李棟 王文新 田青業(yè) 李得斌 王海軍 雷鵬斗 王暉

（1甘肅省酒泉公路局，甘肅 酒泉 735000；2甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

高速公路是交通運(yùn)輸?shù)臉屑~和城市間聯(lián)系的紐帶，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到關(guān)鍵作用。加強(qiáng)高速公路防腐蝕保護(hù)技術(shù)的研發(fā)，減少高速公路運(yùn)行和維護(hù)的壓力，減少因腐蝕造成的資源浪費(fèi)，提升高速公路可持續(xù)發(fā)展能力，是交通運(yùn)輸領(lǐng)域中重點(diǎn)開展綠色交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究的要求，根據(jù)《公路波形梁鋼護(hù)欄》（JT/T 281-2007）和《公路交通工程鋼構(gòu)件防腐蝕技術(shù)條件》（GB/T 18226-2015）中的要求，本文制備了不同鋅含量的環(huán)氧鋅基底漆，并研究了不同鋅含量環(huán)氧鋅基底漆的長期性能，改善了高速公路波形護(hù)欄的腐蝕問題。

1 材料與方法

1.1 原材料

1）主劑

環(huán)氧樹脂E-44是用途最廣、用量最大的品種，用E-44配以常溫固化劑及活性稀釋劑，就能以簡(jiǎn)便的手工操作使玻璃布牢固地粘貼在被襯材質(zhì)的表面，形成環(huán)氧玻璃鋼防腐層，因而廣泛應(yīng)用于化工廠、酒廠、污水處理裝置等要求防腐的場(chǎng)合。環(huán)氧樹脂E-44也適合制備無溶劑或少溶劑涂料，該涂料防腐能力強(qiáng)，施工時(shí)對(duì)環(huán)境污染小。

2）固化劑

低分子量聚酰胺固化劑是環(huán)氧樹脂的優(yōu)良固化劑和增韌劑，調(diào)節(jié)縮合產(chǎn)物的分子量，可使其適合于各種環(huán)氧膠粘劑。與脂肪多胺相比，其反應(yīng)活性相似，揮發(fā)性小，毒性較低，對(duì)各種材料的粘接性良好，低分子聚酸胺主要用于室溫固化的雙組分環(huán)氧膠粘劑。

3）鋅粉

深灰色粉末狀金屬鋅，可作顏料，遮蓋力極強(qiáng)，具有很好的防銹及耐大氣侵蝕的作用，常用來制造防銹漆、強(qiáng)還原劑等。

4）滑石粉

滑石粉可增加產(chǎn)品形狀的穩(wěn)定，增加張力強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、撓曲強(qiáng)度，降低變形、伸張率、熱膨脹系數(shù)。

5）觸變劑

觸變劑在施工時(shí)高剪切速率下有較低黏度，有助于涂料流動(dòng)并易于施工；在施工之前及低剪切速率下有較高黏度，可防止顏料沉降和濕膜流掛。

6）稀釋劑

稀釋劑采用二甲苯和正丁醇以一定的比例配制。

1.2 試驗(yàn)方法

1）附著性測(cè)試

附著性測(cè)試符合《色漆和清漆 拉開法附著力試驗(yàn)》（GB/T 5210-2006）的要求，在與已涂底材平面的垂直方向上施加拉伸應(yīng)力，該應(yīng)力以均勻的且不超過1MPa/s的速度穩(wěn)步增加，使破壞過程在90s內(nèi)完成。記錄破壞試驗(yàn)組合的拉力，破壞強(qiáng)度由破壞力除以試柱面積來表示。

2）耐鹽霧測(cè)試

耐鹽霧測(cè)試符合《色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測(cè)定》（GB/T 1771-2007）的要求。試驗(yàn)溶液為質(zhì)量濃度為（50±5）g/L的氯化鈉溶液，每塊試板的受試面朝上，與垂線夾角是20°±5°，鹽霧箱內(nèi)溫度為（35±2）℃，應(yīng)定期檢查試板，檢查試板時(shí)應(yīng)快速，在任一24h內(nèi)鹽霧箱停止時(shí)間不超過30min，不允許使試板變干。在試驗(yàn)周期結(jié)束后，從設(shè)備中取出試板，用清潔的溫水沖洗以除去試板表面上的試驗(yàn)溶液殘留物。

3）耐濕熱測(cè)試

耐濕熱測(cè)試符合《漆膜耐濕熱測(cè)定法》（GB/T 1740-2007）的要求。試板垂直懸掛于擱板上，試板的正面不允許相互接觸，將擱板放入預(yù)先調(diào)到溫度為（47±1）℃、相對(duì)濕度為（96±2）%的調(diào)溫調(diào)濕箱中，當(dāng)溫濕度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，開始計(jì)算試驗(yàn)時(shí)間。連續(xù)試驗(yàn)48h檢查一次。兩次檢查后，每隔72h檢查一次。

4）耐酸性測(cè)試

耐酸性測(cè)試符合《色漆和清漆 耐液體介質(zhì)的測(cè)定》（GB 9274-1988）的要求。使用點(diǎn)滴法測(cè)試環(huán)氧鋅基涂層的耐酸性，將試板置于水平位置，并在涂層上滴加數(shù)滴試液，每滴體積約0.1mL，液滴中心至少間隔20mm，并且至少離試板邊緣12mm。達(dá)到規(guī)定期后，如果是水溶液就用水徹底清洗，如果是非水溶液，就用對(duì)涂層無損害的溶劑徹底沖洗，并立即檢查涂層的變化現(xiàn)象。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 環(huán)氧鋅基涂層附著性

分別制備鋅含量為0%、30%、45%、60%、75%的環(huán)氧鋅基涂層，并用拉開法測(cè)試其在不同基材表面的附著性，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同鋅含量環(huán)氧鋅基涂層的附著力

從圖1可知，隨著鋅含量的增大，環(huán)氧鋅基涂層在不同基材表面的附著力逐漸下降，說明鋅的加入對(duì)環(huán)氧鋅基涂層的附著力有負(fù)影響，同時(shí)也說明環(huán)氧鋅基涂層的附著力主要是由環(huán)氧樹脂提供的。環(huán)氧鋅基涂層在濕面的附著性和鋼材表面的附著性差不多，主要原因是隨著時(shí)間延長，水分和溶劑都揮發(fā)了，所以對(duì)附著性影響不大。此外在浮土表面的附著性先增大后減小，主要是因?yàn)楦⊥羷傞_始也是一種填料，可以增強(qiáng)其附著性，后面隨著鋅含量增大附著性也下降。油污對(duì)環(huán)氧鋅基涂層的影響比較大，其抗拉強(qiáng)度都在0.5MPa以下。根據(jù)HG/T 3668-2009《富鋅底漆》中規(guī)定，富鋅底漆的附著力大于6MPa，根據(jù)HG/T 4844-2015《低鋅底漆》中規(guī)定，低鋅底漆的附著力大于5MPa，從圖1可以看出，環(huán)氧鋅基涂層在鋼材、浮土、濕面的附著性均大于10MPa，滿足規(guī)范的要求，而在油污表面的附著性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足規(guī)范的要求，這也為現(xiàn)場(chǎng)施工提供了有利的指導(dǎo)。

2.2 環(huán)氧鋅基涂層耐鹽霧性能

不同鋅含量的環(huán)氧鋅基涂層在鹽霧箱中的耐鹽霧腐蝕情況如圖2所示。

圖2 環(huán)氧鋅基涂層的耐鹽霧性能

圖2所示為不同鋅含量環(huán)氧鋅基涂層在經(jīng)歷600h鹽霧腐蝕的情況。由圖2可知，隨著鋅含量增多，環(huán)氧鋅基涂層的耐鹽霧性能變差，根據(jù)HG/T 3668-2009《富鋅底漆》中規(guī)定，大于80%鋅含量的富鋅底漆的耐鹽霧性大于600h，70%-80%鋅含量的富鋅底漆的耐鹽霧性大于400h，60%-70%鋅含量的富鋅底漆的耐鹽霧性大于200h，根據(jù)HG/T 4844-2015《低鋅底漆》中規(guī)定，低鋅底漆的耐鹽霧性大于120h。根據(jù)試驗(yàn)觀察，不同鋅含量環(huán)氧鋅基涂層在鹽霧腐蝕456h時(shí)開始出現(xiàn)起泡現(xiàn)象，說明環(huán)氧鋅基涂層的耐鹽霧性均能滿足規(guī)范要求，耐鹽霧性能良好。

2.3 環(huán)氧鋅基涂層耐濕熱性能

不同鋅含量的環(huán)氧鋅基涂層的耐濕熱性能如圖3所示。

圖3 不同鋅含量環(huán)氧鋅基涂層耐濕熱性能

圖3所示為不同鋅含量環(huán)氧鋅基涂層在經(jīng)歷1776h濕熱腐蝕的情況。由圖3可知，環(huán)氧鋅基涂層表面沒有發(fā)生明顯變化。根據(jù)GB/T 18226-2015《公路交通工程鋼構(gòu)件防腐技術(shù)條件》中規(guī)定，環(huán)氧鋅基涂層耐濕熱性經(jīng)1000h濕熱試驗(yàn)后，涂層表面應(yīng)無起泡、脫落、生銹、剝離等現(xiàn)象；劃痕部位兩側(cè)蔓延距離不大于1mm。由此可見，環(huán)氧鋅基涂層的耐濕熱性能優(yōu)異。

2.4 環(huán)氧鋅基涂層的耐酸腐蝕性能

使用點(diǎn)滴法測(cè)定了不同鋅含量的環(huán)氧鋅基涂層的耐酸性能，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同鋅含量環(huán)氧鋅基涂層耐酸性能

由圖4可知，不同鋅含量環(huán)氧鋅基涂層的耐酸性能隨著鋅含量的不同而變化，沒有加鋅時(shí)環(huán)氧鋅基涂層與硫酸的反應(yīng)最慢，說明涂層具有一定的屏蔽效果，加了鋅的環(huán)氧鋅基涂層在1天之后就開始發(fā)生置換反應(yīng)，4天之后反應(yīng)完全形成了一層鈍化膜，說明涂料金屬防腐的作用原理可以分為三個(gè)方面：陰極保護(hù)作用、陽極鈍化作用和涂層的屏蔽作用。涂膜的陰極保護(hù)作用在于如果涂層含有對(duì)被保護(hù)金屬能成為犧牲陽極的金屬顏料，且金屬含量很高，以使涂層中金屬微粒之間、金屬微粒與被保護(hù)金屬之間達(dá)到電接觸的程度，就能使基體金屬免受腐蝕。涂膜的陽極（鈍化、緩蝕）作用在于：在涂層中含有具有鈍化、緩蝕的化學(xué)型防銹顏料時(shí)，在有微量水存在時(shí)，就會(huì)從涂層中離解出具有緩蝕功能的離子，通過各種機(jī)理使腐蝕電池的一個(gè)或兩個(gè)電極極化，抑制腐蝕進(jìn)行。涂層的屏蔽隔絕作用在于使基體和環(huán)境免受其腐蝕。根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理，帶涂層保護(hù)的金屬會(huì)發(fā)生腐蝕，是因?yàn)樵谕繉雍徒饘俚慕缑娲嬖谒?、氧、離子等適合離子流通（導(dǎo)電）的途徑。因此，要防止其金屬發(fā)生腐蝕，就要求涂層具有屏蔽隔絕作用，阻擋水、氧、離子等適合離子從外界腐蝕環(huán)境透過涂層到達(dá)金屬界面。富鋅底漆除主要有陰極保護(hù)作用外，也有相當(dāng)?shù)钠帘胃艚^功能，因?yàn)殇\是一種容易氧化的金屬，涂層中的鋅腐蝕后生成的氧氧化鋅和碳酸鋅混合物具有一定的水溶性和強(qiáng)堿性，能起到密實(shí)涂層的空隙和缺陷，產(chǎn)生屏蔽隔絕的效果。

3 結(jié)論

本文制備了不同鋅含量的環(huán)氧鋅基涂層，并研究了環(huán)氧鋅基涂層的長期性能，得出以下結(jié)論：

1）不同鋅含量環(huán)氧鋅基涂層在濕面、浮土和干凈鋼材上均具有良好的附著性，但在油污表面的附著性急劇下降，在工程應(yīng)用中要除去油污以保證足夠的附著性；

2）不同鋅含量環(huán)氧鋅基涂層的耐鹽霧性能較好，且鋅含量越低，其耐鹽霧性能越好；

3）不同鋅含量環(huán)氧鋅基涂層的耐濕熱性能優(yōu)異，在濕熱環(huán)境下1776h后基本無變化；

4）不同鋅含量環(huán)氧鋅基涂層的耐酸性較好，當(dāng)鋅含量較低時(shí)，環(huán)氧樹脂可以起到屏蔽作用，當(dāng)鋅含量較高時(shí)，鋅會(huì)起到陰極保護(hù)作用和陽極鈍化作用，涂層也可以產(chǎn)生屏蔽作用。

5）鋅含量較低時(shí)環(huán)氧鋅基涂層也具有很好的耐久性，在實(shí)際生產(chǎn)中可以降低鋅含量，降低環(huán)氧鋅基涂層的成本，節(jié)約成本。