防腐密封材料对钢拼接板耐腐蚀性能和力学性能影响的研究

2015-10-22 15:07:24 作者：王玲玲来源：中国腐蚀与防护网分享至：

文中介绍的这一种新型的封闭式的拼接板防腐方案，打破了常规“表面除锈+喷漆”的防腐方法，对拼接板结合面及螺栓孔处的缝隙进行了有效密封，阻断了外界的湿气进入通道，排除了拼接板内部腐蚀的隐患，能够抵御海水、盐雾、酸雾、高温高湿等恶劣环境条件的腐蚀，达到较好的防腐效果。另外，该防腐方案能够提高拼接板的强度，使得钢结构更加安全稳固。

文| 王玲玲崔洪袁培峰姜丽丽张娜娜朱吟湄郑州中原应用技术研究开发有限公司

由于钢结构具有力学性能好、承载能力强、制造简便、施工安装周期短等优点，已被广泛应用于轻钢厂房、市政、桥梁、高层建筑等。在钢结构中，杆件连接和梁与梁的连接常常采用高强螺栓进行拼接连接。这种连接方法较焊接连接，安装方便且能够提高钢结构的抗震性能。但是，钢结构有它致命的弱点，既容易和它所处的环境发生反应，形成氧化腐蚀，出现酥松、起层、粉化现象，使得金属失去原有性状，变成一堆废铁，甚至会带来灾难性事故。针对钢结构耐腐蚀性差这一弱点，目前常用：环氧富锌底漆+ 环氧云铁中间漆+ 丙烯酸聚氨酯的方法进行防护。这种“喷漆”的方法基本满足钢结构表面防腐的要求，但对于拼接区域内部，及高强螺栓的防腐，依然难以达到要求。

本文将介绍一种新型的封闭式的拼接板防腐方案。该方案打破了常规“表面除锈+ 喷漆”的防腐方法，对拼接板结合面及螺栓孔处的缝隙进行了有效密封，阻断了外界的湿气进入通道，排除了拼接板间内部腐蚀的隐患，达到了较好的防腐效果。并且，该防腐方案不会影响拼接板原有的力学性能。

防腐密封材料对钢拼接板防腐性能的影响

防腐方案及试件制作

本文依据港珠澳大桥钢箱梁的某一拼接区域进行了缩小模拟，选用同种材质的钢板和高强螺栓，制作三层结构的夹板对接拼接试件。

1. 拼接试件组成：拼接板360×180×6mm 钢板（2 块），被拼接板200×180×6mm 钢板（2 块），M18 高强螺栓（8 套）。

2. 防腐密封材料种类及特点：

MF1011 结构胶膜对钢材有很好的粘接性，在常温下逐步固化，形成坚韧的胶层，具有优异的耐油、耐水、耐老化、耐腐蚀性。

MF2000M 丁基胶膜是以聚异丁烯为主体材料，并添加增粘剂、偶联剂和填充剂等制备而成。其突出特点是水汽透过率极低，并具备良好的塑性。

MF860F 聚硫防腐密封胶常温下固化成弹性体，具有优异的耐油、耐水、耐老化、耐腐蚀性能。

3. 制作过程：

步骤（1），拼接板和被拼接板贴合结构胶膜。具体实施方式：拼接板贴合结构胶膜后，覆盖被拼接板，然后再贴一层结构胶膜，放置拼接板，完成拼接试件预组装。（见图1）

图1拼接板和被拼接板贴合结构胶膜

步骤（2），螺栓与拼接板结合面及螺纹表面采用丁基密封胶膜进行密封，安装螺栓，并紧固。（见图2）

图2垫片和高强螺栓的密封

步骤（3），拼接板环缝及螺栓外部涂覆聚硫防腐密封胶。（见图3）

图3 拼接板环缝及螺栓外部密封

耐腐蚀试验

制作好的拼接板按照国标、欧标等标准进行一系列老化试验，具体试验及标准见表1。

（1）浸海水试验

为了考察海水对拼接板的腐蚀情况，选用三种不同的海水对拼接板进行浸泡。这三种海水分别是，从青岛和海口取的自然海水，以及依据东南海水组分配置的人工海水。经过1008h 浸泡后，将试件刨开检查，如图4 所示，螺栓及拼接板表面均无腐蚀。

图4浸海水试验

（2）盐雾腐蚀试验

将三块拼接板，放入酸雾试验箱，参照欧标 ETAG002 盐雾NaCl 气氛试验规定的方法进行试验，老化时间为960h。盐雾腐蚀试验完成后，将试件刨开检查，如图5 所示，拼接板外部锈蚀，但螺栓及拼接板内部均无腐蚀。

图5 盐雾腐蚀试验

（3）酸雾腐蚀试验

将三块拼接板，放入酸雾试验箱，参照欧标ETAG002 酸雾SO2 试验规定的方法进行试验，老化时间为960h。酸雾腐蚀试验完成后，将试件刨开检查，如图6 所示，螺栓及拼接板表面均无腐蚀。

图6 酸雾腐蚀试验

（4）高温高湿老化试验

将三块拼接板，放入高温高湿试验箱，参照美国标准IEC61215 中10.13 湿- 热试验规定的条件（85℃，85% 相对湿度）进行试验，老化时间为1000h。高温高湿老化试验完成后，将试件刨开检查，如图7 所示，螺栓及拼接板表面均无腐蚀。

图7 高温高湿老化试验

（5）紫外辐照老化试验

将三块拼接板放入紫外辐照老化试验箱，参照国标GB16776 中规定的紫外辐照试验进行，老化时间为1008h。紫外辐照老化试验完成后，将试件刨开检查，如图8 所示，螺栓及拼接板表面均无腐蚀。

图8 紫外辐照老化试验

从以上五种耐腐蚀实验可以看出，选用适宜的密封材料对拼接板的三个关键部位进行密封，能够形成完善、封闭、稳定的防腐系统。该系统具有以下三个优点：（1）拼接板内表面采用固化型结构胶膜进行密封，使得螺栓部位的刚性、点式连接转换为柔性、均匀的面连接，避免了应力集中；（2）螺栓与拼接板结合面及螺栓螺纹表面采用永不固化型密封胶进行密封，阻断了湿气的进入通道，且便于螺栓的拆卸；（3）拼接板的周边环缝及螺栓表面采用耐老化性优异的聚硫弹性防腐密封胶进行密封，能有效保护螺栓及拼接板周边免受腐蚀。

防腐密封材料对钢拼接板力学性能的影响

从第二部分试验可以看出，防腐密封材料能够显著提高钢拼接板的防腐特性，但其对钢拼接板力学性能的影响还有待考证。这其中，影响最大的是贴在拼接板之间的胶膜。

试件制作方案

为了验证胶膜对拼接板力学性能的影响，本文对粘贴MF1011 结构胶膜前后的拼接板，进行拉断试验，试件制作方案如下：

①高强螺栓+ 拼接板

② MF1011 结构胶膜+ 高强螺栓+ 拼接板

结果与讨论

试验按照GB/T228-2010 规定的方法进行，记录试件的最大破断力。

从表2 的试验结果来看， MF1011 结构胶膜+ 高强螺栓＞高强螺栓的破断力。这说明贴在拼接板之间的胶膜不仅没有影响拼接板整体的力学性能，反而对其力学性能略有提高。