李江江，汪 杰，丁立群，王慧翠

（海洋化工研究院有限公司，山東青島 266071）

我國(guó)的水利水電工程，其所處環(huán)境，一般濕度較大、降雨較多、水中含沙量大，極易引起壩體鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。例如：三峽樞紐工程地處南溫帶和亞熱帶過(guò)渡地帶，庫(kù)區(qū)降 水比較豐富，年均降雨量在11mm左右，霧天大約為23d左右，年平均相對(duì)濕度為75.8%。

因此，水利水電工程在施工期間應(yīng)使用防腐性能優(yōu)異的涂料體系，以提高鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。一般情況下，水利水電工程中的鋼結(jié)構(gòu)件在檢修和維護(hù)期間無(wú)法外運(yùn)，所以需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手工除銹，即在低表面處理?xiàng)l件下施涂防腐涂層，這大大增加了對(duì)涂料的防腐性能要求。

本文通過(guò)模擬三峽水電站的典型氣候環(huán)境，設(shè)計(jì)干濕交替、耐水、人工氣候老化、濕熱和中性鹽霧五種試驗(yàn)條件，選用石墨烯防腐涂料配套體系與常規(guī)防腐涂料配套體系進(jìn)行性能試驗(yàn)，研究石墨烯涂料在水利水電工程中的應(yīng)用前景。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9101-2A，上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司；加速老化儀：QUV，美國(guó)Q-panel公司；高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱：KLTH-H157960，無(wú)錫科隆試驗(yàn)設(shè)備有限公司；鹽霧箱：CC1000XP，英國(guó)ASCOTT公司；光澤度儀：4446，德國(guó)BYK公司；色差儀：SP62，美國(guó)愛(ài)色麗公司。

1.2 涂層制備工藝

選擇國(guó)內(nèi)某公司的石墨烯功能性重防腐涂料配套體系和國(guó)外某公司的常規(guī)防腐涂料配套體系，以下簡(jiǎn)稱產(chǎn)品A和產(chǎn)品B。

產(chǎn)品A采用石墨烯與改性樹(shù)脂相復(fù)合技術(shù)，經(jīng)過(guò)特殊處理的高分子結(jié)構(gòu)，全面提升了產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)，具有優(yōu)異的耐鹽霧、耐濕熱及耐候性突出等特點(diǎn)，特別是在銹蝕表面和潮濕表面具有很強(qiáng)的防腐蝕性能。產(chǎn)品B采用環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+丙烯酸聚氨酯面漆的配套方式，具有良好的耐鹽霧、老化、酸堿介質(zhì)等防腐性能，是目前國(guó)內(nèi)橋梁、壩體等鋼結(jié)構(gòu)比較通用的涂裝應(yīng)用工藝。

試驗(yàn)試板選用C級(jí)銹蝕板，經(jīng)手工除銹達(dá)到St2級(jí)，表面狀態(tài)均為潮濕帶銹。

涂層詳細(xì)配套體系如下：

產(chǎn)品A：涂刷底漆一道,干膜厚度60μm；中間漆一道，干膜厚度60μm； 面漆二道，干膜厚度120μm；總厚度240～250 μm。產(chǎn)品B：涂刷環(huán)氧富鋅底漆一道，干膜厚度80μm ；環(huán)氧云鐵中間漆二道，干膜厚度160μm； 丙烯酸聚氨酯面漆2道，干膜厚度80μm；總厚度320～340 μm。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）干濕交替試驗(yàn)：在溫度為［1］60℃環(huán)境下放置24h，然后在23℃水中放置24h為一個(gè)循環(huán)，進(jìn)行42個(gè)循環(huán)，總時(shí)間2016h。

（2）耐水性［2］試驗(yàn)：在23℃水中浸泡2000h。

（3）耐人工氣候老化［3］性試驗(yàn)：60℃光照4h，輻照度0.71W/m2；50℃冷凝4h，為一個(gè)循環(huán)，共計(jì)2000h。

（4）耐濕熱［4］性試驗(yàn)：溫 度47℃，相 對(duì)濕度96%，總時(shí)間2000h。

（5） 耐鹽霧［5］性試驗(yàn)：箱體溫度35℃，收集液濃度50g/L，pH值6.5～7.2，總時(shí)間2000h。

2 結(jié)果與討論

2.1 干濕交替試驗(yàn)

產(chǎn)品A和產(chǎn)品B經(jīng)2016h干濕交替試驗(yàn)后，試板表面狀態(tài)如圖1和圖2所示。

圖1 產(chǎn)品A樣板照片F(xiàn)ig.1 Sample photos of product A

圖2 產(chǎn)品B樣板照片F(xiàn)ig.2 Sample photos of product B

從圖1可知，試驗(yàn)后漆膜無(wú)起泡、生銹、脫落、開(kāi)裂等現(xiàn)象，表面無(wú)粉化、變色，有輕微失光。保護(hù)性漆膜綜合評(píng)定等級(jí)［6］0級(jí)，漆膜耐老化性能優(yōu)。從圖2可知，試驗(yàn)后漆膜無(wú)起泡、生銹、脫落、開(kāi)裂等現(xiàn)象，表面無(wú)粉化、變色現(xiàn)象，有輕微失光。保護(hù)性漆膜綜合評(píng)定等級(jí)0級(jí)，漆膜耐老化性能優(yōu)。

試驗(yàn)表明，兩種產(chǎn)品均可耐23℃水環(huán)境和60℃空氣環(huán)境。整個(gè)干濕交替試驗(yàn)中，涂層體系主要受水的影響，涂層體系在水環(huán)境浸泡24h的過(guò)程中，水介質(zhì)對(duì)涂層體系的侵蝕滲透程度本就很小，換到60℃空氣環(huán)境中后，涂層表面的水快速蒸發(fā)，漆膜的狀態(tài)恢復(fù)。因此，產(chǎn)品A和產(chǎn)品B都具有優(yōu)良的耐干濕交替性能，均適合應(yīng)用于干濕交替環(huán)境的防腐。

2.2 耐水性試驗(yàn)

產(chǎn)品A和產(chǎn)品B經(jīng)2000h耐水試驗(yàn)后，試板表面狀態(tài)如圖3和圖4所示。

圖3 產(chǎn)品A樣板照片F(xiàn)ig.3 Sample photos of product A

圖4 產(chǎn)品B樣板照片F(xiàn)ig.4 Sample photos of product B

從圖3可知，試驗(yàn)后漆膜無(wú)起泡、生銹、脫落、開(kāi)裂等現(xiàn)象，表面無(wú)粉化，有輕微變色和失光，24h后能恢復(fù)原狀態(tài)。保護(hù)性漆膜綜合評(píng)定等級(jí)0級(jí)，漆膜耐老化性能優(yōu)。從圖4可知，試驗(yàn)后漆膜無(wú)生銹、脫落、開(kāi)裂等現(xiàn)象，表面無(wú)粉化，有輕微變色和失光；表面有少量氣泡，24h后能恢復(fù)原狀態(tài)。保護(hù)性漆膜綜合評(píng)定等級(jí)2級(jí)，漆膜耐老化性能中。

試驗(yàn)表明，產(chǎn)品A中石墨烯防腐涂層體系特有的高分子結(jié)構(gòu)使其具有很好的屏蔽性能，可以有效地阻止水的侵蝕和滲透。產(chǎn)品B的屏蔽性能較差，經(jīng)過(guò)2000h的浸泡，水緩慢少量滲透到涂層體系的中間層，引起面漆起泡，同時(shí)也說(shuō)明面漆和中間漆的附著性一般。產(chǎn)品A具有優(yōu)良的耐水性能，優(yōu)于產(chǎn)品B，適合應(yīng)用于浸水環(huán)境的防腐。

2.3 耐人工氣候老化性試驗(yàn)

產(chǎn)品A和產(chǎn)品B經(jīng)2000h耐人工氣候老化性試驗(yàn)后，試板表面狀態(tài)如圖5和圖6所示。

圖5 產(chǎn)品A樣板照片F(xiàn)ig.5 Sample photos of product A

圖6 產(chǎn)品B樣板照片F(xiàn)ig.6 Sample photos of product B

從圖5可知，試驗(yàn)后漆膜無(wú)起泡、生銹、脫落、開(kāi)裂等現(xiàn)象，有輕微粉化，有明顯失光和變色。保護(hù)性漆膜綜合評(píng)定等級(jí)2級(jí)，漆膜耐老化性能中。從圖6可知，試驗(yàn)后漆膜無(wú)起泡、生銹、脫落、開(kāi)裂等現(xiàn)象，有輕微粉化，有明顯失光和變色。保護(hù)性漆膜綜合評(píng)定等級(jí)2級(jí)，漆膜耐老化性能中。

試驗(yàn)表明：兩種產(chǎn)品耐候性能一般。經(jīng)過(guò)2000h 的UVB-313紫外燈的照射和凝露循環(huán)老化試驗(yàn)，涂層表面樹(shù)脂老化分解，顏填料失去粘結(jié)力從樹(shù)脂中析出浮于涂層表面造成涂層失光、變色甚至粉化。兩種產(chǎn)品均不宜應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)紫外線光照環(huán)境。

2.4 耐濕熱性試驗(yàn)

產(chǎn)品A和產(chǎn)品B經(jīng)2000h濕熱試驗(yàn)后，試板表面狀態(tài)如圖7和圖8所示。

圖7 產(chǎn)品A樣板照片F(xiàn)ig.7 Sample photos of product A

圖8 產(chǎn)品B樣板照片F(xiàn)ig.8 Sample photos of product B

從圖7可知，試驗(yàn)后漆膜無(wú)起泡、生銹、脫落、開(kāi)裂等現(xiàn)象，表面無(wú)粉化，有輕微變色和失光。保護(hù)性漆膜綜合評(píng)定等級(jí)0級(jí)，漆膜耐老化性能優(yōu)。從圖8可知，試驗(yàn)后漆膜無(wú)生銹、脫落、開(kāi)裂等現(xiàn)象，表面無(wú)粉化，有輕微變色和失光；漆膜起較多數(shù)量的氣泡，直徑大小在0.5～5 mm。保護(hù)性漆膜綜合評(píng)定等級(jí)5級(jí)，漆膜耐老化性能劣。

試驗(yàn)表明：在濕熱環(huán)境中，凝露水更容易侵蝕滲透到涂層體系中，也更容易引起鼓泡，產(chǎn)品B出現(xiàn)較多氣泡，說(shuō)明其涂層屏蔽性能一般。產(chǎn)品A中采用石墨烯與改性樹(shù)脂相復(fù)合技術(shù)，經(jīng)過(guò)特殊處理的高分子結(jié)構(gòu)，提高了涂層體系的屏蔽性能和防腐性能。產(chǎn)品A具有良好的耐濕熱性能，優(yōu)于產(chǎn)品B，二者差異明顯。

2.5 耐鹽霧性試驗(yàn)

產(chǎn)品A和產(chǎn)品B經(jīng)2000h耐鹽霧性試驗(yàn)后，試板表面狀態(tài)如圖9和圖10所示。

圖9 產(chǎn)品A樣板照片F(xiàn)ig.9 Sample photos of product A

圖10 產(chǎn)品B樣板照片F(xiàn)ig.10 Sample photos of product B

從圖9可知，試驗(yàn)后未劃線區(qū)漆膜無(wú)起泡、生銹、脫落、開(kāi)裂等現(xiàn)象；劃線處單向銹蝕寬度1.6mm。從圖10可知，試驗(yàn)后未劃線區(qū)漆膜無(wú)生銹、脫落、開(kāi)裂等現(xiàn)象，漆膜起較多數(shù)量的氣泡，直徑大小在0.5～5 mm；劃線處單向銹蝕寬度1.8mm。

試驗(yàn)表明：兩種產(chǎn)品劃線處都出現(xiàn)銹蝕擴(kuò)散現(xiàn)象。產(chǎn)品A特有的石墨烯高分子結(jié)構(gòu)使其具有較好的屏蔽性能和防腐性能，可以較好地阻止腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)散和金屬底材的電化學(xué)腐蝕，又因?yàn)檎麄€(gè)涂層體系相容性好，因此劃線處銹蝕擴(kuò)散較小，涂層表面沒(méi)有出現(xiàn)氣泡。產(chǎn)品B屏蔽性能和防腐性能較差，劃線處銹蝕擴(kuò)散較大，涂層表面出現(xiàn)氣泡。產(chǎn)品A具有良好的耐鹽霧性能，優(yōu)于產(chǎn)品B，二者差異明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)驗(yàn)室模擬水利水電工程實(shí)際的環(huán)境條件，分別對(duì)某國(guó)產(chǎn)石墨烯功能性防腐涂料

體系和某國(guó)外常規(guī)防腐涂料體系做干濕交替試驗(yàn)、耐水性試驗(yàn)、人工氣候老化試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)和中性鹽霧試驗(yàn)，兩種配套體系均施涂在帶銹潮濕的金屬表面。試驗(yàn)結(jié)果表明：石墨烯功能性防腐涂料體系在干濕交替環(huán)境、浸水環(huán)境、濕熱環(huán)境和高鹽度環(huán)境中有著優(yōu)異的耐腐蝕性能，同等條件下優(yōu)于常規(guī)防腐涂料體系。在強(qiáng)紫外線環(huán)境中，作為保護(hù)性涂層，兩種涂層體系老化性能一般，其耐老化性能有進(jìn)一步提升的空間。因此，本實(shí)驗(yàn)所用的某國(guó)產(chǎn)石墨烯功能性防腐涂層體系在帶銹潮濕界面擁有良好的防腐性能，可以替代水利水電工程中常用的常規(guī)防腐涂層體系。