氟原子范德华半径较小(0.135 nm)，与碳原子形成共价键时，键长短(0.1317 nm)、键能大 (485.7 kJ/mol)，电负性大（4.0)。由于氟原子核对其核外电子及成键电子云的束缚作用较强，结构相对对称，分子是非极性的，氟的极化率小。同时氟原子在高聚物中所起到的高度屏蔽效应和空间位阻作用，使其共聚物具有比普通非氟共聚物更高的化学惰性。因而决定含氟聚合物具有优异的性能，如光电学（低折射率、高绝缘性和低介电常数）、化学稳定性、特殊表面性能（耐水性、耐油性和耐沾污性）等。
氟含量情况分析
目前国内市场上使用的溶剂型氟碳树脂多是以CTFE(三氟氯乙烯）为主的产品，氟含量为19%〜 28 %，变化范围较大。氟树脂是一种共聚物，组成是比较复杂的，不同氟化单体氟含量情况是不一样 的，引进的非氟共聚单体不一样，对聚合物氟含量也有一定影响。由于氟树脂涂料长期的保光性和保色性难以用短时间的人工试验方法（如QUV等）做出准确判定，而在实际环境中曝哂时间又较长，因此对氟含量的规定是必要的，但氟含量的规定应该和组成联系在一起，而且要综合考察氟涂料的相关性能。
不同氟单体及其氟含量
单体名称
均聚物氟含量（质量分数）/%
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（六氟异丁烯）
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的烷基基团
其中n=3-17，m=1-10
由于氟单体均聚物很难做成常温使用的氟涂料，需采用与非氟单体共聚制备含氟共聚物，因此氟含量都有不同程度地下降，引入非氟单体越多，下降越多；或者通过混拼的方式，也可以导致氟含量的下降，但要根据实际应用情况进行综合考虑。从表中可以看出，在均聚物中，氟乙烯具有低的氟含量，但其聚合物同样具有氟材料各种优异的光学、化学等稳定性能。
对于全氟丙烯酸酯类共聚物而言，由于受价格和共聚条件等限制，一般引进的氟单体的量很低，若按含氟单体的氟含量为50.55 %计算，引进单体量为8 %，F %(理论）为4.044 % ，而实际测得共聚物的氟含量更低一些，为2.667 %。结论表明，尽管氟含量很低，但该种共聚物充分利用全氟烷基侧链一(CF2)nCF3(n=2〜11)取向朝外占据涂层与空气界面，从而赋予聚合物优异的斥水、斥油等表面特性，而且与氟烷基在表面分布的程度有关。
据介绍，日本道路协会涂料标准中规定氟含量为15 %以上，分科会各成员公司的氟含量都在20% 以上，日本工业标准（JIS)规定氟含量标准：溶剂可溶物的氟元素的含量在15 %以上。我国参照上述标准，在《交联型氟树脂涂料》（草)标准中规定溶剂型双组分交联固化型树脂A组分氟含量大于20 %，而单组分烘烤交联型氟含量大于14 %。
FEVE树脂与PVDF树脂性能比较
PVDF使用时一般与丙烯酸树脂混拼，其使用量大于70 % ，丙烯酸树脂为30 % ，其商品名称为 Kynar500，氟含量大于41.38 %，耐久性高达20年之久，而FEVE树脂的氟含量很低，耐久性与Kynar 500相比是有差距的，一般达到10~15年。这种现象归因于FEVE树脂在经历长时间的户外曝哂之后非氟单体链段降解导致。可见，氟含量是影响FEVE树脂性能的一个重要因素，但聚合物中氟单体链段不能提供足够的遮蔽保护。
溶剂型氟树脂涂料与性能之间的关系
选择国内溶剂型氟树脂制备不同氟含量的白色、银色等几种色漆，在标准条件下用石棉水泥板制成测试
不同氟含量与漆膜性能之间的关系
F/%
颜色
QUV1000h，保光率/%
ΔE
耐化学腐蚀性（常温7d）
耐溶剂性
5%H2SO4，5%NaOH
MEK擦拭
23
白色
64
1.1
+
+
光泽度轻微降低
23
白色
55
1.4
+
+
涂膜溶解，光泽降低
23
白色
63
1.1
+
+
光泽度轻微降低
19
白色
69
1.0
+
-
光泽度降低
27
银色
74
0.5
+
-
光泽度降低
23
银色
57
7.0
+
+
无异常
22
银色
37
4.4
+
+
只有擦拭痕迹
19
银色
32
4.0
+
-
光泽度降低
19
茶色
29
6.7
+
+
涂膜有一点溶解
27
绿色
14
5.8
+
-
只有擦拭痕迹
23
浅灰色
15
1.8
+
-
涂膜溶解，光泽降低
20
灰色
66
0.4
+
+
光泽度降低
注：+表示无异常，- 表示漆膜表面发生变化（光泽降低、变色或起泡）
所有样品在耐5% H2SO4方面和多数样品在耐5% NaOH方面，均表现出良好的特性，其中，少数样品在耐5% NaOH方面表现较差。在进行MEK擦拭试验吋，多数产品都表现出光泽度降低；在经过1000h的老化试验后，样品之间保光率的差距是非常大的。从表中数据看出，涂料性能的好坏并不完全取决于氟含量，还与含氟共聚物的分子结构、色漆配方以及具体工艺过程等因素有直接的关系。
氟含量对氟涂料其他性能的影响
氟原子极性低，表面性质光滑，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、自洁性；由于氟原子的特殊物性常数及氟原子三维排列的螺旋结构，含氟聚合物的耐热性、耐化学腐蚀性、抗光化学降解性等性能也十分突出。
但是过高的氟含量（如TFE共聚物）还会出现低黏附性、低反射率（光泽低）、低极性（溶解性差、 附着性降低、颜料相容性差）等负面影响。
氟含量是氟聚合物的一个重要指标，对于不同类型聚合物，有不同的可比性，其高低对性能的影响也不一致，要区别对待。根据使用环境和性能要求，做到氟含量与性能之间的佳平衡
氟碳彩钢板
合理的选材不仅可以满足使用要求,而且可以大限度地降低成本。如果选材不当,其结果可能是材料性能超过了使用要求,造成不必要的浪费,也可能是达不到使用要求,造成降级或无法使用。因此,用户应高度重视合理选材的重要性,必要时请与我们联系。彩涂板的选择主要指力学性能、基板类型(镀层种类和镀层重量、正面涂层性能和反面涂层性能的选择。用途、环境腐蚀性、使用寿命、耐久性、加工方式和变形程度等是选材时应考虑的重要因素。
力学性能、基板类型和镀层重量的选择
力学性能主要依据用途、加工方式和变形程度等因素进行选择。例如,建筑物的屋面板通常不承重,且加工时变形不复杂,通常选用TDC51D即可。对于变形程度比较大的零件,应选择TDC52D、TDC53D这样成形性好的材料。而对于有承重要求的构件,就应根据设计要求选择合适的结构钢,如TS280GD、TS350GD等。彩涂板常用的加工方式有剪切
针对在湿热海洋环境下长期服役的铁路混凝土，设计了表面氟碳涂层成套体系，明确了涂层体系应用技术要求，在此基础上规范了施工措施并完善了质量评价体系，实现了涂层防护成套技术在相应工况下的成功应用。效益分析表明，涂层技术的应用降低了铁路混凝土的全寿命期维修费用，兼具环保和社会效益。
关键词 材料工程;铁路混凝土；氟碳涂层；应用技术；海洋环境；耐久性
随着我国对海洋开发规模的不断扩大，各类码头、跨海大桥、人工岛等海洋工程基础设施的建设数量正在逐渐增加。钢筋混凝土由于具有易浇注、耐冲击、耐磨等优良性能以及较低的工程造价，成为进行此类设施建设的首选形式。但钢筋混凝土在海洋环境下服役时面临着较严重的钢筋锈蚀等腐蚀问题，易导致结构开裂、失效，缩短结构使用寿命[1]。为保证安全服役，必须对已发生腐蚀的结构进行修复，但技术难度与所需资金均十分巨大。因此，人们对处于严重腐蚀环境下的钢筋混凝土越来越多地采取事前防护措施以提升其耐久性，从而降低全寿命周期的成本[2-3]。
海南省处于典型的高温、高湿、强腐蚀等多腐蚀因素耦合作用的海洋环境下，其区域内钢筋混凝土的腐蚀问题更为突出，对效果显著、实施简便、作用持久的混凝土耐久性提升技术措施的需求更加迫切。在诸多技术措施中，混凝土表面涂层技术为简单有效，不仅可以应用到新建结构上，还可以应用于已有结构的修复[4-8]。本文主要介绍成功应用于新建海南西环铁路提升混凝土耐久性的表面氟碳防腐蚀涂层技术。
1 工程概况
新建海南西环铁路始于既有西环铁路海口站，终于三亚站，线路走向沿海南西部沿海地段，正线全长345 km，设计时速200 km，为I级双线铁路。在西环铁路中段，位于海南省儋州市与昌江县境内的珠碧江双线特大桥全长 3 991 m，桥位与北部湾入海口不足5 km。由于海水倒灌影响，环境腐蚀作用异常严重，其中，氯盐环境的作用等级为L3，化学侵蚀环境的作用等级为H4，盐晶结晶破坏环境的作用等级为Y4，并存在大于Y4等级的高硫酸盐含量的极端严重腐蚀环境，必须对相应环境下的混凝土结构进行防腐蚀强化处理，提升混凝土耐久性。
混凝土基体表面状态直接影响涂层与基面的附着力，进而影响涂层的防护效果和寿命。涂装前应尽可能保证混凝土外表面处于面干状态(表面含水量不宜大于6%)，目测混凝土表面应无潮湿痕迹，手触时无潮湿感。混凝土养护龄期不少于28 d。
混凝土基体应保持清洁，必须对混凝土进行良好的基面处理。基面处理宜使用打磨机或喷砂工艺进行清洁，彻底去除混凝土表面残留的养护剂、水泥浆、尖角、碎屑、苔藓、油污等污染物及其他松散附着物。打磨完成后，可以用高压清洁淡水(压力不小于20 MPa)对混凝土表面进行清洗，清洗后应自然干燥72 h。
当混凝土基体有蜂窝、露石以及大于0.2 mm的裂缝时，应对基体进行修补，喷涂修补后混凝土基体的养护龄期不得少于14 d。
3.2 涂装环境要求
喷涂时混凝土基体的表面温度应在4～40 ℃，并高于露点温度至少3 ℃，环境的相对湿度不宜超过85%，现场不允许有明火，且保持通风条件。环境温度低于5 ℃或高于40 ℃，风力大于4级或有降雨时，不得施工。
3.3 涂装过程要求
涂装可采用刷涂、辊涂或喷涂方式进行作业。涂装过程应满足以下要求：
1)涂料使用时应严格按照产品说明的组分数和配合比进行混合。必要时可使用稀释剂对涂料进行稀释，稀释剂添加比例不得超过原涂料质量的5%。
2)底涂涂装时应使混凝土表面达到饱和渗透状态，即混凝土表面应能明显观察到底涂材料残留的液膜。
3)涂装时应控制涂料用量，尽量避免流挂现象出现。
4)各涂层间的涂装间隔时间不得超过48 h。
5)喷涂的空气应干净，无油无水，空气压力控制在0.4～0.6 MPa。
6)涂装过程中注意成品保护，下道工序施工时要确保对上道工序的成品无损坏和污染。
7)各个涂层要涂装到位，不得漏涂。
3.4 养护
为避免涂装效果受到影响，混凝土结构表面涂装完毕后6 h内不得直接与水接触。
4 质量评价
当施工结束后，应对涂层的厚度和附着力进行测定[10]，以衡量涂层的施工质量。具体如下：
1)涂装完成后7 d，应进行涂层干膜厚度测定。涂层体系总干膜平均厚度应≥210 μm，总干膜小厚度应≥189 μm。当不符合上述要求时，应根据情况进行局部或全面补涂，直至达到要求的厚度。涂层厚度检测应符合“90-10”原则，即允许有10%的读数低于规定值，但每一单独读数不得低于规定值的90%。
2)涂装完成后7 d，应使用胶带法进行涂层附着力检测。在确保涂层表面清洁的情况下，在涂层表面做2道切口，每道约40 mm长，2道切口以较小的30°～45°角在其中心附近相交。做切口时，使用直尺并均匀透过涂层一直用力切到底材上。按均匀速度撕下一段黏结强度为(10±1)N/25 mm的胶粘带，除去前面一段，前后剪下约75 mm的胶粘带。把该胶粘带的中心点放在切口的交点上，并沿着较小的角向同一方向延伸。用手指将切口区域内的胶粘带弄平。透明胶粘带下的颜色可以用来表示胶粘带与涂层是否已完全粘牢。在贴上胶粘带5 min内，拿住胶粘带悬空的一端，并将其翻转到尽可能接近180°的位置上，迅速地将胶粘带撕下。检查切口区域的涂层与混凝土基底或与前一道涂层分离的情况，分离程度在任一边上≤1.6 mm为合格。
5 效益分析
5.1 经济效益
采用本技术时建造成本会有所提高，但相比于涂层材料的费用而言，结构自身受到腐蚀而造成的维修和更新费用更为巨大。在严重腐蚀环境下，未经防腐蚀处理的钢筋混凝土结构有效服役时间远低于经防腐蚀处理后的钢筋混凝土结构。部分未经防腐蚀处理的结构物在服役3～4年后就会出现严重的破坏情况，必须进行维修处理。而经防腐蚀处理后的钢筋混凝土结构一般是可以持续服役的。所以，随着结构物服役时间的延长，采用本技术的经济优势会愈加明显。对处于严重腐蚀环境下的混凝土结构而言，从全寿命期的角度来考虑经济效益，采用强化措施的结构物在全寿命期内总费用比普通工程要低得多。
5.2 环保和节能效益
一方面，本技术中使用的材料本身为环保性材料，另一方面，由于采用防护处理而减少了对混凝土本体进行的维修作业，这大幅减少了维修施工对环境的影响和污染，并节约了能源。
5.3 社会效益
采用防护处理，一方面提高了结构物的美观性，另一方面也减少了后续维修作业的影响，社会效益明显。
6 结语
相较于后期修复而言，混凝土表面氟碳涂层技术在安全、经济、环保、节能和社会效益方面均具有优势，已成功应用于高温高湿强腐蚀海洋环境下的混凝土表面防护工程中，实际防护效果良好。该技术大幅提升了钢筋混凝土结构的耐久性，为其长期安全服役提供了保证。
http://www.shzchen.com
