CN110398415B - 一种桥梁钢结构防腐涂层寿命预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁钢结构防腐涂层寿命预测方法,属于涂层检测领域。该方法包括:获取喷涂防腐涂层的多组试件;根据桥梁钢结构所处的实际工况,对所述试件进行梯度加载,加载后对所述试件进行人工加速老化试验,定期测量涂层的光泽度、颜色特征和起泡面积率;完成所述人工加速老化试验后,建立荷载与腐蚀环境耦合作用下的涂层加速老化数学模型;利用单位量化环境的加速倍率和涂层服役环境数据,得到实际环境下涂层寿命预测模型,实现对桥梁钢结构防腐涂层的寿命预测。本发明能够对在荷载和腐蚀环境耦合作用下的桥梁钢结构防腐涂层进行寿命预测,对钢结构桥梁的防腐蚀工作和维修保养具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及涂层检测领域,特别涉及一种桥梁钢结构防腐涂层寿命预测方法。
背景技术
桥梁钢结构的腐蚀环境复杂,受到来自大气环境、水环境、介质因素等的综合作用,有机涂层防腐是现阶段桥梁钢结构防腐最经济,最有效的方法之一。近年来大量防腐涂层研究基本在试验室加速条件下进行的,不符合实际工况和桥梁的服役环境,并且一般所选用的试验试件都是未加载的试件,而实际服役的桥梁不仅受到恒载的作用也有行车震动等动载,对于加载涂层的研究主要集中为静水压力下的船舶涂层试验研究,并未对大气环境下桥梁钢结构涂层加载进行过相关试验。
对于桥梁钢结构涂层寿命预测方法及公式,在国内外有大量的研究成果,但没有一个统一的预测方法和公式,所依据的原理也不相同。并且大多数预测方法和公式并不能用于实际工程,也没有成功的应用的案例。
发明人发现现有技术至少存在以下问题:
桥梁钢结构防腐涂层在荷载与腐蚀环境耦合作用下,现有技术无法对其寿命进行预测。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于,提供了一种桥梁钢结构防腐涂层在荷载与腐蚀环境耦合作用下的寿命预测方法,该方法能够对在荷载和腐蚀环境耦合作用下的桥梁钢结构防腐涂层进行寿命预测,对钢结构桥梁的防腐蚀工作和维修保养具有重要意义。
具体技术方案如下:提供一种桥梁钢结构防腐涂层寿命预测方法,包括以下步骤,获取喷涂防腐涂层的多组试件;根据桥梁钢结构所处的实际工况,对所述试件进行梯度加载,加载后对所述试件进行人工加速老化试验,定期测量涂层的光泽度、颜色特征和起泡面积率;完成所述综合加速老化试验后,建立荷载与腐蚀环境耦合作用下的涂层加速老化数学模型;利用单位量化环境的加速倍率和涂层服役环境数据,得到实际环境下涂层寿命预测模型,实现对桥梁钢结构防腐涂层的寿命预测。
可选地,所述获取喷涂防腐涂层的多组试件,包括:获取多组通过螺栓连接的钢板试件;在每个所述钢板试件的各个面喷涂环氧涂层和氟碳涂层,并用环氧树脂进行封边,获取所述试件。
可选地,根据桥梁钢结构所处的实际工况,对所述试件进行梯度加载,所述梯度加载方法包括:用万能试验机测量钢板的屈服强度;将喷涂好防腐涂层的试件,按照预先选定的加载方式组装完成,在试件表面选定位置贴应变片,通过静态应变仪检测螺栓顶起厚度与应变之间的关系,从而得到顶起厚度与应变的曲线,实现钢板的梯度加载。
可选地,对所述试件进行人工加速老化试验,所述人工加速老化试验,包括:所述人工加速老化试验在特制的紫外线加速老化箱中进行;结合实际工况,设计了两种加速老化试验环境:紫外照射+淡水喷淋+紫外凝露和紫外照射+盐水喷淋+紫外凝露。
可选地,建立荷载与腐蚀环境耦合作用下的涂层加速老化数学模型,所述涂层加速老化数学模型包括:分别建立基于光泽度、颜色特征、起泡面积率的涂层寿命模型;假设光泽度、颜色特征、起泡面积率三大指标的可靠度;利用Bolzmann模型,建立在加速老化试验条件下涂层的服役寿命模型。
可选地,通过Matlab2014Rb编写的涂层形貌分析程序提取涂层颜色特征矩阵,然后求得平均值作为试件的颜色特征值。
可选地,利用单位量化环境的加速倍率和涂层服役环境数据,得到实际环境下涂层寿命预测模型,包括:将环境指标数据进行量化,同一指标下的老化时间除以量化的环境数据得到单位环境下的加速倍率;涂层服役环境数据通过国家材料环境腐蚀平台获得;根据之前所得涂层各性能指标与涂层加速老化数学模型、加速倍率,建立实际环境下涂层寿命预测模型;所述寿命预测模型用于表征桥梁钢结构防腐涂层在荷载与腐蚀环境耦合作用下的预期寿命。
可选地,量化的环境指标为平均温度、平均湿度和平均光照强度。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是,结合桥梁钢结构的实际工况,综合考虑了荷载与腐蚀环境因素对桥梁钢结构防腐涂层寿命的影响,对加载涂层试件进行人工加速老化试验,再利用单位量化环境的加速倍率建立实际环境下涂层寿命预测模型,即可实现对桥梁钢结构防腐涂层的寿命预测。可见,该方法能够对在荷载和腐蚀环境耦合作用下的桥梁钢结构防腐涂层进行寿命预测,对钢结构桥梁的防腐蚀工作和维修保养具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的加载试件的结构示意图;
图2是特制紫外加速老化箱的结构截面图;
附图标记分别表示:
1装配螺栓,2标准试板,3加载底板,4加载螺栓顶起厚度,5加载螺栓,6氧气通道,7向上打开的门,8铝制试件架,9紫外线灯管,10室内空气冷却通道,11铝制试件架,12热水器,13控制装置,14底箱,15淡水喷淋管,16盐水喷淋管,17加热的水。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种桥梁钢结构防腐涂层寿命预测方法,该方法包括:获取喷涂防腐涂层的多组试件;根据桥梁钢结构所处的实际工况,对所述试件进行梯度加载,加载后对所述试件进行人工加速老化试验,定期测量涂层的光泽度、颜色特征和起泡面积率;完成所述人工加速老化试验后,建立荷载与腐蚀环境耦合作用下的涂层加速老化数学模型;利用单位量化环境的加速倍率和涂层服役环境数据,得到实际环境下涂层寿命预测模型,实现对桥梁钢结构防腐涂层的寿命预测。
具体地,本发明实施例中所述的获取喷涂防腐涂层的多组试件,还需要对试件进行梯度加载以模拟实际工况。如附图1所示,加载试件的结构包括:装配螺栓1,标准试板2,加载底板3,加载螺栓5。标准试板2的尺寸为70mm×150mm×2mm,在其4角开直径为6mm的通孔,。加载底板3的尺寸为70mm×150mm×5mm,在其4角开直径为6mm的通孔,中间位置开2个直径为6mm的螺纹孔。对标准试板2与加载底板3进行表面预处理,然后喷涂防腐涂层,同时用涂层测厚仪测量干膜厚度。标准试板2与加载底板3均为Q235冷轧钢板,通过4个装配螺栓1将标准试板2与加载底板3装配成整体。预先选定加载应力的大小,在试件表面选定位置,贴应变片,采用静态应变仪器检测加载螺栓3顶起厚度与应变之间的关系,从而得到加载螺栓3顶起厚度与应变的曲线,通过origin拟合得到选定加载应力对应的加载螺栓3顶起厚度,实现对标准试板2的加载。
为了提高测量的精确度,每一组试件包括多个试件,举例来说,一组试件中,试件的数量可以为2个、3个、4个等。
“梯度加载”指的是预先选定加载应力的大小,应力大小应有一定的梯度,因为桥梁钢结构不同的部位所受的应力大小是不同的,举例来说选择的梯度可以为0MPa,40MPa,80MPa,120MPa。
具体地,本发明实施例中所述的桥梁钢结构所处的实际工况,是指桥梁钢结构防腐涂层的服役环境,如荷载、紫外线、雨淋、温度、湿度、盐雾等。
具体地,本发明实施例中所述的人工老化加速试验,在特制紫外加速老化箱中进行,如附图2所示,特制紫外加速老化箱包括:氧气通道6,向上打开的门7,铝制试件架8,紫外线灯管9,室内空气冷却通道10,铝制试件架11,热水器12,控制装置13,底箱14,淡水喷淋管,15,盐水喷淋管16,加热的水17。将喷涂好的试件放置于铝制试件架8和11,铝制试件架8放置盐水环境试件,铝制试件架11放置淡水环境试件,可一共放置48个试件。模拟淡水环境的加速试验环境为紫外照射+淡水喷淋+紫外凝露,模拟盐水环境的加速试验环境为紫外照射+盐水喷淋+紫外凝露。控制装置8可进行加速试验程序设定,并通过老化箱中的传感器和黑板记录箱体内的实时辐照强度、温度、湿度,将老化箱循环设定为:紫外照射105min+连续喷淋淡水加紫外照射15min(加载和不加载)+冷凝12min;紫外照射105min+连续喷淋淡水(定时喷洒盐水)加紫外照射15min(加载和不加载)+冷凝12min,设备黑板温度设定为60℃,相对湿度设定为65%。底箱9中放置提供淡水和盐水的金属箱,并需要及时加满金属箱里的淡水和盐水。老化箱体内共有8根UVA-340的灯管,灯管的寿命结束需更换新的灯管。
具体地,本发明实施例中所述的定期测量涂层的光泽度、颜色特征和起泡面积率,用YG60光泽度仪器检测涂层面层在不同老化周期的光泽度,对同一涂层试件,检测三个不同位置,然后取平均记录结果,并计算失光率,绘制失光率随老化时间的变化曲线,分析防腐涂层的老化规律。采用数字图像处理技术和色度学相关原理,对涂层老化过程中涂层颜色的变化,建立基于颜色特征的老化分析检测方法。对加速老化的涂层进行颜色特征提取,实现对涂层试样外观变色的计算机处理分析,图像采集方法为相机拍摄。图像处理步骤为图像预处理、图像色彩空间的转换、颜色特征值的提取,其中颜色特征值的提取采用欧氏距离方法得到颜色特征值CP。
其中(hi,si,vi)和(h0,s0,v0)分别代表老化中涂层图像转化为HSV模型的分量值和初始涂层图像转化后的HSV模型分量值;(sicos(hi),sisin(hi),vi)代表HSV颜色空间值。得到的颜色特征参数CP值介于0~1之间,CP值越小,表明颜色变化程度越大;CP值越大代表变色程度越小。
起泡面积率的测定同样采用图像处理技术,用相机采集涂层表面形貌照片,利用Matlab2014Rb编写计算面积的图像处理程序,对载入起泡后的图像进行二值化处理,手动截取区域,转化为二值化图像后通过程序计算得到起泡面积占截取图像面积的百分率作为涂层表面的起泡面积率。
具体地,本发明实施例中所述的建立荷载与腐蚀环境耦合作用下的涂层加速老化数学模型,首先要分析涂层的失效规律,确定涂层完全失效的指标,举例来说,以起泡面积率作为衡量涂层完全失效的指标。然后分别建立基于光泽度、颜色特征、起泡面积率的涂层寿命模型,举例来说,根据人工加速老化试验的试验数据,用得到的防腐涂层光泽度随加速老化时间的拟合曲线,再反求出老化时间与涂层光泽度的寿命模型公式。
“单位量化环境的加速倍率”指的是考察加速老化试验与户外暴露试验的相关性时,在不改变涂层老化机理的情况下,加速环境指标(如平均温度、平均相对湿度、平均光照强度等)越大,对涂层老化的加速倍率越高,相同指标下的加速老化时间与户外老化时间存在环境对应性。为解决加速倍率的对应性,将环境指标数据进行量化,同一指标下的老化时间除以量化的环境数据得到单位环境下的加速倍率,从而可预测不同环境下的涂层老化寿命。
具体地,本发明实施例中所述的利用单位量化环境的加速倍率和涂层服役环境数据。通过国家材料环境平台或者其他权威机构平台获取涂层服役环境数据,将环境指标数据进行量化,用同一指标下的老化时间除以量化的环境数据得到单位量化环境下的加速倍率。举例来说,可选取平均温度、平均相对湿度、平均光照强度作为加速环境指标,特制紫外加速老化箱会实时记录箱体内的温度、湿度以及光照强度,即可获取涂层的加速环境数据,而涂层的服役环境数据通过权威机构平台获取,按照上述的环境指标数据量化方法进行量化。
“可靠度”指的是涂层的光泽度、颜色特征CP在涂层老化中一定是同步老化的,那么假如在老化的某一个时间tm,检测得到的光泽度和颜色特征CP分别为和将数据分别带入寿命预测公式,得到的时间应该都为tm,但由于某个指标的检测误差,以及某个指标受到外界环境的影响,得到的指标数据带入公式所得到的tm有可能不同。而涂层的光泽度、颜色特征CP与涂层起泡面积率不是同步进行的,在老化达到一定程度后才开始起泡,并且涂层的局部起泡对光泽度、颜色特征CP的检测具有一定影响。所以当检测到涂层已经起泡,涂层起泡面积百分率指标的可靠度会更大。
具体地,基于上述关于可靠度的论述,本实施例假设起泡前光泽度和颜色特征可靠度为0.3、0.7,起泡后光泽度和颜色特征可靠度为0.3、起泡面积率可靠度为0.7。
具体地,本实施例所述的实际环境下涂层寿命预测模型,根据之前所得涂层各性能指标与加速老化时间的数学模型、大气环境暴露与加速试验的相关性,建立涂层已服役寿命预测模型,即:
起泡前:T=m×k(0.7tG+0.3tCP)
起泡后:T=m×k[0.3(0.7tG+0.3tCP)+0.7tS]
建立涂层剩余寿命预测模型,即:
起泡前:T=m×k×(0.7(tG∞-tG)+0.3(tCP∞-tCP))
起泡后:T=m×k×{0.3[0.7(tG∞-tG)+0.3(tCP∞-tCP)]+0.7(tS∞-tS)}
其中:参数k为环境影响参数:
w、r、g分别为涂层加速老化环境下的实际平均温度、实际平均相对湿度、实际平均光照强度;分别为涂层服役环境下的标准年平均温度、年平均相对湿度、年平均光照强度。m为加速倍率,T为涂层剩余使用时间;G∞、CP∞、S∞分别为涂层失效的光泽度、颜色特征CP、起泡面积率的终点值;G、CP、S分别为加速试验为t时的光泽度、颜色特征CP、起泡面积率。tG、tCP、tS分别为光泽度、颜色特征CP和起泡面积率与加速时间的关系;tG∞、tCP∞、tS∞分别为涂层失效的光泽度、颜色特征CP、起泡面积率的终点值与加速时间的关系。
基于上述,本发明实施例提供的防腐涂层寿命预测方法能够对在荷载和腐蚀环境耦合作用下的桥梁钢结构防腐涂层进行寿命预测,对钢结构桥梁的防腐蚀工作和维修保养具有重要意义。
以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。
【实施例1】
试件喷涂的桥梁钢结构防腐涂层为氟碳涂层,底漆为环氧富锌,中间漆为厚浆型环氧沥青,面漆为氟碳漆,总干膜厚度为410μm~440μm,标准试板和加载底板为Q235冷轧钢板,尺寸为70mm×150mm×2mm、70mm×150mm×5mm。对试件进行梯度加载,加载梯度为0、0.3fy、0.6fy、0.9fy,fy为标准试板的屈服强度,经过金属拉伸试验测定标准试板的屈服强度为280MPa。共制备4组试件,3组加载试件和1组未加载试件,一组试件包括2个试件,2个试件分别为喷淋淡水和喷淋盐水,将所有试件放置于特制紫外加速老化箱中,进行综合老化加速试验。试验周期为150天,每隔10天测量涂层表面的光泽度、颜色特征CP、起泡面积率,光泽度测量采用YG60高精度光泽度仪,颜色特征CP与起泡面积率均通过图像处理技术进行检测。研究加载和未加载的氟碳涂层试件在紫外加速老化箱中,喷淋淡水和喷淋盐水两种环境下的光泽度、颜色特征CP和起泡面积率随加速老化时间的变化规律,通过模型选取进行数据拟合,得到各指标的老化模型,建立氟碳涂层的老化寿命公式。
具体试验结果如下表所示:
表1-1氟碳涂层光泽度变化表
表1-2氟碳涂层颜色特征CP变化表
表1-3氟碳涂层起泡面积率变化表
其中,“#”表示的是试件的编号,1#、2#、3#、4#分别加载大小为0、0.3fy、0.6fy、0.9fy的应力,并喷淋淡水;5#、6#、7#、8#分别加载大小为0、0.3fy、0.6fy、0.9fy的应力,并喷淋盐水。
选取Bolzmann模型,对表1-1至表1-3的数据进行拟合,分别建立氟碳涂层光泽度、颜色特征CP、起泡面积率随加速老化时间变化的数学模型,然后反求出加速老化时间与氟碳涂层光泽度、颜色特征CP、起泡面积率的寿命模型公式,如表1-4所示。
表1-4氟碳涂层在加速老化条件下的涂层寿命模型公式
由于喷淋淡水环境与喷淋盐水环境对涂层光泽度和涂层颜色特征CP的t0影响因子基本没有影响,但对起泡面积百分率指标影响很大。所以将统一的寿命预测模型分为喷淋淡水模型和喷淋盐水模型。本实施例假设光泽度指标的可靠度为0.7,颜色特征CP的可靠度为0.3。建立氟碳涂层已服役寿命模型为:
T=0.7tG+0.3tCP
假设在检测到涂层起泡后,光泽度和颜色特征可靠度为0.3,起泡面积率可靠度为0.7。建立氟碳涂层起泡后的服役寿命模型为:
T=0.3(0.7tG+0.3tCP)+0.7tS
根据国家材料环境腐蚀平台提供的户外曝露涂层试验数据,氟碳涂层属于海洋、淡水、盐湖水环境超重防腐涂层,试验周期为24个月,试验地点为青岛,试验区域为潮差。经查阅资料得到青岛环境数据为:年平均温度12.3℃、相对湿度73%,太阳光照平均辐照强度为14.076w/m2,量化环境指标为126.39。此环境下进行的氟碳涂层老化24个月涂层起泡达到3(S4)级别,表面有小鼓泡,相当于起泡面积百分率为1.2%。在喷淋盐水环境下试验80天,起泡面积率达到1.2%左右。紫外加速环境为:平均温度70℃、相对湿度60%、日均紫外光辐照量为90w/m2,量化环境指标为3780。经计算得到氟碳涂层的单位量化环境的加速倍率为5~10。
根据之前所得涂层各性能指标与加速老化时间的数学模型、大气环境曝露与加速试验的相关性,建立氟碳涂层已服役寿命预测模型,即:
起泡前:T=m×k×(0.7tG+0.3tCP)
起泡后:T=m×k×[0.3(0.7tG+0.3tCP)+0.7tS]
最终建立氟碳涂层剩余寿命预测模型,即:
起泡前:T=m×k×(0.7(tG∞-tG)+0.3(tCP∞-tCP))
起泡后:T=m×k×{0.3[0.7(tG∞-tG)+0.3(tCP∞-tCP)]+0.7(tS∞-tS)}
其中,参数k为环境影响参数:
m为加速倍率,取5~10,T为涂层剩余使用时间;G∞、CP∞、S∞分别为涂层失效的光泽度、颜色特征CP、起泡面积率的终点值;G、CP、S分别为加速试验为t时的光泽度、颜色特征CP、起泡面积率。tG、tCP、tS分别为光泽度、颜色特征CP和起泡面积率与加速时间的关系;tG∞、tCP∞、tS∞分别为涂层失效的光泽度、颜色特征CP、起泡面积率的终点值与加速时间的关系。
【实施例2】
试件喷涂的桥梁钢结构防腐涂层为环氧涂层,底漆为无机富锌,中间漆为环氧云铁,面漆为环氧漆,总干膜厚度为210μm~275μm,标准试板和加载底板为Q235冷轧钢板,尺寸为70mm×150mm×2mm、70mm×150mm×5mm。对试件进行梯度加载,加载梯度为0、0.3fy、0.6fy、0.9fy,fy为标准试板的屈服强度,经过金属拉伸试验测定标准试板的屈服强度为280MPa。共制备4组试件,3组加载试件和1组未加载试件,一组试件包括2个试件,2个试件分别为喷淋淡水和喷淋盐水,将所有试件放置于特制紫外加速老化箱中,进行综合老化加速试验。试验周期为150天,每隔10天测量涂层表面的光泽度、颜色特征CP、起泡面积率,光泽度测量采用YG60高精度光泽度仪,颜色特征CP与起泡面积率均通过图像处理技术进行检测。研究加载和未加载的环氧涂层试件在紫外加速老化箱中,喷淋淡水和喷淋盐水两种环境下的光泽度、颜色特征CP和起泡面积率随加速老化时间的变化规律,通过模型选取进行数据拟合,得到各指标的老化模型,建立环氧涂层的老化寿命公式。
具体试验结果如下表所示:
表2-1环氧涂层光泽度变化表
表2-2环氧涂层颜色特征CP变化表
表2-3环氧涂层起泡面积率变化表
其中,“#”表示的是试件的编号,1#、2#、3#、4#分别加载大小为0、0.3fy、0.6fy、0.9fy的应力,并喷淋淡水;5#、6#、7#、8#分别加载大小为0、0.3fy、0.6fy、0.9fy的应力,并喷淋盐水。
选取Bolzmann模型,对表2-1至表2-3的数据进行拟合,分别建立环氧涂层光泽度、颜色特征CP、起泡面积率随加速老化时间变化的数学模型,然后反求出加速老化时间与环氧涂层光泽度、颜色特征CP、起泡面积率的寿命模型公式,如表2-4所示。
表2-4环氧涂层在加速老化条件下的涂层寿命模型公式
由于喷淋淡水环境与喷淋盐水环境对涂层光泽度和涂层颜色特征CP的t0影响因子基本没有影响,但对起泡面积百分率指标影响很大。所以将统一的寿命预测模型分为喷淋淡水模型和喷淋盐水模型。本实施例假设光泽度指标的可靠度为0.7,颜色特征CP的可靠度为0.3。建立氟碳涂层已服役寿命模型为:
T=0.7tG+0.3tCP
假设在检测到涂层起泡后,光泽度和颜色特征可靠度为0.3,起泡面积率可靠度为0.7。建立氟碳涂层起泡后的服役寿命模型为:
T=0.3(0.7tG+0.3tCP)+0.7tS
根据国家材料环境腐蚀平台提供的户外曝露涂层试验数据,试验地点为三亚,试验区域为飞溅,经查阅资料得到三亚环境数据为:年平均气温25.4℃、相对湿度79%、太阳光平均辐照强度为14.37w/m2,量化环境指标为288.35。此环境下环氧涂层试验周期24个月,出现变色为迎光面失光,轻微粉化,未起泡。喷淋盐水环境试验40天,迎面失光8.5,失光率为13.88%,出现轻微粉化,未起泡。紫外加速环境为:平均温度70℃、相对湿度60%、日均紫外光辐照量为90w/m2,量化环境指标为3780。计算得到环氧涂层的单位量化环境加速倍率为15~20。
根据之前所得涂层各性能指标与加速老化时间的数学模型、大气环境曝露与加速试验的相关性,建立环氧涂层已服役寿命预测模型,即:
起泡前:T=m×k×(0.7tG+0.3tCP)
起泡后:T=m×k×[0.3(0.7tG+0.3tCP)+0.7tS]
最终建立环氧涂层剩余寿命预测模型,即:
起泡前:T=m×k×(0.7(tG∞-tG)+0.3(tCP∞-tCP))
起泡后:T=m×k×{0.3[0.7(tG∞-tG)+0.3(tCP∞-tCP)]+0.7(tS∞-tS)}
其中,参数k为环境影响参数:
m为加速倍率,取15~20,T为涂层剩余使用时间;G∞、CP∞、S∞分别为涂层失效的光泽度、颜色特征CP、起泡面积率的终点值;G、CP、S分别为加速试验为t时的光泽度、颜色特征CP、起泡面积率。tG、tCP、tS分别为光泽度、颜色特征CP和起泡面积率与加速时间的关系;tG∞、tCP∞、tS∞分别为涂层失效的光泽度、颜色特征CP、起泡面积率的终点值与加速时间的关系。
以上对本发明及其实施方式进行了详细说明,文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理;同时,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种桥梁钢结构防腐涂层寿命预测方法,其特征在于,所述方法包括:
获取喷涂防腐涂层的多组试件;
根据桥梁钢结构所处的实际工况,对所述试件进行梯度加载,加载后对所述试件进行人工加速老化试验,定期测量涂层的光泽度、颜色特征和起泡面积率;
完成所述人工加速老化试验后,建立荷载与腐蚀环境耦合作用下的涂层加速老化数学模型,所述涂层加速老化数学模型包括:分别建立基于光泽度、颜色特征、起泡面积率的涂层寿命模型;设定光泽度、颜色特征、起泡面积率三大指标的可靠度;利用Bolzmann模型,建立在加速老化试验条件下涂层的服役寿命模型;
利用单位量化环境的加速倍率和涂层服役环境数据,得到实际环境下涂层寿命预测模型,实现对桥梁钢结构防腐涂层的寿命预测,该过程包括:将环境指标数据进行量化,同一指标下的老化时间除以量化的环境数据得到单位环境下的加速倍率;涂层服役环境数据通过国家材料环境腐蚀平台获得;根据涂层各性能指标与涂层加速老化数学模型、加速倍率,建立实际环境下涂层寿命预测模型;
根据桥梁钢结构所处的实际工况,对所述喷涂防腐涂层的试件进行梯度加载,所述梯度加载方法包括:
用万能试验机测量钢板的屈服强度;
将喷涂好防腐涂层的试件,按照预先选定的加载方式组装完成,在试件表面选定位置贴应变片,通过静态应变仪检测螺栓顶起厚度与应变之间的关系,从而得到顶起厚度与应变的曲线,实现钢板的梯度加载。
2.根据权利要求1所述的桥梁钢结构防腐涂层寿命预测方法,其特征在于,所述获取喷涂防腐涂层的多组试件,包括:
获取多组通过螺栓连接的钢板试件;
在每个所述钢板试件的各个面喷涂环氧涂层体系和氟碳涂层,并用环氧树脂进行封边,获取喷涂防腐涂层的试件。
3.根据权利要求1所述的桥梁钢结构防腐涂层寿命预测方法,其特征在于,对所述试件进行综合加速老化试验,所述综合加速老化试验,包括:
所述综合加速老化试验在特制的紫外线加速老化箱中进行;
结合实际工况,设计两种加速老化试验环境:
老化试验环境1,紫外照射和淡水喷淋和紫外凝露处理;
老化试验环境2,紫外照射和盐水喷淋和紫外凝露处理。
4.根据权利要求3所述的桥梁钢结构防腐涂层寿命预测方法,其特征在于,所述颜色特征指标,通过Matlab2014Rb编写的涂层形貌分析程序提取涂层颜色特征矩阵,然后求得平均值作为试件的颜色特征值。
5.根据权利要求1所述的桥梁钢结构防腐涂层寿命预测方法,其特征在于,所述的将环境指标数据进行量化,量化的环境指标为平均温度、平均湿度和平均光照强度。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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