城市轨道交通隧道管片预埋槽道防腐蚀技术研究

分类：论文范文 发表时间：2021-12-22 08:48

　　摘要：近年来，国内越来越多的城市轨道交通工程以预埋槽道形式替代后置锚栓用来安装机电系统设备，预埋槽道的防腐蚀耐久性已成为影响其长期安全服役的一个关键问题。通过对低合金钢材质槽道的几种常见防腐蚀技术的测试和预埋槽道防腐蚀耐久性的介绍和分析，对槽道防腐工艺的选择和进一步研究提出了建设性意见，为城市轨道交通工程中预埋槽道的应用提供技术性参考。

　　关键词：预埋槽道防腐处理纳米锌铝涂层VCI涂层环氧粉末涂层

　　1城市轨道交通预埋槽道防腐蚀技术概况

　　在我国城市轨道交通建设初始阶段，隧道内接触网基础固定采用的是打孔后植锚栓方式，但是该方法存在诸多弊端，如：破坏管片结构、需要后期填埋施工处理等。随着国内轨道交通建设的蓬勃发展，一种在国外早已经成熟应用的预埋槽道技术逐渐被引入了国内，并迅速推广引用[1-2]。由于预埋槽道是在施工过程预埋设置于混凝土结构中的，在后期服役过程中极难进行更换。城市轨道交通工程结构的设计寿命要求均为100a，这就对预埋槽道的耐久性能提出了更高的要求。

　　2防护涂层试验情况

　　本文研究的低合金钢材质预埋槽道采用的低合金钢为Q345B级钢，对几种典型涂层处理技术的耐腐蚀情况分别进行了测试。即低合金钢预埋槽道表面分别采用了热镀锌工艺（级别为3级，厚度为80～100μm）、热镀锌加环氧粉末、热镀锌加VCI涂层以及热镀锌加纳米锌铝复合涂层这4种不同的表面处理工艺。参照《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》（GB/T10125—2012）标准，采用中性盐雾及铜加速盐雾方法对上述几种表面处理工艺的耐腐蚀水平进行了评价，依据《色漆和清漆耐液体介质的测定》（GB9274—88）标准对涂层的耐碱性能进行了测试，同时参照《色漆和清漆拉开法附着力试验》（GB/T5210—2006）标准测试了不同涂层的附着力。

　　3防腐蚀技术分析与讨论

　　3.1热镀锌表面处理

　　热镀锌工艺是将低合金钢预埋槽道浸入熔融的锌液中，在高温下锌液和低合金钢发生作用而在其表面形成合金层，从而使得镀锌层结合在低合金钢槽道表面。热镀锌工艺有许多优点，如镀层均匀，较容易完全地覆盖槽道的全部表面；镀层与槽道的附着力较强；同时，镀锌层为牺牲阳极性保护层，对低合金钢槽道有更佳的防腐效果。但是，热镀锌工艺最大的不足是常规的热镀锌层不能满足预埋槽道较高的防腐要求。试验表明，当常规热镀锌涂层厚度为80μm以上时，按照《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》（GB/T10125—2012）标准做中性盐雾试验时，一般500～600h后就开始出现红锈。低合金钢预埋槽道热镀锌表面处理后的表面情况见图2。

　　图2展示了80μm厚热镀锌表面处理后经过500h中性盐雾测试后的实际效果。也有研究者做过类似的测试[3]，碳钢预埋槽道采用3级热浸镀锌（镀层厚度为80～100μm）、500h中性盐雾测试后，表面开始出现微量红锈。如果继续增加热镀锌层的厚度至100μm以上，则镀层脆性会明显提高，附着力也明显下降。此外，由于锌自身的化学特性，在常规呈碱性的混凝土中极易发生反应而产生气体导致混凝土中形成气孔，从而影响混凝土结构的抗渗性能。轨道交通工程中，对预埋槽道类的产品通常要求2400h中性盐雾或者300h铜加速盐雾测试后表面无红锈，也有要求1200h中性盐雾或者150h铜加速盐雾测试后表面无红锈[4]。无论选用哪种标准，单纯的热镀锌处理都很难满足防腐要求。因此，低合金钢预埋槽道很少采用单独的热镀锌工艺做防腐处理，而是把热镀锌工艺和其他涂层及表面处理方法相结合而做成复合防腐层。

　　3.2热镀锌加环氧粉末表面处理

　　热镀锌加环氧粉末表面处理工艺是将预埋槽道先进行热镀锌表面处理，再利用电晕放电原理在热镀锌表面上吸附一层环氧粉末涂料，最后再经过烘烤工艺使得环氧粉末涂层熔融、流平，最终固化而得到一层致密涂膜。这层环氧涂膜的防腐效果、耐碱性和绝缘性与热镀锌相比有了较大提高。但经100h测试后，槽道表面仍然开始出现微小的红锈点；此外，环氧粉末涂层在实际正常使用过程中较易剥落。因此，热镀锌加环氧粉末表面处理用在低合金钢预埋槽道防腐上虽性能有所改善，但仍有诸多问题亟待解决，在当前工艺条件下仍难以有效地满足防腐设计要求。低合金钢预埋槽道热镀锌加环氧粉末表面处理后耐腐蚀和附着力情况见图3。

　　3.3热镀锌加VCI涂层表面处理

　　VCI复合涂层是指将VCI（气相缓蚀剂）技术与片状锌粉涂层相结合的一种工艺，其原理是气相缓蚀剂在涂层的锌片中产生大于大气压的气体，从而起到阻止空气中的氧气侵入的目的。因此，为了提升VCI涂层的防腐性能，一般需要在涂层表面增加一层封闭层。当前，VCI技术已经广泛应用于公路护栏、灯杆等钢制构件的防腐处理，取得了良好的效果。低合金钢预埋槽道采用热镀锌加VCI涂层处理后，经过200h铜加速试验，其表面开始出现明显的红锈点，涂层也较易剥落。虽然目前有不少轨道交通工程开始使用VCI涂层技术，但是仍有附着力等问题需要解决。低合金钢预埋槽道热镀锌加VCI涂层表面处理后耐腐蚀和附着力情况见图4。

　　3.4热镀锌加纳米锌铝复合涂层表面处理

　　纳米锌铝涂层表面处理工艺是在热镀锌层表面通过有机成膜物质配合无机固化剂将锌片和铝片牢牢结合在一起，并且尺度达到纳米级别。纳米锌铝复合涂层的附着力表现优良，且随着时间的推移衰减并不明显。若配合适当的面层，在保证整个纳米复合涂层具有优异的耐水、耐碱、耐磨损性能的同时，还具有优异的绝缘性能。低合（a）100h铜加速盐雾测试后的表面情况（b）涂层附着力情况图3低合金钢预埋槽道热镀锌加环氧粉末表面处理后耐腐蚀和附着力情况金钢预埋槽道热镀锌加纳米锌铝复合涂层表面处理见图5。

　　图5（a）为热镀锌加纳米锌铝复合涂层表面处理后的预埋槽道经300h铜加速盐雾测试后的表面情况。图5中除少数部位产生微小的白锈外，涂层整体表现良好；图5（b）为根据《色漆和清漆拉开法附着力试验》（GB/T5210—2006）标准对涂层拉拔力进行测试，其数值测试结果为15.9MPa。在揭开密封胶条后涂层保持完整未见剥落现象，见图5（c）。通过与表1所示几种常见涂层的拉拔力数值对比，纳米锌铝复合涂层的附着力表现非常优异。参照《色漆和清漆耐液体介质的测定》（GB9274—88）标准做耐碱性测试。配制浓度为1.2g/L的NaOH溶液，并保证溶液PH值为12.5，温度为60℃，测试中及测试后均未见涂层有明显反应，见图5（d）；与此同时，还测试了纳米锌铝复合涂层的一些其他性能。测试表明，纳米锌铝复合涂层的硬度为6H，在1kV电压下的电阻达到50M?水平。这些测试均表明纳米锌铝复合涂层可以满足当前预埋槽道防腐蚀方面的设计要求。低合金钢预埋槽道热镀锌加纳米锌铝复合涂层表面处理见图5。

　　4结语

　　防腐蚀是轨道交通预埋槽道安全服役所面临的重大技术问题，应根据实际情况选择合适的防腐蚀技术。综合经济成本与技术成熟度考量，低合金钢预埋槽道采用热镀锌加涂层防护表面处理技术是当前预埋槽道防腐蚀主流技术理念，其关键是选择合适的涂层处理工艺。通过对当前3种主流防腐蚀技术特性的比较分析，以轨道交通预埋槽道防腐蚀的特性要求而言，认为纳米锌铝复合涂层工艺是当下综合性能尤其是防腐蚀性能最好的选择，值得推广应用。

　　参考文献：

　　［1］刘奇.地铁盾构管片预埋槽道质量及性能研究[J].铁路，2016，（6）：102-105.

　　［2］黄烯望，姜新华，李长春，等.轨道交通隧道内预埋槽道的耐腐蚀性能研究[J].材料保护，2020，53（3）：47-53，60.

　　［3］李超宁.轨道交通预埋槽道防腐技术研究[J].电气化铁道，2019，30（S1）：179-181.

　　［4］李积鸿，靳世鹤，梁庆国，等.地铁盾构隧道管片预埋槽道关键技术研究[J].现代隧道技术，2019，56（5）：206-210.

　　鞠丽艳

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