・专题论述・ 玻璃钢防腐蚀材料检测方法的探讨 三航科研院有限公司 王成启 聂亚楠谷坤鹏 【摘 要］海洋环境下混凝土结构易遭受海水侵蚀导致结构破坏，而高性能混凝土等技术措施亦不能满足 高耐久的技术要求，采用玻璃钢包覆是提高海工混凝土结构耐久性的有效途径之一。本文对玻璃钢包覆防腐蚀 材料的原材料和耐久性检测方法进行了分析，并提出原材料和耐久性检测方法，以利于玻璃钢防腐材料施工质 量的控制。 ［关键词】海洋环境玻璃钢包覆耐久性检测方法 １ 引言 船只撞击等作用力，如果玻璃钢的力学性能 随着水运工程的高速发展，对混凝土结 构耐久性的要求越来越高，采用玻璃钢防腐 蚀技术是提高混凝土耐久性的有效措施之 一较低，容易因撞击造成破坏，降低使用寿命。 因此．包覆防腐用玻璃钢不仅要求具有良好 的耐海水腐蚀效果，还应具有一定的力学性 能。通过对原材料基本性能的检测与分析，建 立桩基工程玻璃钢包覆原材料及玻璃钢基本 性能检测及控制方法，对高耐久性玻璃钢的 制备具有重要作用。 ２．２玻璃纤维布检测方法 。在实际工程应用过程中，目前仅局限于对 其材料本身密度、强度等基本性能进行检测， 尚未系统地建立对原材料和玻璃钢基本性能 的检测方法，也没有相关规范和标准对其耐 久性进行检测，未形成系统的玻璃钢检测方 法。包覆的玻璃钢常出现脱落和耐久性不能 玻璃纤维布的性能检测包括厚度、织物 密度、含水率、浸润剂含量以及力学性能等指 标。玻璃纤维布厚度直接影响玻璃钢的厚度， 如玻璃纤维布较薄，在制备相同厚度的玻璃 钢时，需要缠绕较多的层数和刷胶次数．施工 效率低下；玻璃纤维布应具有良好的力学性 能，保证制作的玻璃钢能长期承受船只、海浪 与漂浮物的撞击作用．玻璃纤维布力学性能 以断裂强力表示；此外，还对玻璃纤维布的织 满足要求等现象，阻碍玻璃钢推广应用。为有 效控制玻璃钢的施工质量，需制定相应的检 测方法。本文对玻璃钢防腐蚀材料检测方法 进行探讨与分析。 ２玻璃钢原材料检测方法 ２．１玻璃钢原材料基本性能分析 玻璃钢是由玻璃纤维布、树脂、引发剂和 促进剂等材料复合而成的，其中玻璃纤维布 和树脂是玻璃钢最主要的原材料。玻璃纤维 布和树脂的种类繁多．质量也千差万别，不同 玻璃纤维布、树脂制备的玻璃钢，其力学性能 及防腐蚀效果也不相同。玻璃钢材料因腐蚀 物密度、含水率、浸润剂含量、克重等物理性 能指标进行检测。相关性能指标可参照国标 有关规定，玻璃纤维布的性能检测项目及检 测方法见表ｌ。 采用表１的相关检测方法，对几种典型 的玻璃纤维布物理力学性能进行了检测，检 测结果见表２ｔ 。从表２可以看出，不同种类的 环境不同而配制方法不同，针对海洋环境高 湿度、高含盐量及弱碱性的具体特点．选用合 适的树脂及玻璃纤维布复合制备玻璃钢能够 有效延长玻璃钢的使用寿命。桩基工程在服 役过程中，位于潮差区的部位容易受到浪溅、 玻璃纤维布的性能差别较大。ＣＷＲ４００Ｄ中 碱玻璃纤维布和ＥＷＲ４００无碱玻璃纤维布 较厚且力学强度都较高，是制备玻璃钢的理 一１一 表１ 检测项目 厚度 玻璃纤维布性能检测方法 检测方法 《增强材料机织物试验方法第ｌ部分：玻璃纤维厚度的测定》（ＧＢ／Ｔ ７６８９．１） 织物密度 含水率 《增强材料机织物试验方法第２部分：经、纬密度的测定》（ＧＢ／Ｔ ７６８９．２） 《增强制品试验方法第１部分：含水率的测定》（ＧＢ厂ｒ ９９１４．１） 浸润剂含量 克重 《增强制品试验方法第２部分：玻璃纤维可燃物含量的测定》（ＧＢ／１ｒ ９９１４．２） 《增强制品试验方法第３部分：单位面积质量的测定》（ＧＢ／Ｔ ９９１４．３） 断裂强力 《增强材料机织物试验方法第５部分：玻璃纤维拉伸断裂强力和断裂伸长的测定》（ＧＢｆｒ ７６８９．５） 表２ 检测项目 厚度／ｍｍ 经／纬织物密度／（根／ｃⅡＤ 含水率／（％） 浸润剂含量／（％） 克重／（ｇ／ｍ２） 几种下班纤维布基本性能检测结果 玻璃纤维纱布 ０．１ ８／８ ０．２ ０．３ １４０ ＣＷＲ４ＯＯＤ中碱 玻璃纤维布 ０．２６ ４／４ ０．３ ０．４ ３２０ ＥｗＲ４ｏ０尢碱 玻璃纤维布 ０ ３４ ３．５ ．３ ０．２ ０．３ ４２２ 无碱玻璃纤维表面毡 ０．１６ ０．２ ０．４ ５０ 经／纬断裂强力／（Ｎ ．５ ｃｍ） ９ＯＯ／８５０ ｌ ６５０／１ ５００ ｌ ８５ｏ／１ ６８０ ４０（Ｎ／２．５ ｃｍ） 想增强材料．制备的玻璃钢具有适宜的树脂 含量和较高的力学性能。 ２．３树脂检测方法 表３ 材料 检测项目 外观 树脂的检测包括树脂本体和树脂浇注体 的检测，树脂及树脂浇注体性能检测方法见 表３。 树脂及树脂浇注体性能检测方法 检测方法 目视法观测 酸值 黏度 《塑料聚酯树脂部分酸值和总酸值的测定》（ＧＢ／Ｔ ２８９５） 树脂 凝胶时间 固含量 热稳定性 《不饱和聚酯试验方法》（ＧＢ／Ｔ ７１９３） 体积收缩率 拉伸强度 压缩强度 树脂浇注体 弯曲强度 冲击韧性 《塑料、不饱和聚酯树脂和环氧树脂总体积收缩量的测定》（ＩＳＯ ３５２１）方法２ 时脂浇注体性能试验方法》（ＧＢ／Ｔ ２５６７） 热变形温度 《塑料负荷变形温度的测定第２部分：塑料、硬橡胶和长纤维增强复合材料》 （ＧＢ厂Ｉ＇１６３４．２） 表４为不饱和聚酯树脂１８９、环氧乙烯 基酯树脂ＭＦＥ一２、ＭＦＥ一７１１、ＭＦＥ—Ｗｌ和环 表４可以看出。不饱和聚酯树脂１８９、环氧乙 烯基酉旨树脂ＭＦＥ一２、ＭＦＥ一７１ １、ＭＦＥ—Ｗｌ币口 氧树脂Ｅ一４４等典型５种树脂加入相应固化 剂后而制备树脂浇注体性能测试结果Ⅲ。从 一环氧树脂Ｅ一４４浇注体的拉伸强度都超过了 ６０ ＭＰａ，弯曲强度都超过了２８０ ＭＰａ，压缩 港工技术与管理２０１６年第６期 ２一 表４ 检测项目 拉伸强度／ＭＰａ 弯曲强度／ＭＰａ 压缩强度／ＭＰａ 冲击韧一￣／（ｋＪｉｍ２） １８９ ７０ ２８５ ３５ ５ 不同树脂浇注体的性能比较 ＭＦＥ一２ ７５ ３００ ３８ ９ ＭＦＥ－７１１ ６５ ２９０ ４２ ７ ＭＦＥ—Ｗ１ ７０ ２９５ ３３ ６ Ｅ一４４ １００ ３２５ ６０ １２ 热变形温度（℃，１．５ＭＰａ） ７５ １１０ １０３ １４５ １ｌ２ 强度都超过３０ＭＰａ。冲击韧性都超过５ｋＪｈｎ２， 都具有优异的力学性能，都能够制备性能优 异的玻璃钢。与不饱和聚酯及环氧乙烯基酯 坏，主要是由于光照、海水腐蚀、冻融以及驳 船碰撞而造成破坏。驳船碰撞是不可抗因素， 只能在碰撞破坏区采用及时修复的方法以减 少材料破坏带来的危害。海水对玻璃钢材料 的腐蚀是影响玻璃钢使用寿命的最主要因 素。评价玻璃钢耐久性主要采用加速老化试 树脂相比，环氧树脂表现出了最优的力学强 度和耐海水腐蚀性能．但由于环氧树脂黏度 大，难以施工且价格较高．不宜采用环氧树脂 制作玻璃钢。 ３玻璃钢耐久性检测方法 ３．１玻璃钢耐久性分析 玻璃钢在使用过程中会造成材料老化破 验方法，老化试验方法类型如表５所示 。海 水对玻璃钢的腐蚀为不可逆的化学反应．影 响化学反应速率的因素为海水的浓度及温 度，从玻璃钢所用树脂的结构来看．主要化学 反应为树脂基体与水分子的水解。 表５ 老化试验方法类型 玻璃钢老化试验方法类型 老化方式 水浸泡试验 大气暴晒试验 恒温水、沸水 大气暴晒、人工加速暴晒 人工照射试验 盐雾试验 湿热试验 紫外光碳棒、氙灯、大阳型碳棒、荧光灯、太阳灯、水银灯等 盐、温度 高温 采用加速老化试验是研究高分子复合材 在模拟海洋环境的盐雾环境中，玻璃钢 料老化使用寿命最为有效的方法，模拟自然 老化的条件，大幅度增加某一或某几个影响 试件除了发生可见的外观变化外，其玻璃化 转变温度、表面巴氏硬度、抗拉强度和弯曲强 因素的强度，进行室内加速老化试验．可大大 缩短高分子复合材料老化破坏的时间。使材 料在较短的时间完成老化破坏，用以评估材 度均呈下降趋势，并且随着盐雾温度的提高和 腐蚀时间的延长，其性能下降会继续进行【３】。 盐雾老化试验是一种较真实的模拟浪溅区材 料腐蚀情况的室内加速老化试验，它能够更 料的老化性能及使用寿命。在加速老化试验 中，采用升高老化温度的方法（湿热老化）研 究海水对玻璃钢的腐蚀行为最为有效。玻璃 钢耐久性主要检测方法有盐雾老化、紫外光 老化、抗冻融循环以及湿热加速老化等试验 方法．检测方法如表６所示 真实的反映在正常服役条件下，氯离子对包 覆在浪溅区材料的腐蚀老化情况。采用盐雾 老化试验研究玻璃钢性能随时间老化的关 系，能够客观评论玻璃钢的耐海水腐蚀性能。 我国有关规范规定“１０ ａ以上使用寿命的复 合材料其耐盐雾试验应超过３ ０００ ｈ以上”． 一３．２盐雾老化试验 ３一 表６ 检测项目 盐雾老化 紫外老化 抗冻性 温热老化 玻璃钢耐久性检测方法 检测方法 中型盐雾试验标准（ＧＢ／Ｔ２４２３．１７—９３） 《塑料实验室光源暴露试验方法第３部分：荧光紫外灯》（ＧＢ厂Ｉ１ １６４２２．３） 《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》（ＧＢ／Ｊ ８２） 《玻璃纤维增强塑料老化性能试验方法》（ＧＢ厂ｒ ２５７３） 那么对于设计寿命要求５０ ａ以上的玻璃钢， 其耐盐雾试验时间较长，用于寿命预测需要 耗费大量时间。因此，盐雾老化试验对于高耐 久性玻璃钢老化试验适用性存在一定缺陷， 不适用于作为评价高耐久性玻璃钢的老化试 验方法。 ３．３紫外光老化试验 长期露天老化试验表明。由于受紫外光 老化作用而导致玻璃钢颜色变黄、纤维纹理 显露、表面树脂龟裂剥蚀等老化现象【４】。对于 高分子材料来说，碳一碳键的键能与太阳光 中紫外线的能量相近，紫外光造成的气候老 化比海水、氯离子等侵蚀更为严重，这是所有 高分子材料都无法避免的缺陷。由于包覆玻 璃钢的管桩一般处于海工建筑物下部阴暗的 环境中，紫外光老化对玻璃钢造成的影响较 小．仅海工建筑外部的包覆玻璃钢的管桩会 遭受光照辐射，产生老化。紫外光老化与耐海 水腐蚀老化是玻璃钢老化的两个不同的方 面．都会对玻璃钢造成不可逆的破坏，使玻璃 钢失去防护效果，因此，研究玻璃钢的耐紫外 光老化性能与试验检测具有重要意义。 目前。玻璃钢常用的防老化措施主要有 在玻璃钢表面涂刷抗紫外老化胶衣树脂层或 在树脂中加入抗紫外老化剂。这两种方法能 够显著降低紫外线对玻璃钢的老化作用，延 长玻璃钢的使用寿命。可根据《塑料实验室光 源暴露试验方法第３部分：荧光紫外灯》 （ＧＢ／Ｔ １６４２２．３）进行玻璃钢复合材料的紫外 老化试验。 ３．４抗冻融循环试验 冻融循环条件强化了水分子向玻璃钢内 一４一 部渗透的条件，加速了水分子对玻璃纤维及 树脂基体界面的破坏作用，导致玻璃纤维与 树脂界面加速破坏吲。基体树脂的线膨胀系 数与玻璃纤维布的线膨胀系数不同，在交变 冻融循环过程中，因温度的变化造成树脂与 玻璃纤维布的膨胀与收缩不一致，基体一纤 维界面作用力减弱，随着冻融循环时间的增 加，界面遭受破坏。水分子渗入树脂与纤维界 面之后．一方面破坏玻璃纤维布与树脂基体 问的界面作用，另一方面水结冰后体积膨胀、 融化后体积减小，这种冻融也将产生巨大的 应力，使基体树脂发生界面破坏及树脂破裂。 研究玻璃钢的抗冻融性对于北方的玻璃钢的 耐久性评价具有重要意义。 抗冻融循环试验是评价玻璃钢抗冻耐久 性的一种加速老化试验方法，玻璃钢抗冻性 试验方法可参照混凝土抗冻性试验方法进 行 玻璃钢的冻融循环参照《普通混凝土长期 性能和耐久性试验方法》（ＧＢ／Ｊ ８２）中抗冻性 能试验的“快冻法”进行，但应用于玻璃钢还 需开展研究工作。采用玻璃钢包覆圆柱体混 凝土试件的冻融循环试验结果表明，有的玻 璃钢经过７５０次冻融循环后已出现明显的氯 离子渗透现象，导致玻璃钢破坏，对玻璃钢耐 久性产生显著影响［１１。从抗冻融循环试验结 果来看。冻融条件对玻璃钢力学性能的影响 尤为显著，北方冰冻环境下的玻璃钢必须对 其抗冻融循环性能做出指标要求。抗冻融循 环试验结果分析还表明，玻璃钢的吸水率是其 抗冻融破坏性能的决定性因素，而吸水率也 是非冻融环境下玻璃钢耐久性的一项重要指 标［１１。因此，对于抗冻性要求不高的玻璃钢，只 港工技术与管理２０１６年第６期 需对玻璃钢的吸水率提出指标要求。 ３．５湿热老化试验 静态浸泡加速湿热老化试验试样的制备 及测试可按《玻璃纤维增强塑料吸水性能实 验方法》（ＧＢ／Ｔ １４６２）进行，试验介质为淡水 和３．５９６质量分数的ＮａＣ１制备的的人工海水， 试验温度为７０℃，浸泡时间为０．５ ａ。试验结 果表明ｉ１］．在静态浸泡加速老化条件下．氯离 子渗透到混凝土表层的时间与玻璃钢的厚度 存在一定关系。文献【６】的试验结果也表明，在 ７０℃、含３．５％质量分数的海水中进行老化试 验，可使在正常使用条件下需要经过几年、几 十年才观察得到的老化现象在短时间内能够 被观察到，研究结果表明这种方法是有效的。 静态浸泡加速老化试验的老化条件比盐雾老 化试验条件更为苛刻，因此可以大大缩短玻 璃钢耐久性检测的时间。通过研究玻璃钢在 加速条件下力学性能随时间的变化关系．将 其与自然老化条件下力学性能随时间的变化 关系进行对比，能够获得玻璃钢的加速老化 时间相当于自然老化的时间，预０ｎ，０到玻璃钢 在正常的服役过程中，力学性能变化与服役 时间的变化关系，根据力学强度的最低要求 确定玻璃钢的服役寿命及维修时间。 ４结束语 玻璃钢包覆防腐蚀技术是提高海工结构 耐久性有效技术措施之一。然而，目前海洋环 境下玻璃钢防腐蚀材料尚未建立系统的检测 方法，使玻璃钢施工质量得不到有效保证，不 利于玻璃钢防腐蚀技术推广应用 玻璃钢是 由玻璃纤维布、树脂、引发剂和促进剂等材料 复合而成的，其中玻璃纤维布和树脂是玻璃 钢最主要的原材料。通过对玻璃纤维布、树脂 等原材料以及玻璃钢老化耐久性的检测方法 的分析，提出了玻璃钢原材料和耐久性检测 方法，可保证具有一定力学性能，紫外光老化 试验、湿热老化试验和抗冻融循环试验是评 价玻璃钢耐久性的主要方法。这对有效控制 玻璃钢施工质量和耐久性具有十分重要的意 义 参考文献 １桩基工程玻璃钢包覆防腐蚀成套技术研究．中交 上海三航科学研究院有限公司，２０１４ ２上海耀华玻璃厂研究所．玻璃钢加速老化试验方 法．玻璃钢．１９７８：２４～３７ ３刘观政，李地红，黄力刚，张东兴．玻璃钢在盐雾环 境中腐蚀机制和性能演变规律的试验研究．玻璃钢／ 复合材料，２００８（１）：３５～４０ ４刘雄亚．透明玻璃钢光老化机理及防护技术之探 讨．玻璃钢／复合材料，１９８５（６）：６８～７１ ５张鉴清，曹楚南．电化学阻抗谱方法研究评价有机 涂层．腐蚀与防护，１９９８（３）：９９—１０４ ６林兴冲。王永清．玻璃钢湿热加速老化试验的研 究．纤维复合材料，１９８４（１）：３６～４５ ７刘薇，王佳．海洋浪溅区环境对材料腐蚀性为影响 的研究进展．中国服饰与防护学报，２０１０（６）：５０４～ ５１０ ８吴瑾．海洋环境下钢筋混凝土结构锈裂损伤评估 研究．河海大学土木工程学院，２００３ ９汪冬冬，王成启．大管桩现场取样分析与耐久性研 究．中国港湾建设，２００８（１） １０汪冬冬．朱颖。王成启．ＰＨＣ桩的抗氯离子渗透 性．中国港湾建设，２０１３（６） １ｌ王燕．先进复合材料在飞机上的应用．西飞科 技，２００１（３）：４５～４６ 一Ｄ一
