大桥缘何更坚固?硅烷浸渍耐久性热裂解色谱仪监测是关键

大桥缘何更坚固?硅烷浸渍耐久性热裂解色谱仪监测是关键

日期:2020-12-3

广袤而神秘的海洋给予人们无限想象,但它同时又是具有强腐蚀性的严酷自然环境。港口码头、石油平台、钢桩、桥梁等,如何乘风破浪、更持久地坚守?有关专家从上世纪90年代初就开始研究海洋工程重腐蚀防护技术。两年前,世界蕞长的跨海大桥——港珠澳大桥通车,保障其达到120年耐久性设计要求,金属所提供的桥基钢管复合桩系列防腐蚀解决方案功不可没。

腐蚀监测系统为港珠澳大桥上保险

针对港珠澳大桥特定的海泥环境,有关专家完成了大桥基础钢管复合桩防护涂层工艺设计、阴极保护系统设计、原位腐蚀监测系统设计等,研制出应用于大桥混凝土结构的新一代高性能环氧涂层钢筋,并参与大桥基础的防腐涂装施工,保障了港珠澳大桥基础120年耐久性设计要求。

国际上的重大海洋工程几乎都在我国,但海洋重腐蚀防护技术却由国外垄断,在实际应用过程中经常出现“卡脖子”情况。

纵观国内重大工程结构混凝土,其中许多的混凝土结构经过多年服役已相继进入老化阶段。与此同时越来越多的新结构建造于严酷的环境和介质中从而使混凝土结构的耐久性问题日益突出。因耐久性问题造成的经济损失十分巨大。分析影响混凝土结构耐久性的因素可以得出钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要原因之一,因此分析研究混凝土结构锈蚀状态对判断混凝土结构耐久性状态至关重要。若能实现混凝土结构腐蚀电位原位长期监测,将是一项重大突破。对诊断混凝土结构耐久性健康状态意义十分重大。

那些常见的腐蚀监测技术

创建可视记录以跟踪腐蚀的增长。使用无人机,可以发现腐蚀的存在并在蓝图上标出信息,然后将其与将来的可视记录进行比较,以跟踪腐蚀随时间的增长。无人机对于记录有关腐蚀的视觉信息非常有帮助。良好的检查无人机可以提供高质量的可视化表示,以监测腐蚀的区域。还可以捕获腐蚀位置的准确数据,可以将其存档以备将来参考。

超声波厚度监控。使用超声波测试仪扫描壁以测量其厚度的常用技术。

使用探头测量电阻。探针跟踪电阻的变化,可用于跟踪金属随时间的损耗。探针可以提供有关腐蚀速率的常规数据,将每月、每周、每天甚至每小时的数据记录下来。

使用样本。“样本”是与受监控资产中的物料匹配的物料。该试样块可作为要监测的墙壁或其他区域的代理,从而提供了一种非常简单的方法来监视几乎任何情况下的腐蚀。要使用这种腐蚀监控技术,需要将腐蚀试样放入预定的时间,然后将其移除后,测试其腐蚀类型,腐蚀速率和腐蚀量。

为什么腐蚀监测很重要?

腐蚀监测很重要的三个主要原因:安全、降低成本、提高效率。

腐蚀监测对于任何资产会随着时间推移而损耗的行业都非常重要,尤其在使用挥发性材料的行业中很重要,如果挥发不当,这些材料可能会爆炸。随着设备的老化,它变得越来越容易受到腐蚀,并且对苛刻条件的抵抗力也越来越差。腐蚀监控的目的是跟踪设备中潜在的问题区域,从而避免发生事故并确保人员安全。

如果像大桥建设这样的资产由于腐蚀而过早解体,那么更换起来的成本可能会非常高。在过程密集型行业中,炼油厂或工厂中需要在大型存储容器用于存储挥发性物质,腐蚀会在设备维修方面每年都带来巨大的成本。腐蚀监测可以通过提高设备和资产的寿命来帮助公司避免这些费用。

除了帮助预防事故并降低成本外,腐蚀监测还可以提高工业运营效率。不仅可以延长现有资产和相关操作设备的寿命,还可以提供对耐腐蚀材料的购买建议,并有助于找到高经济效益的补救腐蚀增长的方法及其他相关问题的解决方案。有效辨识出由于腐蚀所导致的状况,帮助减少设备关闭时间。

相信在未来,随着技术的进步,我们很可能能够创建需要被监测的物体的内部完整、高度详细的3D模型。这些模型可以用作可视记录,以监视腐蚀情况,就像当前高质量的静止图像和视频一样。期待未来的腐蚀监测技术能让各大工程的安全性更上一层楼。

在不同的地域和气候环境下,混凝土建筑物会遭遇到不同的侵蚀和破坏,如海港码头高性能混凝土结构保护,跨海大桥海工混凝土保护,高架桥梁混凝土结构保护,公路桥梁混凝土结构保护,铁路桥梁高性能混凝土结构保护,隧道混凝土结构保护,机场跑道混凝土结构保护,清水混凝土结构保护,热电、核电厂混凝土结构保护等等。硅烷作为一种有效的混凝土保护材料,可以为混凝土提供长效持久地保护。硅烷在混凝土表层形成的保护层可以有效防止水以及氯离子的入侵,使钢筋免遭锈蚀;可以防止混凝土碳化的发生;同时,可以大幅地减少冻融对于混凝土的破坏。 

大桥或海港工程硅烷浸渍技术防护原理

混凝土硅烷浸渍防护技术原理是利用硅烷特殊的小分子结构,穿透混凝土的表层,渗透到混凝土内部几个到十几个毫米,渗入混凝土表面深层,分布在混凝土毛细孔内壁,甚至到达Zui小的毛细孔壁上,与暴露在酸性和碱性环境中的空气及基底中的水分产生化学反应,聚合形成网状交联结构的硅酮高分子羟基团。这些羟基团将与基底和自身缩合,产生胶连、堆积,固化结合在毛细孔 的内壁及表面,形成坚固、刚柔的防腐渗透斥水层。 因为不会阻塞气孔,可保持基材的透气性。通过抵消毛细孔的强制吸力,硅烷混凝土防护剂可以防止水分及可溶解盐类,如氯盐的渗入,有效防止基材因渗水、日照、酸雨和海水的侵蚀而对混凝土及内部钢筋结构的腐蚀、疏松、剥落、霉变而引发的病变,还有很好的抗紫外线和抗氧化性能,能够提供长期持久的保护,提高建筑物的使用寿命。

防水处理后的基材形成了远低于水的表面张力,并产生毛细逆气压现象,且不堵塞毛细孔,既防水又保持混凝土结构的“呼吸”。同时,因化学反应形成的硅酮高分子与混凝土有机结合为一整体,使基材具有了一定的韧性,能够防止基材开裂且能弥补0.2 mm的裂缝。当防水表面由于非正常原因导致破损(如外力作用),其破损面上的硅烷与水分继续反应,使破损表面的防水层具有自我修复功能。除了公认的憎水性,硅烷混凝土防护剂也不会受到新浇混凝土碱性环境的破坏。相反,碱性环境如浇筑不久的混凝土,会刺激该反应并加速斥水表面的形成。理论上,硅烷可以和混凝土同样持久,且混凝土强度越强使用寿命越长。

润扬仪器:硅烷浸渍深度测试

依据标准:JTJ275-2000《海港工程混凝土结构表面涂层防腐技术规范》;JTT695-2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术规范》。

在Zui后一次喷涂硅烷至少3 d后,钻取直径约50 mm、深度为40±5 mm的芯样。在离原表面的浓度为3-4mm(强度等级≤C45的混凝土)或2-3mm(强度等级≥C45的混凝土)处,劈开芯样。从该芯样新暴露面的各处,取数份粉样,热分解这些粉样为等离子气体,用气相色谱仪分析,求得其硅烷占水泥浆体粉样的重量百分率的平均值。浸渍区域内的硅烷占水泥浆体粉样重量的百分率应不少于0.1%。

润扬仪器:热裂解气相色谱仪分析法 

热解气相色谱法又称裂解气相色谱法,是使大分子物质(如高聚物、生化试样)在热解器中加热到几百或更高温度,迅速热解成小分子碎片,并直接进入气相色谱仪进行分析的方法。

由于挥发性产物的组成和相对含量与被测物质的结构、组成、性质有一定的对应关系,每种物质在一定的热解条件下其热解色谱图具有各自的特征性,称为指纹热解谱图。因而可有效地鉴定高分子化合物的种类、定性和定量地分析混合物中的组分。热解气相色谱还可作为测试手段,用于测定高分子化合物的微型结构、聚合过程及分解过程的动力学机理,并考察其热稳定性。

热解谱图随实验条件不同而变化,为得到能重复的,在不同实验室间可互相比对的热解谱图,以下3个参数至关重要:①将样品中加热到预定热解温度所需的时间。②与样品接触的部件所用材料。在热解温度下,有的物质(如石英和铁)产生催化作用,会改变热解产物的分布;铂和金是制作热解器的常用材料。③热解器产物体积应尽可能小,并能马上进入载气流中,保持在均匀温度下。

常用的热解器有:①管式热解器;②热丝热解器;③居里点热解器;④激光热解器

热解色谱法可克服通常气相色谱法的不足,分析通常GC不能直接进样分析的一些试样,适用于高聚物、生物大分子、微生物和高沸点有机物的分析。还可测定共聚组成;区分共混物和共聚物;测定某些高聚物端基,从而确定聚合物分子量;测定某些高聚物链结构及对高聚物的热稳定性、耐老化性、加工过程等多种性能进行研究。此外,还可用于医学、生物学等各领域。

 

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