隨著鋼材性能、制造及施工水平的提高，鐵路在跨越長江、黃河等重要橋梁工程中，鋼橋的應(yīng)用越來越多。鋼橋具有自重輕、強度高、跨越能力強等許多優(yōu)點，但鋼材易銹蝕，尤其對于鐵路橋梁來說，工作環(huán)境惡劣，荷載狀況復(fù)雜，對于鋼結(jié)構(gòu)的耐久性提出了很高的要求。近年來，鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)銹蝕問題日益突出，鐵路鋼橋一旦出現(xiàn)銹蝕，會加速結(jié)構(gòu)退化，且重新涂裝困難，在不中斷既有橋梁運營的前提下，施工條件、工作時問進一步受到限制，從而導(dǎo)致巨額的維護費用，大大增加了鋼橋全壽命周期成本，限制了其在鐵路橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。因此，延長鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝的防護年限具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

目前，橋梁鋼結(jié)構(gòu)采用的主流防腐涂裝體系為“底漆+中間漆+面漆”的設(shè)計方案。依據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合國內(nèi)外已有鋼橋涂裝應(yīng)用實例，現(xiàn)有典型防腐涂裝體系的設(shè)計防護年限可以達到15～25年。當(dāng)原材料質(zhì)量、施工作業(yè)環(huán)境或施工工藝達不到標(biāo)準(zhǔn)要求時，涂裝的防護年限會大大縮短，有的甚至短短幾年就出現(xiàn)粉化、剝落、掉塊等質(zhì)量問題。鑒于這種工程現(xiàn)狀，本文對《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)及構(gòu)件保護涂裝與涂料第1部分：鋼梁》(Q/CR 749．1-2020)中第7套防腐涂裝體系的涂層材料和涂層結(jié)構(gòu)進行改性，設(shè)計出一種新型防腐涂裝體系，實現(xiàn)對橋梁鋼結(jié)構(gòu)的長效防護，可為鐵路鋼橋耐久性設(shè)計提供有力支撐。

石墨烯以其電子遷移率高、熱穩(wěn)定性好、硬度高等優(yōu)點在防腐涂料中獲得應(yīng)用。石墨烯作為納米材料，因其尺寸小，可有效填補到涂膜的缺陷當(dāng)中，其片層結(jié)構(gòu)能有效阻礙小分子腐蝕介質(zhì)的侵蝕。從電化學(xué)角度分析，石墨烯還能更好地鈍化鍍層金屬。因此，石墨烯材料具有良好的耐腐蝕性。綜上，石墨烯在防腐涂層材料中的應(yīng)用前景廣泛。利用石墨烯對Q/CR 749．1-2020中第7套防腐涂裝體系(環(huán)氧富鋅防銹底漆+云鐵環(huán)氧中問漆+氟碳面漆)進行改性的新型石墨烯鋅基氟碳超耐久防腐涂裝體系，以涂裝體系優(yōu)異的耐腐蝕性能，達到長久保護橋梁鋼結(jié)構(gòu)的目的。

1 底漆涂層

石墨烯改性環(huán)氧富鋅底漆的機理，旨在利用石墨烯的小尺寸效應(yīng)和二維片層結(jié)構(gòu)，使石墨烯可以填充到涂料的孔洞和缺陷中，形成層層疊加的致密的物理隔絕層，以阻擋外界有害物質(zhì)對被保護材料的腐蝕，還可利用其疏水性和快速導(dǎo)電性，增加涂層中鋅粉的電化學(xué)保護作用，提高鋅粉的利用率，減緩金屬基材的電化學(xué)腐蝕速率。

2 中間漆涂層

Q/CR 749．1-2020中的云鐵環(huán)氧中問漆是由環(huán)氧樹脂、云母氧化鐵、防銹顏料以及專用溶劑配制而成，漆膜強韌、硬度高、機械性能優(yōu)異、附著力強。云母氧化鐵也為片狀，其平行搭接、相互交錯形成的片狀涂層結(jié)構(gòu)極大地提升了涂層的屏蔽性，大大減少了水、腐蝕介質(zhì)在涂膜中的擴散，阻礙生銹、腐蝕的發(fā)生?？紤]云鐵環(huán)氧中間漆較低的成本，增加了漆膜厚度，對底漆起到屏蔽作用，同時提供與面漆可靠的附著力，是優(yōu)良的附著基層，且能夠增加整體涂層的使用年限。因此，新型石墨烯防腐涂裝體系采用了與鐵路標(biāo)準(zhǔn)中相同的云鐵環(huán)氧中問漆涂層，涂層材料的技術(shù)性能指標(biāo)以及施工工藝與標(biāo)準(zhǔn)要求一致。

3 面漆涂層

石墨烯改性氟碳面漆涂層，是在普通FEVE氟碳涂料中摻入相容性非常好的特種石墨烯材料。面漆涂層高聚物中的發(fā)色基團吸收紫外光，其高聚物主鏈及側(cè)鏈發(fā)生斷鏈形成R·和P·自由基，自由基遷移到表面，與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，形成過氧化自由基R00·和P00·，過氧化自由基是漆膜形成黃變、開裂、粉化等弊病的原因。通過石墨烯材料對自由基和過氧化自由基的捕捉，可有效減少黃變、開裂、粉化等漆膜弊病的發(fā)生。同時石墨烯是一種惰性材料，本身不會受紫外線能量的破壞而出現(xiàn)分解失效，可顯著提高普通FEVE氟碳涂料的耐候性能和機械性能。

圖1 人工加速老化試驗色差對比結(jié)果

針對不同大氣腐蝕環(huán)境，采用石墨烯鋅基氟碳超耐久防腐涂裝體系時，需要進一步開展漆膜厚度、涂裝構(gòu)造及施工工藝等詳細(xì)設(shè)計，使涂裝體系的防護年限達到設(shè)計要求。

摘錄自：鐵道工程學(xué)報第4期（總271），如有侵權(quán)請告知刪除。