防结冰涂料在斜拉桥防结冰工程中的试用

陈耀井

摘要：本文介绍了斜拉桥斜拉索如何防止在冬天结冰伤人的问题。通过对不同规格和性能的防结冰涂料做对比试验，优选了一种防结冰涂料进行试做，从工程交工验收后一年来的观察，确实起到了防止冬季雨雪结冰的效果，对于涂料的耐久性等性能还需要进行更长时间的观察研究。供有兴趣的同仁探讨，指正。

关键词：防结冰涂料；斜拉索；防结冰；应用

1.工程概况

1.1工程概括

本工程是宿淮盐高速公路上的淮安大桥，是一座特大型桥梁，也是淮安市一座标志性建筑。淮安大桥南岸陆生部分位于淮安市清浦区城南乡新闸村范围内，大桥从新闸村中间穿过。有群众反映，淮安大桥斜拉索在冬天雨雪天气过后，容易形成冰棱，冰棱在融化过程中会掉落，在风的作用下会飘落到大桥附近居民的生产生活区造成一定的安全隐患。

1.2桥梁现状

业主要求想办法采取措施，预防斜拉索在冬季结冰伤人事件。经过市场调研，目前国内还没有类似工程的施工案例。如果在表面缠绕电阻丝发热，不仅工作量大，也不经济，同时后期维护较为困难，我们想借用高压线及风力发电叶片上使用的特殊纳米涂料做表面处理，在表面形成荷叶效应，雨水能在结冰前就已滚落。市场上能用的涂料不多，经多方寻找。确定有3个品牌涂料可能会适用。为了检验市场上不同品种的防结冰涂料使用效果，我们模拟工程使用现场情况。租赁冷库做环境模拟试验。

2.防结冰涂料试验

三家单位生产的产品编号分别是：石家庄的是WZGI-07、北京的是ZS-611、烟台的是ZXL-DS-03。这三种涂料均是防结冰纳米涂料，WZGI-07涂料和ZXL-DS-03涂料是透明的，无刺激性气味，涂刷后不改变原有颜色，也比较环保。而ZS-611涂料呈米黄色，且气味较大，环保性差。它们的原理都是一样的，都是在涂刷层表面形成荷叶效应，使表面自洁，不粘灰尘、不粘水。亲水性和憎水性材料表面水接触角示意图如下：

考察中三家单位都进行了演示，演示过程中发现表面水接触角较大，憎水性较好的是烟台的ZXL-DS-03纳米超疏水自洁涂料。为了进一步验证三种涂料的防结冰陛能，我们分别购买了三份样品，做低温下防结冰试验和常温下滴水试验。

2.1在低温下防结冰试验

2.1.1试验准备

本次试验样品为三种不同涂料，我们在4根110PVC管材上缠绕螺旋状绳子，模拟现场PE护管接缝。据现场观察，在冬季容易结冰的地方就是PE护管接缝。缠绕绳子之前，要将管材擦拭干净晾干，缠绕绳子以后，重新擦拭、晾干，并编号。

2.1.2管材涂装

试验时。4跟PVC管材，其中3根分别涂刷三种涂料，1根不刷涂料，做对比试验。三种涂料规格分别为WZGI-07、ZS-611、ZXL-DS-03。根据几种涂料的配比要求，特选用精确度0.2g的架盘天平进行称量、混合。对于三种涂料均采取届4涂的涂装方法。涂装后。将管材放在室外晾晒。以达到试验要求。

2.1.3冷库准备

本次试验为租赁冷库进行，试验前将4根PVC管材用绳子固定在冷库墙面上，在温度低于0℃以后。进入冷库淋水。由于在冷库中改装喷淋水管有较大难度，本试验采用人工淋水的方法。

2.1.4不同温度下的试验情况

（1）环境温度为-3℃左右时

此时由于温度还不是很低，且淋水时间较短，四根管材均未结冰，只是在表面有部分水滴凝结。

（2）环境温度为-10℃左右时

此时，四根管材的表层已开始结冰，其中，ZXL-DS-03的表层仍未完全结冰，其余三根管材表层均已完全结冰，未涂刷防冰涂料的管材和涂刷WZGI-07的管材已开始出现小的冰棱。

（3）环境温度为-15℃左右时

此时温度已经较低，未涂刷涂料的管材和涂刷WZGI-07的管材已出现较多较长冰棱，涂刷ZXL-DS-03的管材表层也已完全结冰，但和涂刷zs-611的管材一样，只是出现了个别较小冰棱。

2.2在常温下滴水试验

冷库对比试验后，为了进一步证明ZXL-DS-03和ZS-611涂料哪个荷叶效应更好，我们做了滴水试验，选用两块材质相同的塑料板进行滴水试验。

滴水试验分为两个阶段，第一阶段水平放置塑料板，滴水后观察水滴的表面水接触角：第二阶段倾斜放置，观察水滴滑落情况。

2.2.1水平放置

（1）通过对比试验可以发现，水平放置滴水后，涂刷ZXL-DS-03涂料的塑料板上，水滴呈半球状，表面水接触角>90°，类似荷叶效应。厂家在实验室中做过检测，表面水接触角>120°。

（2）涂刷ZS-611涂料的塑料板上，水滴没有呈有规则的小圆球，表面水接触角也较小。

（3）未涂刷任何涂料的塑料板表面，水滴呈扁平状，表面水接触角很明显是<90°。

2.2.2倾斜放置

（1）倾斜放置塑料板滴水后，涂刷ZXL-DS-03涂料的塑料板表面不吸附水滴，水滴滴上后迅速滑落，且基本不留痕迹。

（2）涂刷ZS-611涂料的塑料板虽然吸附水滴较小，但水滴滑落后留下痕迹明显。

（3）未涂刷涂料的塑料板吸附水滴较大，水滴滑落后痕迹明显。

2.3试验结论

通过本次防结冰涂料对比试验，发现未涂刷涂料和涂刷WZGI-07涂料的管材结冰和生成冰棱速度均较快，涂刷ZS-611，尤其是涂刷ZXL-DS-03涂料的管材，表面结冰较慢，在温度-15℃，长时间淋水后，才逐渐生成冰棱，且速度较缓。考虑到本地冬季实际温度很难长时间达到-15℃，以及在室外风力和震动的作用下，ZS-611和ZXL-DS-03涂料应该可以有效防止斜拉桥拉索结冰和冰棱的产生，消除安全隐患。而从常温滴水试验的情况看，ZXL-DS-03涂料更容易形成荷叶效应，更有利于雨水的滑落。因此本工程采用ZXL-DS-03涂料对淮安大桥斜拉索进行涂装。

3.涂装施工

3.1施工工艺

施工工艺流程：交通管制-斜拉索外护套表面清理-涂装-表干验收-拆除交通管制

3.2交通管制

由于在正常通行的道路上进行施工，施工现场应进行交通管制，现场交通管制作业应按经路政、交警部门审批后的方案执行，严格规范操作、摆放、防护，确保施工期间的高速交通通畅和施工安全。

3.3斜拉索外护套表面清理

采用外挂钢丝绳载人的方法，至上而下进行油污等可能影响涂料粘结力的物体清理，表面灰尘先用清水清洗，然后用干净的布擦干，布不能掉毛。表面清理一根做涂装一根，时间长会形成二次污染。

3.4涂料涂装

为保证一定的涂层厚度，涂料涂装分两层进行，从上至下第一层涂装完成后，等到手按表干即可以上第二层涂料，第二层完成后等到表干进行外观检查和涂层厚度检查，合格后涂装结束。

3.5拆除交通管制

为了保证施工期间施工人员、设备等安全，交通管制按照要求一直摆放整齐，直到至两遍涂料涂装结束并达到表干后方可拆除，拆除顺序按照现行交通部公路养护工程安全作业规程进行。

4.结语

防结冰涂料在桥梁上运用国内外都较少见过实际案例，因此没有什么可参照的经验，我们也是在摸索着试做，现在离交工验收已一年半时间，在其中冬季下雪天气到现场观察，没有形成冰凌。更好的效果还需要较长时间来检验。