張余英

                 廣州市金鉑爾化工有限公司

摘要：聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）重防腐涂料具有長效耐紫外線性能、超強耐磨性、環保性、施工效率高、防腐蝕效果好等優點，適合于環境惡劣的高海拔地區水工鋼閘門的防腐蝕保護。聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）聚脲涂料在西藏某水電站閘門上的涂裝，是該類涂料在西藏地區的首次應用。其使用效果將被長期關注。

關鍵詞：聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）；重防腐涂料；水工鋼閘門；某水電站

Abstract: A kind of heavy-duty ant-icorrosive coatings, made from poly-aspartic esters with long-life anti-ultraviolet and wear resistance, are suitable to protecting hydraulic steel gates located in high altitude area. The painting and coating were first applied in such area. Its use effect will be paid attention over a long period of time. 

Key word :  poly-aspartic esters, heavy-duty anti-corrosive coatings, hydraulic  steel gates，zangmu hydropower station

0 引言

聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）材料是近幾年出現的一種新型脂肪族慢反應高性能涂層材料，被稱為第三代聚脲，用它可以制備出性能優異的高級防護涂料。該類涂料的固體份在90-100%，零VOC或極低VOC排放，一次施工就可獲得所需膜厚，施工效率高，不僅環保，而且節約能源。該涂料與脂肪族異氰酸酯固化劑反應，常溫即可成膜，涂膜具有卓越的耐候性和超級的耐磨耗性能。其抗耐紫外線性能堪與氟碳涂料相媲美，遠遠超過傳統的丙烯酸聚氨酯（PU）涂料。因此該類涂料在重防腐、船舶、風力發電、水工結構、海上平臺等方面具有廣泛的應用前景^[1-2]。

廣州市金鉑爾化工有限公司多年來致力于聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）的開發研究，解決了許多應用上的瓶頸問題，大大拓寬了其應用領域。以新型結構的聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）做為主體樹脂，可以研制出的長效重防腐涂料已成功應用于許多領域。聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）防腐涂料的成功應用，已引起眾多設計單位和建設單位的極大關注。

      圖1：風電塔筒防腐工程

圖2：水電站閘門防腐工程

本論文著重介紹聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）重防腐涂料在西藏某水電站的應用。涂裝方案由成都某設計研究院設計，建設方為華能西藏發電有限公司

腐蝕環境和涂層體系設計

1.1 腐蝕環境

某水電站地處西藏高原地區，海拔3300m，位于西藏自治區山南地區加查縣境內，屬高原溫帶季風半濕潤氣候。年平均氣溫9.2℃, 極端最高氣溫和極端最低氣溫分別為 32.0℃和-16.6℃；年平均降水量為540.5 mm，平均相對濕度51％，平均風速為1.6m/s，最大風速為19 m/s，相應風向SE；年平均蒸發量為2075.2mm。

壩址水流年平均含沙量0.493kg/m³，多年汛期平均含沙量0.659kg/m³。輸沙量年際變化較大，最大年輸沙量5140萬t。輸沙量年內分配不均勻，主要集中在汛期（6～9月），占全年輸沙量的96.2%，其中7、8兩月占全年的74.1%。汛期（6～9月）平均含沙量0.659kg/m³。

由此可見，某水電站環境特點是海拔高，空氣壓力低，氣溫低，太陽輻射照度高，風沙大，水中含沙量大。做為其水工金屬結構設備重要組成部分的鋼閘門，長期處于干濕交替、紫外光照射、高速水流沖刷、水生物腐蝕、泥沙沖擊、冰凌及其它漂浮物的沖擊摩擦等惡劣環境中，極易發生腐蝕。如不采取防護措施，將不斷削弱鋼結構的承載能力，威脅閘門的安全運行，影響其使用壽命。

1.2水電站鋼結構防腐蝕涂層體系設計

根據水電站鋼結構設施所處工況環境，可將其分為鋼閘門結構（導流底孔閘門門葉、攔污柵柵葉），和埋件結構（溢流壩門槽埋件、其它門槽埋件）兩大類。

工程建設單位和設計單位均十分重視這兩大類鋼結構設施的防腐蝕涂層設計。針對某水電站閘門設備所處的環境特點，最終決定鋼閘門結構采用熱噴鋅加涂料保護，埋件結構采用涂料保護的涂裝方案。在涂料涂層設計上，采用環氧類富鋅底漆和云鐵中間漆，面漆防護層則采用具有優異耐磨損、耐紫外線性能的聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）重防腐涂料。

建設單位和設計院之所以最終選定聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）重防腐涂料作為涂裝體系，是基于其在性能上表現出的超級耐磨損、長效耐紫外線、厚涂施工性。利用環氧類底層漆附著力好、耐鹽霧好、屏蔽性好、廉價的優點，結合聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）面漆，互相取長補短，組成長效的防腐蝕涂裝體系，設計壽命可達20年以上。

防腐蝕涂層設計方案分別見如表1和表2。

表1  鋼閘門的涂裝設計方案

表2    埋件的的涂裝設計方案

2.1 聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）防腐蝕涂料的性能

     T300聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）防腐蝕涂料性能見表3。

    從表3中可以看出，聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）突出的性能優勢表現在如下三個方面：

1）突出的耐紫外線性能。QUV加速老化試驗4000h，色差△E=2.9， 失光率 15%，而較好一點的丙烯酸聚氨酯涂料耐 QUV1000h已基本變色，色差在3.0以上，失光30%以上。可見聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）有優異的保光保色性，性能堪與氟碳涂料相媲美。做為長效防腐蝕面漆，用于紫外線強度高的高海拔水電站鋼結構件防護層，設計上是非常合理的。

2）優異的耐磨性。聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）由于較高的交聯度，單位體積內存在較高密度的脲鍵，賦予了其涂層出色的耐磨性能。檢測結果表明，聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）涂層在750g/500r條件下，磨耗失重僅為0.02g，而聚氨酯和環氧的磨耗數據在0.08g左右。可見聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）面漆做為長效防護層，適合于常年處于高速水流沖刷，泥沙、冰凌沖擊摩擦等惡劣環境下鋼閘門的防護。

3）施工過程的環保性。聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）涂料固體份在90%以上，甚至可以做到無溶劑，施工固含量高，結合環保型的溶劑做稀釋劑，可以極大限度地減少施工過程中有害物質的排放。

        表3：T300聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）防腐蝕涂料性能

2,2 聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）防腐蝕涂料與其它防腐蝕涂料的比較，見表4

表4：與傳統丙烯酸聚氨酯/環氧涂料比較

1、 聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）防腐蝕涂料的涂裝工藝。

（一）對涂裝環境的要求

1、無論是表面處理還是噴涂施工階段，都必須對溫度、相對濕度和露點等關鍵因素進行控制，以獲得最佳的涂裝質量。

2、空氣相對濕度應低于85％，基材溫度須高于露點溫度至少3℃，以防止表面結露。

3、施工環境溫度必須在5-40℃之間，10℃～30℃之間為最合適。

4、基材表面溫度如果高于30℃，應小心避免成膜不良和過度干噴。

6、冬季施工應盡量避免傍晚或晚上進行，高濕低溫施工會引起涂膜粉化、開裂、起翹、剝落等弊病。

（二）對表面噴射處理的要求

1、鋼結構表面在噴射清理前，須先進行結構處理，按ISO 8501-3：2001進行。銳邊和切割邊緣打磨到R≥2mm，氣孔要進行補焊，打磨咬邊處，焊縫光滑沒有焊渣、飛濺等。結構處理前對焊縫進行預噴射有助于更好地發現缺陷。

2、噴射清理前所有油脂和因探傷拍片留下的潤濕劑，按SSPC SP1“溶劑清理”清除干凈。

3、噴射用磨料要清潔干燥。磨料要符合標準GB/T 18838.1.

4、磨料粒徑大小選擇原則，要求能產生規定的表面粗糙度，表面粗糙度按 GB/T 13288-2008 執行。

5、噴射清理時，要防止油或水對噴射清理后的表面的污染。空壓機須安裝油水分離器。

6、磨料不能循環使用，除非得到業主代表或現場技術人員的書面認可。

7、鋼材表面要求噴射清理到GB 8923-88 Sa 2.5級，即表面應無明顯的氧化皮、鐵銹、油漆涂層和異物，任何殘留的痕跡應僅是點狀或條紋狀的輕微色斑。

8、粗糙度達到Rz 40-70 微米或ISO 8503-2 中規定的“中等（G）”級別。

9、不便于噴射除銹的部位，手工或動力工具除銹至GB/T 8923規定的St3級。

10、噴射清理后的鋼材表面要保持清潔直到第一道漆噴涂完畢。

（三）對涂料施工的要求

噴射完工后的工件，要求在4小時內涂裝底漆。如間隔時間過長，必須重新檢驗表面狀況。如表面已返銹或污染，必須重新處理，檢驗合格后方可涂敷施工。

涂料的使用嚴格按廠家規定的要求進行。

施工方法：聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）涂料施工采用輥涂、高壓無氣噴涂、空氣噴涂均可。

輥涂：采用合適的工具以獲得要求的干膜厚度，如果涂層過厚，可以將涂料適度稀釋或采用短毛的輥筒施工。

高壓無氣噴涂：推薦采用17-21 號噴嘴（0.35-0.53mm），總輸出流體壓力17-25Mpa。

空氣噴涂施工：，應檢驗油漆噴涂霧化是否良好，噴槍距被涂面30-50cm，通過調節噴槍移動速度和選用不同流量噴咀以控制厚度，，要防止一次噴涂過厚導致漆膜流掛。

涂裝后應對涂膜認真維護，在固化前應避免雨淋、曝曬及踐踏，吊裝搬運過程中應采取適當防護措施，盡量減少對涂層的損傷。

（四）涂層修補

1 因焊接、切割、機加工、運輸碰撞等原因造成的涂層損壞，應進行修補。修補前先進行表面處理達Sa2.5 級或St3 級，然后依次涂裝底漆、中間漆和面漆，達到設計膜厚。不允許單用面漆修補。

2 為焊接預留未涂漆的部位，在焊接完后，應去除焊渣、磨平焊縫，噴射或動力工具除銹到Sa2.5 級或St3 級，然后根據設計要求依次涂裝底漆、中間漆和面漆，達到設計干膜厚。不允許單用面漆修補。

2、 涂裝質量控制

1) 涂裝前首先要對涂料性能進行抽檢；對環境溫度、濕度、天氣狀況及工件表面溫度等進行檢測記錄。

2) 涂裝前應對表面預處理的清潔度、粗糙度等進行檢查，得到監理工程師確認，合格后方能進行涂裝。

3) 涂裝過程中對每道涂層均應進行濕膜厚度檢測及外觀檢查，并應符合《水電水利工程金屬結構防腐蝕技術規程》(DL/T 5358) 的規定要求。

4) 涂裝結束漆膜固化后，應進行干膜厚度的測定、附著性能檢查等，檢查方法按《水電水利工程金屬結構防腐蝕技術規程》(DL/T 5358) 及《色漆和清漆漆膜的劃格試驗》(GB/T 9286) 進行，面漆顏色符合GSB G51001漆膜顏色標準樣卡要求。

 (5) 涂裝檢驗的各項數據用表格型式記錄，交監理工程師簽字認可后，留作閘門設備出廠驗收資料。

(6)監理工程師對涂裝施工過程進行全程監理。

3、 結語

聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）防腐蝕涂料具有長效耐紫外線性能、超強的耐磨性、環保性、施工效率高、防腐蝕效果好等優點，適合于環境惡劣的高海拔地區水工鋼閘門的防腐蝕保護。聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）聚脲涂料在某水電站閘門上的涂裝，是該類涂料在西藏地區的首次應用。其效果將被長期關注。

隨著西部地區水電大規模開發，聚天門冬氨酸酯聚脲（天冬聚脲）重防腐涂料在我國水利水電工程建設中將展現廣闊的應用前景。

作者簡介：張余英，高級工程師，聚脲涂料專家，大連理工大學兼職教授，廣州市金鉑爾化工有限公司董事長。1992年大連理工大學金屬腐蝕與防護專業畢業，工學碩士；2009年-至今從事聚天門冬氨酸酯型雙組份刷涂聚脲材料的研制工作； 該領域共申請各類專利16項。獲得發明專利 3 項 ，實用新型專利10項。曾任深圳大學化工研究所所長，深圳某集團化工研究院院長。現任廣州市金鉑爾化工有限公司董事長，大連理工大學兼職教授，中國腐蝕與防護學會涂料與涂裝專業委員會委員，中國腐蝕與防護學會電化學測試專業委員會委員。

聯系電話：13312853349   張余英

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