摘要:混凝土冷卻塔是熱電廠的重要組成之一，海水冷卻塔在運行過程中，其結構腐蝕比淡水冷卻塔要嚴重得多，目前普遍使用防護塗料體系進行保護。海水冷卻塔內部所處的腐蝕環境不同，因此一些塗料廠家推薦冷卻塔不同部位使用不同的防護塗料體系。選取了5種已經在電廠冷卻塔上使用的防護塗料體系進行研究，通過附著力測試、耐鹽水性試驗、人工加速老化試驗、鹽霧試驗和氯離子滲透測試5項性能測試，比較了它們對混凝土結構的保護效果，為今後的塗料體系選用提供參考。
關鍵詞:海水冷卻塔;防護塗料;附著力;耐鹽水性;耐鹽霧性;抗氯離子滲透性
中圖分類號:TQ630.7 文獻標識碼:A 文章編號:0253－4312(2012)08－0022－03
冷卻塔是熱電廠的重要組成之一，屬大型鋼筋混凝土砼構築物，主要由現澆鋼筋混凝土塔體(包括人字柱、環梁、筒壁)、蓄水池和塔內淋水構件組成。沿海發電工程中以海水為循環冷卻補充水的冷卻塔稱為海水冷卻塔。海水冷卻塔處在高溫、潮濕、氯離子含量高的氣體滲透環境、濃縮海水環境、鹽霧區環境下，其腐蝕比淡水冷卻塔和一般的海工構築物都嚴重得多。海水對鋼筋混凝土的腐蝕，一方面減小和破壞了結構斷面，另一方面降低了結構的強度，從而直接影響到使用功能和結構安全性［1］。
為確保混凝土結構的耐久性，保證結構有足夠的使用壽命，關鍵在於防患於未然，從設計到施工完成的整個建造過程中，都要針對耐久性基本要求採取有效措施［2］。主要措施包括:①耐久性基本措施，如採用高性能混凝土、設計合理的鋼筋保護層等;②耐久性附加措施，如環氧塗層鋼筋、鋼筋阻銹劑、外加電流陰極保護、滲透性控制模板、混凝土表面防腐塗料等。其中混凝土表面防腐塗料耐久性附加措施具有經濟、有效、施工便捷的優點，是目前得到廣泛應用的混凝土結構防腐措施。混凝土表面防腐塗料的特點是能有效隔絕氯離子、酸性氣體等有害物質在混凝土內的滲透與擴散，尤其適用於以鹽霧水汽為特徵的海洋侵蝕環境下混凝土的保護，是針對海洋環境混凝土結構的表面防護技術之一［3］。
本研究選取了5種目前已經在實際工程上應用的混凝土表面防護塗料體系進行試驗，通過一系列的性能測試，比較了它們對混凝土結構的保護效果，以期為今後的塗料體系選用提供參考。
1·試驗部分
1.1試驗材料
試驗基材分為2種，一種為混凝土試塊，強度等級為C40，試塊尺寸為100mm×100mm×100mm;另一種為硅酸鈣水泥板，尺寸為100mm×50mm×10mm。
防護塗料體系選取了3家塗料廠家生產的5種塗料體系，各塗料體系概況見表1。塗料體系A和B為同一國外塗料廠家產品，用於海水冷卻塔內壁不同部位;C和D為同一國內塗料廠家產品，用於海水冷卻塔內壁不同部位;E為國內塗料廠家產品，用於海水冷卻塔內壁。
表1 各塗料體系概況
1.2試驗儀器
PosiTest附著力測試儀;XGP系列攜帶型鏡向光澤度計;HH－8數顯恆溫水浴鍋;A－UV紫外光耐氣候試驗箱;柯尼卡美能達CR－10色差儀;鹽霧腐蝕試驗箱;塗層抗氯離子滲透性試驗裝置;XRT－1800型X熒光光譜儀。
1.3試驗內容
1.3.1附著力測試
將各塗料體系塗刷在混凝土試塊上，放置在室內自然養護7d。養護好后按照GB/T5210—2006色漆和清漆拉開法附著力試驗，使用PosiTest附著力測試儀測試各塗料體系在混凝土基材上的附著力。
1.3.2耐鹽水試驗
將各塗料體系塗刷在硅酸鈣水泥板上，每種塗料體系製備3個平行樣，放置在室內自然養護7d。養護好后按照GB/T9274—1988色漆和清漆耐液體介質的測定進行試驗，試驗介質為模擬濃縮海水，鹽度5%，pH=9.62，溫度50℃，使用恆溫水浴鍋加熱，試驗時間30d。
1.3.3人工加速老化試驗
將各塗料體系塗刷在硅酸鈣水泥板上，每種塗料體系製備3個平行樣，放置在室內自然養護7d。養護好后按GB/T14522—2008機械工業產品用塑料、塗料、橡膠材料人工氣候加速試驗方法熒光紫外燈進行試驗，試驗條件為光照8h，溫度為60℃;冷凝4h，溫度為50℃;試驗時間為500h。試驗結束後計算各塗料體系的失光率和色差值，根據GB/T1766—2008色漆和清漆塗層老化的評級方法對各塗料體系進行單項評級和綜合評級。
1.3.4鹽霧試驗
將混凝土試塊6個表面全部塗刷塗料，5個表面作為試驗面，每種塗料體系製備2個平行樣，放置在室內自然養護7d。養護好后按GB/T1771—2007色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定進行試驗，試驗時間為120d，試驗溫度為50℃，鹽度為4.4%。試驗結束后觀察各塗料體系的表面變化情況。
1.3.5氯離子滲透測試
塗層抗氯離子滲透性試驗採用2種方法進行，第一種方法是按照JT/T275—2000海港工程混凝土結構防腐蝕技術規範中規定的試驗方法進行測試，試驗時間為30d;第二種方法是參考混凝土行業測試氯離子含量的方法進行，鹽霧試驗后，去除各塗料體系用混凝土試塊表層漆膜，將試塊表層至內部2mm厚度範圍內的混凝土磨製成粉末採用X熒光光譜儀進行氯離子含量測試。
2·結果與討論
2.1附著力
各塗料體系在混凝土基材上的附著力結果見表2。
表2 各塗料體系附著力測試結果
注:破壞性質是以平均破壞面積百分數和破壞類型來表示的，100%A表示平均破壞面積百分數為100%、破壞類型為底材內聚破壞，詳見GB/T5210—2006色漆和清漆拉開法附著力試驗。
從表2可以看出，各塗料體系的破壞類型均是混凝土基材內聚破壞，即各塗料體系與混凝土基材的附著力均大於混凝土基材自身的內聚力，附著力均滿足JTJ275—2000海港工程混凝土結構防腐蝕技術規範中規定的塗層與混凝土表面的粘結力不得小於1.5MPa的要求。5種塗料體系的附著力均較好，這主要是因為所有塗層體系均使用環氧樹脂底漆和環氧中塗，環氧樹脂和固化劑進行反應后形成交聯聚合物網路。這種網路結構有利於其與基材附著，使塗層具有優異的附著強度［4］。
2.2耐鹽水性
經過30d的耐鹽水試驗后，各塗料體系試驗樣板表面均無明顯變化，各試驗塗料體系在試驗時間內耐鹽水性能均較好。
2.3人工加速老化
塗料體系試驗樣板在500h的老化試驗過程中，經過紫外線的照射，部分出現了明顯的失光、變色和粉化現象，各塗料體系試驗前後的光澤變化見表3，變色情況見表4，綜合評定等級見表5。
表3 各塗料體系光澤變化
表4 各塗料體系色差評級
表5 各塗料體系綜合評定等級
從表5中可以看出，塗料體系A、C和E的耐老化性能較好，這3種塗料體系均是由環氧底漆+環氧中間漆+聚氨酯面漆組成，聚氨酯塗料除防腐蝕性能突出外，還具有優良的耐光、耐候性，裝飾效果良好，這種塗料體系一般用於冷卻塔內壁喉部以上區域。塗料體系B和D的組成為環氧底漆+環氧中間漆+環氧面漆，環氧樹脂塗料受日光長期照射會產生失光、粉化和龜裂等，但具有優異的耐腐蝕性能，因此這種塗料體系一般用於冷卻塔內壁喉部以下區域。
2.4鹽霧試驗
經過120d的鹽霧試驗后，各塗料體系試塊表觀均無明顯起皮、起泡等失效現象，各塗料體系在試驗時間內耐鹽霧性能均優良。
2.5氯離子滲透
按照《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規範》(JT/T275—2000)中規定的試驗方法對各塗層抗氯離子滲透性進行測試，經過30d的試驗后，氯離子穿過塗層片的滲透量均為未檢出，滿足氯離子滲透量小於5.0×10－3mg/(cm2·d)的規範要求。
使用X熒光光譜儀對經過120d鹽霧試驗后的試塊進行氯離子含量測試，各塗料體系試塊中的氯離子含量(質量分數)分別為0.0676%、0.0478%、0.0705%、0.1219%和0.0698%。
3·結語
(1)5種塗料體系在混凝土基材上的附著力均較好，均能滿足《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規範》中規定的塗層與混凝土表面的粘結力不得小於1.5MPa的要求。
(2)5種塗料體系耐鹽水性和耐鹽霧性能均較好，在相應的試驗時間內均未出現起皮、起泡等失效現象。
(3)5種塗料體系中體系A、C和E的耐老化性能優於塗料體系B和D，這與塗料體系的組成有關;5種塗料體系抗氯離子滲透性能大體相當，在此項測試中進口塗料的性能稍優於國產塗料。
參考文獻
［1］同剛，姚友成，王普育，等．海水冷卻塔結構防腐蝕研究［J］．電力勘探設計，2009(6):40－45．
［2］張寶勝，干偉忠，陳濤．杭州灣跨海大橋混凝土結構耐久性解決方案［J］．土木工程學報，2006，39(6):72－77．
［3］杜攀羽．混凝土防腐塗料的抗氯離子侵蝕性能研究［D］．杭州:浙江大學，2007．
［4］鄧俊英，李偉華，趙霞，等．不同種類混凝土塗料的性能測試及對比研究［J］．材料保護，2009，42(10):58－60．
