的规定。它只要求“被测试的涂层产生很少或没有可检测到的变化”。用户需要提前筛选粘合剂。经验证，在单层冷涂锌上使用双组份AB胶时，镀层会被咬伤；但使用单组份3M胶时就没有问题。同样，如果密封层或中间层中的溶剂极性太大，它会咬住底漆并失去附着力。
2.3.4 划痕对附着力测定的影响
由于冷涂锌层的锌粉含量高达96%，而树脂含量很少，当采用划格法进行测试时，刀口两侧的镀层会塌陷，影响评估结果。
2.4 涂层剥落
从实际施工情况来看，造成涂层剥落的主要原因是涂层过厚或重涂间隔时间过短。在上一层涂料完全干燥之前施涂下一层涂料，导致溶剂无法蒸发而残留在涂料中。层。由于单组分冷涂锌涂层对后续涂层溶剂的耐受性非常有限，因此会引起咬底并导致涂层剥落。图3分别为两个工程中出现的涂层剥落问题。首先发现这部分涂层有凸起，然后涂层脱落。剥离涂层后，发现内层涂层较软，测量时可以明显看出涂层厚度。特厚。
图3 涂层剥落
2.5 涂层起泡
冷镀锌层有很多毛细孔。如果底部孔隙不能封闭，气体不能顺利排出，涂层上就会出现气泡和针孔（见图4、图5）。主要原因如下：两个方面。
(1)密封层厚度
首先，必须严格控制密封胶喷涂的厚度。太厚或太薄都不起作用。如果一次涂层太厚，气孔内的空气无法排出，气泡就会被推出涂层外；如果涂层太薄，则无法完全封闭孔隙，达不到封孔效果。
(2)施工温度
夏季涂料施工时，涂料起泡、针孔问题更加明显。首先，在高温条件下施工时，涂料表层干燥过快，导致涂料中的溶剂无法顺利排出，导致气泡或针孔弹出。其次，由于密封胶喷涂的厚度一般较薄，在高温下可能没有足够的时间。一旦完全渗透到底层的毛孔中，就会干燥，无法密封毛孔。
我公司在某桥梁涂装施工过程中也遇到了这样的情况。初期采取了增加稀释剂比例、采用多遍喷涂等施工措施。虽然事态得到控制，但大大降低了施工效率，增加了涂料消耗。额外的稀释剂也会导致VOC排放过量。最终，涂料厂家调整提高了涂料性能，减少了施工遍数，从而解决了起泡问题。
图 4 涂层起泡 图 5 涂层针孔
2.6涂层耐热性差。从目前的冷涂锌行业来看，基本都采用热塑性树脂。热塑性涂料的干燥漆膜受热时容易软化，冷却时容易硬化。耐热温度本身不高，所以当涂层受热时，很容易造成涂层剥落和损坏。图6、图7是工程中冷涂锌复合镀层受热后剥落的照片。
图6 焊缝处涂层剥落 图7 摊铺后剥落
我公司对冷涂锌复合镀层焊缝区域的镀层烧坏进行了焊接试验，发现不同厂家的镀层材料的焊接性能有所不同，但总体来说，冷镀锌复合镀层的焊接性能- 镀锌单层镀层较好。接缝附近涂层烧焦范围很小，涂层基本附着牢固；但在复合涂层上，大面积涂层剥落且剥落较严重（见图8），部分部位还出现涂层凸起（见图8）。图 9）。彻底清洁受损的涂层，直至涂层牢固附着。发现焊接热影响区一侧破损涂层的宽度约为120~150mm。如果采用熔透焊或厚板焊，热影响区可能会更大。这意味着现场焊缝的修复宽度将达到300~500毫米，这无疑将大大增加打磨和重新喷漆的工作量。
图8 焊缝区域涂层剥落 图9 焊缝区域涂层鼓起
此外，对桥面铺沥青后冷涂锌复合涂层的热剥落进行了模拟试验。试验采用了两家冷涂锌厂家的复合涂层，并用履带式电阻加热器加热试验板另一面的涂层，观察涂层的变化。其中，第一厂家的冷涂锌复合镀层在110℃左右开始起泡，气泡数量多、面积大（见图10）；第二厂家的冷涂锌复合镀层在150℃左右开始起泡。数量比较少（见图11）；对比试板的环氧富锌匹配涂层在加热到210℃左右时仍然完好无损。
图10 冷涂锌厂家一
图11 冷涂锌厂家2
这说明冷涂锌复合涂层的耐热性普遍较差，与环氧富锌配套涂层相比存在明显差距。而且，不同厂家的冷涂锌产品的耐热性也不同，这可能与产品的主要树脂种类不同有关。
3 优化改进建议
3.1 涂层本身性能的优化
目前，冷涂锌复合涂层体系施工中遇到的问题主要体现在施工性和配套性差、涂层质量和附着力不稳定、耐热性差等。这主要是由于冷镀锌层本身的特性决定的。决定了。为了从根本上解决问题，冷涂锌厂家应加强在重防腐涂料行业的应用研究，提高冷涂锌的施工性能，解决冷涂锌与中间漆的匹配问题和面漆。 。建议冷涂锌生产厂家进行相关试验，提供冷涂锌复合涂层固化时间随温度变化的曲线或数据，以指导涂层施工。避免因无法掌握关键因素、配合性能不佳而影响涂装质量，导致涂装失败。
另外，目前使用的冷涂锌漆封闭底漆实际上既起到封闭底漆的作用，又起到中间漆的作用。由于作为中间漆需要增加厚度，因此固含量一般较高。但使用封闭漆时，必须另外添加稀释剂。添加比例施工人员难以控制，而且还会增加VOC排放，不符合节能减排的环保趋势。因此，从实际使用效果来看，不如使用封闭漆和中间漆两种单功能涂料。建议冷涂锌生产厂家也提高冷涂锌封闭剂的性能，开发合适的配套涂料。
3.2 施工工艺优化
对于施工单位来说，应从涂装工艺上采取措施，如：选择合适的喷嘴型号，控制喷涂厚度，严格遵守工艺要求的涂装遍数和间隔时间，采取加热、保温、通风等措施。控制涂装质量的措施等。但这些方法只能起到改善和控制的作用，而不能从根本上解决问题。而且，一些技术措施的采用，会增加施工难度，降低施工效率。现在各个项目的工期都非常紧张。如何在保证质量的同时加快施工进度，是业主最关心的问题。因此，要彻底解决问题，必须从根源入手，即提高涂层的性能。
3.3 防腐系统优化
冷涂锌材料的锌含量非常高，比普通富锌底漆具有更好的电化学防腐能力。作为单涂层防腐材料，它们具有明显的优势。但如果采用冷涂锌复合涂层，其兼容性、施工环境和施工要求更高。考虑到施工质量的稳定性和防腐性能的可靠性，设计单位在确定防腐方案时应优先考虑经过实践证明的成熟配套体系，并采用冷涂锌复合镀层配套系统慎用。选择冷涂锌复合涂层方案时，应设计合理的涂层道数和厚度，并充分考虑各种影响因素和施工进度要求。
4 结论
冷涂锌涂层作为单层自密封系统时，表现出良好的施工性能和防腐性能，在电力、水利行业和建筑钢结构中有成功的应用经验。试验表明，其涂层致密性、附着力和耐盐雾腐蚀性能优于同厚度的富锌底漆和热喷锌涂层[5]。但想要推广复合涂层体系在大型桥梁上的应用，必须解决复合涂层体系相容性差、施工性差、施工质量不稳定等问题。这就需要从涂层、设计、施工等方面进行优化。也希望冷涂锌涂料研发人员能够从实际工程实践出发，加强技术研发，开发出防腐效果好、施工难度低的冷涂锌。和支撑涂层。
参考
[1] 王红.新型钢铁防腐材料——镀锌的应用分析[J].装备制造技术，2006（4）：192-194。
[2] 李民峰.钢结构桥梁冷涂镀锌技术[J].电镀与涂装，2017，36（14）：773-776。
[3] 李民峰.冷涂锌的性能及应用[J]．电镀与表面处理, 2014, 33(18): 788-790.
[4] 张鹏桥梁钢结构防腐问题分析，黄斌，廖有为。冷喷锌在水利水电工程钢结构防腐领域的应用[J].湖南水利水电，2017（6）：36-39。
[5] 张青松，高杰伟，王超群，等。热喷锌、冷喷锌和富锌涂层三种涂层的耐腐蚀性能比较[J].腐蚀与防护，2017, 38(12): 903-908 .
作者简介：郭芳(1981—)，女，高级工程师，从事钢结构桥梁防腐涂层施工及应用技术研究。
往期回顾：
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