钢结构涂层在多因素影响下的耐风沙冲蚀性能研究

发布时间：2020-04-24 17:37

【摘要】：本研究针对我国内蒙古地区钢结构建筑长期受到风沙环境、高低温环境、强紫外环境的侵蚀老化作用,造成钢结构表面聚氨酯涂层的老化、破坏,导致钢结构建筑的耐久性和安全性能下降甚至丧失,造成钢结构局部、整体的失效,对钢结构聚氨酯涂层在风沙侵蚀环境下、高低温老化、紫外辐照老化条件下耐风沙冲蚀性能进行研究。研究课题受到国家自然科学基金项目《风沙环境下钢结构涂层侵蚀力学行为及损伤评价研究》(批准号:11162011);《内蒙古中西部大温差强紫外环境下钢结构涂层受风沙侵蚀损伤机理研究》(批准号:11862022)资助,利用模拟风沙环境侵蚀试验系统、模拟自然环境侵蚀试验箱和紫外老化试验箱对钢结构聚氨酯涂层试件进行风沙冲蚀试验、高低温循环老化试验和紫外老化试验,试验之后对不同老化条件、不同老化程度下的钢结构涂层耐风沙冲蚀性能进行对比分析。以下为具体研究内容:1.分析我国内蒙古地区自然环境特征,包括风沙环境、高低温环境和紫外环境;设计了不同工况的钢结构聚氨酯涂层高低温循环老化试验、紫外老化试验以及风沙冲蚀试验。2.对钢结构聚氨酯涂层进行耐风沙冲蚀试验,试验方法采用气流挟沙喷射法,实验仪器采用模拟风沙环境侵蚀试验系统,对涂层的耐风沙冲蚀性能进行研究分析,得出结论:钢结构聚氨酯涂层未老化受风沙冲蚀阶段的冲蚀明显分为低速增加阶段和高速增加阶段;在不同冲蚀速度的条件下,随着冲蚀角度的增加,涂层的冲蚀率呈现先增大后减小的趋势;试验得出涂层的最大冲蚀率所在角度为38°。3.对钢结构聚氨酯涂层进行高低温度循环老化试验,利用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层老化前后形貌,涂层老化后涂层表现出现明显的变化;利用X射线能谱(EDS)分析涂层老化前后元素,发现涂层表面前后元素含量出现一定变化;利用X射线衍射(XRD)分析涂层老化前后并未发生晶体物相变化。4.对高低温循环老化后的涂层进行风沙冲蚀试验,研究老化后涂层的耐风沙冲蚀性能,从多方面分析温度循环老化对钢结构聚氨酯涂层的耐风沙冲蚀性能影响,结果表明:温度循环老化后耐风沙冲蚀性能明显降低;采用扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)进行涂层的表面形貌观察及粗糙度测定。5.对钢结构聚氨酯涂层进行紫外老化试验,利用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层老化前后形貌,涂层老化后涂层表现出现明显的变化;利用X射线能谱(EDS)分析涂层老化前后元素,发现涂层表面前后元素含量出现一定变化;利用X射线衍射(XRD)分析涂层老化前后并未发生晶体物相变化。6.对紫外老化后的涂层进行风沙冲蚀试验,研究老化后涂层的耐风沙冲蚀性能,从多方面分析紫外老化对钢结构聚氨酯涂层的耐风沙冲蚀性能影响,结果表明:紫外循环老化后耐风沙冲蚀性能明显降低;采用扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)对涂层的表面进行形貌观察及粗糙度的测定。
【图文】：

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降低其使用寿命，从而造成钢结构建筑物的破特征暴频发的国家，沙尘暴的爆发主要由于我国北方地区大部分地区都处于干旱、半干旱的区域，沙尘暴作为常会对经济和建筑造成严重的破坏[81]。据统计，，我到国土总面积的 13%，约有 130 万 km2。沙尘暴天气效应，严重影响人类的生存环境和社会政治、经济特征主要有 12 大沙漠，主要分布在北方的 9 个省、自治区、古尔班通古特沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、柴乌兰布和沙漠、库布齐沙漠、毛乌素沙漠、浑善达克尔沙地（如图 2-1 所示）[82]。

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图 2-2 内蒙古地区沙漠分布Figure 2-2 Desert distribution in Inner Mongolia地区的腾格里沙漠是中国三大强沙源地区之一，另外还玛干沙漠，这些沙漠源地区是造成沙尘暴的主要区域。布范围广，对内陆城市影响大，从新疆地区到沿海地区最主要的三个因素是：大风、地表的沙尘物质、不稳定受西北冷空气的影响，会产生大风。一般在八级以上的在前几年人们过度的开荒种地、畜牧，导致草场退化、这些沙尘颗粒是形成沙尘暴的主要“元凶”。中西部地区沙尘空间分布图如图 2-3 所示，阿拉善盟北近 40 年年均沙尘暴爆发频次超过 25 天[85]。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU391

【参考文献】