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铁路桥梁钢结构防腐涂料原理和应用

时间:2023-11-21

铁路桥梁钢结构防腐涂料原理和应用

  目前中国铁路网正处于扩大规模,完善结构?提高质量,快速扩充运输能力迅速提高装备水平的阶段。现在新的高速客运专线的建设己全面展开,从安全的角度看,列车的提速,要求尽量减少铁路弯道和平交道则需要建设大量的铁路桥梁高速铁路钢桥及桥梁钢支座的建设与使用为钢结构防腐涂料的应用提供了广阔的市场前景。

  一、铁路钢桥的腐蚀与防护原理

  用来制造铁路钢桥的主要材料是钢铁,而钢铁又是金属中的一个大类。所以为了提高铁路钢桥的使用寿命,必须在了解金属的腐蚀机理的基础上,来控制钢铁的腐蚀速度,探求防护的最佳办法。

  1、金属腐蚀的基本原理

  化学腐蚀过程化学腐蚀是气体或液体介质与金属表面发生化学作用,产生化合物,从而使金属表面遭受腐蚀损坏的过程。如对钢铁进行热轧、焊接、铆接、切割等高温加热时?钢铁和空气中的氧反应在钢铁表面形成黑色氧化皮又如含硫石油等有机物质作用于金属时所发生的腐蚀在干燥气体介质中发生的腐蚀等等这些都是化学腐蚀的过程。化学腐蚀的特点是腐蚀产物的膜直接生成在发生反应的金属表面上?膜的厚度和疏松紧密程度决定了金属腐蚀的速度。化学腐蚀是一种没有电流产生的腐蚀过程。

  2、电化学腐蚀过程

  金属在大气中的锈蚀主要是电化学腐蚀。金属的电化学腐蚀是自偶电池发生的。即当电解液中有任何两种电极电位不同的金属成为阳极而被腐蚀。因此电化学腐蚀的进行必须具备这样个基本条件一是有不同的金属存在二是不同的金属处于相接触之中三是不同金属同时存在于电解质溶液中。另外钢铁表面有由于杂质、氧化皮的缺陷、晶体结构、机械或热加工等原因产生的不均匀性。从环境方面讲,则有温度差、氧浓度的不均匀性,特别是在大气腐蚀的条件下,钢铁表面吸附一层水膜而形成许多微小的原电池,这些都是造成发生电化学腐蚀的条件。

  二、影响金属腐蚀的主要因素

  1、金属材料本身的影响

  众所周知不同的金属具有不同的电极电位和不同的金相组织其稳定性即耐腐蚀性是不相同的。而同样化学成分的钢材由于热处理过程不同,其耐腐蚀性也不相同。另外,金属处理因锻、铸、电焊等加工过程的热应力分布不均匀或热加工过程中造成晶粒变形等?都可能引起金属内部电极电位的差异,加快金属本身的腐蚀。

  2、环境温度的影响

  一般情况下温度升高,金属在电解质溶液中的腐蚀速度就加快。另外,在大陆性气候的地区,昼夜温差大,夜间大气中的相对湿度又升高,空气中的水分就会以结露的形式聚结在金属表面,为金属生锈提供了良好的条件。

  3、环境湿度的影响

  特别是在高温高湿的条件下,金属最容易生锈。其中腐蚀性最大的因素是潮湿和严重污染的工业大气而温度变化的影响,远不如湿度变化的影响大,因为相对湿度高在金属表面很容易形成有腐蚀性的水膜。

  三、铁路桥梁钢结构防腐涂料研究进展

  1、醇酸树脂涂料

  醇酸树脂是用油料、多元醇、多元酸通过醋化缩聚制备而成的一种酯。醇酸树脂涂料的性能与脂肪酸的含量油度有很大的关系,醇酸树脂的油度可以分为长、中、短种。固化后的漆膜中残留有轻基和梭基,这些极性基团使漆膜具有比油性漆更好的附着力。醇酸树脂由于含有大量的酯基,因而耐水、耐碱和耐化学药品性较差,对于酸雨严重的地区和水下钢结构的使用有局限性。另外醇酸树脂中含有相当数量的不饱和双键?严重影响了涂料的保色性、光泽性和户外暴晒性目前在桥梁面漆上使用的大多是醇酸树脂与各种树脂复合改性的品种。

  2、含氯橡胶涂料

  氯化橡胶树脂以天然或合成橡胶为原料与氯气反应而成,它是工业上很重要的一种橡胶衍生物,由它配制成的涂料具有优良的抗腐蚀性能。氯化橡胶涂料是天然橡胶经过炼解或将异戊二烯橡胶溶于四氯化碳中?通氯气而制得的白色多孔性固体物质,漆膜由于含有许多六元环?故性质钢脆?常加入氯化石蜡作为增塑剂。由于该类涂料成膜物大分子中引入了氯元素,构成了极性较大的一键,所以,涂膜有较好的附着力,良好的耐水、酸、碱、盐及防腐性能。但涂膜不耐高温?高温下易析出氯化氢气体而降解?使用温度一般不超过。氯化橡胶是将橡胶在四氯化碳中通氯气后再在水中析出,成品中残留有较多的四氯化碳,污染大气,受到环保的限制,有些厂商已经停产或者减产。

  3、聚氨酯树脂涂料

  分子结构中含有氨基甲酸醋链节的涂料为聚氨酯涂料?通常是由异氰酸酯和含轻基或梭基化合物反应制得。因为漆膜中含有大量氢键,漆膜坚韧、耐磨、光亮、丰满?同时漆膜有着良好的耐蚀性。芳香族聚氨酯涂料综合性能好、品种多、应用广,但有一个严重的缺陷?即漆膜在受到紫外线照射时易变黄、失光,而脂肪族聚氨酯面漆则无此缺点?具有较高的耐候性?可以作为高档面漆使用。聚氨酯涂料之所以得到广泛的应用,最关键的是聚氨酯中的异氰酸酯的多官能团决定了其可与多种树脂复合改性以满足不同的使用要求。能与之在一起复合的树脂有聚酯、聚醚、环氧、醇酸、经基丙烯酸、有机硅树脂等。当前以缩二服、三聚体为固化剂的丙烯酸聚氨酯涂料在桥梁防腐蚀面漆中应用居多。

  4、氟树脂涂料

  分子主链或侧链含有氟碳键的聚合物为氟碳树脂。有机氟聚合物是由乙烯分子中的氢原子被氟原子取代后的衍生聚合物。由含氟单体?如四氟乙烯、三氟氯乙烯、偏氟乙烯等通过均聚或共聚反应制得。由于氟碳键的键能是育机化一合物共价键中键能最大的?这就赋予了氟碳防腐蚀涂层良好的物理化学稳定性。

  5、冷喷锌涂料

  该涂料主要由锌粉、有机树脂和溶剂组成。从该意义上说?应该归于有机富锌涂料中。该涂料中的树脂是一种环氧和丙烯酸拼用的混合树脂?在使用中可以作底面漆合一?既发挥环氧树脂的良好附着力?同时又发挥丙烯酸树脂的保光性能。但因为涂料中含有高含量的锌粉?在涂膜使用过程中?必然有锌粉的氧化?况且锌是典型的两性物?在受到外界酸碱性不同的雨水侵蚀后?易出现变色现象?但防腐能力不受影响。同时随着曝晒时间的延长?涂膜变色现象将变得明显。

  6、有机硅涂料

  有机硅树脂的学名为聚硅氧烷树脂?其主链含有硅氧键?侧基为有机基团的高聚物?涂料用有机硅树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为原料进行水解缩聚而成。有机硅树脂有很好的耐温、耐水性、耐化学品和耐紫外线性能。有机硅树脂单独使用时漆膜太软?所以常与其它树脂共混拼用。如醇酸树脂、聚酷树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂等?在拼用中?这些树脂可以改善漆膜的硬度和干燥速度等?而有机硅树脂则提供保光保色性。有机硅树脂与各种树脂的改性方法各不相同?根据需要可以改性成不同场所需要的涂料品种。

  四、结语

  目前,由于传统酚醛树脂、醇酸树脂防腐涂料具有价格低的优势,在防腐涂装工程中仍被不少单位采用,但由于它们固有的性能缺陷,加之随着各种高性能防腐涂料被研制开发并逐步得到应用,业内人士及用漆单位对高性能产品也逐步了解和接受,传统酚醛、醇酸等油基漆的产量占防腐涂料总产量的比例一直呈下降趋势,但和发达国家相比,仍然存在一定差距。

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