混凝土銅電解槽GFRP防腐蝕內(nèi)襯失效分析

摘要：本文依據(jù)混凝土銅電解槽FRP防腐蝕內(nèi)襯失效行為，分別從材料和施工方面進行分析研究，通過試驗驗證找出FRP防腐蝕內(nèi)襯失效的影響因素，為后續(xù)防腐蝕施工提供相關(guān)借鑒。

關(guān)鍵詞：混凝土銅電解槽、FRP防腐蝕內(nèi)襯

1.引言
玻璃纖維增強塑料（GFRP），俗稱玻璃鋼，指用不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂等為基體，以玻璃纖維或其制品作增強材料形成的增強塑料。玻璃鋼由于性能穩(wěn)定，機械強度高，耐酸堿腐蝕等特性，常用于有色冶煉、石油化工、能源、鋼鐵、電力、環(huán)保等領(lǐng)域的防腐蝕工程，尤其以環(huán)氧乙烯基酯樹脂為代表的玻璃鋼，因具有耐高溫，耐強酸強堿及具有較高的力學強度等特性是防腐蝕工程領(lǐng)域的理想方式之一?；炷零~電解槽FRP防腐蝕內(nèi)襯也從原先采用雙酚A不飽和聚酯樹脂，被性能更優(yōu)、使用壽命更長的環(huán)氧乙烯基酯樹脂所替代，復合材料制品的應(yīng)用特性不僅僅靠樹脂自身性能，還包括增強材料性能，以及施工性的綜合影響，因此對于工程質(zhì)量的把控，要進行系統(tǒng)分析，來找到影響制品性能的主要原因。

2. GFRP防腐蝕內(nèi)襯失效形式

        國內(nèi)某大型銅有色冶煉公司，建設(shè)初期廠內(nèi)濕法銅冶煉槽均為混凝土結(jié)構(gòu)，因銅電解液含有20%左右硫酸，且長期保持溫度65℃左右，對混凝土電解槽具有嚴重腐蝕性，其混凝土銅電解槽的防腐一般采用環(huán)氧乙烯基樹脂玻璃鋼內(nèi)襯方式,常用玻璃鋼鋪層結(jié)構(gòu)為：300g短切氈1層+2層04#玻纖布+1層300g短切氈+2層04玻纖布，前期其玻璃纖維布一直使用國內(nèi)某聞名品牌的無堿型玻璃纖維布，正常防腐使用壽命達5年以上，后因一些材料和防腐人員的更換等，混凝土電解槽使用國內(nèi)某廠中堿型玻璃纖維布與短切氈復合內(nèi)襯方式進行防腐，使用壽命大大降低，甚至在使用一周內(nèi)玻璃鋼防腐即出現(xiàn)破損、腐蝕、脫層、裂縫等防腐失效現(xiàn)象。   

圖1 電解槽上部

圖2 電解槽上部

圖3 電解槽上部

圖4

如圖1、2、3所示，在電解槽上部的GFRP防腐蝕內(nèi)襯邊緣處有多處孔洞，且貫穿到混凝土基礎(chǔ)，圖4為電解槽底部有別裂縫現(xiàn)象。 

3. 失效分析
3.1由圖1、2、3看出電解槽上邊緣處玻璃鋼層有多處孔洞并發(fā)生腐蝕，且玻璃鋼層與基體有分層現(xiàn)象，腐蝕主要在上邊緣部位，其余部位整體良好。結(jié)合現(xiàn)場情況分析，電解槽上邊緣處需承載較重的電解銅板，在電解板吊裝時易與上邊緣部位產(chǎn)生摩擦和撞擊，初步分析造成電解槽上邊緣部位的破損和腐蝕情況應(yīng)是由于內(nèi)襯玻璃鋼防腐層強度不足，電解板在吊裝時被沖擊導致破損，造成電解液由破損點向內(nèi)部滲透，由點及面造成玻璃鋼層起殼、混凝土腐蝕。
3.2由圖4看出電解槽底部混凝土出現(xiàn)裂縫，裂縫周邊部位等部位良好。因該電解槽采用玻璃鋼內(nèi)襯方式，初步分析該處裂縫可能一是混凝土基礎(chǔ)沒有處理好，二是玻璃鋼內(nèi)襯層力學強度不足所致。
4. 試驗驗證
4.1、由3.1分析，玻璃鋼防腐內(nèi)襯是局部腐蝕而非全部腐蝕，因此可基本排除樹脂的因素，因玻璃鋼的強度與玻璃纖維材料有較大關(guān)系，因此重點先從玻纖和其他材料方面著手試驗，分別從外觀、彎曲強度和硬度以及保留率進行評估。
4.1.1材料準備：環(huán)氧乙烯基酯樹脂（上海某品牌854型）、乳劑型300g短切氈（國產(chǎn)某品牌EMC-450）、無堿04#玻纖布（國產(chǎn)某品牌EWR-400）、中堿玻纖布（山東某品牌CWR-400）、固化劑V-388、促進劑（鈷濃度1.2%）、毛滾、電子秤、量筒、玻璃杯、滴管、打磨機、攪拌機、巴氏硬度計、萬能測試機、恒溫水箱等。
4.1.2試驗設(shè)計：稱取1000g環(huán)氧乙烯基樹脂，分別按比例添加3%促進劑和2%固化劑，按電解槽玻璃鋼防腐鋪層（1層300g短切氈+2層04#玻纖布+1層300g短切氈+2層04玻纖布）制作玻璃鋼樣塊，如表2，然后進行樣塊的外觀比較和力學性能等測試。

①根據(jù)上表2試驗情況，使用中堿型玻璃纖維布制作的玻璃鋼樣塊與使用無堿型玻璃纖維布制作的玻璃鋼樣塊固化時間基本一致，但使用無堿玻纖布制作的玻璃鋼樣塊外觀是墨綠色，使用中堿玻璃纖維布制作的玻璃鋼樣塊是乳白色，如圖5、6所示。

圖5

圖6

②分別對圖6的樣塊1和樣塊3切割制樣，進行三點彎曲性能試驗。在采用相同樹脂和固化體系及室溫養(yǎng)護24小時條件下，檢測樣塊1和樣塊3的巴氏硬度分別為40和39，說明樹脂固化性能一致；樣塊1彎曲平均強度為176MPa,樣塊3平均強度為138 MPa，樣塊1的力學性能高于樣塊3達27.5%；對樣塊1和樣塊3進行后固化處理，再次測試其彎曲強度，樣塊1彎曲強度為336Mpa，樣塊3彎曲強度為147Mpa，樣塊1的力學性能大幅升高，而樣塊3的力學性能基本無太大變化，詳細如下表3：

③同樣條件下，將樣塊1和樣塊3同時浸泡在裝有硫酸銅電解液（在冶煉廠取回的原溶液）的玻璃杯中，將恒溫水箱加熱到70℃恒溫保持，浸泡2周，樣塊1的彎曲強度為321Mpa，樣塊3的彎曲強度為129Mpa，數(shù)據(jù)變化情況詳細如下表4：

根據(jù)以上試驗結(jié)果，樣塊1采用無堿玻纖布制作的玻璃鋼呈綠色，樣塊無明顯氣泡，其樹脂與玻纖布的浸潤性較好，該玻璃鋼具有更好的力學性能及耐腐蝕性能；采用某中堿玻纖布制作的玻璃鋼呈白色，樣塊中有較多的小氣泡，其樹脂與玻纖布的浸潤性欠佳，力學性能和耐腐蝕性也較差。

4.2、 對圖4看到的電解槽底部出現(xiàn)的裂縫的觀察研究，其裂縫周邊部分無明顯腐蝕及損壞，則判斷可能是基礎(chǔ)或施工工藝因素所致。分析研究：針對裂縫部位，進行剖面分析，發(fā)現(xiàn)裂縫底部由于原混凝土電解槽遭腐蝕，該部位的混凝土被切除，未進行重新填補和平滑過渡處理，直接進行玻璃鋼襯里的施工，在銅電解時電解液一般溫度在65-70℃左右，混凝土易受溫度變化產(chǎn)生熱脹冷縮，且混凝土切割層面又沒有進行填補平滑處理，其斷截面高度差大于1cm,在受基礎(chǔ)變化時易導致玻璃鋼面隨基礎(chǔ)變化而發(fā)生開裂，尤其是使用上述中的中堿型玻璃纖維，因其與樹脂浸潤性較差，玻璃鋼中存在較多氣泡，樹脂含量也較低，其力學性能低，更易被拉裂。另從玻璃鋼層內(nèi)部可以發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)層玻璃纖維內(nèi)部樹脂含量較低，浸潤的樹脂較少，其內(nèi)部強度固然很低，詳細如下圖7、8：

圖7

圖8

5.結(jié)論與建議

作者：陳保燈

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