隨著鋼材性能、制造及施工水平的提高，鐵路在跨越長江、黃河等重要橋梁工程中，鋼橋的應用越來越多。鋼橋具有自重輕、強度高、跨越能力強等許多優點，但鋼材易銹蝕，尤其對于鐵路橋梁來說，工作環境惡劣，荷載狀況復雜，對于鋼結構的耐久性提出了很高的要求。近年來，鐵路橋梁鋼結構銹蝕問題日益突出，鐵路鋼橋一旦出現銹蝕，會加速結構退化，且重新涂裝困難，在不中斷既有橋梁運營的前提下，施工條件、工作時問進一步受到限制，從而導致巨額的維護費用，大大增加了鋼橋全壽命周期成本，限制了其在鐵路橋梁結構中的應用。因此，延長鋼結構防腐涂裝的防護年限具有巨大的經濟效益和社會效益。

目前，橋梁鋼結構采用的主流防腐涂裝體系為“底漆+中間漆+面漆”的設計方案。依據相關行業標準，并結合國內外已有鋼橋涂裝應用實例，現有典型防腐涂裝體系的設計防護年限可以達到15～25年。當原材料質量、施工作業環境或施工工藝達不到標準要求時，涂裝的防護年限會大大縮短，有的甚至短短幾年就出現粉化、剝落、掉塊等質量問題。鑒于這種工程現狀，本文對《鐵路橋梁鋼結構及構件保護涂裝與涂料第1部分：鋼梁》(Q/CR 749．1-2020)中第7套防腐涂裝體系的涂層材料和涂層結構進行改性，設計出一種新型防腐涂裝體系，實現對橋梁鋼結構的長效防護，可為鐵路鋼橋耐久性設計提供有力支撐。

石墨烯以其電子遷移率高、熱穩定性好、硬度高等優點在防腐涂料中獲得應用。石墨烯作為納米材料，因其尺寸小，可有效填補到涂膜的缺陷當中，其片層結構能有效阻礙小分子腐蝕介質的侵蝕。從電化學角度分析，石墨烯還能更好地鈍化鍍層金屬。因此，石墨烯材料具有良好的耐腐蝕性。綜上，石墨烯在防腐涂層材料中的應用前景廣泛。利用石墨烯對Q/CR 749．1-2020中第7套防腐涂裝體系(環氧富鋅防銹底漆+云鐵環氧中問漆+氟碳面漆)進行改性的新型石墨烯鋅基氟碳超耐久防腐涂裝體系，以涂裝體系優異的耐腐蝕性能，達到長久保護橋梁鋼結構的目的。

1 底漆涂層

石墨烯改性環氧富鋅底漆的機理，旨在利用石墨烯的小尺寸效應和二維片層結構，使石墨烯可以填充到涂料的孔洞和缺陷中，形成層層疊加的致密的物理隔絕層，以阻擋外界有害物質對被保護材料的腐蝕，還可利用其疏水性和快速導電性，增加涂層中鋅粉的電化學保護作用，提高鋅粉的利用率，減緩金屬基材的電化學腐蝕速率。

2 中間漆涂層

Q/CR 749．1-2020中的云鐵環氧中問漆是由環氧樹脂、云母氧化鐵、防銹顏料以及專用溶劑配制而成，漆膜強韌、硬度高、機械性能優異、附著力強。云母氧化鐵也為片狀，其平行搭接、相互交錯形成的片狀涂層結構極大地提升了涂層的屏蔽性，大大減少了水、腐蝕介質在涂膜中的擴散，阻礙生銹、腐蝕的發生。考慮云鐵環氧中間漆較低的成本，增加了漆膜厚度，對底漆起到屏蔽作用，同時提供與面漆可靠的附著力，是優良的附著基層，且能夠增加整體涂層的使用年限。因此，新型石墨烯防腐涂裝體系采用了與鐵路標準中相同的云鐵環氧中問漆涂層，涂層材料的技術性能指標以及施工工藝與標準要求一致。

3 面漆涂層

石墨烯改性氟碳面漆涂層，是在普通FEVE氟碳涂料中摻入相容性非常好的特種石墨烯材料。面漆涂層高聚物中的發色基團吸收紫外光，其高聚物主鏈及側鏈發生斷鏈形成R·和P·自由基，自由基遷移到表面，與空氣中的氧氣發生反應，形成過氧化自由基R00·和P00·，過氧化自由基是漆膜形成黃變、開裂、粉化等弊病的原因。通過石墨烯材料對自由基和過氧化自由基的捕捉，可有效減少黃變、開裂、粉化等漆膜弊病的發生。同時石墨烯是一種惰性材料，本身不會受紫外線能量的破壞而出現分解失效，可顯著提高普通FEVE氟碳涂料的耐候性能和機械性能。

圖1 人工加速老化試驗色差對比結果

針對不同大氣腐蝕環境，采用石墨烯鋅基氟碳超耐久防腐涂裝體系時，需要進一步開展漆膜厚度、涂裝構造及施工工藝等詳細設計，使涂裝體系的防護年限達到設計要求。

摘錄自：鐵道工程學報第4期（總271），如有侵權請告知刪除。