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港珠澳大桥环境友好型涂料技术指标研究与应用
谢红兵1，刘明虎2，马翔宇3(1.港珠澳大桥管理局,广东珠海 519015；2.中交公路规划设计院有限公司,北京 100088；3.中远关西涂料化工有限公司,天津 300457)
0 前言
近年来，随着环境恶化的加剧、全国部分地区雾霾频发，引发社会公众对环保问题的持续高度关注。雾霾的危害已毋庸赘言，在雾霾产生的诸多原因中，VOC是公认的形成污染的重要因素之一。在VOC产生的诸多原因中，使用涂料的表面涂装排放是其中之一，涂料涂装的VOC排放已被列入国家大气污染治理的工作之中。
为达到节能减排的目的，国家以及相关省市相继出台的关于绿色环保建设政策，推动了环境友好型涂料，尤其是一些非有机溶剂涂料的积极发展。早在2010年，国务院即印发了《国务院办公厅转发环境保护部等部门关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量指导意见的通知》(国办发[2010]33号)，这也标志着我国开始从国家层面加大开展VOC污染防治力度。
2012年9月国务院批复实施的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》，将VOC和SO2、NOx、工业烟粉尘一起列入了三区十群的防控重点。
1 港珠澳大桥涂料产品的选型及环保性能研究
1.1 工程概况
港珠澳大桥(图1)跨越珠江口伶仃洋海域，连接香港、珠海、澳门，是列入《国家高速公路网规划》的重要交通建设项目，是我国具有国家战略意义的世界级跨海通道。项目西接京港澳高速公路，东接香港大屿山高速公路，是一项“桥、岛、隧”一体化多专业的超大型综合集群工程，工程总长约55 km，造价1 050亿元。项目包括：主体工程(粤港分界线至珠澳口岸之间区段)、香港界内跨海桥梁、三地口岸及三地连接线。主体工程总长29.6 km，其中桥梁部分长约23km。项目采用双向6车道高速公路标准建设，设计使用寿命120 a。主体工程于2009年12月开工建设，预计于2016年底贯通。
项目地处珠江伶仃洋入海口，属于近海离岸跨海通道工程，海域宽度超过40 km。大桥处于南亚热带海洋性季风气候区，气象条件恶劣，高温高湿。桥轴线穿越白海豚保护区，环保要求高。
1.2 环保指标设立的必要性
1.2.1 项目使命和环境保护的需要
港珠澳大桥是我国继三峡工程、青藏铁路、南水北调、京沪高铁后又一重大基础设施项目，大桥建设目标是“建设世界级的跨海通道；向用户提供优质服务；成为地标性建筑”。
在当今环境问题越发严峻的现实形势下，港珠澳大桥这样举世瞩目的超级工程，更承载了国家和人民的太多期冀。这样的工程如果无法对环境做出良好的保护，则势必会受到舆论的质疑。保护生态环境及港珠澳大桥特殊的地理位置也决定了环保问题的重要性。而且项目所在地——香港、珠海、澳门，均是中国著名的宜居城市，作为大桥建设者就更加有责任、有义务去保护好这里的环境。
无论出于哪方面考虑，环保都成为了大桥设计建造过程中一个需要重点关注的方面，这也要求项目建设方必须抱以更高的社会责任感面对环保工作。
1.2.2 工程建设的需要
区别于以往的跨海大桥，港珠澳大桥23 km的主体桥梁工程的上部结构全线采用钢结构(约16 km的钢箱梁和约7 km的钢-混凝土组合梁)。钢箱梁和组合梁钢材用量达40万t，并需在3 a内完成全部的制造和安装工作。大桥的钢梁在中山基地进行拼装，由于当地高温潮湿的天气(年平均气温23 ℃，年平均湿度80%)，如果采用传统的建造方式，势必会对钢结构制造质量造成较大的影响。
港珠澳大桥的建设秉承并全面、系统地实践了“四化”即“大型化、工厂化、标准化、装配化”的建设理念，推动了国内桥梁建设产业的升级。大桥钢箱梁和组合梁全部采用工厂化制造，大大提高了工作效率。但工厂厂房的密闭空间也会对施工人员的健康造成危害，出于“以人为本”的考虑，除需设置完善的通风系统外，亦需严格控制涂料的VOC含量。
1.2.3 环保法律法规的要求
港珠澳大桥连接香港、珠海、澳门，涉及“一国、两制、三地”，项目建设原则上要求考虑三地的相关环保法律法规。在对涂料产品环保性的要求上，亦需要针对三地的相关法律法规进行研究分析，按照“就高不就低”的原则，做到使项目所用的涂料产品的各项环保性做到有法可依、有章可循。
1.3 VOC指标研究及设立依据
在主体工程施工图设计阶段，项目建设单位委托设计单位开展了“港珠澳大桥钢箱梁防腐及维护关键技术研究”(以下简称“科研专题”)。设计联合业内具有较强科研能力的涂料厂家及涂装施工单位组成联合体，对大桥钢结构防腐与维护进行了细致的研究，对涂料产品环保性指标，尤其是VOC含量限值进行了深入研究。
科研专题对发达国家和地区的相关法规进行了搜集分析整理，如表1，为减少涂料产品中挥发性溶剂对于大气的污染，一些发达国家和地区在数年前已经制定了相关法规限制工业涂料中VOC的含量。在我国，由于历史原因，三地的多项环保法规、技术标准有所差异。
大陆地区仅对室内建筑涂料的VOC有国标限定，对工业涂料产品VOC限量要求并不高。三地政府中，以香港环保署于2008年出台的《空气污染管制(挥发性有机化合物)规例指南》，其中对于对涂料产品的VOC规定最为详细和规范。在经过多方论证后，科研专题参考了该规例作为项目对于涂料产品VOC的制订依据。
该规例将空气污染物的定义和限量规定如下：规例附件中对建筑漆料/涂料、汽车修补漆料/涂料、船只漆料/涂料、游乐船只漆料/涂料、黏合剂、密封剂、印墨和指定消费品的挥发性有机化合物含量进行了限定。通常，对于常规的工业建筑用涂料(如桥梁钢结构、工业厂房等)应归类于其中附件1所规定的“建筑漆料”类(表2)。
为保证涂料产品的环保性，科研专题建议大桥所涉及的涂料产品VOC满足如下要求：中间漆和底漆的VOC≤350 g/L，面漆的VOC≤420 g/L。
需要说明的是，专题研究在制订涂料产品VOC的限量时，并未一味追求最高的限量要求，而是充分考虑到我国的涂料技术现状水平，从而做出适合的指标要求。
1.4 对其他有害物质含量的要求
1.4.1 有害物质的限量
为避免大桥维修时，涂膜碎片可能局部落入海中造成对环境的污染，应尽量减少涂膜碎片对于海洋生物的危害风险，以达到对海洋环境的最大保护。普通的溶剂型涂料产品中或多或少会含有一些有害的物质，如重金属离子铅(Pb)、汞(Hg)、铬(Cr)、镉(Cd)以及芳香族化合物多溴联苯和多溴二苯醚。对于有害物质含量要求较为详细的是欧盟《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》(Restriction of Hazardous Substances)中RoHS2011/65/EU规定。为保护桥位水文环境、施工人员以及海洋生物健康，科研专题参考了RoHS 2011/65/EU规定，对涂料产品做出如下限量要求，即：铅含量≤1 000×10-6、汞≤1 000×10-6、镉≤100×10-6、六价铬≤1 000×10-6、多溴联苯≤1 000×10-6、多溴二苯醚≤1 000×10-6。
1.4.2 对游离HDI/TDI的要求
异氰酸酯树脂是氟碳面漆固化剂的重要组成部分，异氰酸酯树脂中挥发出的HDI/TDI单体被称为游离HDI/TDI，主要的毒性作用是致敏和刺激作用。国际上对涂料中游离HDI/TDI的含量有严格标准，国际化学品安全规划署(IPCS)规定其先进水平是必须小于0.5%以保证涂料使用者的安全。而我国目前GB 18581—2009《室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量》则更为严格，该标准对游离HDI/TDI做出了含量总和须在0.4%以下的明确规定。
为了保证大桥使用的面漆的安全性，科研专题对产品做出了应符合强制性国家标准GB 18581—2009的要求。
2 港珠澳大桥环境友好型涂料的应用
2.1 涂料产品环保性能设计技术指标
港珠澳大桥涂装配套采用了重防腐复合涂层体系，底漆为环氧富锌底漆，中间漆为环氧云铁中间漆，面漆采用氟碳面漆，总膜厚达到380 μm，专题研究结论为该配套体系综合性能优异，能够较好满足大桥超长设计寿命要求。
大桥所用的涂料产品，除常规的技术指标外，还增加了VOC含量、游离HDI/TDI含量以及有害物质含量3项环保性能指标(表3)，从而使项目所使用的涂料产品的多项环保性能达到了业界领先水平。
上述环境友好型涂料设计技术指标经过了专家多次评审论证，认为：港珠澳大桥采用环境友好型涂料是必要的，也是可行的。港珠澳大桥对涂料产品进行环保性能指标限定对于涂料及涂装行业的环保化进程有着深远和重要的意义。为确保涂料产品环保性能指标的合理性和可行性，还对国内市场上主流涂料厂家的产品进行了市场调研，大多数厂家也对环境友好型涂料的使用表示了支持。
上述环境友好型涂装材料与环保化工程相结合的积极探索和成功实施更是得到了三地政府及内地行业主管部门的大力支持和指导。
2.2 环境友好型涂料产品实施
港珠澳大桥涂装施工开始于2013年5月。通过各相关单位的不懈努力，大桥施工阶段使用的涂料产品经过了第三方检验，产品符合环保性能技术指标，满足设计要求。
3 结语
在项目建设实施过程中，2013年9月，国务院印发《大气污染防治行动计划》(国发[2013]37号)要求各地推进VOC治理，在表面涂装等重点行业开展VOC综合整治，推进非有机溶剂涂料产品创新。并要求完善涂料、胶黏剂等产品挥发性有机物限值标准，推广使用水性涂料，鼓励生产、销售和使用低毒、低挥发性有机溶剂。推进非有机溶剂型涂料和农药等产品创新，减少生产和使用过程中挥发性有机物排放。2015年1月26日财政部、国家税务总局联合发
出了《关于对电池、涂料征收消费税的通知》(财税[2015]16号)，《通知》中提出，从2015年2月1日起对于施工状态下挥发性有机物(VOC)含量大于420 g/L的涂料征收消费税。这无疑是国家积极推动促进VOC减排、推动涂料企业绿色转型、开发更高固体分、低VOC的涂料产品，减少对大气排放的一项重要举措。港珠澳大桥对于环境友好型涂料的初衷和理念与国家环保政策保持了一致，对于工程环保化的推进也顺应了历史发展的潮流，希望港珠澳大桥涂料的环保实践能对国内其他项目有一定的借鉴作用。
