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一文讀懂鐵路鋼橋重防腐涂料的研究與應用

發布時間:2021-08-31 14:18:12

目前中國鐵路網正處于擴大規模,完善結構?提高質量,快速擴充運輸能力迅速提高裝備水平的階段。現在新的高速客運專線的建設己全面展開,從安全的角度看,列車的提速,要求盡量減少鐵路彎道和平交道則需要建設大量的鐵路橋梁高速鐵路鋼橋及橋梁鋼支座的建設與使用為鋼結構防腐涂料的應用提供了廣闊的市場前景。

 

鐵路鋼橋的腐蝕與防護原理

用來制造鐵路鋼橋的主要材料是鋼鐵,而鋼鐵又是金屬中的一個大類 。所以為了提高鐵路鋼橋的使用壽命,必須在了解金屬的腐蝕機理的基礎上,來控制鋼鐵的腐蝕速度,探求防護的最佳辦法。

1. 金屬腐蝕的基本原理

化學腐蝕過程化學腐蝕是氣體或液體介質與金屬表面發生化學作用,產生化合物,從而使金屬表面遭受腐蝕損壞的過程。如對鋼鐵進行熱軋、焊接、鉚接、切割等高溫加熱時?鋼鐵和空氣中的氧反應?在鋼鐵表面形成黑色氧化皮 又如含硫石油等有機物質作用于金屬時所發生的腐蝕 在干燥氣體介質中發生的腐蝕等等 這些都是化學腐蝕的過程。化學腐蝕的特點是腐蝕產物的膜直接生成在發生反應的金屬表面上?膜的厚度和疏松緊密程度決定了金屬腐蝕的速度。化學腐蝕是一種沒有電流產生的腐蝕過程。

2.電化學腐蝕過程

金屬在大氣中的銹蝕主要是電化學腐蝕。金屬的電化學腐蝕是自偶電池發生的。即當電解液中有任何兩種電極電位不同的金屬成為陽極而被腐蝕。因此?電化學腐蝕的進行必須具備這樣個基本條件 一是有不同的金屬存在 二是不同的金屬處于相接觸之中 三是不同金屬同時存在于電解質溶液中。另外鋼鐵表面有由于雜質、氧化皮的缺陷、晶體結構、機械或熱加工等原因產生的不均勻性。從環境方面講,則有溫度差、氧濃度的不均勻性,特別是在大氣腐蝕的條件下,鋼鐵表面吸附一層水膜而形成許多微小的原電池,這些都是造成發生電化學腐蝕的條件。

 

影響金屬腐蝕的主要因素

1.金屬材料本身的影響

眾所周知?不同的金屬具有不同的電極電位和不同的金相組織?其穩定性 即耐腐蝕性 是不相同的。而同樣化學成分的鋼材由于熱處理過程不同,其耐腐蝕性也不相同。另外,金屬處理因鍛、鑄、電焊等加工過程的熱應力分布不均勻或熱加工過程中造成晶粒變形等?都可能引起金屬內部電極電位的差異,加快金屬本身的腐蝕。

2.環境溫度的影響

一般情況下?溫度升高,金屬在電解質溶液中的腐蝕速度就加快。如海水溫度每上升 °C?鋼鐵腐蝕速度將增加一倍?因為隨著溫度的升高,電極反應加強。另外,在大陸性氣候的地區,晝夜溫差大,夜間大氣中的相對濕度又升高,空氣中的水分就會以結露的形式聚結在金屬表面,為金屬生銹提供了良好的條件。

3.環境濕度的影響

特別是在高溫高濕的條件下,金屬最容易生銹。其中腐蝕性最大的因素是潮濕和嚴重污染的工業大氣?而溫度變化的影響,遠不如濕度變化的影響大,因為相對濕度高在金屬表面很容易形成有腐蝕性的水膜。

 

鐵路橋梁鋼結構防腐涂料研究進展

1.醇酸樹脂涂料

醇酸樹脂是用油料、多元醇、多元酸通過醋化縮聚制備而成的一種酯。醇酸樹脂涂料的性能與脂肪酸的含量油度有很大的關系,醇酸樹脂的油度可以分為長、中、短 種。固化后的漆膜中殘留有輕基和梭基,這些極性基團使漆膜具有比油性漆更好的附著力。醇酸樹脂由于含有大量的酯基,因而耐水、耐堿和耐化學藥品性較差,對于酸雨嚴重的地區和水下鋼結構的使用有局限性。另外醇酸樹脂中含有相當數量的不飽和雙鍵?嚴重影響了涂料的保色性、光澤性和戶外暴曬性 目前在橋梁面漆上使用的大多是醇酸樹脂與各種樹脂復合改性的品種。

2.含氯橡膠涂料

氯化橡膠樹脂以天然或合成橡膠為原料與氯氣反應而成,它是工業上很重要的一種橡膠衍生物,由它配制成的涂料具有優良的抗腐蝕性能 。氯化橡膠涂料是天然橡膠經過煉解或將異戊二烯橡膠溶于四氯化碳中?通氯氣而制得的白色多孔性固體物質,漆膜由于含有許多六元環?故性質鋼脆?常加入氯化石蠟作為增塑劑。由于該類涂料成膜物大分子中引入了氯元素,構成了極性較大的一鍵,所以,涂膜有較好的附著力,良好的耐水、酸、堿、鹽及防腐性能。但涂膜不耐高溫?高溫下易析出氯化氫氣體而降解?使用溫度一般不超過 。氯化橡膠是將橡膠在四氯化碳中通氯氣后再在水中析出,成品中殘留有較多的四氯化碳,污染大氣,受到環保的限制,有些廠商已經停產或者減產。 

3.聚氨酯樹脂涂料

分子結構中含有氨基甲酸醋鏈節的涂料為聚氨酯涂料?通常是由異氰酸酯和含輕基 或梭基 化合物反應制得。因為漆膜中含有大量氫鍵,漆膜堅韌、耐磨、光亮、豐滿?同時漆膜有著良好的耐蝕性。芳香族聚氨酯涂料綜合性能好、品種多、應用廣,但有一個嚴重的缺陷?即漆膜在受到紫外線照射時易變黃、失光,而脂肪族聚氨酯面漆則無此缺點?具有較高的耐候性?可以作為高檔面漆使用。聚氨酯涂料之所以得到廣泛的應用,最關鍵的是聚氨酯中的異氰酸酯的多官能團決定了其可與多種樹脂復合改性以滿足不同的使用要求。能與之在一起復合的樹脂有聚酯、聚醚、環氧、醇酸、經基丙烯酸、有機硅樹脂等。當前以縮二服、 三聚體為固化劑的丙烯酸聚氨酯涂料在橋梁防腐蝕面漆中應用居多。 

4.氟樹脂涂料

分子主鏈或側鏈含有氟碳鍵的聚合物為氟碳樹脂。有機氟聚合物是由乙烯分子中的氫原子被氟原子取代后的衍生聚合物。由含氟單體? 四氟乙烯、三氟氯乙烯、偏氟乙烯等通過均聚或共聚反應制得。由于氟碳鍵的鍵能是育機化一合物共價鍵中鍵能最大的?這就賦予了氟碳防腐蝕涂層 良好的物理化學穩定性。 

5.冷鍍鋅涂料

該涂料主要由鋅粉、有機樹脂和溶劑組成。從該意義上說?應該歸于有機富鋅涂料中。該涂料中的樹脂是一種環氧和丙烯酸拼用的混合樹脂?在使用中可以作底面漆合一?既發揮環氧樹脂的良好附著力?同時又發揮丙烯酸樹脂的保光性能。但因為涂料中含有高含量的鋅粉?在涂膜使用過程中?必然有鋅粉的氧化?況且鋅是典型的兩性物?在受到外界酸堿性不同的雨水侵蝕后?易出現變色現象?但防腐能力不受影響。同時隨著曝曬時間的延長?涂膜變色現象將變得明顯

6.有機硅涂料

有機硅樹脂的學名為聚硅氧烷樹脂?其主鏈含有硅氧鍵?側基為有機基團的高聚物?涂料用有機硅樹脂一般以甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷及甲基苯基二氯硅烷等為原料進行水解縮聚而成。有機硅樹脂有很好的耐溫、耐水性、耐化學品和耐紫外線性能。有機硅樹脂單獨使用時漆膜太軟?所以常與其它樹脂共混拼用。如醇酸樹脂、聚酷樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂等?在拼用中?這些樹脂可以改善漆膜的硬度和干燥速度等?而有機硅樹脂則提供保光保色性。有機硅樹脂與各種樹脂的改性方法各不相同?根據需要可以改性成不同場所需要的涂料品種。 

 

結語

目前,由于傳統酚醛樹脂、醇酸樹脂防腐涂料具有價格低的優勢,在防腐涂裝工程中仍被不少單位采用,但由于它們固有的性能缺陷,加之隨著各種高性能防腐涂料被研制開發并逐步得到應用,業內人士及用漆單位對高性能產品也逐步了解和接受,傳統酚醛、醇酸等油基漆的產量占防腐涂料總產量的比例一直呈下降趨勢,但和發達國家相比,仍然存在一定差距。


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