桥梁钢结构防腐涂层的老化失效机理和寿命预测研究

论文摘要

有机涂层作为桥梁钢结构的主要防腐蚀手段,对桥梁的防护起到了重要的作用,但是在室外大气环境中受到太阳光（主要是紫外线）、湿度和温度等环境因素的作用,有机涂层会通过不同降解形式发生老化降解,产生粉化、微裂纹和脱落等老化现象,导致涂层失效,就需要对桥梁进行重涂装,为了确定合理的重涂装时间,使涂装费用最经济,研究涂层大气腐蚀失效机理以及它们在室外大气环境下的服役寿命就显得至关重要。本文采用醇酸、聚氨酯、丙烯酸聚氨酯、氯化橡胶、氟碳和丙烯酸聚硅氧烷6种面漆构成的24套涂装体系作为研究对象,将涂层试样投放在典型大气环境（暖温带半湿润城市气候环境（西安））中进行户外曝晒实验,同时在室内对它们进行人工加速老化实验,采用不同检测手段分析有机涂层老化行为、涂层老化对涂层抗腐蚀性的影响以及腐蚀产物的形成机制,并探讨有机涂层室外曝晒实验和室内循环加速老化实验的相关性和涂层老化失效机理,根据机理本文尝试给出了涂层（含金属基体）大气腐蚀下的寿命预测方程。结果分析表明:在人工老化条件下,不同涂层体系外在表观老化失效形式一致,失光率按指数方程y = a（1 ?exp（?bt））上升,但微观失效模式和失效机理不同;在紫外/喷淋加速老化试验中除了氟碳涂层外,其他几种涂层的老化行为都能较好模拟相同涂层在室外曝晒中的老化行为。随着室内外老化时间的延长,涂层体系吸水率都近似按线性方程增加,涂层与金属界面之间的结合强度都近似按线性方程下降。室内老化后期,碳钢底材的腐蚀产物主要是Fe3O4和r-FeOOH。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的背景
• 1.2 大气环境下桥梁钢结构防腐蚀现状
• 1.2.1 大气腐蚀的概念及类型
• 1.2.2 国内外钢桥梁防腐发展的历史
• 1.2.3 重防腐蚀涂料的特点及分类
• 1.2.4 钢桥防腐蚀涂层大气腐蚀的影响因素
• 1.2.5 钢结构防腐蚀涂层在大气环境下的病害
• 1.3 国内外防腐蚀涂层的失效机理研究进展
• 1.3.1 涂层的光降解学说
• 1.3.2 涂层的水降解学说
• 1.3.3 介质在涂层中的渗透学说
• 1.3.4 涂层湿附着力学说
• 1.3.5 涂层起泡机制学说
• 1.4 国内外钢结构及防腐蚀涂层寿命预测研究进展
• 1.4.1 钢结构大气腐蚀寿命预测研究进展
• 1.4.2 防腐蚀涂层寿命预测模型研究进展
• 1.5 研究防腐蚀涂层老化的试验方法
• 1.5.1 自然暴晒老化试验
• 1.5.2 室内人工模拟加速试验
• 1.5.3 自然暴晒与人工老化相关性研究
• 1.6 防腐蚀涂层老化检测手段
• 1.6.1 常规检测法
• 1.6.2 电化学方法
• 1.6.3 光谱学方法
• 1.6.4 表面分析技术
• 1.7 目前研究防腐蚀涂层老化行为存在的主要问题
• 1.8 论文研究目的、意义及研究内容
• 1.8.1 论文研究目的、意义
• 1.8.2 论文研究内容
• 第二章 试验方法及仪器
• 2.1 涂料与试样制备
• 2.1.1 涂料和涂层体系的选取
• 2.1.2 样板的制取方法
• 2.1.3 漆膜厚度检验
• 2.1.4 漆膜外观检验
• 2.2 试验方法
• 2.3 试验仪器
• 2.4 性能测试及表征
• 2.4.1 光泽度的测定
• 2.4.2 黑板反射率的测定
• 2.4.3 粉化率的测定
• 2.4.4 吸水率的测定
• 2.4.5 红外检测
• 2.4.6 扫描电镜（SEM）观测
• 2.4.7 检测结合强度
• 2.4.8 孔隙率的测定
• 2.4.9 腐蚀产物成分的测定
• 2.4.10 厚度的测定
• 2.4.11 起泡点和锈蚀点监测
• 第三章 试验结果与分析
• 3.1 涂层黑板反射率分析
• 3.2 涂层老化初期光泽度分析
• 3.2.1 人工加速老化失光规律分析
• 3.2.2 自然暴晒老化失光规律分析
• 3.2.3 有机涂层室内外失光相关性分析
• 3.3 涂层老化后期历程分析
• 3.3.1 人工老化外观分析
• 3.3.2 自然暴晒外观分析
• 3.3.3 讨论与小结
• 3.4 扫描电镜（SEM）测试分析
• 3.4.1 DT 涂层室内外老化SEM 测试
• 3.4.2 JJ 涂层室内外老化SEM 测试
• 3.4.3 BTS 涂层SEM 测试
• 3.4.4 小结
• 3.5 涂层吸水率变化分析
• 3.5.1 DT 涂层体系吸水率变化分析
• 3.5.2 JJ 涂层体系吸水率变化分析
• 3.5.3 BTS 涂层体系吸水率变化分析
• 3.5.4 小结
• 3.6 涂层附着力测试分析
• 3.6.1 DT 涂层体系附着力分析
• 3.6.2 JJ 涂层体系附着力分析
• 3.6.3 BTS 涂层体系附着力分析
• 3.6.4 小结
• 3.7 红外光谱（FTIR）测试分析
• 3.7.1 涂层红外光谱解析
• 3.7.2 小结
• 3.8 腐蚀产物成份分析
• 3.9 涂层大气腐蚀寿命预测
• 3.9.1 失效第一阶段T1
• 3.9.2 失效第二阶段T2
• 3.9.3 失效第三阶段T3
• 3.9.4 涂层（含金属基体）大气腐蚀寿命预测
• 结论与展望
• 参考文献
• 附表
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢