基于聚丙烯復(fù)合板的工業(yè)建筑防腐技術(shù)研究及應(yīng)用

宇歡平

摘要：腐蝕是工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)體系的典型主要病害，是影響建筑工程質(zhì)量及其使用年限的關(guān)鍵因素，也嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)使用功能。本研究針對(duì)工業(yè)建筑使用過程中出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象，對(duì)聚丙烯防腐材料的物理化學(xué)性能展開分析，系統(tǒng)研究了預(yù)防液態(tài)腐蝕和氣態(tài)腐蝕的措施，并結(jié)合實(shí)際工程需求探討了工業(yè)廠房防腐措施。結(jié)果表明：選擇聚丙烯作為防腐材料并使用膨脹螺栓固定法的施工工藝可較好地避免腐蝕介質(zhì)對(duì)結(jié)構(gòu)體系的不利影響；地面、墻面、天棚等是防腐施工中需要重點(diǎn)防護(hù)的對(duì)象；在投入使用過程中發(fā)現(xiàn)防腐材料、設(shè)備有損壞的部位要及時(shí)采取措施清理腐蝕源，并修補(bǔ)或更換損壞的防腐材料。

關(guān)鍵詞：工業(yè)建筑；防腐措施；化學(xué)侵蝕；聚丙烯復(fù)合板

中圖分類號(hào)：TE41文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

經(jīng)濟(jì)社會(huì)的日益發(fā)展和人民生活水平的不斷提升，使得建筑行業(yè)快速發(fā)展，工業(yè)建筑占地面積大、原材料復(fù)雜，生產(chǎn)安全要求較高，需確保生產(chǎn)的有序進(jìn)行和實(shí)際需求[1]。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造價(jià)低廉、適用性強(qiáng)，且具有較好的耐久性，即在自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內(nèi)部因素的作用下，在設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)使用期內(nèi)不需要花費(fèi)大量資金加固處理而保持其安全、使用功能和外觀要求的能力[2，3]，因此鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是工程中最常用的結(jié)構(gòu)形式之一，而且鋼筋混凝土材料具有良好的耐久性可以滿足普通環(huán)境需求。然而，工業(yè)企業(yè)日常經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)中不可避免存在較多腐蝕性介質(zhì)，尤其在氯堿企業(yè)中，蒸汽、鹽、堿、游離氯酸都會(huì)對(duì)其建筑結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重腐蝕，腐蝕引起的耐久性損傷問題將造成結(jié)構(gòu)承載力、穩(wěn)定性嚴(yán)重退化。故對(duì)于具有高溫、高濕，及腐蝕介質(zhì)等特殊工作環(huán)境中的工業(yè)建筑，鋼筋混凝土自身的耐久性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足的[4]。為了提高工業(yè)建筑服役性能和耐久性能，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命，防患于未然，從建筑設(shè)計(jì)到施工完成的整個(gè)建造過程需要進(jìn)行有針對(duì)性的防腐措施[5]。

物理防腐技術(shù)是目前實(shí)際工程中非常常見的一種防腐技術(shù)，主要是利用防腐材料將外部腐蝕離子與鋼筋混凝土解封表面隔離開，防止因相互作用而產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。近些年，物理防腐技術(shù)在我國(guó)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工過程中得到了廣泛應(yīng)用，且防腐效果較為明顯。通過研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的物理防腐材料種類有很多，主要有聚合物聚氯乙烯、水玻璃、樹脂等材料。依據(jù)不同結(jié)構(gòu)會(huì)接觸到的腐蝕介質(zhì)和可能發(fā)生的腐蝕程度，選擇合適的防腐材料顯得至關(guān)重要，這就要求相關(guān)設(shè)計(jì)與施工人員充分熟知這些防腐材料的不同性能，在不同結(jié)構(gòu)中合理選擇與利用才能達(dá)到最優(yōu)的防腐效果。本論述以某工業(yè)建筑實(shí)際工程為例，選擇聚丙烯復(fù)合板為防腐材料，系統(tǒng)探討聚丙烯防腐材料的物理化學(xué)性能及其通過改性后在工業(yè)建筑中的適用性，并結(jié)合工程建設(shè)過程研究聚丙烯復(fù)合板在工業(yè)建筑中的具體應(yīng)用與施工方法，以期為同類工業(yè)建筑的建造和運(yùn)維提供參考。

1聚丙烯材料物化性質(zhì)

聚丙烯是指丙烯（C3H6）通過加聚反應(yīng)形成的聚合物（C3H6）n，是一種透明且密度較小的白色蠟狀材料。一直被廣泛應(yīng)用于紡織纖維、醫(yī)療器械、化工容器、汽車零配件，以及食品藥品包裝等。聚丙烯的熔點(diǎn)為189℃，工作溫度范圍為-30℃～140℃[6]。由于聚丙烯材料的分子運(yùn)動(dòng)不強(qiáng)烈，可在熔點(diǎn)以下保持其原有結(jié)晶結(jié)構(gòu)；沒有外力作用的情況下，甚至在150℃～160℃仍然能保持其原有形狀不變，呈現(xiàn)出了良好的耐高溫性。當(dāng)溫度低于0℃時(shí)，聚丙烯材料柔韌性會(huì)有所降低，耐沖擊性能顯著下降；當(dāng)溫度低于-10℃時(shí)，聚丙烯材料將呈現(xiàn)玻璃化特性。當(dāng)溫度不高于80℃時(shí)，其可在酸、堿、鹽液及多種有機(jī)溶劑介質(zhì)環(huán)境中工作，尤其在室溫下常用的有機(jī)溶劑均無(wú)法溶解聚丙烯。因此，這種材料非常適合在具有腐蝕介質(zhì)的工業(yè)廠房環(huán)境中使用。此外，聚丙烯材料對(duì)環(huán)境應(yīng)力開裂不敏感，能夠較好抵御長(zhǎng)期反復(fù)荷載作用，該特性使其可以滿足工業(yè)廠房生產(chǎn)作業(yè)過程中常見的外部荷載作用。

2工業(yè)建筑用聚丙烯材料的改性

聚丙烯材料的科學(xué)研究和工程應(yīng)用日趨成熟，但由于聚丙烯材料自身存在抗沖擊和抗老化性能不足、力學(xué)性能易受溫度影響，以及透明度低等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其無(wú)法直接應(yīng)用于具有某些特殊要求的領(lǐng)域。為了讓聚丙烯材料能夠滿足更多實(shí)際需求，聚丙烯材料改性技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。聚丙烯材料常用的改性方法包括物理改性和化學(xué)改性。物理改性是指將具有特殊性能的材料添加到聚丙烯基體，通過填充改性、共混改性以及成核劑改性等方法制取聚丙烯共熔體復(fù)合材料；物理改性具有操作簡(jiǎn)單便捷、改性效果良好以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，是聚丙烯材料改性較為常用的方式?；瘜W(xué)改性方法是指通過共聚、接枝和交聯(lián)等方式改變聚丙烯的分子結(jié)構(gòu)達(dá)到改性目的；其中，共聚改性方法是采用高效催化劑對(duì)處于聚合階段的聚丙烯材料進(jìn)行嵌段共聚或無(wú)規(guī)共聚，獲取性質(zhì)和功能特殊的改性聚丙烯材料；接枝改性則是借助特殊引發(fā)劑將單體接枝到聚丙烯主鏈上，獲取具有一定支化度的特殊聚丙烯材料；交聯(lián)改性方法是將低支化度的聚丙烯長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)改造成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯材料，由于三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高且結(jié)構(gòu)性更強(qiáng)，所以此類改性材料普遍具有良好的耐高溫和抗沖擊性能。與共聚相比，交聯(lián)改性可以在保持材料強(qiáng)度和剛性的同時(shí)更加高效地增強(qiáng)聚丙烯材料韌性，而且交聯(lián)改性適用于制備體量較大的聚丙烯片材和板材。

根據(jù)分子結(jié)構(gòu)的不同，聚丙烯可分為等規(guī)聚丙烯、間規(guī)聚丙烯和無(wú)規(guī)聚丙烯，本工程防腐材料選用等規(guī)聚丙烯。但由于聚丙烯材料強(qiáng)度、彈性模量和硬度相對(duì)較低，導(dǎo)致其具有成型收縮性大、尺寸穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)[7]。根據(jù)線膨脹系數(shù)計(jì)算方法可知，構(gòu)件變形量與其工作環(huán)境溫度變化量，以及溫度變化范圍內(nèi)構(gòu)件長(zhǎng)度成正比，即溫度變化越大，構(gòu)件長(zhǎng)度越長(zhǎng)，則變形量也就越大。以本項(xiàng)目中平面尺寸最小的清洗車間為例，縱向長(zhǎng)度91.9 m、橫向長(zhǎng)度36.0 m，且工作環(huán)境溫度變化范圍為-30℃～80℃，而普通聚丙烯材料難以滿足對(duì)變形的要求。對(duì)此，需要采取進(jìn)一步措施來降低材料的線膨脹系數(shù)，提高聚丙烯材料的尺寸穩(wěn)定性。

材料熱膨脹的本質(zhì)是晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)間的平均距離隨溫度的變化而變化。而聚丙烯材料是半結(jié)晶性聚合物，內(nèi)部空間由晶區(qū)和非晶區(qū)組成，晶區(qū)的分子鏈段排列規(guī)則。相比非晶區(qū)聚合物鏈，晶區(qū)聚合物鏈的運(yùn)動(dòng)所受抑制作用更強(qiáng)，其熱膨脹程度也更低[8]。環(huán)境溫度低于聚丙烯熔點(diǎn)時(shí)，晶區(qū)的有序排列就不會(huì)被破壞，此時(shí)，晶區(qū)分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)也會(huì)相對(duì)較弱，因此，提高結(jié)晶度可以降低制品的熱膨脹性能。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本項(xiàng)目在聚丙烯材料中添加成核劑來提高其結(jié)晶性，進(jìn)而增強(qiáng)材料剛性，降低材料的線膨脹系數(shù)。

3方案選擇

科學(xué)合理的施工工藝，是確保聚丙烯板材施工質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，也是取得良好防腐效果的關(guān)鍵。針對(duì)工業(yè)廠房的防腐要求與工作環(huán)境條件，對(duì)以下三種施工工藝進(jìn)行系統(tǒng)比選。

3.1膠水粘貼法

根據(jù)不同構(gòu)件和材料表面可選用環(huán)氧樹脂、大力膠、呋喃膠泥等材料進(jìn)行粘貼，此種方法主要適用于基層光滑平整或涂有墻面漆的基礎(chǔ)面。具體工藝方法如下：

清理構(gòu)件施工面的油污和灰塵→用毛刷將膠水均勻涂刷在板材背面（同時(shí)在基層鋪貼面同樣均勻涂刷）→將板材放在指定位置用力按壓，使板材與基面完全貼合（待膠水粘結(jié)條件合適）→用重物壓住板材（使其在膠水固化前保持靜止，直至粘結(jié)牢固，固化時(shí)間視膠水種類而定）。

3.2膨脹螺栓固定法

首先在板材表面打孔，并將板材放在既定安裝位置；孔徑視板材厚度而定，一般超過10 mm的板材統(tǒng)一打孔直徑為14 mm，并在正面加工直臺(tái)沉孔或凹形沉孔，使螺帽能夠完全鑲嵌在其中，保證安裝后表面的平整度。用電鉆透過板材預(yù)留孔的位置在基層成孔，孔深不小于8 cm。孔內(nèi)放入內(nèi)膨脹螺栓，再按照一定順序?qū)⒏髀菟〝Q緊，每平方米至少保證有5個(gè)螺栓，即四角和中心各保證有螺栓可進(jìn)行固定。該方法主要適用于基層強(qiáng)度較高的環(huán)境。

3.3焊接造架安裝法

首先將方管焊接成骨架，然后在混凝土構(gòu)件處做好固定處理，再將板材固定在骨架上，該方法適用于立面基層表面粗糙且松散的環(huán)境。

由于聚丙烯的化學(xué)鈍性和非極性使它成為難于粘貼的塑料。大量實(shí)驗(yàn)證明[9，10]，聚丙烯板宜采用焊條熱氣焊接和壓條螺釘固定法成型、焊接造架支撐法。其中壓條螺釘固定法適用于基礎(chǔ)牢固、表面粗糙的基層；焊接造架支撐法適用于表面粗糙且基礎(chǔ)松散的基層。本建設(shè)工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及經(jīng)濟(jì)合理原則，選用焊條熱氣焊接和壓條螺釘固定法相結(jié)合的施工工藝，進(jìn)行板材的固定與焊接。經(jīng)過系統(tǒng)的比選，最終確定第二種工藝即膨脹螺栓固定法作為本項(xiàng)目的防腐措施。

4施工工藝與質(zhì)量控制

聚丙烯板材目前已廣泛應(yīng)用于大型實(shí)驗(yàn)室、燃?xì)夤竞痛笮屯L(fēng)管道的基礎(chǔ)建設(shè)中；根據(jù)以往使用經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其安裝尤為關(guān)鍵，合理的安裝工藝是保證生產(chǎn)面平整、牢固、密封性好，延長(zhǎng)使用壽命的關(guān)鍵。

4.1工藝流程

基層面進(jìn)行清理和打磨找平處理→彈線→排版→PP板成孔、倒角→基層成孔→PP板固定（利用螺釘固定，注：室外集水池內(nèi)施工無(wú)此項(xiàng)）→PP板焊縫焊接→螺栓孔焊接封閉→焊縫平整處理→注水試驗(yàn)→成品保護(hù)→分項(xiàng)、檢驗(yàn)批驗(yàn)收。

為避免板材鋪設(shè)后產(chǎn)生懸空而對(duì)板材焊縫產(chǎn)生破壞，直徑2 m范圍內(nèi)鋪設(shè)場(chǎng)地基層平整高低誤差控制在±5 mm范圍內(nèi)。聚丙烯板材焊接前，對(duì)焊縫處板材邊緣做成V形坡口，坡口角度為75°～80°，否則無(wú)法進(jìn)行施工操作。焊接過程中，焊條與焊件、焊槍嘴與焊件夾角大小，焊接速度快慢，焊槍溫度高低，焊槍嘴擺動(dòng)幅度大小，焊條壓力大小，焊槍嘴氣量大小，焊條熔融黏度大小，都關(guān)系到焊接質(zhì)量的好壞。

焊接時(shí)，焊槍溫度宜為210℃～250℃；焊條與焊件的夾角宜為60°；焊接速度宜為100 mm/min～120 mm/min；熱氣流量宜為10 L/min～15 L/min；熱氣應(yīng)采用N2或CO2等惰性氣體，需要注意的是，由于聚丙烯熔融黏度低，所以焊接時(shí)熱風(fēng)的風(fēng)量要小些，相應(yīng)的焊接速度要慢些，以防止出現(xiàn)焊縫缺陷。由于焊接時(shí)產(chǎn)生較高熱量，焊縫位置會(huì)出現(xiàn)一定膨脹現(xiàn)象，因此，焊接完成后需采用重物將鋪貼在地面上的板材壓平，待焊縫完全冷卻后再移開，以減少膨脹現(xiàn)象。

4.2質(zhì)量控制

聚丙烯板材焊接施工時(shí)，須同時(shí)制作25 cm×25 cm焊接試塊兩個(gè)，并進(jìn)行妥善保管。施工完畢后需進(jìn)行質(zhì)量檢查，其中，焊縫抗拉強(qiáng)度檢測(cè)以試塊檢測(cè)結(jié)果為準(zhǔn)。聚丙烯板材防腐蝕面層平整度允許空隙不應(yīng)大于2 mm，相鄰板塊的拼縫高差不應(yīng)大于0.5 mm，縫格平直不大于3 mm，墻裙上口直線長(zhǎng)度不大于2 mm，接縫寬度允許偏差1 mm，墻裙應(yīng)與地面面層對(duì)縫一致。聚丙烯板材防腐蝕面層焊縫的焊條排列應(yīng)緊密、無(wú)波紋形，每根焊條接頭處應(yīng)錯(cuò)開100 mm。接縫焊接應(yīng)牢固，焊縫應(yīng)牢固、平整、光潔、飽滿、嚴(yán)密、美觀，無(wú)焦化變色、斑點(diǎn)、焊瘤和起鱗等缺陷，其凹凸偏差不得大于±0.6 mm。焊縫抗拉強(qiáng)度不應(yīng)小于板材強(qiáng)度的75%。聚丙烯板材防腐蝕面層觀感應(yīng)平整、光潔、色澤一致，并應(yīng)無(wú)孔眼、翹曲或鼓泡等缺陷。鋪貼完成后，進(jìn)行24 h的注水試驗(yàn)，觀測(cè)檢漏孔內(nèi)是否有水滲出。當(dāng)發(fā)現(xiàn)滲漏，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。修補(bǔ)后重新試驗(yàn)，直至不滲漏為合格。

5結(jié)論

針對(duì)工業(yè)建筑使用過程中出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象，通過對(duì)聚丙烯防腐材料的物理化學(xué)性能展開分析，系統(tǒng)研究了預(yù)防液態(tài)腐蝕和氣態(tài)腐蝕的措施，并結(jié)合實(shí)際工程需求探討了工業(yè)廠房防腐措施。

（1）通過對(duì)聚丙烯材料物化性質(zhì)和材料改性的研究發(fā)現(xiàn)，聚丙烯板材具有良好的耐腐蝕性，可滿足存在腐蝕介質(zhì)工業(yè)建筑的防腐需求。

（2）防腐施工工藝技術(shù)在最終建筑防腐蝕效果中發(fā)揮著非常重要的作用，也是整個(gè)工業(yè)建筑施工過程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。通過對(duì)膠水粘貼法、膨脹螺栓固定法、焊接造架安裝法這三種不同方案的比選，得到對(duì)于建筑面積相對(duì)較大的工業(yè)建筑，建議采用膨脹螺栓固定法進(jìn)行安裝，同時(shí)在整個(gè)安裝過程中需要嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，避免出現(xiàn)焊縫缺陷與聚丙烯板材裂縫。

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