氟原子范德華半徑較小(0.135 nm)，與碳原子形成共價(jià)鍵時(shí)，鍵長(zhǎng)短(0.1317 nm)、鍵能大 (485.7 kJ/mol)，電負(fù)性大（4.0)。由于氟原子核對(duì)其核外電子及成鍵電子云的束縛作用較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)相對(duì)對(duì)稱，分子是非極性的，氟的極化率小。同時(shí)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(chǎng)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(jìn)的非氟共聚單體不一樣，對(duì)聚合物氟含量也有一定影響。由于氟樹脂涂料長(zhǎng)期的保光性和保色性難以用短時(shí)間的人工試驗(yàn)方法（如QUV等）做出準(zhǔn)確判定，而在實(shí)際環(huán)境中曝哂時(shí)間又較長(zhǎng)，因此對(duì)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?jǐn)?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(tuán)
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(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)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(duì)于全氟丙烯酸酯類共聚物而言，由于受價(jià)格和共聚條件等限制，一般引進(jìn)的氟單體的量很低，若按含氟單體的氟含量為50.55 %計(jì)算，引進(jìn)單體量為8 %，F(xiàn) %(理論）為4.044 % ，而實(shí)際測(cè)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(huì)涂料標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定氟含量為15 %以上，分科會(huì)各成員公司的氟含量都在20% 以上，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS)規(guī)定氟含量標(biāo)準(zhǔn)：溶劑可溶物的氟元素的含量在15 %以上。我國參照上述標(biāo)準(zhǔn)，在《交聯(lián)型氟樹脂涂料》（草)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(dá)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(dá)到10~15年。這種現(xiàn)象歸因于FEVE樹脂在經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的戶外曝哂之后非氟單體鏈段降解導(dǎo)致?？梢?，氟含量是影響FEVE樹脂性能的一個(gè)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(hù)。
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(biāo)準(zhǔn)條件下用石棉水泥板制成測(cè)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(diǎn)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(jìn)行MEK擦拭試驗(yàn)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(yàn)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(duì)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(huì)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(fù)面影響。
氟含量是氟聚合物的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)于不同類型聚合物，有不同的可比性，其高低對(duì)性能的影響也不一致，要區(qū)別對(duì)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(dāng),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(fèi),也可能是達(dá)不到使用要求,造成降級(jí)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(shí)請(qǐng)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(shí)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(jìn)行選擇。例如,建筑物的屋面板通常不承重,且加工時(shí)變形不復(fù)雜,通常選用TDC51D即可。對(duì)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(duì)于有承重要求的構(gòu)件,就應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)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(duì)在濕熱海洋環(huán)境下長(zhǎng)期服役的鐵路混凝土，設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)了涂層防護(hù)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(fèi)用，兼具環(huán)保和社會(huì)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(duì)海洋開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)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(jià)，成為進(jìn)行此類設(shè)施建設(shè)的可以選擇形式。但鋼筋混凝土在海洋環(huán)境下服役時(shí)面臨著較嚴(yán)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(duì)已發(fā)生腐蝕的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)處于嚴(yán)重腐蝕環(huán)境下的鋼筋混凝土越來越多地采取事前防護(hù)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(qiáng)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(duì)效果顯著、實(shí)施簡(jiǎn)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(jiǎn)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?？谡?，終于三亞站，線路走向沿海南西部沿海地段，正線全長(zhǎng)345 km，設(shè)計(jì)時(shí)速200 km，為I級(jí)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(zhǎng) 3 991 m，橋位與北部灣入?？诓蛔? km。由于海水倒灌影響，環(huán)境腐蝕作用異常嚴(yán)重，其中，氯鹽環(huán)境的作用等級(jí)為L(zhǎng)3，化學(xué)侵蝕環(huán)境的作用等級(jí)為H4，鹽晶結(jié)晶破壞環(huán)境的作用等級(jí)為Y4，并存在大于Y4等級(jí)的高硫酸鹽含量的極端嚴(yán)重腐蝕環(huán)境，必須對(duì)相應(yīng)環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐蝕強(qiáng)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(jìn)而影響涂層的防護(hù)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(cè)混凝土表面應(yīng)無潮濕痕跡，手觸時(shí)無潮濕感。混凝土養(yǎng)護(hù)齡期不少于28 d。

混凝土基體應(yīng)保持清潔，必須對(duì)混凝土進(jìn)行良好的基面處理?；嫣幚硪耸褂么蚰C(jī)或噴砂工藝進(jìn)行清潔，徹底去除混凝土表面殘留的養(yǎng)護(hù)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(duì)混凝土表面進(jìn)行清洗，清洗后應(yīng)自然干燥72 h。

當(dāng)混凝土基體有蜂窩、露石以及大于0.2 mm的裂縫時(shí)，應(yīng)對(duì)基體進(jìn)行修補(bǔ)，噴涂修補(bǔ)后混凝土基體的養(yǎng)護(hù)齡期不得少于14 d。

3.2 涂裝環(huán)境要求

噴涂時(shí)混凝土基體的表面溫度應(yīng)在4～40 ℃，并高于露點(diǎn)溫度至少3 ℃，環(huán)境的相對(duì)濕度不宜超過85%，現(xiàn)場(chǎng)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(jí)或有降雨時(shí)，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(jìn)行作業(yè)。涂裝過程應(yīng)滿足以下要求：

1)涂料使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照產(chǎn)品說明的組分?jǐn)?shù)和配合比進(jìn)行混合。必要時(shí)可使用稀釋劑對(duì)涂料進(jìn)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(shí)應(yīng)使混凝土表面達(dá)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(shí)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(shí)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(hù)，下道工序施工時(shí)要確保對(duì)上道工序的成品無損壞和污染。

7)各個(gè)涂層要涂裝到位，不得漏涂。

3.4 養(yǎng)護(hù)

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(píng)價(jià)
當(dāng)施工結(jié)束后，應(yīng)對(duì)涂層的厚度和附著力進(jìn)行測(cè)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(jìn)行涂層干膜厚度測(cè)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(dāng)不符合上述要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行局部或全面補(bǔ)涂，直至達(dá)到要求的厚度。涂層厚度檢測(cè)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(dú)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(jìn)行涂層附著力檢測(cè)。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(zhǎng)，2道切口以較小的30°～45°角在其中心附近相交。做切口時(shí)，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(qiáng)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(diǎn)放在切口的交點(diǎn)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(jì)效益

采用本技術(shù)時(shí)建造成本會(huì)有所提高，但相比于涂層材料的費(fèi)用而言，結(jié)構(gòu)自身受到腐蝕而造成的維修和更新費(fèi)用更為巨大。在嚴(yán)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(shí)間遠(yuǎn)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(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞情況，必須進(jìn)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(shí)間的延長(zhǎng)，采用本技術(shù)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)會(huì)愈加明顯。對(duì)處于嚴(yán)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(jì)效益，采用強(qiáng)化措施的結(jié)構(gòu)物在全壽命期內(nèi)總費(fèi)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(hù)處理而減少了對(duì)混凝土本體進(jìn)行的維修作業(yè)，這大幅減少了維修施工對(duì)環(huán)境的影響和污染，并節(jié)約了能源。

5.3 社會(huì)效益

采用防護(hù)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(huì)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(jì)、環(huán)保、節(jié)能和社會(huì)效益方面均具有優(yōu)勢(shì)，已成功應(yīng)用于高溫高濕強(qiáng)腐蝕海洋環(huán)境下的混凝土表面防護(hù)工程中，實(shí)際防護(hù)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(zhǎng)期安全服役提供了保證。