0　引言

    混凝土橋梁是鐵路的重要設(shè)施，其長(zhǎng)度在新建高鐵線路的占比已達(dá)到30%以上，橋梁的耐久性防護(hù)也越來(lái)越受到鐵路有關(guān)部門的重視，針對(duì)混凝土橋梁不同部位及所處的環(huán)境提出了不同的防護(hù)體系或方案，并制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，如對(duì)于混凝土橋梁橋面采用防水卷材或防水涂料進(jìn)行防護(hù)，橋梁梁體進(jìn)行耐久性涂裝等。

    從目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上能用于混凝土橋梁涂裝的涂料產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)顯示，存在的問(wèn)題主要為涂層的柔性、耐低溫和耐紫外老化等性能較差，如涂層的斷裂伸長(zhǎng)率一般在100%以下、在-20 ℃就出現(xiàn)脆性斷裂、人工紫外加速試驗(yàn)在1 000 h就出現(xiàn)變色和粉化等，難以滿足低溫、紫外線輻射強(qiáng)等惡劣環(huán)境下耐久性保護(hù)要求。為此，鐵路總公司在“時(shí)速400 km特殊嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路線橋隧關(guān)鍵技術(shù)研究”和“川藏鐵路混凝土橋梁耐久性設(shè)計(jì)”中將混凝土橋梁的耐久性涂裝列為研究?jī)?nèi)容之一，要求從涂裝防護(hù)材料的選擇及配方優(yōu)化等方面進(jìn)行研究，建立性能評(píng)價(jià)及測(cè)試方法，解決涂料與混凝土基面附著力、提高耐紫外老化性能等關(guān)鍵技術(shù)。

    1　原材料的選擇和制備

    因?yàn)榛炷翆賱傂圆牧希砻娲嬖谖⑿×鸭y，所以柔性材料有利于實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性涂裝保護(hù)。選擇耐候性多元醇與常溫固化型氟碳樹(shù)脂復(fù)配通過(guò)與自合成的柔性異氰酸酯預(yù)聚體進(jìn)行反應(yīng)實(shí)現(xiàn)涂料的柔性化。

    1.1　聚醚多元醇的選擇

    聚醚多元醇含有大量的醚鍵，由于醚鍵較易旋轉(zhuǎn)，具有很好的柔順性，因此有優(yōu)越的耐低溫性能、彈性變形和彈性回復(fù)率等性能，同時(shí)分子量越高、分子鏈越長(zhǎng)，性能越好，所以選擇分子量較高的聚醚如N210、N220等。同時(shí)考慮固化情況及力學(xué)性能，聚醚中需要一定量的聚醚三醇來(lái)增加交聯(lián)點(diǎn)。

    1.2　柔性異氰酸酯預(yù)聚體的合成

    通過(guò)不同聚醚多元醇的復(fù)配與不同量的HDI 或IPDI在不同條件下的反應(yīng)制成不同相對(duì)分子質(zhì)量及NCO含量的異氰酸酯預(yù)聚體。

    合成步驟：在裝有攪拌器、溫度計(jì)的三口燒瓶中加入準(zhǔn)確計(jì)量的聚醚多元醇混合物，在溫度100~120 ℃的真空條件下，脫水至水分含量為0.05%以下，然后降溫至50~60 ℃，再加入計(jì)算量的HDI、IPDI和適量催化劑。在設(shè)定溫度下反應(yīng)一定時(shí)間，測(cè)定體系的—NCO基團(tuán)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，當(dāng)接近設(shè)計(jì)值時(shí)，降溫出料。

    預(yù)聚體—NCO 含量是影響聚氨酯涂層綜合性能的關(guān)鍵因素，可以通過(guò)調(diào)整—NCO 含量來(lái)改善聚氨酯涂層的綜合性能。表1列出了不同—NCO含量對(duì)涂層拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彈性模量影響的測(cè)試結(jié)果，試驗(yàn)時(shí)保持多元醇組分配比不變。

    從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，隨著預(yù)聚體中—NCO含量的增加，聚氨酯涂層的強(qiáng)度逐漸增加，斷裂伸長(zhǎng)率顯著降低，彈性模量明顯變大。這是因?yàn)?mdash;NCO含量越高，涂層中生成的極性基團(tuán)氨基甲酸酯數(shù)量越多，導(dǎo)致分子鏈間相互作用力越大，拉伸時(shí)分子間較強(qiáng)的相互作用力阻礙分子鏈的伸展和滑移，從而表現(xiàn)為涂層強(qiáng)度的增加和伸長(zhǎng)率的下降。同時(shí)—NCO含量的增加，使反應(yīng)生成的涂層中剛性鏈段含量增大，涂層形變時(shí)所受拉伸力明顯變大，因而彈性模量也隨之增大。綜合考慮—NCO含量對(duì)涂層力學(xué)性能的影響，選擇—NCO為6%。

    2　柔性面漆的制備及性能測(cè)試

    2.1　配方的確定

    柔性面漆為雙組分，其中A組分為聚醚多元醇、氟碳樹(shù)脂、鈦白粉、填料、紫外線吸收劑、助劑（消泡劑、流平劑、成膜助劑等）、溶劑等。B組分為自合成的柔性異氰酸酯預(yù)聚體。通過(guò)對(duì)涂層的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、低溫柔性等技術(shù)指標(biāo)測(cè)定確定基本配方，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，得出基本配方為：1）A組分：氟碳樹(shù)脂：30％～50％，聚醚多元醇：10％～40％，鈦白粉：10％～25％，填料：5％～20％，紫外線吸收劑：1.0％～3.0％，流平劑：0.3％～2.0％，消泡劑：0.3％～1.6％，成膜助劑：1.0％～2.0％，稀釋劑：余量。2）B組分：自合成柔性異氰酸酯預(yù)聚體：—NCO含量為5.5%～6.5%。3）mA∶mB =2∶1。

    2.2　面漆的制備

    A組分：先將樹(shù)脂放入分散罐中，在高速攪拌條件下依次加入固態(tài)顏料，高速分散15 min后加入液態(tài)組分，再高速分散10 min后，進(jìn)入砂磨機(jī)進(jìn)行研磨。

    B組分：直接分裝。

    2.3　性能測(cè)試

    對(duì)制備的面漆進(jìn)行了包括力學(xué)性能等技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

    3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

    北盤江特大橋是滬昆高鐵全線跨度最大的橋梁工程，位區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫15～18 ℃，極端最高氣溫 32.6 ℃，極端最低氣溫-4 ℃；月平均氣溫最高為23.4℃，月平均氣溫最低為5.8 ℃。根據(jù)橋址區(qū)30年氣象統(tǒng)計(jì)資料，年平均濕度為 82.4%，因該橋位于某電站大壩下游1.5km 處，濕度比該統(tǒng)計(jì)值更高。為保證該橋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，在2016年6月實(shí)施了耐久性保護(hù)涂裝，面漆采用本文介紹的柔性面漆，保護(hù)體系見(jiàn)圖1。涂裝部位及總面積見(jiàn)表3 。

    施工工藝為：清除橋梁混凝土結(jié)構(gòu)表面的粉化層、浮漿層及剝離、酥松部分，并保持基面干燥，然后依次涂裝封閉底漆、中間漆和耐候柔性面漆。圖2是涂裝前后的照片。2017年6月進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，結(jié)果顯示經(jīng)過(guò)1 a的實(shí)際應(yīng)用，涂層整體顏色一致，光澤均勻、無(wú)變色，沒(méi)有出現(xiàn)裂紋、剝落等病害。

    4　結(jié)語(yǔ)

    研制的柔性耐候面漆涂層具有優(yōu)異的力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度≥10 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率≥150%；在-30℃的低溫下仍保持柔性；耐候性優(yōu)異。

    經(jīng)過(guò)1 a的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行考驗(yàn)，防護(hù)涂裝體系整體質(zhì)量良好，沒(méi)有出現(xiàn)變色、裂紋、剝離等病害，具有優(yōu)異的耐久性。

    作者：杜存山1，南　陽(yáng)1，呂萬(wàn)青2，祝和權(quán)1，王　濤1

    （1. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，北京 100081；2. 安徽鐵創(chuàng)新材料科技有限公司，合肥 230088）

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