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高速公路护栏双涂层防护体系

文档作者：米德伟，李新立黄立勇文档来源：武汉材料保护研究所贵州黔神交通发展有限公司		点击数：	更新时间： 2022年01月23日
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第33卷第9期
2003年9月
涂料工业
PAINT＆ C0A nNGS INDUsTRY
V01．33 No．9
Sep．2003
高速公路护栏双涂层防护体系
米德伟，李新立 (武汉材料保护研究所，430030)
黄立勇 (贵州黔神交通发展有限公司，贵阳550009)
摘要：高速公路护栏采用热浸锌层和喷粉的双涂层防护体系具有阴极保护和屏蔽保护双重作用，是优良的防护
体系。阐述了该体系的作用原理及应用。介绍了护栏热浸锌和喷涂粉末涂料的工艺流程及其注意事项。
关键词：护栏；热浸锌；喷涂粉末涂料；双涂层防护体系；防腐
中图分类号：TQ 639 文献标识码：A 文章编号：0253—4312(2003)09—0024一o4
O 引 言
护栏是维护高速公路和保障安全的重要设施，起
着防止汽车翻车、冲出公路的作用。近年来，随着我
国高速公路建设的飞速发展，护栏市场不断扩大，目
前全国护栏生产厂约200家。我国早期的护栏产品
通常采用涂料防护，但现在普遍采用热浸锌防护。应
针对不同的大气环境选择不同的防护体系：在乡村和
污染不严重的地区，可采用单独热浸锌层防护或单独
喷粉防护型护栏板；而在重工业区或沿海地区，特别
是有酸雨的地区，应采用热浸锌层和喷粉的双涂层防
护体系。
1 双涂层防护体系
在热浸锌层表面进行涂装形成保护层，通常称为
双涂层体系。这种双涂层体系可以维持构件外观的
完整性达20年以上，在欧洲、北美洲、澳大利亚等国
家和地区得到广泛的应用。
双涂层防护体系主要基于阴极保护和屏蔽保护。
阴极保护是基于作为阳极的金属更容易失去电子而
消耗，使阴极得到保护。当锌和铁联接在一起组成一
个原电池，锌作为阳极而被消耗，而铁作为阴极得到
保护。通过这种阴极保护，镀锌层可以为小面积损伤
的铁构件提供保护，直到锌层完全损耗。屏蔽保护是
通过使钢铁与自然环境和潜在的电解液隔离而得到
保护。涂层作为屏蔽层将金属表面与外界环境隔开，
阻止腐蚀介质对金属的作用，同时也可阻碍金属与金
属之间的电流腐蚀。阴极保护和屏蔽保护两方面保护
协同作用，为镀锌构件提供全面的防腐保证。镀锌层
通过阴极保护和屏蔽保护作用来保护基体金属。涂层
紧接着给镀锌层提供屏蔽保护，涂层的存在降低了锌
层的腐蚀率。一旦涂层受侵蚀破坏，锌层可以继续提
供阴极保护和屏蔽保护。热浸锌层表面的涂层在施工
后几个月就脱落，缺少前处理或涂层选择不当是主要
的失效原因，例如醇酸磁漆不能用于镀锌层表面，因
为这会在锌层的表面发生醇酸皂化等反应导致涂层
附着力降低，前处理质量也直接影响涂层的性能。
双涂层体系可以比单独镀锌或单独涂装提供更
完善的腐蚀防护。双涂层体系使用年限是单独镀锌和
单独涂装保护年限之和的1．5～2．5倍，如果进行周期
性的维护，双涂层体系使用年限更长。热浸锌层的使
用年限一般大于25年，单涂层一般lO～l5年，而双涂
层防护体系则可达4|D年以上。双涂层防护体系是优良
的防护体系，特别是在含二氧化硫的气氛中效果更
好。
粉末涂料已大量用于镀锌构件的涂覆，这与粉末
涂料的特性有关：
(1)粉末涂料不含溶剂，无挥发性有机化合物
(VOC)的排放，可减少对环境的污染和改善工作环
境，在贮存、运输、施工中也减少了火灾的危险；
(2)粉末涂料可以回收循环使用，利用率高达
95％ 以上：
(3)可实现厚涂。一道溶剂型涂料的厚度一般
在20 m左右，达到一定厚度需要多道涂装；而一道
粉末涂料厚度可达几十微米到几百微米，省工省时，
有利于自动化生产；
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(4)粉末涂料采用难溶于溶剂且相对分子质量
高、性能优良的树脂，所得涂层的物理力学性能优良。
随着环保法规的强化和人们对环境的关心，传统
溶剂型涂料的生产、使用正受到逐步限制，而这更将
推动粉末涂料的应用。澳大利亚从1986年开始研究
粉末涂料用于热浸锌层，并于1988年得到普及应用。
在欧洲，粉末涂料每年以约7％ 的速度增长，逐步取
代溶剂型涂料，目前约10％ 的工业产品已使用粉末
涂料涂装。隔离栅、路灯、座椅、护栏等产品已开始逐
渐采用粉末涂料涂装。
聚酯粉末涂料具有优异的户外性能和物理机械
性能，可以为热镀锌构件提供持久的保护，同时也提
供完美的装饰效果，已在高速公路护栏及相关产品获
得广泛应用。这种双涂层体系具有较佳的视觉美感，
特别适合风景区采用，通过对粉末涂层色泽的选择，
可与周围的风景互相映衬，与自然环境和谐统一。
2 护栏双涂层工艺
2．1 护栏热浸锌工艺
钢的热浸锌是熔融锌、铁之间相互浸润、熔化及
过渡层扩散生长的过程。钢的热浸锌主要有熔剂法
和保护气体还原法2种方法。保护气体还原法是现
代宽带钢连续热浸锌的常用方法，用于连续生产，但
设备投资较大，控制较复杂。适应高速公路护栏板的
热浸锌工艺根据其特点一般采用熔剂法。熔剂法最
大的特点是，在热浸锌前将预处理的工件进行熔剂处
理，以防止工件进入锌液之前再被氧化，同时也可避
免锌液表面在镀件进入锌槽人口处产生氧化锌。目
前镀锌技术的应用，主要目的在于降低锌耗，提高外
观质量，降低劳动强度，改善工作条件，降低污染和排
放，以及提高效率等方面。
2．1．1 热浸锌工艺流程
热浸锌工艺流程：成型一装架一前处理一预镀一
热浸镀锌一冷却一钝化一水洗一检查一下步工序。
前处理采用除油一水洗一除锈一水洗，除去工件表面
的油渍、灰尘、氧化皮等污物。需焊接的工件，表面的
焊渣、焊皮等在前处理工序之前除去，否则这些部位
会产生裸露的斑点，热浸锌后有凸起的现象。现在一
般的厂家采用斑点处涂覆涂料的办法，这不能从根本
上解决问题，最好采用水溶性焊渣喷剂，在前处理工
序清除焊渣，选用含硅少于0．04％ 的焊条或采用气
体保护的方法。钝化处理可以防止工件表面生成白
锈，提高其在空气中的耐蚀性。如果要喷涂粉末涂
料，可不进行钝化一水洗工序。不进行钝化，可保证
锌层表面的活性而容易进行磷化处理。后处理的过
程中，要保证表面干净和干燥。
2．1．2 锌层的质量要求
锌层厚度：锌层厚度直接关系到其耐蚀寿命。国
家标准GB／T 18226-2000规定了涂覆构件内层金属
镀层：钢管、钢板、钢带的平均锌层质量为270 g／m
(1 la,m镀层厚度对应于7．2 g／m 的附着量，即镀层
厚度≥37．5 )；紧固件、连接件的平均锌层质量为
120 g／m (即镀层平均厚度≥16．7 )。控制厚度
的方法可从2个方面考虑：一个是向白锌液中加铝，
另一个是用气体喷射。
锌层外观：在锌液中加入0．005％ ～0．02％ 的铝
可以使锌层发亮，其原因是铝和氧亲合力大，易生成
氧化铝薄膜，并连续包覆在锌层外面，防止锌层氧化。
适量的铝能增加锌液的流动性，便于操作，提高锌层
的外观质量。
锌层附着性：热镀锌层应有足够的附着性，保证
在正常的搬动、装卸、运输等过程中，经受碰撞而不会
开裂或剥落。
锌层均匀性：附锌量达到标准，硫酸锅浸渍试验
一般没问题。
锌层耐盐雾性：锌液中加适量铝，可以提高锌层
的耐蚀性。铝含量达3％时，可明显提高其耐蚀性；
达到5％ 时，可获得最佳的耐蚀性。
2．2 护栏热镀锌构件静电喷涂粉末涂料
镀锌构件表面锌层的状况可分为3个阶段：第一
阶段，构件热浸锌后，从冷却水中取出时，它的表面是
纯锌层，没有氧化物和粉渣。如果再进行钝化处理，
这种纯锌的表面可以保持一段时间。数天后，开始产
生氧化物和碳水化合物；进入第二阶段，氧化物在表
面扩展形成疏松、粉化的表面，这会给直接涂装带来
巨大的危害。这个阶段将维持约48 h至两年的时
间；第三阶段，形成惰性的、可溶的、结合紧密的锌的
碳水化合物结构层。不同的阶段可以采用不同的前
处理方法：在第一阶段内的构件只须进行少量的处理
或只进行磷化处理即可；处于二、三阶段的构件必须
进行针对性处理。但是具体区分这3个阶段是很难
的，最好的方法是在12 h内进行涂装。
构件进行磷化处理后，其表面生成均匀、致密的
磷化膜。磷化膜可以提高涂层与镀锌层的附着力和
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防护性。普通的磷化液无法适用于热浸锌板磷化，应
采用热浸锌板专用磷化液。不采用磷化工艺而直接
喷涂粉末涂料的构件，涂层的附着力较差，长期的影
响则表现在耐蚀性较差。要求磷化膜与涂料配套性
良好，控制的方法包括槽液控制和磷化质量控制。槽
液控制包括工艺参数、时间、温度等；保持槽液的干
净；定期除渣；保持构件表面的干净等。
为了进行涂装，必须除去钝化层。对存放时间较
长的构件，锌层表面生成的氧化物和碳酸盐也必须除
去。可以采用物理方法和化学方法。物理方法，如采
用喷砂或有打磨作用的刷子除去，但注意不能破坏锌
层，且应保证锌层厚度。化学方法是通过化学反应除
去表面的化合物及其他污物。
2．2．1 涂装工艺流程
涂装工艺流程：脱脂一水洗一表调一磷化一水洗
一热水烫干一上件一预烘一喷涂粉末涂料一固化一
晾干一下件。脱脂的目的在于除油，保证涂层与基体
的紧密附着。表面没有油脂等污物，可省去脱脂、碱
洗、水洗工序。采用胶体磷酸钛表调，其目的是在镀
锌层表面生成一些细小的磷酸盐晶核，这些晶核在磷
化处理时成为磷酸盐结晶的核心，可提高成膜速度和
均匀性。磷化液一般分为铁系磷化液和锌系磷化液。
铁系磷化液满足一般的附着力要求，对于附着力要求
较高的则采用锌系磷化液。
2．2．2 喷粉注意事项
喷粉过程中，要注意吊具的导电性，且吊具上的
涂层不宜太厚，过厚时可采取集中焚烧的方法清除吊
具上的涂层；因工件较重，一定要设计好挂具，要求挂
具牢固可靠。采用预烘的目的：一是除去工件上剩余
的水分，二是可以保证一定厚度的粉末涂料较好地附
着在工件的表面，三是保证工件尽快均匀受热，加快
固化过程。一般预烘的温度是90～140~C。对于护
栏产品，根据其特点，采用自动喷枪另加手工喷枪补
喷相结合的形式，目的是实时监控喷粉质量，保证产
品质量稳定。一般纯聚酯型粉末涂料的固化条件是：
2o0℃(工作温度)，10 min，通过调整加热炉的温度和
链速来保证固化温度和时间。
可采用冷风吹干，在吹干的过程中，对工件进行
检查。对于允许缺陷，如流挂、起泡、露底、缩孑L等可
用丙酮等稀释粉末涂料，趁工件未凉时涂覆或喷覆于
缺陷表面，用余热固化。对于重大缺陷需要进行返修
处理，根据涂膜厚度选取不同的处理方法，一般有3种
方法：直接上件重新喷粉、机械打磨、用脱膜剂处理。
对于涂层质量的检测，分为现场检测和涂层性能
检测。现场检测的项目包括外观、厚度、附着力和耐
冲击性。涂层性能检测包括抗弯曲性、耐磨性、耐化
学品性、耐盐雾性、耐候性、耐湿热性和耐低温脆化性
等。外观检测要求涂层均匀光滑、连续，无肉眼可辨
认的小孑L、孑L隙、裂纹、脱皮等缺陷。附着力按要求作
剥离试验或划格试验，这直接与粉末涂料的质量、烘
烤温度和前处理好坏有关。涂膜厚度控制对于护栏
产品是必需的，可用测厚仪进行测量或采用金相显微
镜法进行涂层断面测量。涂膜薄，影响腐蚀等级，达
不到质量要求，且涂膜不丰满；涂膜厚，浪费原材料，
易造成表面不平。
3 结语
双涂层防护体系具有很大的实用性和推广价值。
该工艺技术可靠，先进实用，操作程序简单，产品质量
稳定，对在恶劣条件下的工件防腐提供了一个先进、
可行的方法。对于双涂层工艺，国外进行了大量的研
究，并有大量的应用实例，如钢结构建筑的顶棚、支
架，道路交通标识，路灯，水利电力设施，车船的座椅，
石油化工管道，汽车部件等。
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收稿日期2003—03—30
通信地址武汉汉口宝丰二路126号材料保护研究所涂装室
联系电话13707181072；(027)83646106
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