基于聚丙烯复合板的工业建筑防腐技术研究及应用

宇欢平

摘要：腐蚀是工业建筑结构体系的典型主要病害，是影响建筑工程质量及其使用年限的关键因素，也严重影响了结构使用功能。本研究针对工业建筑使用过程中出现的腐蚀现象，对聚丙烯防腐材料的物理化学性能展开分析，系统研究了预防液态腐蚀和气态腐蚀的措施，并结合实际工程需求探讨了工业厂房防腐措施。结果表明：选择聚丙烯作为防腐材料并使用膨胀螺栓固定法的施工工艺可较好地避免腐蚀介质对结构体系的不利影响；地面、墙面、天棚等是防腐施工中需要重点防护的对象；在投入使用过程中发现防腐材料、设备有损坏的部位要及时采取措施清理腐蚀源，并修补或更换损坏的防腐材料。

关键词：工业建筑；防腐措施；化学侵蚀；聚丙烯复合板

中图分类号：TE41文献标志码：A

0引言

经济社会的日益发展和人民生活水平的不断提升，使得建筑行业快速发展，工业建筑占地面积大、原材料复杂，生产安全要求较高，需确保生产的有序进行和实际需求[1]。钢筋混凝土结构造价低廉、适用性强，且具有较好的耐久性，即在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力[2，3]，因此钢筋混凝土结构是工程中最常用的结构形式之一，而且钢筋混凝土材料具有良好的耐久性可以满足普通环境需求。然而，工业企业日常经营生产中不可避免存在较多腐蚀性介质，尤其在氯碱企业中，蒸汽、盐、碱、游离氯酸都会对其建筑结构造成严重腐蚀，腐蚀引起的耐久性损伤问题将造成结构承载力、稳定性严重退化。故对于具有高温、高湿，及腐蚀介质等特殊工作环境中的工业建筑，钢筋混凝土自身的耐久性是远远无法满足的[4]。为了提高工业建筑服役性能和耐久性能，延长结构的使用寿命，防患于未然，从建筑设计到施工完成的整个建造过程需要进行有针对性的防腐措施[5]。

物理防腐技术是目前实际工程中非常常见的一种防腐技术，主要是利用防腐材料将外部腐蚀离子与钢筋混凝土解封表面隔离开，防止因相互作用而产生腐蚀现象。近些年，物理防腐技术在我国工业建筑结构的设计与施工过程中得到了广泛应用，且防腐效果较为明显。通过研究发现，我国的物理防腐材料种类有很多，主要有聚合物聚氯乙烯、水玻璃、树脂等材料。依据不同结构会接触到的腐蚀介质和可能发生的腐蚀程度，选择合适的防腐材料显得至关重要，这就要求相关设计与施工人员充分熟知这些防腐材料的不同性能，在不同结构中合理选择与利用才能达到最优的防腐效果。本论述以某工业建筑实际工程为例，选择聚丙烯复合板为防腐材料，系统探讨聚丙烯防腐材料的物理化学性能及其通过改性后在工业建筑中的适用性，并结合工程建设过程研究聚丙烯复合板在工业建筑中的具体应用与施工方法，以期为同类工业建筑的建造和运维提供参考。

1聚丙烯材料物化性质

聚丙烯是指丙烯（C3H6）通过加聚反应形成的聚合物（C3H6）n，是一种透明且密度较小的白色蜡状材料。一直被广泛应用于纺织纤维、医疗器械、化工容器、汽车零配件，以及食品药品包装等。聚丙烯的熔点为189℃，工作温度范围为-30℃～140℃[6]。由于聚丙烯材料的分子运动不强烈，可在熔点以下保持其原有结晶结构；没有外力作用的情况下，甚至在150℃～160℃仍然能保持其原有形状不变，呈现出了良好的耐高温性。当温度低于0℃时，聚丙烯材料柔韧性会有所降低，耐冲击性能显著下降；当温度低于-10℃时，聚丙烯材料将呈现玻璃化特性。当温度不高于80℃时，其可在酸、碱、盐液及多种有机溶剂介质环境中工作，尤其在室温下常用的有机溶剂均无法溶解聚丙烯。因此，这种材料非常适合在具有腐蚀介质的工业厂房环境中使用。此外，聚丙烯材料对环境应力开裂不敏感，能够较好抵御长期反复荷載作用，该特性使其可以满足工业厂房生产作业过程中常见的外部荷载作用。

2工业建筑用聚丙烯材料的改性

聚丙烯材料的科学研究和工程应用日趋成熟，但由于聚丙烯材料自身存在抗冲击和抗老化性能不足、力学性能易受温度影响，以及透明度低等缺点，导致其无法直接应用于具有某些特殊要求的领域。为了让聚丙烯材料能够满足更多实际需求，聚丙烯材料改性技术应运而生。聚丙烯材料常用的改性方法包括物理改性和化学改性。物理改性是指将具有特殊性能的材料添加到聚丙烯基体，通过填充改性、共混改性以及成核剂改性等方法制取聚丙烯共熔体复合材料；物理改性具有操作简单便捷、改性效果良好以及成本低廉等优点，是聚丙烯材料改性较为常用的方式。化学改性方法是指通过共聚、接枝和交联等方式改变聚丙烯的分子结构达到改性目的；其中，共聚改性方法是采用高效催化剂对处于聚合阶段的聚丙烯材料进行嵌段共聚或无规共聚，获取性质和功能特殊的改性聚丙烯材料；接枝改性则是借助特殊引发剂将单体接枝到聚丙烯主链上，获取具有一定支化度的特殊聚丙烯材料；交联改性方法是将低支化度的聚丙烯长链结构改造成具有三维网状结构的聚丙烯材料，由于三维网状结构稳定性更高且结构性更强，所以此类改性材料普遍具有良好的耐高温和抗冲击性能。与共聚相比，交联改性可以在保持材料强度和刚性的同时更加高效地增强聚丙烯材料韧性，而且交联改性适用于制备体量较大的聚丙烯片材和板材。

根据分子结构的不同，聚丙烯可分为等规聚丙烯、间规聚丙烯和无规聚丙烯，本工程防腐材料选用等规聚丙烯。但由于聚丙烯材料强度、弹性模量和硬度相对较低，导致其具有成型收缩性大、尺寸稳定性差等缺点[7]。根据线膨胀系数计算方法可知，构件变形量与其工作环境温度变化量，以及温度变化范围内构件长度成正比，即温度变化越大，构件长度越长，则变形量也就越大。以本项目中平面尺寸最小的清洗车间为例，纵向长度91.9 m、横向长度36.0 m，且工作环境温度变化范围为-30℃～80℃，而普通聚丙烯材料难以满足对变形的要求。对此，需要采取进一步措施来降低材料的线膨胀系数，提高聚丙烯材料的尺寸稳定性。

材料热膨胀的本质是晶体点阵结构间的平均距离随温度的变化而变化。而聚丙烯材料是半结晶性聚合物，内部空间由晶区和非晶区组成，晶区的分子链段排列规则。相比非晶区聚合物链，晶区聚合物链的运动所受抑制作用更强，其热膨胀程度也更低[8]。环境温度低于聚丙烯熔点时，晶区的有序排列就不会被破坏，此时，晶区分子链的热运动也会相对较弱，因此，提高结晶度可以降低制品的热膨胀性能。为了实现这一目的，本项目在聚丙烯材料中添加成核剂来提高其结晶性，进而增强材料刚性，降低材料的线膨胀系数。

3方案选择

科学合理的施工工艺，是确保聚丙烯板材施工质量的重要基础，也是取得良好防腐效果的关键。针对工业厂房的防腐要求与工作环境条件，对以下三种施工工艺进行系统比选。

3.1胶水粘贴法

根据不同构件和材料表面可选用环氧树脂、大力胶、呋喃胶泥等材料进行粘贴，此种方法主要适用于基层光滑平整或涂有墙面漆的基础面。具体工艺方法如下：

清理构件施工面的油污和灰尘→用毛刷将胶水均匀涂刷在板材背面（同时在基层铺贴面同样均匀涂刷）→将板材放在指定位置用力按压，使板材与基面完全贴合（待胶水粘结条件合适）→用重物压住板材（使其在胶水固化前保持静止，直至粘结牢固，固化时间视胶水种类而定）。

3.2膨胀螺栓固定法

首先在板材表面打孔，并将板材放在既定安装位置；孔径视板材厚度而定，一般超过10 mm的板材统一打孔直径为14 mm，并在正面加工直台沉孔或凹形沉孔，使螺帽能够完全镶嵌在其中，保证安装后表面的平整度。用电钻透过板材预留孔的位置在基层成孔，孔深不小于8 cm。孔内放入内膨胀螺栓，再按照一定顺序将各螺栓拧紧，每平方米至少保证有5个螺栓，即四角和中心各保证有螺栓可进行固定。该方法主要适用于基层强度较高的环境。

3.3焊接造架安装法

首先将方管焊接成骨架，然后在混凝土构件处做好固定处理，再将板材固定在骨架上，该方法适用于立面基层表面粗糙且松散的环境。

由于聚丙烯的化学钝性和非极性使它成为难于粘贴的塑料。大量实验证明[9，10]，聚丙烯板宜采用焊条热气焊接和压条螺钉固定法成型、焊接造架支撑法。其中压条螺钉固定法适用于基础牢固、表面粗糙的基层；焊接造架支撑法适用于表面粗糙且基础松散的基层。本建设工程根据现场实际情况及经济合理原则，选用焊条热气焊接和压条螺钉固定法相结合的施工工艺，进行板材的固定与焊接。经过系统的比选，最终确定第二种工艺即膨胀螺栓固定法作为本项目的防腐措施。

4施工工艺与质量控制

聚丙烯板材目前已广泛应用于大型实验室、燃气公司和大型通风管道的基础建设中；根据以往使用经验，发现其安装尤为关键，合理的安装工艺是保证生产面平整、牢固、密封性好，延长使用寿命的关键。

4.1工艺流程

基层面进行清理和打磨找平处理→弹线→排版→PP板成孔、倒角→基层成孔→PP板固定（利用螺钉固定，注：室外集水池内施工无此项）→PP板焊缝焊接→螺栓孔焊接封闭→焊缝平整处理→注水试验→成品保护→分项、检验批验收。

为避免板材铺设后产生悬空而对板材焊缝产生破坏，直径2 m范围内铺设场地基层平整高低误差控制在±5 mm范围内。聚丙烯板材焊接前，对焊缝处板材边缘做成V形坡口，坡口角度为75°～80°，否则无法进行施工操作。焊接过程中，焊条与焊件、焊枪嘴与焊件夹角大小，焊接速度快慢，焊枪温度高低，焊枪嘴摆动幅度大小，焊条压力大小，焊枪嘴气量大小，焊条熔融黏度大小，都关系到焊接质量的好坏。

焊接时，焊枪温度宜为210℃～250℃；焊条与焊件的夹角宜为60°；焊接速度宜为100 mm/min～120 mm/min；热气流量宜为10 L/min～15 L/min；热气应采用N2或CO2等惰性气体，需要注意的是，由于聚丙烯熔融黏度低，所以焊接时热风的风量要小些，相应的焊接速度要慢些，以防止出现焊缝缺陷。由于焊接时产生较高热量，焊缝位置会出现一定膨胀现象，因此，焊接完成后需采用重物将铺贴在地面上的板材压平，待焊缝完全冷却后再移开，以减少膨胀现象。

4.2质量控制

聚丙烯板材焊接施工时，须同时制作25 cm×25 cm焊接试块两个，并进行妥善保管。施工完毕后需进行质量检查，其中，焊缝抗拉强度检测以试块检测结果为准。聚丙烯板材防腐蚀面层平整度允许空隙不应大于2 mm，相邻板块的拼缝高差不应大于0.5 mm，缝格平直不大于3 mm，墙裙上口直线长度不大于2 mm，接缝宽度允许偏差1 mm，墙裙应与地面面層对缝一致。聚丙烯板材防腐蚀面层焊缝的焊条排列应紧密、无波纹形，每根焊条接头处应错开100 mm。接缝焊接应牢固，焊缝应牢固、平整、光洁、饱满、严密、美观，无焦化变色、斑点、焊瘤和起鳞等缺陷，其凹凸偏差不得大于±0.6 mm。焊缝抗拉强度不应小于板材强度的75%。聚丙烯板材防腐蚀面层观感应平整、光洁、色泽一致，并应无孔眼、翘曲或鼓泡等缺陷。铺贴完成后，进行24 h的注水试验，观测检漏孔内是否有水渗出。当发现渗漏，应及时进行修补。修补后重新试验，直至不渗漏为合格。

5结论

针对工业建筑使用过程中出现的腐蚀现象，通过对聚丙烯防腐材料的物理化学性能展开分析，系统研究了预防液态腐蚀和气态腐蚀的措施，并结合实际工程需求探讨了工业厂房防腐措施。

（1）通过对聚丙烯材料物化性质和材料改性的研究发现，聚丙烯板材具有良好的耐腐蚀性，可满足存在腐蚀介质工业建筑的防腐需求。

（2）防腐施工工艺技术在最终建筑防腐蚀效果中发挥着非常重要的作用，也是整个工业建筑施工过程中的一项重要内容。通过对胶水粘贴法、膨胀螺栓固定法、焊接造架安装法这三种不同方案的比选，得到对于建筑面积相对较大的工业建筑，建议采用膨胀螺栓固定法进行安装，同时在整个安装过程中需要严格控制施工质量，避免出现焊缝缺陷与聚丙烯板材裂缝。

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