金屬油罐柔性陶瓷基防腐材料基礎(chǔ)研究.pdf

1、腐蝕給各類金屬油罐造成不同程度危害,并帶來安全隱患。目前,以有機涂層和防銹漆為主的腐蝕防護方法存在著使用壽命短、維護費用高以及重復(fù)涂覆施工工作量大等問題。本論文在系統(tǒng)研究金屬油罐在自然環(huán)境中腐蝕規(guī)律的基礎(chǔ)上,提出了“終生隔離”防腐理論,開展金屬油罐柔性陶瓷基防腐新材料研究,力求實現(xiàn)“一次施工,長效防腐”的目標,對提高金屬油罐防腐水平,改善油料保障質(zhì)量和確保油庫運行安全等具有重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟意義。
　　論文系統(tǒng)研究了金屬油罐柔性

2、陶瓷基防腐材料的理想空間結(jié)構(gòu)、固化機理與形成過程。其理想結(jié)構(gòu)是:聚合物與無機膠凝材料在水和多種外加劑的共同作用下,形成一種聚合物-無機膠凝材料互聯(lián)、貫穿的三維網(wǎng)絡(luò)獨特結(jié)構(gòu),并且兩相之間存在化學(xué)鍵合作用,兩種網(wǎng)絡(luò)在很多點形成較強的黏結(jié),充分發(fā)揮復(fù)合效應(yīng)。材料兼具無機材料抗老化性能優(yōu)異、耐水耐油性好和有機聚合物韌性高、黏結(jié)強度大、致密性強等優(yōu)點。進一步優(yōu)化材料聚灰比,可得到不同柔韌性能的防腐材料,能滿足金屬油罐不同部位的防腐要求。
　

3、　探討了金屬油罐柔性陶瓷基防腐材料的基本組成,分析了各主要組分、外加劑與材料力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。通過對不同聚灰比下由 NE-1型特種硅酸鹽水泥與 P·O52.5硅酸鹽水泥制備的樣品力學(xué)性能實驗研究發(fā)現(xiàn),加入聚合物乳液后,材料在粘附性、耐沖擊性和柔韌性等方面均有了顯著改善。通過掃描電子顯微鏡(SEM)對樣品斷面分析顯示,當(dāng)聚灰比R≤0.2時,材料體系內(nèi)的水泥水化后形成了彼此相連的空間骨架,聚合物只能附著在水泥水化產(chǎn)物表面,或被成

4、團阻隔,不能形成網(wǎng)絡(luò);當(dāng) R=0.3~0.5時,無機凝膠材料和聚合物形成了互相貫通、相互依托的空間網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)了微觀上的兩相相容;當(dāng)R≥0.6時,水泥相被封閉在由聚合物相組成的包裹體中,水泥僅以填料的形式存在,此時復(fù)合材料的性能主要取決于聚合物。通過紅外光譜分析發(fā)現(xiàn),無機膠凝材料與聚合物能夠在分子層面有機結(jié)合,所形成的復(fù)合材料兼具水泥與丙烯酸酯聚合物的紅外光譜特征。通過分析消泡劑對材料性能的影響發(fā)現(xiàn),磷酸三丁酯能顯著降低材料在制備過程中產(chǎn)

5、生的孔洞,并且添加量一般應(yīng)小于等于0.2％。研究不同減水劑減水效果及減水劑添加量對材料性能影響結(jié)果表明,隨著減水劑加入量的提高,其減水效果逐漸增強,當(dāng)加入量為1%時效果最好,并且當(dāng)摻加量相同時,聚羧酸減水劑的減水效果最好,降低用水量達到42.5%,并且,加入減水劑以后材料力學(xué)性能有了明顯提高。
　　利用掃描電鏡(SEM)分析了不同類型孔隙對金屬油罐柔性陶瓷基防腐材料致密性的影響規(guī)律,通過優(yōu)化聚灰比和添加高效減水劑等方法提高了材料致

6、密度。壓汞法(MIP)分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)材料內(nèi)不添加聚合物時,材料的總孔容較大,有害孔隙占絕大部分,材料致密性不高;加入聚合物乳液以后,材料中有害孔的數(shù)量降至11.7%,總孔容降至0.0752 mL/g,材料致密性增強效果更加明顯。掃描電子顯微鏡研究也表明:當(dāng)材料不含聚合物或聚合物含量較低時,水泥水化產(chǎn)物呈現(xiàn)棒狀和拉絲狀疏松分布于材料的內(nèi)部,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中存在較多的毛細孔隙,結(jié)構(gòu)致密性不強;當(dāng)聚灰比R≥0.3時,材料中的無機相和有機相交叉連接,形

7、成致密的連續(xù)空間結(jié)構(gòu)。同時發(fā)現(xiàn),減水劑對材料致密性有顯著的改進作用。加入1%的減水劑后,材料孔隙率可降低16.3%,視密度增加28.3%,總孔容降低53.7%。X-射線衍射(XRD)表征顯示,聚合物與水泥之間發(fā)生了某種定量的物理或化學(xué)反應(yīng),使得材料的固化過程得到加強,并且,聚羧酸減水劑的添加對水泥水化反應(yīng)起到促進作用。
　　研究了影響金屬油罐柔性陶瓷基防腐材料體積穩(wěn)定性的主要因素,通過 CEA復(fù)合膨脹劑實現(xiàn)對材料的體積收縮補償,通

8、過加入聚丙烯纖維提高了材料的抗微裂紋性能,借助膨脹系數(shù)測定儀研究了材料與鋼材膨脹/收縮同步一致性。通過分析試樣體積變化情況發(fā)現(xiàn),材料在加入CEA復(fù)合型膨脹劑后的0~7 d內(nèi)持續(xù)膨脹,7 d時達到最大,之后出現(xiàn)收縮,90 d后基本趨于穩(wěn)定,當(dāng)摻入量為10%時,基本可抵消材料固化時產(chǎn)生的體積收縮。研究材料與鋼材膨脹/收縮同步一致性發(fā)現(xiàn),隨著溫度的上升,材料的線膨脹系數(shù)與鋼材的走勢基本一致,并且,隨著聚合物含量的增加,一致性有所降低。因此,在

9、滿足設(shè)計要求的提前下,應(yīng)盡量控制材料聚灰比在0.5以下。通過研究纖維對材料抗裂性能影響發(fā)現(xiàn),當(dāng)聚丙烯短纖維加入量在0.8‰~1.0‰時,抗裂效果最好,裂縫降低率可達90%以上。
　　通過耐鹽、耐酸、耐堿以及耐油實驗研究了材料的耐腐蝕性能。結(jié)果表明,當(dāng)聚灰比在0.3~0.5范圍時,材料具有非常高的耐NaCl溶液浸泡、耐H2SO4、NaOH侵蝕和耐航空噴氣燃料油浸泡能力。較之環(huán)氧富鋅防銹漆,所研制的金屬油罐柔性陶瓷基防腐材料具有更優(yōu)異

10、的耐腐蝕性能。
　　分析了金屬油罐柔性陶瓷基防腐材料的老化機理,探討了復(fù)合光穩(wěn)定劑對材料抗老化性能的影響規(guī)律,并通過人工加速老化、戶外暴露以及冷熱交替等方法研究了材料的耐久性。研究不同類型光穩(wěn)定劑的抗老化效果發(fā)現(xiàn),光穩(wěn)定劑能顯著提升聚合物的抗老化性能,并且,光穩(wěn)定劑復(fù)合使用優(yōu)于單獨使用時的效果,原因是復(fù)合體系產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng),有利于抗老化作用的有效發(fā)揮。同時,材料中水泥等無機組分對紫外光具有很強的屏蔽作用,能阻擋紫外線對聚合物的破壞