1、目录 桥梁建设的发展趋势 桥梁涂料及涂装技术发展历程 桥梁涂料发展的特点 聚脲在桥梁中的应用桥梁建设的发展趋势经过改革开放后30年的发展，我国桥梁建设在材料规范、设计理念和工业化制造方面均达到了世界桥梁行业排名的制高点。根据2010年国际桥梁与结构工程协会的统计，11种类型共111座桥梁排名中，我国桥梁就有48座，占比43%。世界10大跨海大桥中，我国占4席（见表1）。近3年来，在国家新一轮基础建设计划实施下，我国桥梁工程建设又进入了一个高速发展的春天。据统计，至2011年底，我国公路桥梁达到70万座，2986万m，比2010年增加8%；我国现有主跨200m以上的桥梁达200多座。其中包括了铁
2、路、公路大桥（包括钢结构、混凝土大桥）。桥梁建设的发展趋势桥梁建设的发展趋势排位第一的港珠澳大桥是世界最长跨海大桥，可抗8级地震，16级大风，用钢量约50万t，相当于11个“鸟巢”的用钢量，钢结构使用寿命达120a外电评论：中国桥梁界仅用20年就完成了欧洲几十年的发展业绩。今后的20年，中国桥梁建设市场无疑将是令人羡慕的大舞台。产品可靠性由固有可靠性和使用可靠性组成。 固有可靠性：是产品在设计、制造中赋予的，是 产品的一种固有特性，也是产品的开发者可以控制的 使用可靠性：产品在实际使用过程中表现出的一种性能的保持能力的特性，除考虑固有可靠性的影响因素外，还考虑产品安装、 操作使用和维修保障等方
3、面因素的影响固有可靠性高，使用条件好的产品可靠性较高产品可靠性近似为二者乘积一、可靠性定义与指标一、可靠性定义与指标维修性：产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复执行规定状态的能力 维修性是产品质量的一种特性，即由产品设计赋予的使其维修简便、迅速和经济的固有特性保障性：系统（装备）的设计特性和计划的保障资源满足平时和战时使用要求的能力 与装备保障有关的设计特性充足和适 用程度 保障资源的充足和适 用程度 可用性：在要求的外部资源得到保证的前提下，产品在规定的条件下和规定的时刻或时间区间内处于可执行规定功能状态的能力。 产品可靠性、维修性和维修保障的综合反映
4、可靠性是从延长其正常工作时间来提高 产品可用性，而维修性则是从缩短因维修的停机时间来提高可用性 可信性：集合性术语，用来表示可用性及其影响因素：可靠性、维修性、维修保障 可信性的定性和定量具体要求是通过可用性、可靠性、维修 性、维修保障的定性和定量要求表达的桥梁涂料及涂装技术发展历程我国桥梁涂料及涂装技术的发展经历了以下3个阶段：第一，起步阶段（19561979年）：当时，铁道科学院联合国内天津灯塔油漆厂等涂料厂开发研制桥梁涂料，用在武汉长江大桥、南京长江大桥上。涂料类型为红丹防锈底漆、醇酸面漆，以及少量的酚醛漆、聚氨酯漆等。第二，发展阶段（19811999年）：上海开林造漆厂等开发研制出以环
5、氧富锌底漆、环氧云铁中层漆和氯化橡胶面漆为主的桥梁配套涂料，用在上海南浦、杨浦、徐浦大桥上，为我国桥梁重防腐涂料的发展作出了良好的开端。第三，迅速发展阶段（2000年至今）：21世纪初，Hempel、IPKansai、Sigma等跨国涂料公司以独资或合资方式纷纷在中国建厂，将先进的桥梁涂料及涂装技术带入中国，促进了我国桥梁涂料的飞速发展，使我国桥梁涂料不仅在用量上达到最高峰，而且桥梁涂料及其配套的技术先进性也达到了世界领先的阶段。具体实例如下：桥梁涂料及涂装技术发展历程（1）聚硅氧烷面漆。阿克苏诺贝尔（苏州）工业油漆公司及佐敦（张家港）油漆公司的高性能聚硅氧烷面漆分别成功用于重庆菜园大坝大桥和
6、朝天门大桥上。当时采用的配套方案为：无机硅酸锌底漆+环氧云铁中层漆+聚硅氧烷面漆，特别在涂装工艺上取得了显著成果。 桥梁涂料及涂装技术发展历程（2）北京航材百幕新材料技术工程股份有限公司开发的防腐涂料新品种与桥梁应用业绩(见表3)。桥梁涂料及涂装技术发展历程（3）中远关西涂料公司开发的桥梁重防腐涂料，配套涂层的防腐性优异，近年来已为以下100万t钢结构完成供货：四渡河特大桥、大宁河特大桥、南京大胜关长江大桥、青岛海湾大桥、甬江明洲大桥、姚江湾头大桥。2010年下半年，中远关西又承接了武汉二七长江大桥和安庆长江大桥的桥梁涂料供货。桥梁涂料发展的特点 桥梁涂料归属于重防腐涂料。重防腐涂料配套涂层应
7、具有以下特性：能在苛刻的条件下长期使用；附着力好，专业功能强；可实现厚膜化喷涂；施工条件优异。 在桥梁工业迅速发展的推动下，我国桥梁涂料产量攀升，发展势头强劲。2010年，我国涂料总产量超过900万t（t位居世界第1），其中工业防腐涂料240万t，占27%，重防腐涂料132万t，占55%，桥梁防腐涂料19万t，占15%。 桥梁涂料继船舶和石化行业之后，在重防腐涂料份额中位居第3。根据美国麦德华咨询公司的调查，20072010年我国桥梁涂料产量及增速(见表4)。桥梁涂料发展的特点聚脲在桥梁中的应用 我国桥梁防护工程现状及面临的主要问题1、微裂缝钢筋混凝土桥梁在施工及使用过程中，由于受使用材料、环
8、境和温度应力、干燥收缩、养护条件等因素影响，不可避免地导致混凝土产生裂缝，使得侵蚀介质容易由表及里侵入结构内部，从而加剧了桥梁结构的破坏。2、耐久性对于重大桥梁工程，处于恶劣服役环境中的同时要满足高达100年之久的设计使用年限。问题解决不善不仅会造成巨大的经济耗费，严重时，还可能造成安全事故。据最新报道，美国的年腐蚀损失达3000亿美元，占GDP的4.2%，仅就桥梁而言，美国60万座桥中，一半以上出现腐蚀破坏，40%承载力不足，其修复费超过2000亿美元，是这些桥初建费用的4倍。聚脲在桥梁中的应用我国桥梁工程耐久性问题也不容乐观。近几年对沿海的潍坊、东营、滨州、烟台等城市近100座桥梁的调查，
9、大部分在使用5-8年后即出现严重的破坏，有的已倒塌重建。1997年北京市市政工程设计研究总院对北京市城市立交桥梁耐久性进行普查发现：钢筋锈蚀造成桥梁混凝土破坏有普遍性。北京西直门立交桥使用仅19年，就因使用化冰盐导致钢筋锈蚀，而使结构破坏不得不报废重建。聚脲在桥梁中的应用如何提高重大桥梁工程的使用年限1、采用高性能高耐久性建造材料。此种方法能够从一定程度上提高新建结构的耐久性，但是根据目前的调查情况此种方法无法保证大型桥梁结构在长期服役过程中达到50年甚至100年使用年限的要求。2、以涂装防护的形式将其与周围腐蚀介质隔离开来，以保护其不受侵蚀。此种方法无论是应用于新建桥梁工程的耐久性设计还是在
10、现役桥梁的防护修复都具有很好的灵活性，应用广泛。但桥梁结构用涂层防护材料也存在很多问题，包括脆性大、耐介质性差、施工难度大、环保性差等，这些问题造成了涂层防护失效快、耐久性差、施工推广难等问题。 桥梁工程特别是重大桥梁工程急需一种新型涂层材料对结构进行防护，兼具优异防护性能、耐久性、施工性及环保性。根据我国桥梁工程的实际情况，新造桥梁一般采用以下3种配套方法：（1）混凝土结构：封闭漆：环氧封闭漆或硅烷浸渍剂；中层漆：环氧中层漆；面漆：大气环境下，丙烯酸聚氨酯面漆，氟碳面漆，聚硅氧烷面漆；飞溅区或干湿交替区：环氧类面漆等。典型的工程案例有舟山至宁波大陆连岛工程之一西堠门大桥的混凝土结构，采用中远
11、关西（上海）涂料公司的配套涂料：该工程涂装面积2万，于2009年3月完工。成功应用相似配套涂料的桥梁还有杭州湾跨海大桥、青岛海湾大桥、黄河大桥等。聚脲在桥梁中的应用聚脲在桥梁中的应用（2）钢结构：全部采用重防腐涂料配套。底漆：无机富锌底漆，水性无机富锌底漆，环氧富锌底漆；中间漆：环氧云铁中间漆，环氧磷酸锌中间漆；面漆：丙烯酸聚氨酯面漆，氟碳面漆，聚硅氧烷面漆。全部采用重防腐涂料配套的钢结构大桥有南浦大桥、润扬大桥、苏通大桥、菜园坝大桥、香港昂船洲大桥等。值得一提的是，钢箱内侧、风嘴等部位，均采用配套涂料防腐的方法。（3）钢结构：底涂采用电弧喷锌、铝、锌铝合金、锌镁合金。配套涂料大多为环氧专用封
12、闭漆；环氧云铁中层漆；丙烯酸聚氨酯面漆、氟碳面漆、聚硅氧烷面漆。 厦漳大桥就采用了此配套方案，该配套涂料方案还成功应用于香港青马大桥、舟山桃夭门大桥、武汉军山大桥、粤海铁路栈桥、武汉阳逻大桥等。 据不完全统计，采用电弧喷涂锌、铝、锌铝合金、铝镁合金等作重防腐涂料底层的防腐方法，占桥梁钢结构防腐的35%。纯聚脲技术简介及其技术优势喷涂聚脲弹性体的性能特点有：（1）优异的物理化性能：如拉伸强度、伸长率、柔韧性、耐磨性、耐老 化， 防腐蚀；（2）良好的热稳定性：可在120下长期使用，可承受150的短时热 冲击；（3）施工性好：使用成套设备喷涂施工、快速固化，5s凝胶，1min可 达步行强度，效率极高
13、；（4）环保性：100%固含量，不含任何挥发性有机物；（5）无毒性：在水溶液中无溶出性有害物质，不污染环境。聚脲在桥梁中的应用纯聚脲技术应用于重大桥梁工程超长寿命防护的优越性低吸水性：桥梁工程常处于水环境中，腐蚀破坏主要是由于外部侵蚀性介质渗入混凝土结构内部，使得处于钝化态的钢筋产生锈蚀，钢筋锈蚀产物引起混凝土保护层的胀裂和剥落，使得更多的腐蚀介质渗透到混凝土深部的钢筋，引起混凝土结构裂缝和强度降低。涂层防护技术是在结构表面形成一层致密的防水层，以隔断或阻止腐蚀介质的侵入。涂层的吸水性越低，阻断腐蚀介质的能力越强，对结构的防护功能越好。青岛理工大学功能材料研究所对此作了大量研究。48h海水介质
14、吸水率实验表明，纯聚脲涂层混凝土试件的吸水率仅为0.037%，并显著低于以封闭性能著称的环氧涂层的吸水率，在酸碱加速腐蚀条件下，纯聚脲涂层则表现出更为明显的优势。聚脲在桥梁中的应用高附着力：作为涂层防护材料，与基材的附着能力是实现其防护功能的首要前提。结构服役环境对涂层附着力影响很大，比如海洋环境下的混凝土会经受盐雾腐蚀、冻融循环、干湿交替、温度交变或腐蚀介质侵蚀等，这对涂层与基材的粘接性能提出了更高的要求。分别对纯聚脲涂层混凝土和环氧涂层混凝土进行经海水浸泡、干湿循环、盐雾老化和冻融循环60d后的附着力测试试验，实验结果如下表所示：聚脲在桥梁中的应用从上表中的对比数据可以看出：聚脲涂层本身具
15、有很高的附着力，并在恶劣服役环境中有着很高的保持率，环氧作为常规涂层防护材料虽在普通环境中具有很高的附着力，但对环境的适应能力差，特别是由于其是脆性材料，冻融循环对其有致命的影响。聚脲在桥梁中的应用项目项目附着力（附着力（MPaMPa）SPUASPUA涂层混凝土涂层混凝土（QTECH-112QTECH-112聚氨酯底漆）聚氨酯底漆）环氧涂层混凝土环氧涂层混凝土（环氧渗透型底漆）（环氧渗透型底漆）无处理无处理4.174.176.686.68海水浸泡海水浸泡60d60d4.134.136.546.54干湿循环干湿循环60d60d4.104.106.376.37盐雾老化盐雾老化60d60d4.054
16、.056.236.23冻融循环冻融循环60d60d4.024.02- -优异的耐久性（1）纯聚脲涂层具有优异的耐介质性能。由于桥梁工程的服役环境多为水环境，桥梁混凝土不可避免的受到介质离子的影响，最为常见和严重的离子介质腐蚀为硫酸盐腐蚀和氯离子腐蚀，青岛理工大学功能材料研究所对纯聚脲的耐介质性能进行了相关研究。利用快速腐蚀试验法研究聚脲涂层的耐硫酸盐腐蚀能力，实验结果表明，长期浸泡于硫酸钠中的聚脲涂层的宏观性能没有显著降低，其对硫酸盐的侵蚀具有明显的阻碍作用，可显著提高混凝土抗硫酸盐的腐蚀性能。耐盐雾腐蚀性能直观反应出涂料耐海水腐蚀性能的好坏。参照JT/T 695-2007混凝土桥梁结构表面涂
17、层防腐技术条件规定，设计使用寿命为10年的涂层体系，其耐盐雾试验必须超过500h，而纯聚脲涂层由于化学结构稳定、致密、与底材附着性好，耐盐雾性能达10000h，其预计使用寿命高达50年以上。聚脲在桥梁中的应用（2）纯聚脲涂层具有优异的耐干湿循环和冻融循环性能。桥梁的潮差区随潮水涨落而干湿交替，同时周围存在充足的氧气，北方地区还伴有冻融现象，腐蚀最为严重。180d聚脲涂层干湿循环、冻融循环试验显示，涂层拉伸强度分别只有4%和9%的降低，断裂伸长率均有所回升，有良好的力学性能保持能力。（3）纯聚脲涂层具有良好的耐温度交变性及耐低温弯折性。纯聚脲涂层具有很宽的温度适用范围，在-4560的范围内性能无
18、显著降低，无任何裂纹及破坏现象。（4）纯聚脲涂层具有优异的耐老化性能。世界聚脲技术发明人DudleyJ. Primeaux 的加速老化实验表明：纯聚脲材料的寿命在75年以上。青岛理工大学功能材料研究所进行了大量人工老化及自然老化研究 ，结果也论证了Dudley J. Primeaux的观点。聚脲在桥梁中的应用生态环保性：材料的防护性能、施工工艺及生态环保性被称为防护材料最重要的三大性能指标。施工环保性随着人们对环境污染的认识而受到越来越多的重视。喷涂聚脲技术是一种新型无污染的绿色生态施工技术，其环保性主要体现在两个方面。其一是施工过程的环境友好性，喷涂聚脲弹性体为100%固含量，不含任何挥发性
19、有机物，对环境友好，对施工人员健康；其二是聚脲涂层在长期服役过程中，不会析出有害物质，不会对水质造成污染，不会对海洋生态环境造成恶劣影响。聚脲在桥梁中的应用重大桥梁工程纯聚脲防护工程实例纯聚脲技术作为新型生态防护材料，以其优异的综合性能得到了广泛的认可，并已成功应用于国内外多个重大桥梁工程中，提供超长寿命防护。国外，1998年美国宾夕尼亚公路管理局的两座桥梁最先使用聚脲修复技术。1999年美国圣马特（SanMateo）跨海大桥进行拓宽大修工程，选用纯聚脲做防护层，对柱子、梁和桥面板进行防护，它是当时聚脲材料用量最大的工程，其处理工艺细致、施工操作严格，堪称是海湾大桥上施工的典范工程。在2007
20、年的涂层检测中，整个防护体系完好，涂层工作性能良好。2002年，美国康涅狄格州交通局在横跨Starr大街的I-84号桥上使用纯聚脲材料，施工商对纯聚脲的评价相当高，认为聚脲固化快，连续喷涂无流挂，施工像涂黄油一样容易。聚脲在桥梁中的应用国内，青岛跨海大桥部分桥墩采用了纯聚脲作为防护涂层。青岛海湾大桥是我国北方冰冻海域首座特大型桥梁集群工程，在我国北方冰冻地区首次提出了100年设计寿命标准，大桥受盐害、冻融、海雾、台风、暴雨、工业排放物等多重腐蚀环境的综合作用，腐蚀环境恶劣，耐久性防护任务紧迫而严重。青岛跨海大桥桥墩护箱区以及桥墩浪溅区为腐蚀最严重区域，其中81#桥墩与83#桥墩采用纯聚脲涂层防
21、护，对采用环氧涂层和纯聚脲涂层进行防护的桥墩状况进行对比，涂装一年后的桥墩检查状况可以看出，利用纯聚脲技术防护的桥墩完好无损，涂层表面光滑平整，无腐蚀缺陷，性能优良；而采用环氧体系的防护涂层，已出现大量涂层开裂、脱落现象，防护效果大打折扣。聚脲在桥梁中的应用聚脲在桥梁中的应用青岛海湾大桥又称胶州湾跨海大桥，是国家高速公路网G22青岛到兰州高速公路的起点段，是山东省 “五纵四横一环”公路网上框架的组成部分，是青岛市规划的胶州湾东西两岸跨海通道“一路、一桥、一隧”中的“一桥”。起自青岛主城区海尔路经红岛到黄岛，大桥全长36.48公里，投资100亿，历时4年，全长超过我国杭州湾跨海大桥与美国切萨皮克跨海大桥，是当今世界上最长的跨海大桥。大桥2011年6月30日全线通车。是我国自行设计、施工、建造的特大跨海大桥。2011年上榜吉尼斯世界纪录和美国“福布斯”杂志，荣膺“全球最棒桥梁”荣誉称号。大连普湾新区十四号桥大桥所处海湾，为避免海水侵蚀，在建设中采取了一系列防腐措施。水中桥墩里的钢筋采用环氧涂层钢筋；全桥混凝土的外露面都涂装环氧涂层防护，既防腐又美观；大桥所用混凝土为高性能混凝土，可以起到有效防腐作用；主桥支座采用球形防腐钢支座和防腐抗震支座；大桥两边的防护栏杆采用了无缝钢管，涂有防锈漆和白漆。聚脲在桥梁中的应用聚脲在桥梁中的应用笑看风云淡，临风共听蝉！谢谢各位！
