李運德，徐永祥，楊振波
北京航材百慕新材料技術工程有限公司
摘要：常溫固化FEVE氟碳涂料以其優異的耐候性能在防腐領域應用越來越廣泛，為充分發揮氟碳涂料的耐候性，實現涂層體系的長效防腐，必需進行合理的涂層配套體系設計和嚴格的施工質量控制。本文綜述了氟碳防腐涂層體系設計的一般原則和施工質量控制。介紹了ISO12944、JT/T695等標準在氟碳防腐涂層體系設計中的應用，歸納了在不同腐蝕類型下長壽命防腐氟碳涂層體系實例及特點。介紹了施工工藝和質量控制要點：表面處理是施工工藝過程控制的首要環節，噴砂除銹是最理想的除銹方式，關注磨料品質、表面油污和可溶性鹽份的控制、以及噴砂后的表面灰塵清潔度的控制，噴砂前的結構預處理也是不可疏忽的環節；涂裝工藝過程控制主要考慮適宜的涂裝環境條件，涂料的正確混合和使用，噴涂工藝參數控制，預涂裝等；涂層的質量檢測主要包括漆膜表觀、涂層厚度及附著力，注意選擇合理的驗收批次。
關鍵詞：FEVE氟碳涂料；涂層體系；防腐；標準；施工工藝
1 引言
常溫固化FEVE氟碳涂料自1998年在我國工業化生產以來，在防腐和建筑領域市場很快被認可并獲得應用。當前，FEVE氟碳涂料在我國進入穩步發展階段。氟碳涂料在一大批國家重點工程項目，包括杭州灣跨海大橋、鳥巢奧體中心、天興州及大勝關鋼珩架梁等的應用為氟碳涂料的進一步推廣應用奠定了實踐基礎。同時，一系列相關標準的頒布設施也促使氟碳涂料在相關領域的應用。HG/T3792—2005《交聯型氟樹脂涂料》規定了用于金屬防腐和建筑外墻的FEVE氟碳涂料的技術指標。我國的4個橋梁防腐標準：TB/T1527《鐵路鋼橋保護涂裝》、JT/T722－2008《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》、JT/T694—2007《懸索橋主纜系統防腐涂裝技術條件》、JT/T695—2007《混凝土橋梁結構表面涂層防腐技術條件》，以及石油石化領域的相關標準GB50393—2008《鋼質石油儲罐防腐蝕工程技術規范》等，都把氟碳涂層作為主要的配套涂層體系，并規定了氟碳涂料技術要求。
常溫固化FEVE氟碳涂料以其優異的耐候性能特別適用于橋梁、高層建筑等需要高耐久性的防腐涂層體系的面涂層。毋庸置疑，FEVE氟碳涂料是目前可常溫固化涂料中最優異的耐候面漆，但過分依靠氟碳涂料、片面夸大氟碳涂料的作用，不注重涂層配套和施工質量控制，同樣會導致涂層達不到應有的防腐效果。只有合理的涂層配套體系設計、嚴格的施工質量控制，才能充分發揮氟碳涂料耐候性好的特點，實現氟碳防腐涂層體系的長效防腐。
2 涂層體系設計
2.1 ISO12944-5：2007
ISO12944《色漆與清漆鋼結構防腐涂層保護體系》是國際標準化組織為從事防腐蝕工作的業主、設計人員、咨詢顧問、涂裝承包商、涂料生產和施工企業等匯編的標準。ISO12944包括8部分內容，對涂層體系設計直接相關的內容包括ISO12944-2環境分類和ISO12944-5涂層保護體系。
ISO12944-2根據標準樣品的質量損失（或厚度損失）詳細說明了大氣腐蝕種類（表1）。描述了鋼結構暴露的典型的自然大氣環境，對這些環境的腐蝕性的評定給出了建議。
表1 大氣腐蝕種類和典型環境實例
ISO12944-5推薦了適用于不同類型腐蝕環境、不同表面處理等級、不同使用壽命的涂層配套體系。涂層系統的壽命分為低、中、高三個等級：低壽命，5～10年；中等壽命，10～15年；高壽命，15年以上。
2.2 JT/T722－2008《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》
JT/T722標準是在借鑒國內外標準、總結我國橋梁防腐涂裝實踐經驗基礎上形成的。標準介紹了橋梁防腐涂層體系設計和涂裝質量控制等內容，對指導橋梁防腐及其它類似條件下的鋼結構防腐具有重要指導意義。
涂層配套體系設計遵照ISO12944-5基本原則，參照了標準ISO14713《鋼結構防腐蝕保護金屬涂層指南》、HG/T3656《鋼結構橋梁漆》、TB/T1527《鐵路鋼橋保護涂裝》和日本的《鋼質公路橋梁涂裝便覽》和《鐵路橋涂裝及防腐蝕便覽》等，并結合我國橋梁涂裝體系的實際應用情況，以及新材料、新技術、新工藝的發展狀況。
表2 ISO12944-5附錄A中相應腐蝕類型下的高耐久性聚氣酯涂層體系
標準按照涂裝部位、腐蝕環境、防腐年限、工況條件，共設計涂層配套體系23個。按涂裝部位分為七類：外表面；非封閉環境內表面；封閉環境內表面；鋼橋面；干濕交替區和水下區；防滑摩擦面；附屬鋼構件。腐蝕環境分類等效于ISO12944-2。涂層保護年限分為兩類：普通型，（10～15）年；長效型，（15～25）年。在涂層體系保護年限內，涂層95％以上區域的銹蝕等級不大于ISO4628規定的Ri2級，無氣泡、剝落和開裂現象。
氟碳涂層體系用于外表面，共設計用于C5腐蝕環境下長效型涂層配套體系3個（見表3）。在低于C5腐蝕環境下，標準未給出氟碳涂層配套體系，但標準強調，用于高防腐等級的涂層配套體系也適用于低防腐等級，并可相應降低涂層厚度，也就是說，在腐蝕環境低于C5的情況下，也可采用氟碳涂層體系。
表3 JT T722氟碳防腐涂層配套體系
JT/T722與TB/T1527以及日本鋼橋標準相比，有如下區別：
在涂層體系厚度設計上，雖然3個標準均規定了氟碳防腐體系用于苛刻的腐蝕環境，但TB/T1527的規定的涂層體系最小干膜厚度僅為180μm，相當于C3腐蝕環境下的長壽命涂層體系設計厚度。JT/T722涂層配套遵照ISO12944-5的設計原則。
在底涂層選用上，TB/T1527選用特制環氧富鋅防銹底漆和水性無機富鋅底漆，日本標準選用無機硅酸鋅底漆，JT/T722選用環氧富鋅底漆、無機富鋅底漆（包括水性無機富鋅、醇溶型無機富鋅）以及熱噴鋅/鋁涂層。
在氟碳面涂層設計上，日本標準設計為氟碳中涂30μm＋氟碳面涂20μm；JT/T722也規定了2道面涂層，第一道面涂層可選用脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆或氟碳樹脂漆，漆膜厚度40μm，第二道面涂層選用氟碳面漆，漆膜厚度30μm～40μm；TB/T1527設計氟碳面漆2道，涂膜厚度60μm。
在涂料性能指標規定上，一是氟含量的規定，TB/T1527規定制備氟涂料所選用的氟樹脂的氟含量≥15％；JT/T722規定氟涂料的氟含量優等品≥24％，一等品≥22％。二是鋅含量的規定，TB/T1527規定干膜中鋅粉含量，環氧富鋅≥80％，水性無機富鋅≥90％；JT/T722規定干膜中金屬鋅含量，環氧富鋅≥70％，無機富鋅≥80％。
2.3 氟碳防腐涂層體系
氟碳涂層配套體系和厚度設計參照ISO12944-5、JT/T722、ISO14713。氟碳涂層用于鋼結構外表面的長效防腐，可維持15年～25年的有效防護期，典型配套體系見表4。
表4 長壽命氟碳防腐涂層體系
底漆選用上，環氧富鋅底漆以其優異的電化學保護性能、力學性能和良好的施工性能，作為長壽命防腐涂層體系的首選底漆。在C3腐蝕環境下可選用環氧磷酸鋅底漆，該底漆具有優異的力學性能、鈍化緩蝕功能，并且無毒環保。無機富鋅涂料，包括水性和醇溶型無機富鋅涂料，施工環境、表面處理要求高，但由于其優異的防腐性能，在C5-M環境下推薦采用。金屬熱噴涂涂層＋氟碳防腐涂料涂層，在使用年限內，不需要徹底的噴砂除銹，僅需要1－2次的維修涂裝，便可以維持30年～50年的防腐壽命。
環氧云鐵中間漆具有很好的屏蔽性能和力學性能，是最常用的長效防腐涂層體系中間層。市場上的環氧云鐵中間漆有幾個類型：按涂裝厚度可分為薄涂型和厚涂型，薄涂型一道40μm～60μm，厚涂型一道100μm～150μm；按云鐵灰的加入量和制備工藝可分為兩大類：一類以云鐵灰為主要填料，復配少量的鋁粉、硫酸鋇等填料，攪拌而成，一類是選擇其它顏填料研磨至規定細度后，加入云鐵灰攪拌或粗過砂磨而成。環氧云鐵的質量與固化劑的品質，云鐵灰、鋁粉的含量以及片狀結構，顏填料的分散性有關。
由于無機富鋅、熱噴涂金屬涂層存在一定的孔隙度，直接噴涂厚膜型中間層容易出現起泡和針孔現象。無機富鋅的封閉層一般為20μm～30μm。而熱噴金屬涂層，由于孔隙度高，粗糙度大，需要較厚的封閉漆才能完全封閉，一般需要50μm的封閉涂層，一道施工可能出現針孔，可分兩道施工，首先霧噴一道，過十幾分鐘待空氣逸出后，再噴涂一道封閉層。金屬熱噴涂層的厚度也可為20μm～30μm，但隨后的中間漆厚度不能太厚，否則可能會出現針孔，薄涂的中間層起到部分封閉作用。在封閉漆的選用上，可以選用后道的環氧云鐵中間漆稀釋后作為封閉層，如果涂層厚度不是很厚，這種方法為施工提供了便利性；如果選用專用的環氧磷酸鋅封閉漆進行封閉，封閉效果更好，并且有利于提高涂層間的附著力和防腐性能。
氟碳面涂層可設計為氟碳涂層第一道、氟碳涂層第二道。這樣設計主要是考慮第一道面漆和第二面漆承擔不同的功能：第一道面涂層采用丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆或過渡氟碳樹脂漆，保證涂層體系更好的匹配性、更好的附著力、重涂性；而第二道氟碳面涂層在配方設計中主要考慮耐候性、自潔性和裝飾性。兩道面漆不同配方對橋梁等需要2道面漆分開涂裝（車間涂裝和現場涂裝）的構件非常適用，而對2道面漆不需要分開涂裝的構件，為了涂裝的便利性，可以考慮兩道面漆同一配方。
3 涂裝質量控制
3.1 表面處理
表面處理是整個涂裝作業最重要的控制環節，對涂層防腐壽命的影響占到40％～50％的份額。表明處理包括：酸洗磷化、機械或手工打磨、噴射處理（包括噴砂和拋丸）等。噴砂除銹是長效型防腐涂層體系最合適的處理方式：可以進行徹底的表面除銹；適宜的粗糙度增強了涂層對鋼板的附著力；處于活化態的噴砂金屬表面有利于與涂料中極性基團的結合。
a)除銹等級。鋼鐵表面的銹蝕產物影響涂層附著力，并且會加速電化學腐蝕，對富鋅涂層和金屬涂層還會影響電化學保護效果。盡可能徹底除去表面銹蝕產物是保證涂層長效防腐的基礎。對長效型氟碳防腐涂層體系，除銹等級應達到GB/T8923規定的Sa2½級，既鋼材表面應無可見的油脂、污垢，氧化皮、鐵銹和油漆涂層附著物，任何殘留的痕跡應僅是點狀或條紋狀的輕微色斑；對于水性無機富鋅和熱噴金屬涂層，需要更高的除銹等級，應達到GB/T8923規定的Sa3級，既鋼材表面應無可見的油脂、污垢，氧化皮、鐵銹和油漆涂層附著物，該表面應顯示均勻的金屬光澤。
b)噴砂粗糙度。粗糙的鋼鐵表面通過物理咬合作用以及增大的表面積，可顯著提高涂層對底材的附著力，粗糙度太低對涂層附著力不利，過大的粗糙度對進一步提高涂層附著力貢獻不大，且易造成涂料不必要的浪費，還可能引起峰尖腐蝕，并影響涂膜外觀。長效型防腐涂層體系的噴砂表面粗糙度一般規定為Rz40μm～70μm，但對熱噴涂金屬需要更高的粗糙度，為Rz60μm～100μm。常用的粗糙度表示方法有Ra、Rz、Ry，三者的測試方法和數值不同，Rz=(4～6)Ra。相關的粗糙度測試標準有：GB/T6060.5，通過比較樣塊測試Ra；GB/T10610測試的是Ra、Rz；GB/T13288測試Ry。
c)磨料要求。為獲得高質量的噴砂表面，磨料的品質至關重要。選擇一定硬度、粒度的磨料才能高效率地完成規定粗糙度的表面，同時磨料不能含有水份、油污、可溶性鹽份，以避免造成噴砂表面的二次污染。金屬磨料的選用應符合GB/T18838.1的要求；非金屬磨料的選用應符合GB/T17850.1的要求；
d)表面油污、鹽份控制。噴砂作業并不能完全除去油污、可溶性鹽份等雜質。油污應采用洗滌液、水蒸氣、合適的溶劑清洗，淡水沖洗是除去水溶性鹽份的最佳方式。長壽命涂層體系可溶性鹽份質量應控制在50mg/m2之內，可放寬到70mg/m2。現場可溶性鹽份測試標準有GB/T18570.6、GB/T18570.9。國內涂裝作業不注意鹽份清洗和鹽份控制，這在一般情況下，不會帶來涂裝質量問題。但是在船廠、海洋工程的涂裝作業時，可溶性鹽含量往往超標，這會容易引起滲透壓起泡，造成涂層體系的早期破壞。
e)灰塵清潔度。噴砂后表面殘留的磨料殘渣等雜質影響涂層與基材的附著力，必需使用清潔、無油、無水的壓縮空氣或真空吸塵方式去除，表面灰塵清潔度評價按GB/T18570.3進行，把膠帶摩擦著壓在表面，然后取起放在白紙上，那么灰塵的多少和粒度就會清晰地表現出來。氟碳防腐涂層體系灰塵清潔度等級應不大于2級，既正常或矯正視力下剛剛可見的顆粒，不易清潔的部位可放寬到3級。
f)結構預處理。廣義的表面處理還包括結構預處理。鋼結構預處理是噴砂涂裝前一項極其重要的工作。這是指對在切割、焊接和裝配后產生的結構問題進行進一步的處理，以保證涂膜的連續性和涂層的附著力，有利于涂層有效地起到保護作用。結構預處理包括：銳邊、切割邊的打磨、倒角的磨園、飛濺的去除、粗糙焊縫磨平等。
3.2 涂裝
3.2.1 涂裝環境
涂裝環境條件（溫度、相對濕度、露點）對涂膜形成以及干燥、固化過程有重要影響。合適的涂裝環境條件為環境溫度5℃～38℃，空氣相對濕度不大于85％，并且鋼材表面溫度大于露點3℃。盡量避免環境溫度低于5℃時施工，如果受工期、施工條件影響必需在低溫下施工，應采用低溫固化產品。露點一定要檢測，即使相對濕度不大于85％，也可能出現噴涂表面結露現象。
FEVE氟碳涂料對濕氣敏感，特別要注意對相對濕度的檢測和控制。
醇溶型無機富鋅涂料依靠濕氣固化，空氣相對濕度要求在60％～90％之間。目前國內生產的某些醇溶型無機硅酸鋅樹脂，由于組份中含有活性硅氧烷單體，在成膜過程中可以和硅酸乙酯樹脂交聯固化，因此在較低的相對濕度下也能完成部分固化。當然如果空氣中含有充足的水份，涂膜固化性能更好。
3.2.2 涂裝方法
高壓無氣噴涂具有涂裝效率高、涂膜質量好、對環境污染小的優點，是鋼結構大規模涂裝最適用的方法。采用高壓無氣噴涂施工時，涂料粘度、噴涂壓力、噴嘴類型、噴嘴與工作面距離以及噴涂扇面等參數應按產品說明書進行驗證，以確保施工質量。厚膜型環氧云鐵中間漆噴涂壓力在20MPa～30MPa，噴嘴直徑在0.38～0.54。FEVE的噴涂壓力在10MPa～20MPa，噴嘴直徑在0.28～0.43。
對于一些不易噴涂到的部位應采用刷涂和輥涂方法進行預涂裝，輥涂僅用于人孔、老鼠洞等不易采用刷涂的部位的預涂裝。預涂裝的順序要保證噴砂后的鋼鐵表面盡快全部覆蓋上涂料，對于那些能夠噴到，僅僅是噴涂膜厚不易達到要求的部位，可考慮在噴涂完第一道面漆后進行預涂，而對那些特別不易噴涂到的部位應首先進行預涂裝。
3.2.3 涂料的混合和使用
涂料混合是將雙組份涂料充分攪拌均勻后，按比例混合，再攪拌均勻的過程。為了保證混合的均勻性，盡量采用機械攪拌方式。對于厚漿型高固體份環氧云鐵中間漆，涂料粘度高，分層沉底較嚴重，必需采用機械攪拌方式。涂料攪拌均勻后，應進行必要的熟化（5～30min）,并在適用期內用完（1～8h）。具體的熟化時間和可使用時間應嚴格遵照產品說明書。
用液體環氧制備的高固體份環氧涂料，在較高溫度時可使用時間大大縮短，混合好后應盡快用完。用稀釋劑調整施工粘度時，避免誤用稀釋劑。環氧稀釋劑誤加入FEVE氟碳涂料中會引起快速增稠、凝膠現象。FEVE氟碳涂料所用稀釋劑應采用聚氨酯級稀釋劑，不能含有水份。
3.2.4 維修涂裝
涂層材料在自然環境中會出現生銹、粉化、起泡、開裂、剝落等現象。相對于其它涂料，氟碳涂料的保光、保色性能有了很大提高，并且粉化減薄的速度也大大減緩。但氟碳涂層僅是延緩了涂層防腐失效的時間，隨著服役時間的延長，漆膜也會出現劣化。涂膜劣化評定參照標準GB/T1766和ISO4628。ISO4628有圖例使用起來更加方便。對漆膜粉化、起泡、裂紋、剝落、生銹等劣化形式進行綜合評定，制訂相應的維修或重涂工藝。維修涂裝時一定要試驗新涂層與舊涂層的的相容性。高壓淡水清洗是最佳的表面清潔方式，必要時表面需要拉毛處理。
幾種典型的維修方式如下：
1）銹蝕等級在Ri2時，重涂1－2道面漆；銹蝕等級在Ri2～Ri3時，加涂一道中間漆后，再涂面漆；銹蝕等級大于Ri3時，徹底除銹后重涂。
2）FEVE氟碳粉化超過3級，或粉化減薄的厚度超過面漆三分之一時，應重涂面漆。FEVE氟碳涂料抗粉化能力優異。在海洋大氣腐蝕環境下，丙烯酸聚氨酯面漆5年就會出現嚴重粉化，而FEVE氟碳涂料依據結構上的差異，在2－10年內出現輕微粉化。在腐蝕環境不太惡劣的環境下，抗粉化能力是海洋大氣環境下的2～3倍。
3）正常施工下，高性能FEVE氟碳涂層體系不會出現大面積的起泡、剝落和開裂現象，但局部的此類漆膜劣化現象不能完全避免，根據破壞的程度選用配套油漆方案。小面積修補時，注意新舊涂層連接處表面處理時形成坡口。
3.2.5 涂膜質量檢測
a)外觀
漆膜應平整，面漆顏色均勻一致，不允許有起泡、針孔、流掛現象。
由于環氧云鐵中間漆表面粗糙度大，而FEVE氟碳面漆厚度較薄，特別是采用高光淺色面漆時，可以明顯發現中間漆的粗糙紋路，這屬于正常現象。
采用厚漿型中間漆厚膜施工時，會出現輕微桔皮現象，這也是允許的。
b)厚度
長壽命氟碳防腐涂層體系涂層厚度應符合“90—10”原則，即允許有10%的讀數可低于規定值，但每一單獨讀數不得低于規定值的90%。對于復雜構件或復雜部位，可放寬到“85—15”。厚度最大值不應超過設計厚度的3倍。
對于厚度的檢驗批次，不同領域有具體要求。建議：小構件應檢測到每一個面；大的平面按10～50m2為一檢驗批；對任何存有疑問的部位進行檢測。
c)附著力
現場涂層附著力有兩種測試方法。
一是拉開法，按GB/T5210測試，附著力應大于5MPa，可放寬到3MPa。對于厚度超過250μm的涂層只能采用拉開法測試附著力。
二是劃格法，按GB/T9286測試，應不大于1級，局部測試點可放寬到2級。劃格法可以測試涂層體系中單一涂層和復合涂層的附著力。不同的厚度采用不同的間隔：0～60μm，間隔1mm；61～120μm，間隔2mm；121～250μm，間隔3mm。
4 結語
氟碳涂層以其優異的耐候性成為長效涂層體系的首選面漆，特別適用于大型鋼結構、高層建筑、橋梁等的防護涂層體系。ISO12944《色漆和清漆鋼結構防腐涂層保護體系》、TB/T1527《鐵路鋼橋保護涂裝》、JT/T722－2008《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》、JT/T694—2007《懸索橋主纜系統防腐涂裝技術條件》、JT/T695—2007《混凝土橋梁結構表面涂層防腐技術條件》等，都把氟碳涂層作為主要的配套體系。為發揮氟碳涂層的優異性能，必須選擇適宜的底漆和中間涂層組成涂層體系，同時注意基材表面處理和涂裝施工質量。隨著社會的發展，氟碳防腐涂層體系必將得到越來越廣泛的應用，創造更大的經濟效益和社會效益。
ISO129944-5對雙組份聚氨酯涂料的定義：漆基帶有能與適宜異氰酸酯固化劑反應的游離羥基基團的聚合物，典型的漆基包括：聚醚、丙烯酸酯、環氧、聚酯、氟樹脂。按照這個定義，FEVE氟樹脂從大類上應該歸為雙組份聚氨酯涂料，涂層體系設計可參考類似的涂層體系。為充分發揮FEVE氟碳涂料的高耐候性特征，氟碳防腐涂層體系一般設計為高壽命涂層防腐體系。表2匯總了ISO129944-5附錄A中相應腐蝕類型下的高耐久性聚氨酯涂層體系。
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