贴合面防滑防腐涂层

在众多钢结构应用中，部分螺栓连接的设计初衷是防止钢构件滑移，例如避免运行期间发生错位。为确保有效运作，这类抗滑移连接需依赖贴合面间设定的摩擦值。高摩擦特性（表现为高滑移系数）可承载更大负荷。当采用涂层体系进行贴合面腐蚀防护时，必须考量该体系的滑移系数特性。该系数不仅取决于涂层本身，同时受基材处理、最大干膜厚度及固化条件影响。

硅酸锌涂层通常被指定用于贴合面，但环氧锌等其他涂料类型因施工便捷性也被采用。不过，环氧锌涂层的抗滑性能通常低于硅酸锌涂层，尤其在超过涂层玻璃化转变温度（TG）的环境中。尽管如此，温度对环氧锌涂层抗滑性能的影响在现有文献中鲜有探讨。

本技术文件依据欧洲标准EN 1090-2附录G，阐述测定硅酸锌涂层体系滑移系数时涉及的工程术语、计算方法及相关技术细节（亦可采用美国结构连接研究委员会RCSC 2014年8月版《高强度螺栓结构连接技术规范》定义的测试流程，但文献表明欧洲规范对螺栓连接强度的测量标准相对保守）。

钢构件连接可采用多种方法，包括焊接、铆接及螺栓连接。焊接与铆接属于永久固定连接，而螺栓连接则适用于需分节段建造的大型结构（便于运输或吊装），或应用于维护保养期间需拆卸的连接部位。

当连接部位承受交变载荷或长期位移超出容许范围时，必须采用抗滑移接头（即滑移临界接头）。

根据定义，滑移临界接头的强度源于以下两点：

• 压紧接触面的夹紧力，该力通过预张紧螺栓（一般为高强度螺栓）获得；
• 接触面处理工艺，用以获取满足防滑阻力计算的滑移系数（EN 1090-2标准）/抗滑移系数（RCSC规范）。

在指定滑移系数测定方法时需参照两项标准：

• EN 1090-2 附录G：滑移系数测定试验
• RCSC规范附录A：螺栓连接涂层滑移系数测试方法

尽管两项测试标准相似，但其结果不可直接互用。即使依据某标准测定了滑移系数，其数据亦不能直接套用于另一标准。

然而，E. Maiorana 与 Carlo Pellegrinoiv 以数值示例比较欧洲、美国、加拿大、澳大利亚及日本规范，评估其在实际案例中的表现。研究表明，在所研究典型工况中，欧洲规范在抗剪、承压及剪拉复合承载力方面最为保守。

下文将以海虹老人的Galvosil 为例，按欧洲标准进行试验，得出该涂料体系的保守滑移系数。若需依据其他规范使用试验结果，须由规范制定方自行判定；Kulak 等iii可作为跨规范结果比对的参考。

两项标准化试验方法的术语更接近土木工程而非涂料工程。

EN 1090-1 附录 G 和 RCSC 规范附录 A 规定了用于测定表面处理（如涂层）滑移系数的试验方法。

鉴于涂层表面性能受多重因素影响，试验方法（如附录 G 第 G.2 条）列出需重点控制的变量：

• 涂料配方
• 表面处理工艺
• 多道涂层体系中底层处理
• 涂层最大厚度
• 固化程序
• 涂覆完毕至施加载荷的最短间隔时间

若上述关键变量发生变更，须重新测试以确定涂层平均滑移系数。

钢构件连接可采用多种方法，包括焊接、铆接及螺栓连接。焊接与铆接属于永久固定连接，而螺栓连接则适用于需分节段建造的大型结构（便于运输或吊装），或应用于维护保养期间需拆卸的连接部位。

拉伸试验机及测试试件安装细节参见图1与图2。

‌试件说明：‌
本试验所用试件的尺寸及材料规范见附录G图G1a。

图1所示. 安装有试样的Amsler W测试仪

图2. 测试样本的详细资料

在组装试件的四块测试板前，需根据待施加扭矩校准预紧力——"扭矩"即用于使螺栓预紧的旋转力。

扭矩与预紧力的对应关系通过螺栓应变计校准（见图3）。

图3. 螺栓加载前内部粘贴应变计的示例 vii

图4显示单件试样的测试结果。

每件试样测得两组数据（对应两个夹式引伸计），5件试样共计10组滑移测量值。 单件滑移载荷（FSi）定义为产生0.15 mm滑移变形时的载荷。

图4. 试验1记录（iv）：各夹式引伸计显示的0.15 mm滑移量对应滑移载荷

所有的滑移系数测试结果都包含在下面的测试报告中。

表3. 滑移系数测试结果(测试报告-表1)

根据条款G.4.vi，特征值为平均值减去标准差的2.05倍。

本试验中，特征值为：

μ = 0.512-2.05∙0.022 = 0.46

但由于需要进行长时间的蠕变试验，所以标称滑移系数为0.40。

蠕变测试旨在确保涂层连接件在持续服役荷载下不发生显著蠕变变形。本测试通过施加与延迟滑移测试相同的荷载（本案为275 kN），验证连接件在50年内的蠕变量不超过0.3 mm。

测试沿用前期试验的同类型试样。至少测试三件试样（对应六个连接节点）。试验在三个不同时段执行（16.5小时、67小时、70小时）。

试验结果经外推验证：在设计使用年限内，所施荷载引起的连接件位移不超过0.3 mm。EN 1090-2标准G.5条款建议采用50年设计寿命^ix；本测试外推至120年设计寿命，仍维持0.3 mm位移限值。测试结果见表4。

试件6的位移-时间对数曲线示例见图6。

表4

表4. 延长蠕变试验结果，包括120年设计寿命的推断值。扩展蠕变试验结果，包括120年设计寿命的推断值。

图6.试样6的 "位移对数时间 "曲线，测试时间为16.5小时。6号试样的 "位移对数时间 "曲线，测试时间为16.5小时。回归线是基于每60秒测量一次的结果，在这次测试中共有大约1000次测量。

6个外推滑移值均低于0.3毫米的合格/不合格标准，即使外推到120年也是如此。

这份特殊的测试报告得出结论：

• 滑移系数平均值(μm)为0.51
• 滑移系数的特征值(μ)为0.46
• 滑移系数经测试，系数变化较小，为4.2。这表明摩擦面特性均匀
• 其中一个滑移面未达到0.002mm的延迟滑移极限，而另一个滑移面的滑移值比0.002mm的要求极限低10倍，即0.0002mm。
• 在120年的设计寿命内，所有的扩展蠕变都明显低于0.30的蠕变极限。

特性滑移系数为0.46，比摩擦力等级B所要求的滑移系数0.40高15%。

系统的标称滑移系数为0.40，对应于扩展蠕变试验所用的载荷。这意味着根据EN 1090-2:2008的表18，被测试的系统可以归类为表面摩擦力B类系统（见上表1）。

试验采用性能等级为10.9的螺栓进行。这意味着根据EN 1090-2的滑移系数也可以用于性能等级8.8的螺栓x。

因此，必须满足RSCS规范A1.2条款及EN-1090-2标准G.2vi条款的关键变量要求：

• 涂层成分须与测试产品/色号一致
• 表面处理工艺必须与测试条件相同
• 测试应设定公称干膜厚度，该厚度需满足G.3条款要求：测试干膜厚度应比结构设计公称厚度增厚至少25%。根据RCSC附录A2.2，试件涂装平均厚度应比结构件最大厚度增厚2密耳（50微米），该要求适用于贴合面与外露面
• 固化程序必须遵循对应涂层系统的施工说明
• 涂层施工与螺栓连接加载的最短间隔期应为施工说明规定的最低固化时间（施工说明载有加速固化及控制固化条件的方法）

无机涂层（如锌硅酸盐）的施工难度通常高于有机涂层（如锌环氧涂料）。

多篇文献探讨了锌环氧涂层相较于锌硅酸盐涂层的性能差异。

Kulak^xi指出："采用无机富锌涂料所实现的防滑性能优于有机富锌涂料。当锌硅酸盐涂料以清漆（水玻璃）为粘结剂、锌粉为颜料时，可呈现优异防滑性。其涂层硬度提升形成的抗滑表面性能超越有机富锌涂料处理面。为达到理想效果，该类涂料通常通过喷涂或涂刷方式施加于喷砂处理表面。"

Kulak得出结论：当防滑连接节点处于持续荷载条件下时，应采用能在长期荷载下保持足够防滑性能的表面处理工艺。应选用锌或铝金属喷涂、锌硅酸盐涂层或乙烯基涂层。热浸镀锌与有机富锌涂料体系不适用于防滑连接节点。（库拉克提出的乙烯基涂层观点可能存疑，除非指代用于临时保护的聚羧酸丁酯超薄锌铬涂层）

 A. Cruz等人的研究较Kulak更新，其实验对象涵盖喷锌金属涂层、热浸镀锌层、锌乙基硅酸盐及锌环氧涂层。

其实验结论如下：

• 仅未经额外处理的喷砂处理表面可获得0.50的滑移系数
• 经喷锌或热浸镀锌的喷砂表面，滑移系数稳定达到0.40以上
• 锌乙基硅酸盐涂装的喷砂表面特征值为0.40，但裕度较小
• 锌环氧涂层的喷砂表面滑移系数最低（不高于0.30）。70微米干膜厚度的锌环氧涂层取得最高值0.30，135微米干膜厚度时滑移系数降至最低值0.20

1984 年，欧洲钢结构协会（ECCS）技术委员会 10 发布了《高强度摩擦型螺栓连接滑移系数》报告（ECCS 第 37^xiii 号出版物）。该报告就锌环氧涂层得出的结论为：当干膜厚度在 10–25 µm 范围内时，持续荷载下的滑移系数约为 0.20–0.22；随干膜厚度增至 40 µm，该系数相应提高（未对更高厚度进行研究）。

综合上述资料可见，干膜厚度约 50 µm 的锌硅酸盐涂层，其滑移系数高于锌环氧涂层。

在环氧基涂层的测试中，未考虑与温度相关性能变化的影响。其中一个重要指标为涂层的玻璃化转变温度（TG）。当温度高于 TG 时，有机粘结剂由脆性转变为热塑性，必然导致滑移系数相较常温下降。多数环氧涂层的 TG 位于 50–60 °C 区间，此类温度在阳光直射结构中极易出现。若拟将锌环氧涂层用于抗滑连接的防护，应在较高温度下进行补充测试。