針對(duì)在濕熱海洋環(huán)境下長(zhǎng)期服役的鐵路混凝土，設(shè)計(jì)了表面氟碳涂層成套體系，明確了涂層體系應(yīng)用技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上規(guī)范了施工措施并完善了質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)了涂層防護(hù)成套技術(shù)在相應(yīng)工況下的成功應(yīng)用。效益分析表明，涂層技術(shù)的應(yīng)用降低了鐵路混凝土的全壽命期維修費(fèi)用，兼具環(huán)保和社會(huì)效益。
關(guān)鍵詞 材料工程;鐵路混凝土；氟碳涂層；應(yīng)用技術(shù)；海洋環(huán)境；耐久性
隨著我國(guó)對(duì)海洋開(kāi)發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各類碼頭、跨海大橋、人工島等海洋工程基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)數(shù)量正在逐漸增加。鋼筋混凝土由于具有易澆注、耐沖擊、耐磨等優(yōu)良性能以及較低的工程造價(jià)，成為進(jìn)行此類設(shè)施建設(shè)的可以選擇形式。但鋼筋混凝土在海洋環(huán)境下服役時(shí)面臨著較嚴(yán)重的鋼筋銹蝕等腐蝕問(wèn)題，易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、失效，縮短結(jié)構(gòu)使用壽命[1]。為保證安全服役，必須對(duì)已發(fā)生腐蝕的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，但技術(shù)難度與所需資金均十分巨大。因此，人們對(duì)處于嚴(yán)重腐蝕環(huán)境下的鋼筋混凝土越來(lái)越多地采取事前防護(hù)措施以提升其耐久性，從而降低全壽命周期的成本[2-3]。
海南省處于典型的高溫、高濕、強(qiáng)腐蝕等多腐蝕因素耦合作用的海洋環(huán)境下，其區(qū)域內(nèi)鋼筋混凝土的腐蝕問(wèn)題更為突出，對(duì)效果顯著、實(shí)施簡(jiǎn)便、作用持久的混凝土耐久性提升技術(shù)措施的需求更加迫切。在諸多技術(shù)措施中，混凝土表面涂層技術(shù)較為簡(jiǎn)單有效，不僅可以應(yīng)用到新建結(jié)構(gòu)上，還可以應(yīng)用于已有結(jié)構(gòu)的修復(fù)[4-8]。本文主要介紹成功應(yīng)用于新建海南西環(huán)鐵路提升混凝土耐久性的表面氟碳防腐蝕涂層技術(shù)。
1 工程概況
新建海南西環(huán)鐵路始于既有西環(huán)鐵路海口站，終于三亞站，線路走向沿海南西部沿海地段，正線全長(zhǎng)345 km，設(shè)計(jì)時(shí)速200 km，為I級(jí)雙線鐵路。在西環(huán)鐵路中段，位于海南省儋州市與昌江縣境內(nèi)的珠碧江雙線特大橋全長(zhǎng) 3 991 m，橋位與北部灣入海口不足5 km。由于海水倒灌影響，環(huán)境腐蝕作用異常嚴(yán)重，其中，氯鹽環(huán)境的作用等級(jí)為L(zhǎng)3，化學(xué)侵蝕環(huán)境的作用等級(jí)為H4，鹽晶結(jié)晶破壞環(huán)境的作用等級(jí)為Y4，并存在大于Y4等級(jí)的高硫酸鹽含量的極端嚴(yán)重腐蝕環(huán)境，必須對(duì)相應(yīng)環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐蝕強(qiáng)化處理，提升混凝土耐久性。
2 氟碳涂層體系的應(yīng)用
2.1 體系設(shè)計(jì)
為提升混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，防腐蝕涂層體系需要與混凝土基面具有良好的適應(yīng)性，并維持較長(zhǎng)的使用壽命。涂層體系一般由底漆+面漆或底漆+中間漆+面漆組成，各涂層分別承擔(dān)相應(yīng)功能并產(chǎn)生協(xié)同作用，達(dá)到有效避免外來(lái)腐蝕介質(zhì)破壞，從而保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)的目的[9]。
珠碧江雙線特大橋混凝土結(jié)構(gòu)的特殊性主要在于其結(jié)構(gòu)表面處于周期性的干濕交替狀態(tài)，而且潮汐現(xiàn)象導(dǎo)致部分混凝土結(jié)構(gòu)只有很短的時(shí)間位于水面之上。這要求涂層體系具備一些特殊性能，特別是要求封閉底漆能夠在潮濕的混凝土表面涂裝，即除了具備潮濕基面固化的能力外，還需要潮濕混凝土基面具有良好的潤(rùn)濕性、滲透性、耐堿性和優(yōu)異的附著力。此外，中間漆應(yīng)具有良好的屏蔽性能，面漆應(yīng)具有優(yōu)異的耐候性，配套涂層之間還應(yīng)具有良好的相容性，并具備良好的復(fù)涂性。整體而言，作為濕熱海洋環(huán)境下混凝土的表面防護(hù)體系，應(yīng)具有良好的附著力，可防止水的滲透，耐常見(jiàn)化學(xué)制劑和生物附著，在寬廣的溫度范圍內(nèi)具有良好柔韌性等。
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比與優(yōu)選，確定了TK系列滲透性環(huán)氧封閉底漆、柔性環(huán)氧云鐵中間漆和高耐候氟碳面漆的配套體系。該配套體系具有以下技術(shù)特點(diǎn)：
1)涂層黏結(jié)性能佳。在涂料中采用了層間偶聯(lián)法，強(qiáng)化了涂層與基底之間以及各涂層之間的附著力，為整體涂層的長(zhǎng)效防護(hù)提供了保障。
2)涂層耐久性好。在基礎(chǔ)成膜物方面，選用了目前防腐蝕涂料中耐候性較好的樹(shù)脂材料；在力學(xué)性能調(diào)控方面，采用了分子內(nèi)增韌技術(shù)以提高涂層力學(xué)性能，避免了涂層在服役過(guò)程中的小分子增塑劑遷移問(wèn)題，降低了涂層脆化風(fēng)險(xiǎn)。
2.2 技術(shù)要求
依據(jù)室內(nèi)加速試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)涂裝測(cè)試的結(jié)果，并綜合《混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面涂層防腐技術(shù)條件》(JT/T 695—2007)等技術(shù)規(guī)范的相關(guān)要求，對(duì)應(yīng)用的涂料及涂層性能指標(biāo)做出以下規(guī)定(見(jiàn)表1)。
表1 混凝土表面氟碳涂料及相應(yīng)涂層技術(shù)指標(biāo)
檢驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo) 準(zhǔn)檢驗(yàn)依據(jù)涂料及漆膜外觀滿足標(biāo)準(zhǔn)色卡的色差范圍 GB/T3181—2008漆膜顏色標(biāo)準(zhǔn)固體含量≥55% GB1725—1979涂料固化含量測(cè)定法可溶物含氟量≥24% HG/T3792—2005交聯(lián)型氟樹(shù)脂涂料附著力(拉開(kāi)法)≥6MPa GB/T5210—2006色漆和清漆拉開(kāi)法附著力試驗(yàn)表干時(shí)間(25℃)≤4h GB1728—1979漆膜、膩?zhàn)幽じ稍飼r(shí)間測(cè)定法實(shí)干時(shí)間(25℃)≤24h細(xì) 度≤35μm GB1724—1979涂料細(xì)度測(cè)定法柔韌性1mm GB1750—1979涂料流平性測(cè)定法沖擊強(qiáng)度≥50cm GB/T1732—1993漆膜耐沖擊測(cè)定法耐酸性(10%H2SO4)240h無(wú)異常 GB/T9274—1988色漆和清漆耐液體介質(zhì)的測(cè)定耐堿性(10%NaOH)240h無(wú)異常抗氯離子滲透性(活動(dòng)涂層抗氯離子的滲透性試驗(yàn)，30d)≤50×10-3mg/(cm2·d) JT/T695—2007混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面涂層防腐蝕技術(shù)條件耐磨性(1kg·500r)≤005g GB1768—1979漆膜耐磨性測(cè)定法抗拉強(qiáng)度≥10MPa GB/T528—2009硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定斷裂伸長(zhǎng)率≥100%耐紫外老化保光率(6000h)≥70% GB/T14522—2008機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗(yàn)方法熒光紫外燈
2.3 氟碳涂層體系配套方案
依據(jù)腐蝕環(huán)境作用等級(jí)，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與調(diào)整，確定了適用于高溫高濕強(qiáng)腐蝕海洋環(huán)境下的防腐蝕氟碳涂層體系配套方案，見(jiàn)表2。
表2 防腐蝕氟碳涂層體系配套方案
產(chǎn)品類別涂裝道數(shù)干膜厚度/μm參考用量/(kg/m2)滲透性環(huán)氧封閉底漆240～60012～020環(huán)氧云鐵中間漆1～2100～150030～045氟碳面漆270～100025～035
3 施工措施
3.1 基底要求
混凝土基體表面狀態(tài)直接影響涂層與基面的附著力，進(jìn)而影響涂層的防護(hù)效果和壽命。涂裝前應(yīng)盡可能保證混凝土外表面處于面干狀態(tài)(表面含水量不宜大于6%)，目測(cè)混凝土表面應(yīng)無(wú)潮濕痕跡，手觸時(shí)無(wú)潮濕感。混凝土養(yǎng)護(hù)齡期不少于28 d。
混凝土基體應(yīng)保持清潔，必須對(duì)混凝土進(jìn)行良好的基面處理。基面處理宜使用打磨機(jī)或噴砂工藝進(jìn)行清潔，徹底去除混凝土表面殘留的養(yǎng)護(hù)劑、水泥漿、尖角、碎屑、苔蘚、油污等污染物及其他松散附著物。打磨完成后，可以用高壓清潔淡水(壓力不小于20 MPa)對(duì)混凝土表面進(jìn)行清洗，清洗后應(yīng)自然干燥72 h。
當(dāng)混凝土基體有蜂窩、露石以及大于0.2 mm的裂縫時(shí)，應(yīng)對(duì)基體進(jìn)行修補(bǔ)，噴涂修補(bǔ)后混凝土基體的養(yǎng)護(hù)齡期不得少于14 d。
3.2 涂裝環(huán)境要求
噴涂時(shí)混凝土基體的表面溫度應(yīng)在4～40 ℃，并高于露點(diǎn)溫度至少3 ℃，環(huán)境的相對(duì)濕度不宜超過(guò)85%，現(xiàn)場(chǎng)不允許有明火，且保持通風(fēng)條件。環(huán)境溫度低于5 ℃或高于40 ℃，風(fēng)力大于4級(jí)或有降雨時(shí)，不得施工。
3.3 涂裝過(guò)程要求
涂裝可采用刷涂、輥涂或噴涂方式進(jìn)行作業(yè)。涂裝過(guò)程應(yīng)滿足以下要求：
1)涂料使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照產(chǎn)品說(shuō)明的組分?jǐn)?shù)和配合比進(jìn)行混合。必要時(shí)可使用稀釋劑對(duì)涂料進(jìn)行稀釋，稀釋劑添加比例不得超過(guò)原涂料質(zhì)量的5%。
2)底涂涂裝時(shí)應(yīng)使混凝土表面達(dá)到飽和滲透狀態(tài)，即混凝土表面應(yīng)能明顯觀察到底涂材料殘留的液膜。
3)涂裝時(shí)應(yīng)控制涂料用量，盡量避免流掛現(xiàn)象出現(xiàn)。
4)各涂層間的涂裝間隔時(shí)間不得超過(guò)48 h。
5)噴涂的空氣應(yīng)干凈，無(wú)油無(wú)水，空氣壓力控制在0.4～0.6 MPa。
6)涂裝過(guò)程中注意成品保護(hù)，下道工序施工時(shí)要確保對(duì)上道工序的成品無(wú)損壞和污染。
7)各個(gè)涂層要涂裝到位，不得漏涂。
3.4 養(yǎng)護(hù)
為避免涂裝效果受到影響，混凝土結(jié)構(gòu)表面涂裝完畢后6 h內(nèi)不得直接與水接觸。
4 質(zhì)量評(píng)價(jià)
當(dāng)施工結(jié)束后，應(yīng)對(duì)涂層的厚度和附著力進(jìn)行測(cè)定[10]，以衡量涂層的施工質(zhì)量。具體如下：
1)涂裝完成后7 d，應(yīng)進(jìn)行涂層干膜厚度測(cè)定。涂層體系總干膜平均厚度應(yīng)≥210 μm，總干膜較小厚度應(yīng)≥189 μm。當(dāng)不符合上述要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行局部或全面補(bǔ)涂，直至達(dá)到要求的厚度。涂層厚度檢測(cè)應(yīng)符合“90-10”原則，即允許有10%的讀數(shù)低于規(guī)定值，但每一單獨(dú)讀數(shù)不得低于規(guī)定值的90%。
2)涂裝完成后7 d，應(yīng)使用膠帶法進(jìn)行涂層附著力檢測(cè)。在確保涂層表面清潔的情況下，在涂層表面做2道切口，每道約40 mm長(zhǎng)，2道切口以較小的30°～45°角在其中心附近相交。做切口時(shí)，使用直尺并均勻透過(guò)涂層一直用力切到底材上。按均勻速度撕下一段黏結(jié)強(qiáng)度為(10±1)N/25 mm的膠粘帶，除去較前面一段，前后剪下約75 mm的膠粘帶。把該膠粘帶的中心點(diǎn)放在切口的交點(diǎn)上，并沿著較小的角向同一方向延伸。用手指將切口區(qū)域內(nèi)的膠粘帶弄平。透明膠粘帶下的顏色可以用來(lái)表示膠粘帶與涂層是否已完全粘牢。在貼上膠粘帶5 min內(nèi)，拿住膠粘帶懸空的一端，并將其翻轉(zhuǎn)到盡可能接近180°的位置上，迅速地將膠粘帶撕下。檢查切口區(qū)域的涂層與混凝土基底或與前一道涂層分離的情況，分離程度在任一邊上≤1.6 mm為合格。
5 效益分析
5.1 經(jīng)濟(jì)效益
采用本技術(shù)時(shí)建造成本會(huì)有所提高，但相比于涂層材料的費(fèi)用而言，結(jié)構(gòu)自身受到腐蝕而造成的維修和更新費(fèi)用更為巨大。在嚴(yán)重腐蝕環(huán)境下，未經(jīng)防腐蝕處理的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有效

2 氟碳涂層體系的應(yīng)用
2.1 體系設(shè)計(jì)

為提升混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，防腐蝕涂層體系需要與混凝土基面具有良好的適應(yīng)性，并維持較長(zhǎng)的使用壽命。涂層體系一般由底漆+面漆或底漆+中間漆+面漆組成，各涂層分別承擔(dān)相應(yīng)功能并產(chǎn)生協(xié)同作用，達(dá)到有效避免外來(lái)腐蝕介質(zhì)破壞，從而保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)的目的[9]。

珠碧江雙線特大橋混凝土結(jié)構(gòu)的特殊性主要在于其結(jié)構(gòu)表面處于周期性的干濕交替狀態(tài)，而且潮汐現(xiàn)象導(dǎo)致部分混凝土結(jié)構(gòu)只有很短的時(shí)間位于水面之上。這要求涂層體系具備一些特殊性能，特別是要求封閉底漆能夠在潮濕的混凝土表面涂裝，即除了具備潮濕基面固化的能力外，還需要潮濕混凝土基面具有良好的潤(rùn)濕性、滲透性、耐堿性和優(yōu)異的附著力。此外，中間漆應(yīng)具有良好的屏蔽性能，面漆應(yīng)具有優(yōu)異的耐候性，配套涂層之間還應(yīng)具有良好的相容性，并具備良好的復(fù)涂性。整體而言，作為濕熱海洋環(huán)境下混凝土的表面防護(hù)體系，應(yīng)具有良好的附著力，可防止水的滲透，耐常見(jiàn)化學(xué)制劑和生物附著，在寬廣的溫度范圍內(nèi)具有良好柔韌性等。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比與優(yōu)選，確定了TK系列滲透性環(huán)氧封閉底漆、柔性環(huán)氧云鐵中間漆和高耐候氟碳面漆的配套體系。該配套體系具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

1)涂層黏結(jié)性能佳。在涂料中采用了層間偶聯(lián)法，強(qiáng)化了涂層與基底之間以及各涂層之間的附著力，為整體涂層的長(zhǎng)效防護(hù)提供了保障。

2)涂層耐久性好。在基礎(chǔ)成膜物方面，選用了目前防腐蝕涂料中耐候性較好的樹(shù)脂材料；在力學(xué)性能調(diào)控方面，采用了分子內(nèi)增韌技術(shù)以提高涂層力學(xué)性能，避免了涂層在服役過(guò)程中的小分子增塑劑遷移問(wèn)題，降低了涂層脆化風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 技術(shù)要求

依據(jù)室內(nèi)加速試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)涂裝測(cè)試的結(jié)果，并綜合《混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面涂層防腐技術(shù)條件》(JT/T 695—2007)等技術(shù)規(guī)范的相關(guān)要求，對(duì)應(yīng)用的涂料及涂層性能指標(biāo)做出以下規(guī)定(見(jiàn)表1)。

表1 混凝土表面氟碳涂料及相應(yīng)涂層技術(shù)指標(biāo)




彩鋼板，是指彩涂鋼板，彩涂鋼板是一種帶有有機(jī)涂層的鋼板。彩鋼板分為單板、彩鋼復(fù)合板、樓承板等。廣泛使用于大型公共建筑、公共廠房、活動(dòng)板房、及集成房屋的墻面和屋面。
保溫隔熱
該彩鋼板復(fù)合板常用保溫材料有：巖棉、玻璃纖維棉、聚苯乙烯（EPS）、聚氨酯等，導(dǎo)熱系數(shù)低，從而活動(dòng)房具有良好保溫隔熱效果。高強(qiáng)度彩鋼板采用高強(qiáng)度鋼板為基材（抗張拉強(qiáng)度5600kg/cm）再加上較先進(jìn)的設(shè)計(jì)與滾壓成型。因此彩鋼板活動(dòng)房具有極佳的結(jié)構(gòu)特性。

高分子柔性背板特指一類以高分子材料為主體經(jīng)過(guò)多層復(fù)合、涂覆、共擠等工藝成卷制成的背板，第1代高分子柔性背板以 TPT、KPK、TPE（一面干式復(fù)合PVF材料，另一面復(fù)合 PE 等烯烴類或改性的熱塑性）、KPE（一面干式復(fù)合PVDF，另一面復(fù)合PE等烯烴類或改性的熱塑性材料）含氟復(fù)合型背板為代表；因PE 等烯烴類或改性的熱塑性材料僅是從粘結(jié)性、低成本考量的短期環(huán)境應(yīng)用材料，故目前主流過(guò)渡到一面涂覆一面復(fù)合、雙面涂覆的雙面含氟背板，代表結(jié)構(gòu)類型有 XFB和 FFC，即往第2代背板方向發(fā)展，XFB 結(jié)構(gòu)背板所用氟膜主要為PVF和PVDF膜，PVDF 膜隨著國(guó)內(nèi)制膜技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)2~3年有大規(guī)模取代的趨勢(shì)；PET 結(jié)構(gòu)背板因其經(jīng)濟(jì)性，逐步從一代技術(shù)的多層復(fù)合PET過(guò)渡為 AB（A和B 2種或以上改性PET類材料共擠、共混等工藝）結(jié)構(gòu)共擠PET技術(shù)，消除了復(fù)合PET的2個(gè)剛性界面粘結(jié)容易失效的短板，提升了 PET 結(jié)構(gòu)背板的耐濕熱 UV 循環(huán)的綜合性能，可以在溫和環(huán)境的分布式電站中應(yīng)用，同時(shí)降低了成本。 當(dāng)前高分子柔性背板的四大主流結(jié)構(gòu) XFB、FFC、XPE、PET 的技術(shù)路線如圖 4 所示。
圖4 當(dāng)前高分子柔性背板技術(shù)發(fā)展路線
圖5 含氟聚合物分子結(jié)構(gòu)中氟原子排布示意圖
背板的內(nèi)層材料及工藝方式都有向氟碳涂料涂層膜方向發(fā)展的趨勢(shì)。CPC 結(jié)構(gòu)的 FFC（雙面四氟型涂層材料）氟碳涂層背板近8年持續(xù)穩(wěn)定供電約15GW，大量戶外實(shí)際電站運(yùn)行驗(yàn)證，電站運(yùn)行正常，背板材料與初始比較幾乎沒(méi)有變化，克服了傳統(tǒng)復(fù)合型背板易產(chǎn)生層間粘結(jié)失效、黃變失效和粉化的問(wèn)題，積累了大量的應(yīng)用數(shù)據(jù)。 XFB 結(jié)構(gòu)背板的 X（代表氟膜），當(dāng)前主要以為主，對(duì)比產(chǎn)品與國(guó)產(chǎn)氟膜產(chǎn)品，主要的區(qū)別在于兩方面：一是氟膜生產(chǎn)商的生產(chǎn)設(shè)備先進(jìn)、工藝配方成熟、原料控制手段完善；二是氟膜均有較長(zhǎng)的生產(chǎn)歷史，戶外應(yīng)用經(jīng)歷和案例多。國(guó)產(chǎn)氟膜生產(chǎn)商如何克服當(dāng)前的技術(shù)和裝備問(wèn)題并且穩(wěn)定持續(xù)是氟膜國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中較大的難題。長(zhǎng)期的戶外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明：若背板內(nèi)、外層均為含氟型材料，則該類型背板具有更好的耐候性。背板材料耐候性優(yōu)劣的主要區(qū)別還在于材料自身分子結(jié)構(gòu)中是否含有C—F鍵（如圖 5 所示），氟原子的電負(fù)性是所有元素中較強(qiáng)的，C—F鍵的鍵長(zhǎng)短，鍵能大（485.6kJ/mol），能抵抗太陽(yáng)光中波長(zhǎng)為 220~380nm的紫外光光子能量對(duì)其分子鍵的破壞，而小于220nm波長(zhǎng)的紫外線光子本身在太陽(yáng)光中含量較少，這些短波紫外線在照向地球過(guò)程中已基本完全被地球外圍臭氧層所吸收，能達(dá)到地球表面的太陽(yáng)光幾乎對(duì)含氟聚合物沒(méi)有分解影響 。同時(shí)從圖 5 可以進(jìn)一步看出，含氟聚合物分子結(jié)構(gòu)中氟原子呈螺旋形緊密排列，氟原子很好地保護(hù)了內(nèi)層非氟分子及其間相互作用鍵，從而使含氟材料具有優(yōu)異的耐候性、耐熱性、耐高低溫性和耐化學(xué)穩(wěn)定性等，這些是非氟材料不具有的優(yōu)勢(shì)，因而含氟型背板仍是現(xiàn)階段及今后很長(zhǎng)一段時(shí)間應(yīng)用的主流。涂層技術(shù)在太陽(yáng)能背板材料中的應(yīng)用發(fā)展，突破了傳統(tǒng)復(fù)合工藝的限制，讓背板差異化和功能化的設(shè)想得以輕松實(shí)現(xiàn)，打開(kāi)了背板以涂覆技術(shù)和材料功能選型決定來(lái)區(qū)分其功能結(jié)構(gòu)的窗口，同時(shí)也打開(kāi)了氟碳涂料在太陽(yáng)能電站在其他材料防護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用（如支架、接線盒、控制設(shè)施）的窗口。
2.2 背板應(yīng)用創(chuàng)新
一直以來(lái)，太陽(yáng)能背板材料主流是以PET為基膜的多層高分子材料，PET 基膜作為應(yīng)用較廣的絕緣材料，以其優(yōu)異的性價(jià)比在背板材料中作為骨架支撐，發(fā)揮了重要的絕緣和阻隔作用。 PET 材料作為背面骨架由來(lái)已久，經(jīng)歷大量的研究改進(jìn)和戶外驗(yàn)證后，已經(jīng)形成了太陽(yáng)背板專用基膜 PET 材料。當(dāng)然，研究者同時(shí)也提出了很多替代性材料，如業(yè)內(nèi) CSI、Trina 等接到反饋，某國(guó)外背板企業(yè)提出并實(shí)施用尼龍（PA）材料作為背板主體，但經(jīng)過(guò)戶外實(shí)踐發(fā)現(xiàn)其具有開(kāi)裂、發(fā)霉、組件發(fā)電可靠性等一系列外觀和性能問(wèn)題，這一過(guò)渡創(chuàng)新也讓行業(yè)企業(yè)付出了巨大的代價(jià)，同時(shí)該背板企業(yè)及采用類似技術(shù)的企業(yè)也隨之走入了窘境。 當(dāng)然，創(chuàng)新和顛覆在太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域一直上演，很多創(chuàng)新都帶來(lái)積極的價(jià)值，特別是改良型創(chuàng)新。隨著電池效率的不斷提升和光伏應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，光伏組件封裝方式需根據(jù)電池的設(shè)計(jì)和光伏應(yīng)用領(lǐng)域的需求進(jìn)行創(chuàng)新，隨之而來(lái)的各類功能型背板、IBC 背板、雙面發(fā)電背板等創(chuàng)新背板產(chǎn)品大量涌現(xiàn)，如使用玻璃作為背板和高分子柔性涂氟透明背板的雙面透光組件在建筑幕墻、農(nóng)業(yè)大棚等領(lǐng)域得以應(yīng)用。在以玻璃為背板的非透光雙玻組件中，創(chuàng)新地應(yīng)用了白色 EVA 等封裝材料。以玻璃背板 白色EVA 組合替代高分子柔性白色背板，其白色 EVA 的耐候性和材料自身與組合的可靠性還需大量驗(yàn)證，同時(shí)因其組合材料成本低，也給傳統(tǒng)封裝方式的材料帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。因而，氟碳涂料涂氟型背板在與傳統(tǒng)復(fù)合型背板競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)，需不斷提高自身功能性，以應(yīng)對(duì)創(chuàng)新型背板材料的競(jìng)爭(zhēng)。
3 涂氟背板發(fā)展機(jī)遇及氟碳涂料的技術(shù)研究
3.1 高分子柔性背板中氟碳涂料的技術(shù)發(fā)展
近年來(lái)，組件企業(yè)將降本的壓力紛紛轉(zhuǎn)嫁給組件材料供應(yīng)商，迫使材料企業(yè)特別是背板企業(yè)面臨材料技術(shù)更新的壓力和選擇。以氟碳涂料作為 PET 基材保護(hù)層的涂氟型背板材料（CPC、XFC）已逐漸成為主流，其工藝技術(shù)、成本和價(jià)格比傳統(tǒng) TPT 型背板更具優(yōu)勢(shì)，將在未來(lái)占據(jù)背板市場(chǎng)的重要位置。 氟碳涂料的綜合成本比氟膜低，同時(shí)具有極佳的耐候性，能保證組件 25年以上的使用壽命，目前還沒(méi)有一種新材料具有這種優(yōu)勢(shì)并進(jìn)行取代。因而在涂氟型高分子柔性背板中，耐候?qū)拥姆纪苛稀⒎紭?shù)脂是研究的熱點(diǎn)。針對(duì)光伏應(yīng)用領(lǐng)域（如圖 2、表 1、表 2）展開(kāi)研究，需提升氟碳涂料、氟碳樹(shù)脂的性能和功能性。現(xiàn)有氟碳涂料、氟碳樹(shù)脂主要采用可交聯(lián)固化型，即在氟樹(shù)脂中引入—OH、—COOH、雙鍵等官能團(tuán)，使之可與異氰酸酯、三聚氰胺和氨基樹(shù)脂等進(jìn)行加熱交聯(lián)成膜或微波、電子束固化成膜。相信經(jīng)過(guò)技術(shù)革新，以這些氟碳涂料改進(jìn)的背板材料將具有更優(yōu)異的功能和更環(huán)保的應(yīng)用。
3.2 創(chuàng)新背板、組件前板和電站應(yīng)用中氟碳涂料的技術(shù)發(fā)展
氟碳涂料除應(yīng)用在傳統(tǒng)高分子柔性背板上外，在創(chuàng)新背板、組件前板及電站逆變器、支架、接線盒等器件中也會(huì)更多的應(yīng)用，傳統(tǒng)氟碳涂料可提高被涂覆材料的耐候性，延長(zhǎng)材料的使用壽命。另外，一些新型氟碳涂料如超疏水納米氟碳涂料可使上述材料或器件保持極強(qiáng)的耐水性、耐沾污性及自清潔性，使創(chuàng)新背板、玻璃前板及電站有更好的自清潔能力。同時(shí)，氟碳涂料經(jīng)過(guò)納米防冰雪添加劑改性，可降低冰雪與基體的粘結(jié)性，使材料具有明顯的抗結(jié)冰性能，避免出現(xiàn)背板、前板或電站組件在冬天霜凍條件下不能正常工作的情況，甚至可避免溫度極低時(shí)冰雪負(fù)載壓力過(guò)大使組件損壞的情況。在氟碳涂料技術(shù)及施工應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步下，氟碳涂料將在光伏組件材料各個(gè)領(lǐng)域顯示越來(lái)越重要的作用。雙玻組件也將是氟碳涂料應(yīng)用的重要領(lǐng)域，如玻璃面板的鍍膜材料壽命短，長(zhǎng)時(shí)間戶外應(yīng)用后出現(xiàn)鍍膜層剝落、白化等。以氟碳涂料為基礎(chǔ)的玻璃鍍膜材料將對(duì)延長(zhǎng)鍍膜壽命，提高鍍膜玻璃的功能性帶來(lái)巨大貢獻(xiàn)。同時(shí)氟碳涂料在傳統(tǒng)背板上的應(yīng)用解決了高分子柔性板背面的保護(hù)問(wèn)題。 在西北沙塵地區(qū)的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn) FFC 四氟型材料的表面長(zhǎng)期應(yīng)用不積灰塵，帶來(lái)了風(fēng)自潔的效果。三氟型背板材料也可在功能助劑改性下獲得良好的自清潔效果，同樣的透明氟碳涂料技術(shù)可以滿足玻璃表面的自潔問(wèn)題。因此，從氟碳材料本身的特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合涂氟工藝技術(shù)和裝備的進(jìn)步，將助力光伏新能源打開(kāi)材料功能化的創(chuàng)新之窗，拓展創(chuàng)新材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
4 結(jié) 語(yǔ)
通過(guò)對(duì)光伏背板發(fā)展的技術(shù)歷史可以推斷未來(lái)背板市場(chǎng)還將是高分子柔性背板、玻璃背板和其他材質(zhì)背板共存的時(shí)代；傳統(tǒng)的以氟碳材料為耐候?qū)拥谋嘲鍛?yīng)用仍是市場(chǎng)主流；以氟碳涂料涂覆的背板將在傳統(tǒng)高分子柔性背板市場(chǎng)上占據(jù)重要位置。同時(shí)背板材料更加關(guān)注背板抗沙塵侵蝕能力與抗紫外能力的兼容性、背板的長(zhǎng)期阻隔性、抗應(yīng)力等力學(xué)性能、戶外應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)測(cè)試緊密關(guān)聯(lián)性以及環(huán)境因素的影響；如何有效保護(hù)背板材料被影響、維護(hù)材料長(zhǎng)時(shí)間性能穩(wěn)定及背板材料特定環(huán)境應(yīng)用功能化是未來(lái)氟碳涂料的發(fā)展方向和挑戰(zhàn)。隨著涂氟技術(shù)和工藝、裝置技術(shù)的不斷進(jìn)步，氟碳涂料將在光伏電站等更多環(huán)節(jié)領(lǐng)域得以應(yīng)用。同時(shí)，隨著國(guó)家對(duì)太陽(yáng)能新能源政策扶持力度的不斷加大，我國(guó)氟碳涂料技術(shù)將迎來(lái)更快的發(fā)展。
針對(duì)在濕熱海洋環(huán)境下長(zhǎng)期服役的鐵路混凝土，設(shè)計(jì)了表面氟碳涂層成套體系，明確了涂層體系應(yīng)用技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上規(guī)范了施工措施并完善了質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)了涂層防護(hù)成套技術(shù)在相應(yīng)工況下的成功應(yīng)用。效益分析表明，涂層技術(shù)的應(yīng)用降低了鐵路混凝土的全壽命期維修費(fèi)用，兼具環(huán)保和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞 材料工程;鐵路混凝土；氟碳涂層；應(yīng)用技術(shù)；海洋環(huán)境；耐久性

隨著我國(guó)對(duì)海洋開(kāi)發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各類碼頭、跨海大橋、人工島等海洋工程基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)數(shù)量正在逐漸增加。鋼筋混凝土由于具有易澆注、耐沖擊、耐磨等優(yōu)良性能以及較低的工程造價(jià)，成為進(jìn)行此類設(shè)施建設(shè)的可以選擇形式。但鋼筋混凝土在海洋環(huán)境下服役時(shí)面臨著較嚴(yán)重的鋼筋銹蝕等腐蝕問(wèn)題，易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、失效，縮短結(jié)構(gòu)使用壽命[1]。為保證安全服役，必須對(duì)已發(fā)生腐蝕的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，但技術(shù)難度與所需資金均十分巨大。因此，人們對(duì)處于嚴(yán)重腐蝕環(huán)境下的鋼筋混凝土越來(lái)越多地采取事前防護(hù)措施以提升其耐久性，從而降低全壽命周期的成本[2-3]。

海南省處于典型的高溫、高濕、強(qiáng)腐蝕等多腐蝕因素耦合作用的海洋環(huán)境下，其區(qū)域內(nèi)鋼筋混凝土的腐蝕問(wèn)題更為突出，對(duì)效果顯著、實(shí)施簡(jiǎn)便、作用持久的混凝土耐久性提升技術(shù)措施的需求更加迫切。在諸多技術(shù)措施中，混凝土表面涂層技術(shù)較為簡(jiǎn)單有效，不僅可以應(yīng)用到新建結(jié)構(gòu)上，還可以應(yīng)用于已有結(jié)構(gòu)的修復(fù)[4-8]。本文主要介紹成功應(yīng)用于新建海南西環(huán)鐵路提升混凝土耐久性的表面氟碳防腐蝕涂層技術(shù)。

1 工程概況
新建海南西環(huán)鐵路始于既有西環(huán)鐵路海口站，終于三亞站，線路走向沿海南西部沿海地段，正線全長(zhǎng)345 km，設(shè)計(jì)時(shí)速200 km，為I級(jí)雙線鐵路。在西環(huán)鐵路中段，位于海南省儋州市與昌江縣境內(nèi)的珠碧江雙線特大橋全長(zhǎng) 3 991 m，橋位與北部灣入海口不足5 km。由于海水倒灌影響，環(huán)境腐蝕作用異常嚴(yán)重，其中，氯鹽環(huán)境的作用等級(jí)為L(zhǎng)3，化學(xué)侵蝕環(huán)境的作用等級(jí)為H4，鹽晶結(jié)晶破壞環(huán)境的作用等級(jí)為Y4，并存在大于Y4等級(jí)的高硫酸鹽含量的極端嚴(yán)重腐蝕環(huán)境，必須對(duì)相應(yīng)環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐蝕強(qiáng)化處理，提升混凝土耐久性。


氟碳彩鋼板該產(chǎn)品積累了三十多年的生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)涂料采用專利配方, Kynar Kynar5000,無(wú)機(jī)陶瓷顏料,每一種新的原料都必須經(jīng)過(guò)佛羅里達(dá)十年曝曬證明才能商業(yè)使用,從而使產(chǎn)品質(zhì)量得到可靠保證。美國(guó) Fitzpartrick核電站廠房彩板采用熱鍍鋅基板,涂上含70%樹(shù)脂的氟碳涂料。1971年建成至今不僅表面及基板完好,而且色彩依舊。寶鋼氟碳涂料的供應(yīng)商為世界上較早的也是較大的氟碳涂料公司之一,提供20年涂層質(zhì)量保證,保證20年內(nèi)涂層不脫落,不粉化。

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