0　引言

    混凝土橋梁是鐵路的重要設施，其長度在新建高鐵線路的占比已達到30%以上，橋梁的耐久性防護也越來越受到鐵路有關部門的重視，針對混凝土橋梁不同部位及所處的環境提出了不同的防護體系或方案，并制定了相應的標準，如對于混凝土橋梁橋面采用防水卷材或防水涂料進行防護，橋梁梁體進行耐久性涂裝等。

    從目前國內市場上能用于混凝土橋梁涂裝的涂料產品質量檢測顯示，存在的問題主要為涂層的柔性、耐低溫和耐紫外老化等性能較差，如涂層的斷裂伸長率一般在100%以下、在-20 ℃就出現脆性斷裂、人工紫外加速試驗在1 000 h就出現變色和粉化等，難以滿足低溫、紫外線輻射強等惡劣環境下耐久性保護要求。為此，鐵路總公司在“時速400 km特殊嚴寒地區高速鐵路線橋隧關鍵技術研究”和“川藏鐵路混凝土橋梁耐久性設計”中將混凝土橋梁的耐久性涂裝列為研究內容之一，要求從涂裝防護材料的選擇及配方優化等方面進行研究，建立性能評價及測試方法，解決涂料與混凝土基面附著力、提高耐紫外老化性能等關鍵技術。

    1　原材料的選擇和制備

    因為混凝土屬剛性材料，表面存在微小裂紋，所以柔性材料有利于實現混凝土結構的耐久性涂裝保護。選擇耐候性多元醇與常溫固化型氟碳樹脂復配通過與自合成的柔性異氰酸酯預聚體進行反應實現涂料的柔性化。

    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，具有很好的柔順性，因此有優越的耐低溫性能、彈性變形和彈性回復率等性能，同時分子量越高、分子鏈越長，性能越好，所以選擇分子量較高的聚醚如N210、N220等。同時考慮固化情況及力學性能，聚醚中需要一定量的聚醚三醇來增加交聯點。

    1.2　柔性異氰酸酯預聚體的合成

    通過不同聚醚多元醇的復配與不同量的HDI 或IPDI在不同條件下的反應制成不同相對分子質量及NCO含量的異氰酸酯預聚體。

    合成步驟：在裝有攪拌器、溫度計的三口燒瓶中加入準確計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 ℃，再加入計算量的HDI、IPDI和適量催化劑。在設定溫度下反應一定時間，測定體系的—NCO基團質量分數，當接近設計值時，降溫出料。

    預聚體—NCO 含量是影響聚氨酯涂層綜合性能的關鍵因素，可以通過調整—NCO 含量來改善聚氨酯涂層的綜合性能。表1列出了不同—NCO含量對涂層拉伸強度、斷裂伸長率、彈性模量影響的測試結果，試驗時保持多元醇組分配比不變。

    從試驗數據可以得出，隨著預聚體中—NCO含量的增加，聚氨酯涂層的強度逐漸增加，斷裂伸長率顯著降低，彈性模量明顯變大。這是因為—NCO含量越高，涂層中生成的極性基團氨基甲酸酯數量越多，導致分子鏈間相互作用力越大，拉伸時分子間較強的相互作用力阻礙分子鏈的伸展和滑移，從而表現為涂層強度的增加和伸長率的下降。同時—NCO含量的增加，使反應生成的涂層中剛性鏈段含量增大，涂層形變時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含量對涂層力學性能的影響，選擇—NCO為6%。

    2　柔性面漆的制備及性能測試

    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聚體。通過對涂層的拉伸強度、斷裂伸長率、低溫柔性等技術指標測定確定基本配方，經過反復試驗，得出基本配方為：1）A組分：氟碳樹脂：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：先將樹脂放入分散罐中，在高速攪拌條件下依次加入固態顏料，高速分散15 min后加入液態組分，再高速分散10 min后，進入砂磨機進行研磨。

    B組分：直接分裝。

    2.3　性能測試

    對制備的面漆進行了包括力學性能等技術指標的測試，測試結果見表2。

    3　現場應用

    北盤江特大橋是滬昆高鐵全線跨度最大的橋梁工程，位區屬亞熱帶濕潤季風氣候，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 ℃。根據橋址區30年氣象統計資料，年平均濕度為 82.4%，因該橋位于某電站大壩下游1.5km 處，濕度比該統計值更高。為保證該橋混凝土結構的使用壽命，在2016年6月實施了耐久性保護涂裝，面漆采用本文介紹的柔性面漆，保護體系見圖1。涂裝部位及總面積見表3 。

    施工工藝為：清除橋梁混凝土結構表面的粉化層、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月進行現場檢查，結果顯示經過1 a的實際應用，涂層整體顏色一致，光澤均勻、無變色，沒有出現裂紋、剝落等病害。

    4　結語

    研制的柔性耐候面漆涂層具有優異的力學性能，拉伸強度≥10 MPa，斷裂伸長率≥150%；在-30℃的低溫下仍保持柔性；耐候性優異。

    經過1 a的現場運行考驗，防護涂裝體系整體質量良好，沒有出現變色、裂紋、剝離等病害，具有優異的耐久性。

    作者：杜存山1，南　陽1，呂萬青2，祝和權1，王　濤1

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

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責任編輯：王元

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