在洞室環(huán)境中常會(huì)存放有16MnR 鋼制密封容器，這些容器中封存的放射性物質(zhì)半衰期大多很長，有的甚至長達(dá)萬年以上，為加強(qiáng)密封容器的長期安全管理，需要在鋼結(jié)構(gòu)表面涂裝防腐蝕涂料以提高其耐腐蝕能力。隨著防腐涂層在洞室環(huán)境中服役年限的增長，局部喪失附著力而脫離基體表面，呈球狀小泡突起，嚴(yán)重影響了其耐腐蝕性能。目前，重防腐蝕涂料和長效防腐蝕復(fù)合涂層的發(fā)展非常迅速，但對(duì)防腐蝕涂層體系的失效機(jī)理了解不夠深入，這樣就無法預(yù)測(cè)涂層的使用壽命，而很多情況下涂層的失效時(shí)間比預(yù)期的要早。只有弄清楚涂層失效的微觀機(jī)制，才能從根本上提高涂層的耐腐蝕能力，為鋼結(jié)構(gòu)的長期密封安全提供技術(shù)支持。本研究對(duì)洞室環(huán)境鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層起泡過程進(jìn)行了分析，并提出了解決方法和措施。

一、有機(jī)涂層起泡的主要機(jī)制

涂層起泡過程是一個(gè)多種原因影響的復(fù)雜過程，大多數(shù)情況下，涂層的某些宏觀缺陷處在起泡之前已經(jīng)發(fā)生了腐蝕，沒有受到腐蝕的地方一般不發(fā)生起泡現(xiàn)象。起泡的機(jī)制主要有滲透壓起泡、應(yīng)力起泡、電滲透起泡、溫度梯度起泡等，目前，還沒有一個(gè)可以解釋各種現(xiàn)象的完整機(jī)制。

1. 1 滲透壓起泡

滲透壓起泡被認(rèn)為是涂層處于中性水溶液中起泡的主要機(jī)制，即在界面處的金屬受到腐蝕后，生成的腐蝕產(chǎn)物與水形成高濃度的鹽溶液，使外部環(huán)境中的水不斷地向界面處滲透，形成滲透壓，在這個(gè)過程中涂層相當(dāng)于一個(gè)半滲透膜。水滲透到界面后與可溶性鹽混合形成了許多液體小區(qū)域，隨著可溶性鹽不斷溶解，滲透壓不斷增加，大量的水不斷地滲入這些區(qū)域并使體積不斷膨脹，在某些有機(jī)涂層附著力弱的區(qū)域，涂層將與基體脫層形成鼓泡。

1. 2 應(yīng)力起泡

大多數(shù)涂層表面都有殘余應(yīng)力存在，從而會(huì)加速涂層剝落，影響涂層的耐腐蝕性能。在涂層中可能存在殘余應(yīng)力、吸濕應(yīng)力、熱應(yīng)力和其他因素導(dǎo)致的應(yīng)力，這些應(yīng)力的存在使涂層發(fā)生膨脹，當(dāng)涂層的附著力不能承受變形時(shí)就會(huì)形成起泡、逐漸脫層進(jìn)而失效。Martin 等認(rèn)為，應(yīng)力的存在是鼓泡長大的主要原因。

1. 3 電滲透起泡

電滲透是一種動(dòng)電現(xiàn)象，是指水或腐蝕介質(zhì)在電位梯度的影響下產(chǎn)生移動(dòng)，通過毛細(xì)孔或膜層使水或腐蝕介質(zhì)產(chǎn)生集聚，使涂層鼓起而起泡。液體的移動(dòng)方向取決于涂層電荷的正負(fù)，若涂層荷負(fù)電，則液體遷移至陰極; 若涂層荷正電，則液體移向陽極。有關(guān)研究表明，通過電滲透而透過涂層的液體體積與腐蝕電流成正比。

1. 4 溫度梯度起泡

水從溫度高的一邊被吸入涂層，遇到溫度低的基體以后冷縮，在接近界面處，涂層的滲透性會(huì)降低，從內(nèi)部界面向外部滲透的速率要比從外部向內(nèi)部界面滲透的速率低。水一般在有污染物或應(yīng)力集中的區(qū)域冷凝后逐漸聚集，達(dá)到一定程度后便出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象。腐蝕并不一定是緊跟著這種由于溫度梯度產(chǎn)生的鼓泡的出現(xiàn)而立刻發(fā)生，其主要與氧在涂層中的擴(kuò)散速率有關(guān)。

1. 5 陰極析氫起泡

當(dāng)金屬置于呈酸性且潮濕的環(huán)境中時(shí)，在表面陰極區(qū)域發(fā)生析氫現(xiàn)象( 2H+ + 2e→H2↑) ，金屬在反應(yīng)過程中被氧化，并向溶液中釋放出金屬離子，H+ 就會(huì)透過涂層，在涂層和底材之間獲得電子而產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生的氫氣使涂層慢慢鼓起，產(chǎn)生起泡現(xiàn)象。

二、鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層起泡分析

鋼結(jié)構(gòu)表面涂裝的長效防腐涂層在洞室高濕環(huán)境存放幾年后，涂層會(huì)發(fā)生起泡破損等現(xiàn)象( 如圖1 所示) ，各涂層多處局部發(fā)生顯著腐蝕、脫落，嚴(yán)重處露出基體。對(duì)同時(shí)存放的試片鼓泡處進(jìn)行切割取樣，對(duì)其截面進(jìn)行微觀分析，SEM 照片和EDS 分析如圖2、圖3 所示，在涂層與基體之間發(fā)現(xiàn)了腐蝕產(chǎn)物，能譜分析為Fe 的氧化物。

鋼結(jié)構(gòu)表面涂層起泡照片

試片截面SEM 照片試片截面的EDS 分析

通過洞室環(huán)境裂隙水質(zhì)分析( 如表1 所示) 和空氣冷凝水離子含量分析( 如表2 所示) 發(fā)現(xiàn)，洞室裂隙水中Cl －、SO42 －、HCO3－ 的含量遠(yuǎn)大于當(dāng)?shù)卮髿饨邓邢鄳?yīng)離子含量，當(dāng)?shù)卮髿饨邓诹严稘B流過程中，不斷與所接觸的地質(zhì)介質(zhì)發(fā)生離子交替并溶解其鹽分，使水中離子含量增大。裂隙水滲流入洞室后，使洞室環(huán)境空氣中主要離子的含量均與一般大氣差別甚遠(yuǎn)，

其中Cl －、SO42 － 和HCO3－ 的含量遠(yuǎn)大于一般大氣中相應(yīng)離子含量。

大氣降水和裂隙水部分離子含量分析

一般大氣和洞室空氣部分離子含量

此外，洞室環(huán)境相對(duì)濕度遠(yuǎn)大于普通鋼的臨界濕度( 70%RH) ，因此在鋼結(jié)構(gòu)表面存在10 －8 ～ 10 －6 m 厚的電解液膜。有機(jī)涂層中的可溶性鹽和一些親水基團(tuán)首先與表面薄液膜反應(yīng)，形成液體的傳輸路徑。隨著時(shí)間的延長，這些路徑及涂層本身的宏觀缺陷之間相互交聯(lián)，形成更長的腐蝕介質(zhì)傳輸路徑。大量含有Cl －、SO42 － 和HCO3－ 的液體通過涂層中形成的傳輸路徑滲透到界面，并在界面處形成腐蝕原電池。隨著腐蝕的進(jìn)行，大量的氫氧根離子在陰極區(qū)產(chǎn)生，陰極區(qū)的堿性環(huán)境破壞著涂層的附著力，同時(shí)在界面處產(chǎn)生大量的腐蝕產(chǎn)物。腐蝕產(chǎn)物具有吸濕性，界面處和腐蝕介質(zhì)之間產(chǎn)生了滲透壓，腐蝕介質(zhì)的水不斷地向界面處滲透，界面處腐蝕產(chǎn)物不斷集聚，由于體積膨脹向外起泡，隨著時(shí)間的延長，鼓泡長大、交聯(lián)、破損，最終導(dǎo)致涂層全面脫層失效。

三、結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層在洞室高濕環(huán)境中起泡失效行為的出現(xiàn)，滲透壓起泡機(jī)制起了主要作用。要減少或延緩洞室環(huán)境鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層的起泡失效，需從以下幾個(gè)方面考慮:

( 1) 改善鋼結(jié)構(gòu)表面環(huán)境，阻滯腐蝕性介質(zhì)的接觸、滲透及其對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。

( 2) 樹立良好的質(zhì)量意識(shí)，嚴(yán)格表面預(yù)處理和涂裝工藝的控制，降低涂層孔隙率，提高有機(jī)涂層的屏蔽性能，這樣腐蝕介質(zhì)滲透到界面的時(shí)間就會(huì)延長，從而延長涂層的使用壽命。

( 3) 有機(jī)涂層的屏蔽性能和附著力對(duì)其耐腐蝕性能起著非常重要的作用，在洞室環(huán)境中提高與保持涂層與鋼結(jié)構(gòu)基體的附著力，是解決鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層起泡的根本方法。

四、夢(mèng)能科技

夢(mèng)能科技是一家致力于涂料的銷售、方案設(shè)計(jì)、涂裝施工為一體的科技公司，夢(mèng)能科技專長于EMI行業(yè)、工業(yè)裝備制造、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、石油石化、特種氣體行業(yè)、火電、風(fēng)電、水電能源行業(yè)等重防腐領(lǐng)域。夢(mèng)能科技為廣大用戶提供全方位的服務(wù)，包括在設(shè)計(jì)階段向您推薦合理的油漆配套方案，在合作當(dāng)中提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和高水平的施工服務(wù)以及完善的現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)指導(dǎo)與優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)。