跨海橋一般靠近入口，大氣濕潤(rùn)，氯離子含量高，環(huán)境惡劣，對(duì)橋梁鋼管樁、鋼管筒等鋼結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重腐蝕威脅[1]。此外，還應(yīng)特別注意暴露在腐蝕性環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋腐蝕造成的早期腐蝕風(fēng)險(xiǎn)以及由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和安全問(wèn)題?？绾蜾摻Y(jié)構(gòu)防腐通常采用增加金屬保護(hù)層、環(huán)氧樹脂涂層、陰極保護(hù)等方法。隨著鋼結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)的不斷發(fā)展，作為一種阻擋金屬腐蝕的有機(jī)涂層防腐技術(shù)，已逐漸從初始涂料發(fā)展能更好、成本更經(jīng)濟(jì)、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴涂的熔融環(huán)氧粉末。目前，熔融環(huán)氧粉末涂料已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外許多石油、輸水和跨海橋梁工程，取得了很好的應(yīng)用效果，大大提高了鋼結(jié)構(gòu)的防腐性能[5-6]。

鑒于此，考慮到工程建設(shè)的實(shí)際需要，本文提出了基于差示掃描量熱法（DSC）、熱重法（TGA）紅外光譜分析（FTIR）快速檢測(cè)技術(shù)通過(guò)比較5批樣品的反應(yīng)放熱、玻璃化溫度、分解模式、填料含量和紅外光譜數(shù)據(jù)，獲得每批質(zhì)量一致性的判斷依據(jù)，并將研究成果應(yīng)用于寧波舟山港主通道工程，確定該技術(shù)快速判斷環(huán)氧粉末質(zhì)量的可行性。

在國(guó)內(nèi)跨海大橋項(xiàng)目中選擇5種具有代表性的環(huán)氧粉末樣品（A～E），每個(gè)樣品隨機(jī)抽取5批，分別進(jìn)行DSC、TGA和FTIR測(cè)試。

（１）通過(guò)DSC環(huán)氧粉末的反應(yīng)放熱量分析技術(shù)測(cè)試（ΔH)和玻璃化溫度（Tg）[7-10]。美國(guó)用于測(cè)試儀器TA公司DSCQ2000 ，根據(jù)《鋼管熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)規(guī)范》附錄B進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試程序如下：①N氣氛2，升溫率20℃／min，由（25±5）℃升溫至（70±5）℃，然后冷到(25)±５）℃；②N氣氛2，升溫率20℃／min，由（25±５）℃升溫至（285±10）℃，然后冷到(25)±5）℃；③N氣氛2，升溫率20℃/min，由（25±5）℃升溫至（150±10）℃。

（２）利用TGA熱分解技術(shù)測(cè)試材料分解模式、分解溫度、填料含量和失重曲線。測(cè)試儀器在美國(guó)使用TA公司Q50.根據(jù)《塑料聚合物熱重法》（TG）第一部分：通則（GB/T33047.1-2016)測(cè)試。測(cè)試程序如下:N氣氛2，升溫率10℃／min，測(cè)試溫度范圍為室溫~1000℃。

通過(guò)DSC環(huán)氧基團(tuán)與固化劑反應(yīng)交聯(lián)時(shí)的放熱量和涂層的玻璃化溫度可在特定固化條件下進(jìn)行測(cè)試，以確定環(huán)氧粉末的組成和原材料結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變化。由于熱固性樹脂的交聯(lián)反應(yīng)是不可逆轉(zhuǎn)的，化學(xué)鍵反應(yīng)中的放熱可以DSC記錄下來(lái)。環(huán)氧粉末樣品DSC典型的環(huán)氧粉末和涂層熱特性曲線如圖1所示。從圖1可以看出，環(huán)氧粉末曲線的峰值是環(huán)氧粉末交聯(lián)時(shí)的熱峰，峰值面積為35.22J/g。涂層曲線是粉末固化后第二次掃描獲得的涂層熱特性曲線，可以確定環(huán)氧粉末固化后涂層的玻璃化溫度Tg為101.17℃。

為了研究DSC測(cè)試用于判斷固化后環(huán)氧粉末的放熱特性和涂層玻璃化溫度的重復(fù)性和再現(xiàn)性。每個(gè)樣品隨機(jī)選擇5批環(huán)氧粉末樣品DSC試驗(yàn)。不同批次環(huán)氧粉末放熱試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，不同批次環(huán)氧粉末固化后涂層玻璃化溫度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可知：樣品A～E固化后涂層玻璃化溫度Tg平均值分別為100.09，100.56，100.92，100.57，9.28℃。樣品A～E不同批次玻璃化溫度的最大值和最小值分別為0.43，1.45，1.16，0.82，0.26℃。從五種環(huán)氧粉末樣品的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，同一批環(huán)氧粉末之間的放熱量和玻璃化溫度具有良好的重復(fù)性和再現(xiàn)性。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，考慮到取樣操作、不同設(shè)備、不同操作人員、不同質(zhì)量控制和評(píng)價(jià)水平的差異，環(huán)氧粉末的熱量變化不得超過(guò)±5J/g玻璃化溫度的變化不得超過(guò)±5℃，不同批次作為同一環(huán)氧粉末使用DSC質(zhì)量控制要求。

通過(guò)TGA測(cè)試粉末中填料的含量和樹脂的分解特性，可確控制環(huán)氧粉末填料的添加量和樹脂特性。5種環(huán)氧粉末樣品TGA曲線如圖2所示。從圖2可以看出，5種環(huán)氧粉末樣品TGA曲線差異明顯。A～D四種樣品的分解模式是單階損失，但樣品E是雙階損失，表示A~D四種樣品中使用的樹脂與樣品E有很大的不同。第一階段各樣品的分解溫度顯示，AC和D樹脂的結(jié)構(gòu)與B樹脂相似，但兩者之間也有很大的差異。一般來(lái)說(shuō)，五種環(huán)氧粉末樣品的樹脂體系是不同的。

從環(huán)氧粉末剩余的質(zhì)量百分比(見表3)可以看出，各種樣品填料的添加量差異很大，其中樣品C填料的添加量最大，約為46.13wt.%，樣品A的添加量最約為16.61 wt.%。樣品B和樣品E分別占39%.39wt.%和40.72 wt.%，數(shù)據(jù)非常相近，但樣品Ｂ只有1次分解（最快失重速率時(shí)的溫度為417.50℃），樣品E分解兩次(最快失重率為404.08℃和698.60℃），說(shuō)明這兩種樣品之間存在明顯差異。可見，TGA在測(cè)試過(guò)程中，不僅要注意填料的添加，還要比較樹脂的分解模式(單階損失或多階損失)和失重率最快的溫度。

DSC和TGA環(huán)氧粉末的反應(yīng)特性和組成特性分別分析。如果粉末之間的差異需要從微觀官能團(tuán)的情況來(lái)區(qū)分，可以通過(guò)FTIR實(shí)現(xiàn)測(cè)試分析。根據(jù)《紅外光譜定性分析技術(shù)通則》（GB/T32199-2012)通過(guò)比較譜帶是否存在，各譜帶的相對(duì)強(qiáng)度，判斷各樣峰的歸屬是否一致。如果待測(cè)樣品的光譜圖與初始工藝評(píng)價(jià)中粉末的對(duì)照光譜圖一致，通?？梢耘袛鄡煞N化合物為同一物質(zhì)；如果兩種光譜不同，則可以判斷兩種化合物不同。紅外光譜對(duì)比曲線如圖3所示。從圖3中可以發(fā)現(xiàn)各種光譜圖之間存在明顯差異。因此，首先可以通過(guò)工藝評(píng)價(jià)確認(rèn)合格的環(huán)氧粉末掃描紅外光譜圖，并將其作為樣品的基本圖譜，以便于后續(xù)樣品的比較。同時(shí)，特征峰的位置和峰強(qiáng)度與基本圖譜一致。

連接舟山本島至岱山的寧波舟山港朱通道公路工程，海域主線橋長(zhǎng)16.347km，其中，非通用孔橋主橋70m整孔預(yù)制，整孔架設(shè)，非通航孔引橋62.5m預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制箱梁。大直徑、超長(zhǎng)鋼管樁基礎(chǔ)[11]用于非通航孔主橋和非通航孔引橋基礎(chǔ)。本工程使用的鋼管樁、鋼護(hù)筒和鋼筋大量使用環(huán)氧粉末作為防腐涂料。環(huán)氧粉末批次質(zhì)量控制時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的防腐質(zhì)量控制可以通過(guò)增加檢測(cè)頻率來(lái)提高，但檢測(cè)周期長(zhǎng)。如果每批粉末的性能在投入使用前都進(jìn)行了測(cè)試，將極大地影響項(xiàng)目的進(jìn)度。因此，快速確認(rèn)每批原材料的質(zhì)量是保證工程進(jìn)度和質(zhì)量的關(guān)鍵。本文提出的快速檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于橋環(huán)氧粉批質(zhì)量控制，以驗(yàn)證其有效性和可行性。

在環(huán)氧粉末批次質(zhì)量控制中，選擇具有代表性的樣品進(jìn)行分析和測(cè)試，并將結(jié)果作為樣品的基本地圖。每批進(jìn)場(chǎng)材料與樣品的基本地圖進(jìn)行比較。與母樣基本地圖分析結(jié)果不一致的，視為不合格材料。三種分析技術(shù)可分別或組合使用。采用DSC環(huán)氧粉末的放熱量變化不得超過(guò)±5J/g玻璃化溫度變化不超過(guò)±５℃采用TGA測(cè)試分析時(shí)，應(yīng)滿足樹脂分解模式相同，填料含量變化不超過(guò)5%的要求FTIR在測(cè)試分析時(shí)，可以根據(jù)《紅外光譜定性分析技術(shù)通則》來(lái)判斷特征峰的位置是否與基本圖譜一致。

推薦這座橋DSC和FTIR當(dāng)對(duì)測(cè)試結(jié)果有爭(zhēng)議時(shí)，測(cè)試分析技術(shù)會(huì)增加TGA測(cè)試進(jìn)一步提高了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。隨機(jī)抽樣11批粉末樣品DSC和FTIR檢測(cè)分析有效解決了原料以次充好的可能性，達(dá)到了環(huán)氧粉末快速檢測(cè)的目的，為防腐質(zhì)量提供了保證。

跨海橋鋼結(jié)構(gòu)環(huán)氧粉批量質(zhì)量控制是保證橋梁長(zhǎng)期安全服務(wù)的關(guān)鍵，提出了確定環(huán)氧粉批產(chǎn)品質(zhì)量一致性的建議DSC、TGA和FTIR這三種技術(shù)可分別或組合使用，并進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試和應(yīng)用研究，得出以下結(jié)論：

（１）采用DSC在測(cè)試技術(shù)時(shí)，放熱量的變化不得超過(guò)±5J/g玻璃化溫度變化不超過(guò)±５℃，確定環(huán)氧粉質(zhì)量一致。

（２）采用TGA樹脂分解模式相同，填料含量變化不超過(guò)5%，確定環(huán)氧粉末質(zhì)量相同。

（３）采用FTIR在測(cè)試技術(shù)時(shí)，特征峰的位置和峰強(qiáng)與基本圖譜一致，確定環(huán)氧粉末的質(zhì)量一致。

(4)該快速檢測(cè)技術(shù)已應(yīng)用于寧波舟山港主通道工程，對(duì)隨機(jī)抽樣的11批粉末樣品進(jìn)行了檢測(cè)分析，達(dá)到了快速有效保證環(huán)氧粉末原料質(zhì)量的目的。