氟原子范德華半徑較小(0.135 nm)，與碳原子形成共價鍵時，鍵長短(0.1317 nm)、鍵能大 (485.7 kJ/mol)，電負性大（4.0)。由于氟原子核對其核外電子及成鍵電子云的束縛作用較強，結(jié)構(gòu)相對對稱，分子是非極性的，氟的極化率小。同時氟原子在高聚物中所起到的高度屏蔽效應(yīng)和空間位阻作用，使其共聚物具有比普通非氟共聚物更高的化學(xué)惰性。因而決定含氟聚合物具有優(yōu)異的性能，如光電學(xué)（低折射率、高絕緣性和低介電常數(shù)）、化學(xué)穩(wěn)定性、特殊表面性能（耐水性、耐油性和耐沾污性）等。
氟含量情況分析
目前國內(nèi)市場上使用的溶劑型氟碳樹脂多是以CTFE(三氟氯乙烯）為主的產(chǎn)品，氟含量為19%? 28 %，變化范圍較大。氟樹脂是一種共聚物，組成是比較復(fù)雜的，不同氟化單體氟含量情況是不一樣 的，引進的非氟共聚單體不一樣，對聚合物氟含量也有一定影響。由于氟樹脂涂料長期的保光性和保色性難以用短時間的人工試驗方法（如QUV等）做出準確判定，而在實際環(huán)境中曝哂時間又較長，因此對氟含量的規(guī)定是必要的，但氟含量的規(guī)定應(yīng)該和組成聯(lián)系在一起，而且要綜合考察氟涂料的相關(guān)性能。
不同氟單體及其氟含量
單體名稱
均聚物氟含量（質(zhì)量分數(shù)）/%
CH2=CF2（偏氟乙烯）
59.20
CH2=CHF（氟乙烯）
41.18
CF2=CFCl（三氟氯乙烯）
48.75
CF2=CF2（四氟乙烯）
75.60
CFH=CF2（三氟乙烯）
69.40
CF3—CF=CF2（六氟丙烯）
75.60
CF2=C(CF2H)—CF2H（六氟異丁烯）
69.40
CH3=C(CH3)—CO2—M*
33.81-60.58
含氟丙烯酸酯，其中M代表含有Fn和Cm的烷基基團
其中n=3-17，m=1-10
由于氟單體均聚物很難做成常溫使用的氟涂料，需采用與非氟單體共聚制備含氟共聚物，因此氟含量都有不同程度地下降，引入非氟單體越多，下降越多；或者通過混拼的方式，也可以導(dǎo)致氟含量的下降，但要根據(jù)實際應(yīng)用情況進行綜合考慮。從表中可以看出，在均聚物中，氟乙烯具有低的氟含量，但其聚合物同樣具有氟材料各種優(yōu)異的光學(xué)、化學(xué)等穩(wěn)定性能。
對于全氟丙烯酸酯類共聚物而言，由于受價格和共聚條件等限制，一般引進的氟單體的量很低，若按含氟單體的氟含量為50.55 %計算，引進單體量為8 %，F(xiàn) %(理論）為4.044 % ，而實際測得共聚物的氟含量更低一些，為2.667 %。結(jié)論表明，盡管氟含量很低，但該種共聚物充分利用全氟烷基側(cè)鏈一(CF2)nCF3(n=2?11)取向朝外占據(jù)涂層與空氣界面，從而賦予聚合物優(yōu)異的斥水、斥油等表面特性，而且與氟烷基在表面分布的程度有關(guān)。
據(jù)介紹，日本道路協(xié)會涂料標準中規(guī)定氟含量為15 %以上，分科會各成員公司的氟含量都在20% 以上，日本工業(yè)標準（JIS)規(guī)定氟含量標準：溶劑可溶物的氟元素的含量在15 %以上。我國參照上述標準，在《交聯(lián)型氟樹脂涂料》（草)標準中規(guī)定溶劑型雙組分交聯(lián)固化型樹脂A組分氟含量大于20 %，而單組分烘烤交聯(lián)型氟含量大于14 %。
FEVE樹脂與PVDF樹脂性能比較
PVDF使用時一般與丙烯酸樹脂混拼，其使用量大于70 % ，丙烯酸樹脂為30 % ，其商品名稱為 Kynar500，氟含量大于41.38 %，耐久性高達20年之久，而FEVE樹脂的氟含量很低，耐久性與Kynar 500相比是有差距的，一般達到10~15年。這種現(xiàn)象歸因于FEVE樹脂在經(jīng)歷長時間的戶外曝哂之后非氟單體鏈段降解導(dǎo)致。可見，氟含量是影響FEVE樹脂性能的一個重要因素，但聚合物中氟單體鏈段不能提供足夠的遮蔽保護。
溶劑型氟樹脂涂料與性能之間的關(guān)系
選擇國內(nèi)溶劑型氟樹脂制備不同氟含量的白色、銀色等幾種色漆，在標準條件下用石棉水泥板制成測試
不同氟含量與漆膜性能之間的關(guān)系
F/%
顏色
QUV1000h，保光率/%
ΔE
耐化學(xué)腐蝕性（常溫7d）
耐溶劑性
5%H2SO4，5%NaOH
MEK擦拭
23
白色
64
1.1
+
+
光澤度輕微降低
23
白色
55
1.4
+
+
涂膜溶解，光澤降低
23
白色
63
1.1
+
+
光澤度輕微降低
19
白色
69
1.0
+
-
光澤度降低
27
銀色
74
0.5
+
-
光澤度降低
23
銀色
57
7.0
+
+
無異常
22
銀色
37
4.4
+
+
只有擦拭痕跡
19
銀色
32
4.0
+
-
光澤度降低
19
茶色
29
6.7
+
+
涂膜有一點溶解
27
綠色
14
5.8
+
-
只有擦拭痕跡
23
淺灰色
15
1.8
+
-
涂膜溶解，光澤降低
20
灰色
66
0.4
+
+
光澤度降低
注：+表示無異常，- 表示漆膜表面發(fā)生變化（光澤降低、變色或起泡）
所有樣品在耐5% H2SO4方面和多數(shù)樣品在耐5% NaOH方面，均表現(xiàn)出良好的特性，其中，少數(shù)樣品在耐5% NaOH方面表現(xiàn)較差。在進行MEK擦拭試驗吋，多數(shù)產(chǎn)品都表現(xiàn)出光澤度降低；在經(jīng)過1000h的老化試驗后，樣品之間保光率的差距是非常大的。從表中數(shù)據(jù)看出，涂料性能的好壞并不完全取決于氟含量，還與含氟共聚物的分子結(jié)構(gòu)、色漆配方以及具體工藝過程等因素有直接的關(guān)系。
氟含量對氟涂料其他性能的影響
氟原子極性低，表面性質(zhì)光滑，具有不粘性及平滑性，保持含氟聚合物一定的氟含量能使氟涂料具有突出的抗污染特性、自潔性；由于氟原子的特殊物性常數(shù)及氟原子三維排列的螺旋結(jié)構(gòu)，含氟聚合物的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性、抗光化學(xué)降解性等性能也十分突出。
但是過高的氟含量（如TFE共聚物）還會出現(xiàn)低黏附性、低反射率（光澤低）、低極性（溶解性差、 附著性降低、顏料相容性差）等負面影響。
氟含量是氟聚合物的一個重要指標，對于不同類型聚合物，有不同的可比性，其高低對性能的影響也不一致，要區(qū)別對待。根據(jù)使用環(huán)境和性能要求，做到氟含量與性能之間的佳平衡

氟碳彩鋼板
合理的選材不僅可以滿足使用要求,而且可以大限度地降低成本。如果選材不當,其結(jié)果可能是材料性能超過了使用要求,造成不必要的浪費,也可能是達不到使用要求,造成降級或無法使用。因此,用戶應(yīng)高度重視合理選材的重要性,必要時請與我們聯(lián)系。彩涂板的選擇主要指力學(xué)性能、基板類型(鍍層種類和鍍層重量、正面涂層性能和反面涂層性能的選擇。用途、環(huán)境腐蝕性、使用壽命、耐久性、加工方式和變形程度等是選材時應(yīng)考慮的重要因素。
力學(xué)性能、基板類型和鍍層重量的選擇
力學(xué)性能主要依據(jù)用途、加工方式和變形程度等因素進行選擇。例如,建筑物的屋面板通常不承重,且加工時變形不復(fù)雜,通常選用TDC51D即可。對于變形程度比較大的零件,應(yīng)選擇TDC52D、TDC53D這樣成形性好的材料。而對于有承重要求的構(gòu)件,就應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求選擇合適的結(jié)構(gòu)鋼,如TS280GD、TS350GD等。彩涂板常用的加工方式有剪切

針對在濕熱海洋環(huán)境下長期服役的鐵路混凝土，設(shè)計了表面氟碳涂層成套體系，明確了涂層體系應(yīng)用技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上規(guī)范了施工措施并完善了質(zhì)量評價體系，實現(xiàn)了涂層防護成套技術(shù)在相應(yīng)工況下的成功應(yīng)用。效益分析表明，涂層技術(shù)的應(yīng)用降低了鐵路混凝土的全壽命期維修費用，兼具環(huán)保和社會效益。

關(guān)鍵詞 材料工程;鐵路混凝土；氟碳涂層；應(yīng)用技術(shù)；海洋環(huán)境；耐久性

隨著我國對海洋開發(fā)規(guī)模的不斷擴大，各類碼頭、跨海大橋、人工島等海洋工程基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)數(shù)量正在逐漸增加。鋼筋混凝土由于具有易澆注、耐沖擊、耐磨等優(yōu)良性能以及較低的工程造價，成為進行此類設(shè)施建設(shè)的首選形式。但鋼筋混凝土在海洋環(huán)境下服役時面臨著較嚴重的鋼筋銹蝕等腐蝕問題，易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂、失效，縮短結(jié)構(gòu)使用壽命[1]。為保證安全服役，必須對已發(fā)生腐蝕的結(jié)構(gòu)進行修復(fù)，但技術(shù)難度與所需資金均十分巨大。因此，人們對處于嚴重腐蝕環(huán)境下的鋼筋混凝土越來越多地采取事前防護措施以提升其耐久性，從而降低全壽命周期的成本[2-3]。

海南省處于典型的高溫、高濕、強腐蝕等多腐蝕因素耦合作用的海洋環(huán)境下，其區(qū)域內(nèi)鋼筋混凝土的腐蝕問題更為突出，對效果顯著、實施簡便、作用持久的混凝土耐久性提升技術(shù)措施的需求更加迫切。在諸多技術(shù)措施中，混凝土表面涂層技術(shù)為簡單有效，不僅可以應(yīng)用到新建結(jié)構(gòu)上，還可以應(yīng)用于已有結(jié)構(gòu)的修復(fù)[4-8]。本文主要介紹成功應(yīng)用于新建海南西環(huán)鐵路提升混凝土耐久性的表面氟碳防腐蝕涂層技術(shù)。

1 工程概況
新建海南西環(huán)鐵路始于既有西環(huán)鐵路海口站，終于三亞站，線路走向沿海南西部沿海地段，正線全長345 km，設(shè)計時速200 km，為I級雙線鐵路。在西環(huán)鐵路中段，位于海南省儋州市與昌江縣境內(nèi)的珠碧江雙線特大橋全長 3 991 m，橋位與北部灣入海口不足5 km。由于海水倒灌影響，環(huán)境腐蝕作用異常嚴重，其中，氯鹽環(huán)境的作用等級為L3，化學(xué)侵蝕環(huán)境的作用等級為H4，鹽晶結(jié)晶破壞環(huán)境的作用等級為Y4，并存在大于Y4等級的高硫酸鹽含量的極端嚴重腐蝕環(huán)境，必須對相應(yīng)環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)進行防腐蝕強化處理，提升混凝土耐久性。



混凝土基體表面狀態(tài)直接影響涂層與基面的附著力，進而影響涂層的防護效果和壽命。涂裝前應(yīng)盡可能保證混凝土外表面處于面干狀態(tài)(表面含水量不宜大于6%)，目測混凝土表面應(yīng)無潮濕痕跡，手觸時無潮濕感。混凝土養(yǎng)護齡期不少于28 d。

混凝土基體應(yīng)保持清潔，必須對混凝土進行良好的基面處理。基面處理宜使用打磨機或噴砂工藝進行清潔，徹底去除混凝土表面殘留的養(yǎng)護劑、水泥漿、尖角、碎屑、苔蘚、油污等污染物及其他松散附著物。打磨完成后，可以用高壓清潔淡水(壓力不小于20 MPa)對混凝土表面進行清洗，清洗后應(yīng)自然干燥72 h。

當混凝土基體有蜂窩、露石以及大于0.2 mm的裂縫時，應(yīng)對基體進行修補，噴涂修補后混凝土基體的養(yǎng)護齡期不得少于14 d。

3.2 涂裝環(huán)境要求

噴涂時混凝土基體的表面溫度應(yīng)在4～40 ℃，并高于露點溫度至少3 ℃，環(huán)境的相對濕度不宜超過85%，現(xiàn)場不允許有明火，且保持通風(fēng)條件。環(huán)境溫度低于5 ℃或高于40 ℃，風(fēng)力大于4級或有降雨時，不得施工。

3.3 涂裝過程要求

涂裝可采用刷涂、輥涂或噴涂方式進行作業(yè)。涂裝過程應(yīng)滿足以下要求：

1)涂料使用時應(yīng)嚴格按照產(chǎn)品說明的組分數(shù)和配合比進行混合。必要時可使用稀釋劑對涂料進行稀釋，稀釋劑添加比例不得超過原涂料質(zhì)量的5%。

2)底涂涂裝時應(yīng)使混凝土表面達到飽和滲透狀態(tài)，即混凝土表面應(yīng)能明顯觀察到底涂材料殘留的液膜。

3)涂裝時應(yīng)控制涂料用量，盡量避免流掛現(xiàn)象出現(xiàn)。

4)各涂層間的涂裝間隔時間不得超過48 h。

5)噴涂的空氣應(yīng)干凈，無油無水，空氣壓力控制在0.4～0.6 MPa。

6)涂裝過程中注意成品保護，下道工序施工時要確保對上道工序的成品無損壞和污染。

7)各個涂層要涂裝到位，不得漏涂。

3.4 養(yǎng)護

為避免涂裝效果受到影響，混凝土結(jié)構(gòu)表面涂裝完畢后6 h內(nèi)不得直接與水接觸。

4 質(zhì)量評價
當施工結(jié)束后，應(yīng)對涂層的厚度和附著力進行測定[10]，以衡量涂層的施工質(zhì)量。具體如下：

1)涂裝完成后7 d，應(yīng)進行涂層干膜厚度測定。涂層體系總干膜平均厚度應(yīng)≥210 μm，總干膜小厚度應(yīng)≥189 μm。當不符合上述要求時，應(yīng)根據(jù)情況進行局部或全面補涂，直至達到要求的厚度。涂層厚度檢測應(yīng)符合“90-10”原則，即允許有10%的讀數(shù)低于規(guī)定值，但每一單獨讀數(shù)不得低于規(guī)定值的90%。

2)涂裝完成后7 d，應(yīng)使用膠帶法進行涂層附著力檢測。在確保涂層表面清潔的情況下，在涂層表面做2道切口，每道約40 mm長，2道切口以較小的30°～45°角在其中心附近相交。做切口時，使用直尺并均勻透過涂層一直用力切到底材上。按均勻速度撕下一段黏結(jié)強度為(10±1)N/25 mm的膠粘帶，除去前面一段，前后剪下約75 mm的膠粘帶。把該膠粘帶的中心點放在切口的交點上，并沿著較小的角向同一方向延伸。用手指將切口區(qū)域內(nèi)的膠粘帶弄平。透明膠粘帶下的顏色可以用來表示膠粘帶與涂層是否已完全粘牢。在貼上膠粘帶5 min內(nèi)，拿住膠粘帶懸空的一端，并將其翻轉(zhuǎn)到盡可能接近180°的位置上，迅速地將膠粘帶撕下。檢查切口區(qū)域的涂層與混凝土基底或與前一道涂層分離的情況，分離程度在任一邊上≤1.6 mm為合格。

5 效益分析
5.1 經(jīng)濟效益

采用本技術(shù)時建造成本會有所提高，但相比于涂層材料的費用而言，結(jié)構(gòu)自身受到腐蝕而造成的維修和更新費用更為巨大。在嚴重腐蝕環(huán)境下，未經(jīng)防腐蝕處理的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有效服役時間遠低于經(jīng)防腐蝕處理后的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。部分未經(jīng)防腐蝕處理的結(jié)構(gòu)物在服役3～4年后就會出現(xiàn)嚴重的破壞情況，必須進行維修處理。而經(jīng)防腐蝕處理后的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般是可以持續(xù)服役的。所以，隨著結(jié)構(gòu)物服役時間的延長，采用本技術(shù)的經(jīng)濟優(yōu)勢會愈加明顯。對處于嚴重腐蝕環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)而言，從全壽命期的角度來考慮經(jīng)濟效益，采用強化措施的結(jié)構(gòu)物在全壽命期內(nèi)總費用比普通工程要低得多。

5.2 環(huán)保和節(jié)能效益

一方面，本技術(shù)中使用的材料本身為環(huán)保性材料，另一方面，由于采用防護處理而減少了對混凝土本體進行的維修作業(yè)，這大幅減少了維修施工對環(huán)境的影響和污染，并節(jié)約了能源。

5.3 社會效益

采用防護處理，一方面提高了結(jié)構(gòu)物的美觀性，另一方面也減少了后續(xù)維修作業(yè)的影響，社會效益明顯。

6 結(jié)語
相較于后期修復(fù)而言，混凝土表面氟碳涂層技術(shù)在安全、經(jīng)濟、環(huán)保、節(jié)能和社會效益方面均具有優(yōu)勢，已成功應(yīng)用于高溫高濕強腐蝕海洋環(huán)境下的混凝土表面防護工程中，實際防護效果良好。該技術(shù)大幅提升了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，為其長期安全服役提供了保證。

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