（材料物理与化学专业论文）沪杭高铁客站雨棚钢结构防腐涂装体系研究.pdf

t h er e s e a r c ho i lt h e c o a t i n gs y s t e mo f p l a t f o r ms t e e ls t r u c t u r ef o r s h a n g h a i - - h a n g z h o uh i g hs p e e dr a i l w a y ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g s u p e r v i s e db y s c h o o lo fm a t e r i a l ss c i e n c ea n de n g i n e e r i n g s o u t h e a s tu n i v e r s i t y m a y 2 0 10 眦8 叭38_ 叭6帆71y 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导一f 进行的研究一r 作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证j 1 5 而使川过的材料。与我一同i ：作的同忠对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名一立盔连日期：翘坦：毕 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图二l ；馆有权保留本人所送交学位论文的复印什和电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相 一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被杏阅和借阅，可以公布( 包括以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电子信息形式刊登) 授权东南大 学研究生院办理。 研究生签名：触b 导师签名： 、，一 期：竺! ! ：垒 摘要 沪杭高铁客站雨棚钢结构防腐涂装体系研究 摘要 随着高速铁路的日益发展，高速度、高质晕已成为铁路建设的重点。建设过程中要求站台雨棚 既具有足够的美观度以及耐久性，还必须尽量缩短上期，因此，在近期客站雨棚建设中人部分采用 大跨度钢结构。为了延长钢结构的使用年限，确保雨棚的正常使用，钢结构防腐已成为站台雨棚建 设的重点。在各种金属防腐蚀的方法中，涂层技术是目前最常用的手段之一。涂层金属的腐蚀与涂 层的性能密切相关，而涂层防腐蚀性能取决于涂层与金属基体之间的粘结强度以及涂层本身的抗紫 外光照射，以及抗水等其它离子的渗透能力等诸多因素。 通过对沪杭沿线近年来的气候、大气污染成分特征，以及雨棚所处环境腐蚀闪素的分析，将沪 杭沿线大气腐蚀环境等级定义为c 4 等级。结合长三角地区典型客站钢结构涂装的劣化状况和特征， 以此确定沪杭商铁新建客站钢结构的涂装体系种类和涂装方式。 本论文结合物理检测方法和电化学方法分别对底漆、面漆进行检测筛选，判断不同涂层体系的 耐久性，结果表明，物理检测方法结果与电化学方法结果一致，可确定涂层体系中耐久性最好的为 环氧防锈底漆，环氧云铁中间漆氟碳面漆体系。 本文研究了相同涂层体系在不同表面处理等级s a 2 5 、s t 2 、s t 3 时的交流阻抗谱图特征，结果表 明，经过相同的腐蚀周期后，涂层体系的性能在不同碳钢基体表面处理等级下相差很大。在s a 2 5 的碳钢基体上，涂层体系的耐久性最优，在1 0 个腐蚀周期后其仍然具有优异的防腐性能。而s t 2 碳钢基体上的涂层均已失效，不能起到任何保护作用。 本文以交流阻抗为基础，分析了侵蚀溶液不同浸泡时间时涂层体系的等效电路，并以此分析涂 层体系的电阻、特征频率、涂层孔隙率的变化，可知，随着浸泡时间的延长，涂层电阻越来越小， 特征频率越来越低，涂层孔隙率逐渐增大。 分析二种防腐涂层寿命预测模氆：( 1 ) 灰色模型以防腐涂层在不同时问的腐蚀面积预测涂层的 腐蚀发展趋势，并且预测精度随着检测次数的增多，得到的结果越准确；( 2 ) 涂层失光率预测模型 以涂层在不同时间的火光率为基础，拟合涂层火光率变化曲线，计算涂层在涂层失光率剑达7 5 、 涂层起泡以及腐蚀到达规定深度所需要的时间，三者的总和即为涂层的预测寿命；( 3 ) 涂层电化学 预测模型，基于涂层电化学测试结果以及电化学理论，计算涂层到达开孔的时间以及涂层开孔率达 到5 所需要的时间之和。 关键词：涂层体系；耐久性；防火；附着力；盐雾；失光率；交流阻抗谱：1 表面处理；耐久性预测 w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fh r a i l w a yc o n s t r u c t i o n b o t ha e s t h e t i c sa n dd u r a b i l i t ya r er e q u i r e dd u r i n gt h ec o n s t r u c t i o no fp l a t f o r ms h e d b e s i d e ss h o r tc o n s t r u c t i o n t i m ei sa l s on e e d e d t h e r e f o r e ，i nr e c e n ty e a r s ，l a r g es p a ns t e e ls t r u c t u r e sa r e g r a d u a l l yu s e di nt h ec o n s t r u c t i o no fp l a t f o r ms h e d i no r d e rt oe x t e n dt h es e r v i c el i f eo fs t e e ls t r u c t u r e s ，a s w e l la st h en o r m a lu s eo fp l a t f o r ms h e d ，t h es t e e lc o r r o s i o nh a sb e c o m et h ek e yp o i n to f t h ed e v e l o p m e n to f t h ec o n s t r u c t i o no ft h ep l a t f o r ms h e d a m o n gt h ec o r r o s i o np r o t e c t i o nm e t h o d so fm e t a l s ，s u c ha s e l e c t r o c h e m i c a lp r o t e c t i o n ，t r e a t m e n to fc o r r o s i v em e d i aa n d c o a t i n g sp r o t e c t i o n ，c o a t i n g sp r o t e c t i o ni so n e o ft h em o s t l yu s e dm e t h o d s t h ec o r r o s i o no fc o a t e d m e t a l si sc l o s e l yr e l a t e dt ot h ep e r f o r m a n c e so f c o a t i n g s m e a n w h i l e ，t h ec o r r o s i o np r o t e c t i o np e r f o r m a n c e so fc o a t i n g sa r ei n f l u e n c e db ym a n yf a c t o r s s u c ha sa d h e s i o nb e t w e e nt h ec o a t i n ga n dt h em e t a ls u b s t r a t e ，r e s i s t a n c eo fp e n e t r a t i o nt ow a t e ra n di o n s ， a n ds o o n i nt h ew a y so fa n a l y z i n gt h ec l i m a t ea n da i rp o l l u t i o nc o m p o n e n tc h a r a c t e r i s t i c si nr e c e n ty e a r s ，a sw e l l a st h ea n a l y s i so ft h e s u r r o u n d i n g sc o r r o s i o nf a c t o r so fc a n o p ya l o n gt h es h a n g h a i h a n g z h o u , t h e a t m o s p h e r i cc o r r o s i o na l o n gt h es h a n g h a i h a n g z h o ue n v i r o n m e n t a lr a t i n gi sd e f i n e da st h ec 4l e v e l c o m b i n e dw i t ht h ed e t e r i o r a t i o nc o n d i t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h ey a n g t z er i v e rd e l t ap a s s e n g e rs t a t i o n s t e e l c o a t i n g ，i n o r d e rt oc o n f i r mt h e p a i n t i n go fs t e e lt y p e sa n dc o a t i n gm e t h o d so ft h en e w s h a n g h a i h a n g z h o uh i g h s p e e dr a i l w a yp a s s e n g e rs t a t i o n t h ed u r a b i l i t yo fd i f f e r e n tc o a t i n gs y s t e m sw e r es t u d i e db yt h ep h y s i c a la n de l e c t r o - c h e m i c a l m e t h o d s t h er e s u l t sf r o mb o t hm e t h o d sw e r ec o n s i s t e n tw i t he a c ho t h e r t h ed u r a b i l i t yo fe p o x ya n t i - r u s t p r i m e rm a n u f a c t u r e r s e p o x ym i c a c e o u si r o ni n t e r m e d i a t ep a i n t f l u o r o c a r b o np a i n tc a nb ei d e n t i f i e da st h e b e s ts y s t e mf o rd u r a b i l i t y t h ed u r a b i l i t yo ft h es a m ec o a t i n gs y s t e mi nd i f f e r e n tg r a d e so fs a 2 5 ，s t 3 ，s t 2o nt h ec a r b o ns t e e l w e r es t u d i e db ye l e c t r o c h e m i c a li m p e d a n c es p e c t r o s c o p y t h er e s u l t ss h o w st h a tt h ec o a t i n gs y s t e m p e r f o r m a n c e si nd i f f e r e n tg r a d e so f c a r b o ns t e e ls u b s t r a t es u r f a c ew e r ed i f f e r e n ta f t e rt h es a m ep e r i o do f c o r r o s i o n , t h ed u r a b i l i t yo ft h ec o a t i n gs y s t e mw a st h eb e s tw h e ni tw a so ns a 2 5c a r b o ns t e e ls u b s t r a t e t h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c ew a ss t i l le x c e l l e n ta f t e rt e nc o r r o s i o nc y c l e s h o w e v e r , t h ec o a t i n gs y s t e mi ns t 2 o nc a r b o ns t e e ls u b s t r a t eh a sa l r e a d yb e e ni n v a l i da n dc a nn o tp l a yt h ef u n c t i o no f p r o t e c t i o na n y m o r e t h ee l e c t r o c h e m i c a li m p e d a n c es p e c t r o s c o p yw a su s e dt os t u d yt h ee q u i v a l e n tc i r c u i ti nd i f f e r e n t i m m e r s i o nt i m e t h er e s i s t a n c e ，c h a r a c t e r i s t i cf r e q u e n c y , p o r o s i t yo ft h ec o a t i n gs y s t e mw e r ea n a l y z e d b a s e do nt h ee q u i v a l e n tc i r c u i t t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t , w i t ht h ei m m e 硌i o nt i m ew e n tg o ，t h er e s i s t a n c e a n dc h a r a c t e r i s t i c sf r e q u e n c yb e c a m es m a l l e ra n ds m a l l e r ；t h ep o r o s i t yo f t h ec o a t i n gi n c r e a s e d a n a l y s i s o ft h r e ek i n d so fa n t i c o r r o s i o n c o a t i n gl i f ep r e d i c t i o nm o d e l ：( 1 ) t h em o d e lf o r a n t i - c o r r o s i o nc o a t i n ga td i f f e r e n tt i m e so ft h ec o r r o s i o nc o a t i n go fc o r r o s i o na r e af o r e c a s tt r e n d sa n d p r e d i c tt h en u m b e rd e t e c t i o na c c u r a c yw i t ht h ei n c r e a s e ，t h em o r ea c c u r a t et h er e s u l t so b t a i n e d ；( 2 ) g l o s s i i i i v 双电层电容，f c 珊_ 2 涂层特征频率值，h z 涂层缺陷面积，c m 2 涂层面积，c m 2 涂层中水的介电常数 真空的介电常数 浸泡时间，d 涂层理论电阻，q 失光因子系数 起泡系数 起泡数 外照射后起泡点数置信卜限 紫外照射后起泡点数置信上限 紫外照射中起泡显著水准 失光率预测模型中涂层面积，o m 2 初期开孔面积，c m 2 时间t l 时涂膜的开孔面积 外加电压，v 表观腐蚀电流，a 阴极电流，a c m 2 涂膜达到开孔的时问，a k q & k q 五 4 4 占 。 加 k x k 口 4 4 e o ；n v 电解质电导率，s m 1 涂层孔隙率 涂层浸渍面积，e m 2 涂层年平均腐蚀深度，a m a 紫外照射中涂层暴露时间，a y n 他 屯 w p j 么七p擎s d 于 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 符号表i v 第一章绪论1 1 1 钢结构腐蚀与防护1 1 1 1 钢结构腐蚀现状1 1 1 2 钢结构腐蚀机理1 1 1 3 钢结构防腐方法3 1 1 4 钢结构建筑常川防腐涂装体系3 1 2 客站雨棚铡结构涂层的耐久性现状4 1 2 1 雨棚钢结构涂层的涂装现状：4 1 2 2 涂层体系耐久性研究现状及存在的问题4 1 3 钢结构涂层耐久性检测方法的对比分析5 1 3 1 常规检测法一s 1 3 2 电化学方法6 1 3 3 光谱学方法8 1 3 4 表面分析技术8 1 4 论文的研究日标和研究内容9 1 4 1 论文的研究目标9 1 4 2 主要研究内容9 第二章涂层耐久性及比对体系的确定。1 0 2 1 雨棚防腐蚀涂料、防火涂料及其涂装体系1 0 2 1 1 防腐蚀涂层的作用1 0 2 1 2 防火涂层的作用1 1 2 1 3 防腐涂层与防火涂层的兼容性1 2 2 1 4 人型钢结构防腐蚀涂料及其与防火涂料的配套体系1 3 2 2 造成腐蚀的大气环境与机理分析1 3 2 2 1 造成腐蚀的大气中的气候闪素1 3 2 2 2 钢结构腐蚀环境分类1 4 2 - 2 3 沪杭高铁雨棚钢结构的大气腐蚀环境等级一1 5 2 3 影响防腐涂层劣化的冈素分析1 6 2 3 1 涂层劣化的过程与机理1 6 2 3 2 沪杭沿线雨棚钢结构的腐蚀特点1 8 2 4 比对涂层体系及涂装方式确定2 0 2 4 1 比对涂层体系2 0 2 4 2 涂装方式2 1 2 5 本章小结2 1 第三章不同涂层体系的性能测试2 2 3 1 试验方法2 2 3 1 1 对比体系样板。2 2 3 1 2 实验方案2 2 v i 目录 3 1 3 性能测试方法2 3 3 2 不同涂层体系的性能表征2 6 3 2 1 不同涂层体系的附着力2 6 3 2 2 不同涂层体系的盐雾老化试验2 8 3 2 3 不同面漆的紫外老化测试3 1 3 3 本章小结一3 3 第四章不同涂层体系的电化学测试3 4 4 1 试验方法一3 4 4 1 1 试验材料3 4 4 1 2 试验方法3 5 4 2 交流阻抗检测试验3 6 4 2 1 不同底漆单涂层体系的交流阻抗测试3 6 4 2 2 不同底漆双涂层体系的交流阻抗测试3 9 4 2 3 不同底漆三涂层体系的交流阻抗测试4 4 4 2 4 不同而漆三涂层体系的交流阻抗测试4 9 4 2 5 不同表面处理对涂层性能的影响5 0 4 3 涂层性能的变化规律表征s 2 4 3 1 电化学等效电路模璎5 2 4 3 2 涂层的电阻和防护性能5 3 4 3 3 特征频率债的变化s 4 4 3 4 涂层孔隙率的计算5 5 4 4 本章小结5 6 第五章耐久性预测模型与预测分析s 8 5 1 涂层耐久性预测的目的与基本思路5 8 5 1 1 涂层耐久性预测目的5 8 5 1 2 涂层耐久性预测的基本思路5 8 5 2 耐久性预测的模型建立与分析s 9 5 2 1 灰色模型5 9 5 2 2 涂层失光率预测寿命6 4 5 2 3 涂层电化学试验结果预测寿命模型6 6 s - 3 本章小结6 8 第六章结论与展望6 9 6 1 结论一：6 9 6 2 展望7 0 参考文献7 1 j i i i 谢7 3 硕士期间论文发表情况7 4 v i i 第一章绪论 1 1 钢结构腐蚀与防护 1 1 1 钢结构腐蚀现状 第一章绪论 钢结构作为建筑业用钢量最大的一种结构形式，具有自重轻、抗震性能好、：1 了能效果好、工业 化程度高等一系列优点。随着我国政府对钢结构行业的政策从过去限制用钢剑鼓励合理用钢的转变， 钢结构取代钢筋混凝二t ：或砖混结构作为当代建筑业的发展趋势，具有广阔的应用空问。钢结构的防 腐蚀问题也随之变得愈加突出。 钢材易腐蚀的问题严重影响着钢结构的耐久应用。钢材的腐蚀可分为两种：一种是化学腐蚀， 即钢材表面与周围介质直接起化学反应而产生的腐蚀，其腐蚀的程度随时间和温度的增加而增加。 另一种是电化学腐蚀，即钢材在存放和使用中与周罔介质之间发生氧化还原反应而产生的腐蚀。钢 结构腐蚀不仅仅是材料的锈蚀，还是一个复杂的化学物理过程，而它最终的表现在于结构的可靠度 及经济指标。其对钢结构建筑的影响可归纳为以下三个方面，第一，腐蚀造成大量钢材的损耗。根 据b a t t e i l e c o l l a m b u sl a b s 【】的报告，在美国f h 丁钢结构腐蚀而产生的损耗每年达剑3 千亿美元，而其 中很人一部分可由防腐方法加以避免。据有关方面统计，目前中国每年钢材因腐蚀造成的损失占钢 产量的7 t 2 1 。第二，钢结构发生腐蚀后，会在构件表面产生很多微观裂缝，并且不断地增长，从而 减小构什的截面，这将会严重影响结构的承载能力。近来，一些学者对腐蚀后的钢结构进行了相关 性能的试验研究，并取得了不少成果。我困台湾学者k w a n g l u n gl i n 等【2 l 采用湿热试验方法对钢板 进行了腐蚀后的力学性能试验，结果表明在腐蚀缺陷处的应力集中现象十分明显，并且随着距缺陷 的距离增加而趋向平缓。日本学者y s a k p m o t o 等【3 】对钢结构的腐蚀耐久性能进行了研究，采用的方 法是盐雾试验方法，试验证明腐蚀斤的轻钢结构的滞同性能有明显降低。第三，腐蚀影响钢结构表 面外观，增加构件表面涂装的r t 程量。钢结构腐蚀后，由于表面特征的变化，也许程度很小，但也 会对建筑物的使用者造成不必要的心理压力。这一点在轻钢住宅体系的表现会很明显。另外，人部 分的表面装修或涂装都要求对构件进行表面处理，而锈蚀后的构件表面将增加处理的成本。因此， 从。箝约有限资源和能源的角度出发，钢结构防腐成为钢结构建设中的重点。 1 1 2 钢结构腐蚀机理 钢铁的腐蚀在自然界里是不可避免的，如何防止雨棚钢结构的腐蚀，延长钢结构雨棚的使用寿 命，是钢结构雨棚建设中的重要任务。要防- i ：钢铁的腐蚀，就有必要首先了解钢铁腐蚀的机理。 ( 1 ) 钢铁的自然腐蚀趋势 除了少数贵金属外，金属都是由其自然态的矿石，通过消耗能量的冶炼、电解等方法而获得的。 在白然界里发现的铁都不是纯铁，铁是铁矿石放在高炉里或是加热炉里提炼出来的。冶炼过程中还 加入了煤炭或焦炭，并加热至很高的温度。在这个过程中，铁矿石吸收了大量的能量，这种能量一 l 东南大学硕j ：学位论文 部分就贮藏在钢铁中。冈此，任何一块钢铁都可以看做是一个充了电的蓄电池。这块钢铁以后就会 以电的形式将贮存的能量释放出米。钢铁在能量释放过程中，某些成分耗费了即钢铁产生了腐蚀。 这样钢铁就同到了能够稳定存在的自然态。因此，金属随时随地都有恢复到自然化合态( 矿石) 的倾向， 并释放出能量。腐蚀的过程就是金属放热的过程。 ( 2 ) 钢铁的电化学腐蚀 腐蚀可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 化学腐蚀是金属与腐蚀介质问发生化学作用而产生的腐蚀，比如钢铁在非电解质溶液和有机溶 剂中发生的腐蚀。化学腐蚀的过程没有电流产生。 电化学腐蚀是金属与介质发生电化学反应而引起的腐蚀，在腐蚀过程中有隔离的阴极i k 和阳极 区，电流可以通过金属在一定的距离内流动。钢铁的腐蚀绝火多数情况下是电化学腐蚀。在金属表 面形成原电池是电化学腐蚀最为主要的条件。当两种不同的金属放在电解质溶液中，并以导线连接， 可以发现导线上有电流通过。这种装置称之为原电他。原电池放电后产生电化学反应，在阿i 极进行 的是氧化反应，在阴极进行的是还原反应。 从理论上说，单一金属在电解质溶液里只能形成双电层，不会产生腐蚀。实际上除了金、铂等 呈现惰性的金属外，其他金属单独放在电解质溶液中，由于表面电化学性的不均匀，从而产生了许 多极小的阴极和阿1 极，构成了无数的微电池，也会产生电化学腐蚀。许多原闪造成了金属表面化学 性不均匀。 化学成分不均匀：一般金属都含有一定的杂质或其他化学成分； 组织的不均匀：金属或合金中，金属品粒与晶界电位往往不同； 物理状态的不同：金属在机械加上中会造成金属各部分形变及内应力不均匀： 表面膜不均匀：金属表面的膜( 氧化膜) 通常是不完整的，具有空隙或裂缝； 氧气溶度差异：金属与含氧量不同的溶液相接触会形成氧浓著电池。氧浓度小的地方金属电 位较低，成为阳极而易发生腐蚀；氧浓度高的地方金属电位较高，成为阴极。盐分或其它腐蚀物质 浓度差异也会形成浓莠电池： 宏电池腐蚀；指电池中阴极和冈 极的尺寸较大，肉眼可以辨别阴极和阿l 极，这种腐蚀电池在 生产和生活中是多见的。常见方式有电偶腐蚀和氧浓差电池； 电偶腐蚀，当不同的金属互相接触处于同一电解质溶液中时，就会构成宏电池，这时电位较 负的金属为冈 极，发生腐蚀； 钢铁在大气环境中，表面会吸附有氧气、水分等，加上溶有其它腐蚀性介质，就会形成电解溶 液。由于金属表面化学性的不均匀，这样就连通了能够发生电化学腐蚀的微电他的两极i 4 1 。 钢铁在大气环境腐蚀中产生的微电池可表示为： f e 0 2 ( r i 极)h 2 0 c ( 阴极) 电极反应过程以方程式来表达为： 刚极：铁原子失去电子，被氧化为f e 2 + 2 f e 4 e - - - * 2 f e 2 + ( 化学式1 1 ) 氧原子获得电子，与水分结合形成o h 。 0 2 + 2 h 2 0 + 4 e - - 4 0 i - f( 化学式1 2 ) 2 三是依靠材料本身的防腐特性，即采川耐久材料。各种防腐类型都有其特点，防腐蚀涂料涂装是钢 结构防腐蚀的最方便有效的方法之一。 从电化学腐蚀的原理，可以了解钢铁发生电化学腐蚀必须具备几个基本条件： ( 1 ) 钢铁作为腐蚀刚极，其电位最低； ( 2 ) 低电阻的电解质溶液，从外面渗入或残存在底漆与钢铁的界面上； ( 3 ) 足够的氧气参与腐蚀过程，并维持在一定水平上。 采用涂料米保护钢铁，就是要提高其腐蚀电位，由腐蚀同 极成阴极，隔绝电解质以免形成腐蚀 电池。涂膜耐腐蚀的一个重要原闪就足涂层作为一种高聚物薄膜，能够不同程度地阻缓腐蚀因子水、 氧气和离子通过，从而发挥防锈防腐蚀的作用。此外，涂层薄膜对腐蚀介质的稳定性，与底材的附 着力以及相应的力学性能对丁涂层的防腐蚀性能都有着重要的影响。 1 1 4 钢结构建筑常用防腐涂装体系 涂层防护是在钢材表面喷( 涂) 防腐蚀涂料或油漆。涂层体系由底漆、中层漆和面漆构成，三者构 成的涂层发挥总体效果。底漆对底材和而漆有较高的附着力和粘接力，并有缓蚀防锈作用，常用的 防腐底漆有富锌、磷酸锌、环氧防锈等；中层漆是过渡层，起抗渗作用；面漆则起抵抗腐蚀介质和 外部应力的作用。与寓锌涂料相匹配的中层、面层涂料有环氧树脂类、聚氨酯类、氟碳类等。 在进行钢结构涂装发计时，最重要的是一定要根据建筑物给定的条件，将防腐蚀在初期设计就 加入进去，要考虑钢结构受到外界因素的侵蚀和作用，比如场地条件、房屋条件、部位构件、构件 条件和空间条件等。考虑到建筑物涂装设计的给定冈素后将其等级化，然后再这个登记范围内进行 涂装设计的取舍。对于涂膜的综合耐久性能，还必须考虑到施j r 条件、维护管理和经济等因素。 进行建筑钢结构防腐蚀设计时，还要考虑防火的问题，建筑钢结构虽然是不燃物，但是当温度 超过4 5 0 c 时，钢铁的强度就会急剧下降，当到达8 0 0 以上时，建筑物就会失去强度而倒塌。所以 防火是钢结构建筑防腐涂装体系设计时必须考虑的因素。防火涂料不能直接刷涂在钢结构上面。常 用的防锈漆有环氧底漆、环氧寓锌底漆和无机硅酸盐富锌底漆等。在底漆上面喷涂环氧中间漆可以 增加防锈效果。然后再涂装防火涂料，厚度根据不同的产品和不同的耐火极限来确定。 典型建筑钢结构防腐蚀涂装体系如下示例。 底漆 无机硅酸富锌底漆7 5 i i m 中问漆环氧云铁中间漆 1 2 0 p m 3 东南人学硕上学位论文 防火涂料 面漆丙烯酸聚氨酯面漆 2 m m 2 道，每道4 0 i t m 1 2 客站雨棚钢结构涂层的耐久性现状 无站台柱钢结构雨棚属暴露在野外环境中的钢结构，其表面与周嗣介 发生化学及电化学作j h ，当涂层性能较差时，便会破坏涂层使钢铁产生锈 有火量车辆停留、过往，列车垃圾及废水对雨棚立杵以及大窗等钢结构的 在过去长时期内，蒸汽机车一直是我固铁路货运的主力机车，其运行过程 一氧化碳等气体，使铁路雨棚钢结构自身的微环境更加恶劣。现在蒸汽机 内燃机车为主要机车，其废气对雨棚和电网支架的钢结构的腐蚀也较不利 1 2 1 雨棚钢结构涂层的涂装现状 由于高速铁路建没周期短，要求站台雨棚既具有足够的美观度以及耐 期，因此在近期的客站雨棚建设中大部分采用了大跨度结构，将支撑雨棚 道间，形成覆盖整个站台的通透的无柱空间的无站台柱雨棚，这个结构的雨棚将大量采用钢结构， 顶部雨棚全由大跨度钢结构连接，台柱为钢柱内部灌装混凝1 ：而成，冈此钢结构的防腐成为站台雨 棚建设的重点之一。目前人型钢结构的防腐措施为重防腐涂装，使片j 涂料隔绝外界介质与金属基体 直接发生接触，从而防止钢结构出现锈蚀以及钢结构使用寿命的缩短。 雨棚钢结构涂层的特殊性在丁新型的无站台柱雨棚为半露天结构，在立柱等部位要求防火，且 因其人部分结构位丁阳光照射下，对涂层体系的耐久性提出了很高的要求。目前雨棚钢结构防腐涂 层体系一般参考普通室内钢结构的涂装，并没有做剑重防腐标准。目前，现雨棚立柱等的涂装体系 人多为环氧富锌底漆3 吓氧云铁中间漆防火涂料。无防火要求部位的涂装体系为环氧富锌底漆环氧 云铁中间漆，聚氨酯面漆。由于雨棚复杂的腐蚀环境，涂层体系较快出现粉化剥落，无法达剑预计使 用年限。因此对雨棚环境调研，分析其腐蚀特点，并依据这些冈素设计站台雨棚防腐体系，并提出 铁路系统的专用的涂装标准是站台雨棚钢结构涂层建设的发展趋势。 1 2 2 涂层体系耐久性研究现状及存在的问题 对于涂层耐久性研究，传统的研究方法是研究腐蚀失效后的结果和现象，进而推测腐蚀机理。 这对于评价涂层性能仍是有效的方法，但是由于不能给出腐蚀失效的动力学规律和明确的机理，往 往不能满足要求。冈此，近代采用了电化学、光谱学等方法，并且越来越倾向于使用原位在线测量 技术。 目前涂层耐久性研究的存在的问题就是评价方法不够准确和全面，采用物理检测方法评估研究 有机涂层老化时，除了涂层表面容易被沾污影响检测结果之外，在选择测试区域、评估测试结果、 解释实验现象时引进人为误差。采用化学方法评估有机涂层老化时，除了优点之外，每种方法的缺 点同样影响检测结果。 4 第一章绪论 1 3 钢结构涂层耐久性检测方法的对比分析 1 3 1 常规检测法 涂层样板或实物在规定的腐蚀条件下经过一定时间后用目测的方式检查涂层所表现 l j 的对腐蚀 介质的反应，如锈蚀、起泡、脱落等，并据此对涂层的耐蚀性能进行评价，将这一类方法统称为常 规检测法。根据试验方法和试验条件的不同，常规检测主要有浸渍试验、耐盐雾试验、耐湿热试验、 人上加速老化等儿种方法1 4 1 。 ( 1 ) 浸渍试验 浸渍试验将样板直接浸泡于腐蚀介质中，在规定的试验条件下经一定时间后检查漆膜的变化与 破坏情况或检验涂层破坏火效至一定程度所持续的时间，根据涂层金属的破坏与腐蚀程度或持续的 时间对涂膜的耐蚀性进行评价。根据浸渍介质的不同有耐水性试验、耐盐水试验、耐酸碱试验、耐 各种有机溶剂及其他化学品试验，以检验涂层的耐水以及耐各种化学药品性能，试验方法大都有相 关的国家标准。 ( 2 ) 耐盐雾试验 耐盐雾性能是考察涂层耐蚀性和预测涂层使用寿命的关键指标，也是评价涂层耐蚀性最经典、 使川最普遍的试验方法，在国际上被广泛采用。g b t 1 7 7 1 9 1 色漆和清漆耐中性盐雾性能的测试 参照美国a s t m 一1 1 7 标准，将涂漆的样板划伤后斜置于盐雾箱中，在( 3 5 土2 ) 下j i j ( 5 0 - 士1 0 ) g l 中性 n a c i 水溶液( p h 6 5 7 2 ) 喷雾腐蚀，定期检查样板的起泡、锈蚀及其蔓延程度。该方法所规定的 试验条件与船舶、近海采油平台、沿海港湾设施等所处的成湿环境比较接近，因而盐雾试验结果对 评价和预测这类用途涂膜的耐蚀性和使用寿命具有实际意义。 ( 3 ) 湿热试验 将样板或实物置丁湿热试验箱中，在规定的温、湿度条件下，定期观察涂层锈蚀、起泡、脱落 等状况，该试验主要考察涂层的耐水性和水汽渗透性。湿热试验与盐雾试验相似，区别仅在丁湿热 试验的雾滴中没有盐分而是蒸馏水或去离子水。各国制定的湿热试验方法标准略有不同，主要表现 在对温湿度条件的规定上，a s t m 2 2 4 7 9 7 涂层在1 0 0 相对湿度中的耐水性试验规定温度为3 8 * ( 2 、 相对湿度为1 0 0 。湿热试验条件在很多情况下与实际场地相符，如潮热密闭的包装箱、地下库房、 桥梁下部钢结构等，因此湿热试验与浸水试验相比对预测涂层的耐水性和实际使用效果往往更能说 明问题。 ( 4 ) 人工加速老化 根据文献【5 1 ，涂层暴露于人工气候或人工辐射下，目的是为了在实验室内模拟自然气候作用或 在( 窗) 玻璃盖下试验所发生的老化过程。氙弧辐射试验被认为是最能模拟全太阳光谱的试验，因 为它能产生紫外光、可见光和红外光。这种方法是用经滤光器滤光的氙弧灯对涂层进行人工气候老 化或人工辐射暴露，其目的是为了在一定暴露辐射后，使选定的性能产生一定程度的变化或得剑一 定程度的老化。按照g b t 1 8 6 5 1 9 9 7 色漆和清漆人工气候老化和人 ：辐射暴露( 滤过的氙弧辐射) 进行试验。 ( 5 ) 紫外灯照射试验 5 东南人学硕上学位论文 紫外光灯照射老化试验【6 1 利用荧光紫外光灯模拟太阳光对耐久性材料的破坏性作用。这与前面 提到的氙弧灯有区别，荧光紫外灯在电学原理上与普通的照明用冷光日光灯相似，但能生成更多的 紫外光而非可见光或红外光线。使j j 紫光灯老化试验的一个主要优势在于它能够模拟较为符合实际 的室外潮湿环境对材料的破坏作用。 此外紫外老化试验与氚弧灯试验相比，对材料的破坏作用更强，能在更短的时问内比较出不同 材料的优劣。 1 3 2 电化学方法 涂层下金属的腐蚀主要是电化学腐蚀【_ 瑚1 ，有机涂层中高聚物的高绝缘性成为涂层抗腐蚀的重要 屏障，防锈颜料的作用则增人了阳极极化值从而阻止或减缓了金属腐蚀的发生。有机涂层在金属的 防护失效过程中，总伴随着一系列的电化学变化，通过检测电化学变化信号，可以实时获得金属腐 蚀与涂层防护性能变化的动态信息，应用电化学理论对给出的信息进行分析处理，可以对涂层下金 属腐蚀的动力学规律与涂层的防护机理进行研究，实现涂层耐蚀性的定量与? 卜定量评价。电化学方 法很多，如直流电化学法、交流阻抗谱法、氢渗透l 乜流法、电化学噪声法、恒电量方法等1 4 1 。 ( 1 ) 直流电化学法 涂层钢板防腐蚀性的直流电化学法测试法主要有电位时间法、直流i 乜阻法、极化曲线法和极化 电阻法、脉冲极化法、微小电流检测法、涂层腐蚀面积推算法、阴极剥离法等。除电位时间法外大 多需要对被测体系施加一定强度的外界扰动信号，外加信号的介入可能影响腐蚀进程，导致涂层不 可逆变化，无法对被测体系进行原位监测。这类方法现在很少单独使用，一般作为预测试或辅助手 段用于试验室研究 1 0 , 1 1 1 。 电伉时问法简单易行，它能满足真正无损、可重复性的要求。用电位一时间作预备性的测试是 必要的。达到最终电位_ 卜降的时间。可作为是漆膜破坏的定量尺度。此法所川装置中电解池是用有 机玻璃管制成，借助于有机玻璃夹具和垫圈紧压于研究电极一涂层金属表面。川氯化钠盐水浸泡，用 直流数字电压表测定不同浸泡时间下的腐蚀电位。研究电极经除油、打磨、熔剂清洗，涂漆同化后 于试片边缘焊出两根导线，并用环氧涂封焊接处【1 2 】。 ( 2 ) 电化学阻抗法( e l e c t r o c h e m i c a li m p e d a n c es p e c t r o s c o p