一种钢表面涂层防护等级的评估方法与流程

1.本发明是一种钢表面涂层防护等级的评估方法，属于环境工程与试验技术领域。


背景技术：

2.桥梁等钢结构长时间暴露于自然环境中，其表面涂层体系容易产生损伤。为了量化钢结构表面涂层防护效果在特定环境条件中的褪化规律，便需要根据病害类型和程度，科学地制定等级评估方法。开展此项工作，通常需要将制备的带涂层材料试片、连接件、结构件等进行自然暴露试验或实验室加速试验，并定期进行取样观察及测试，积累相关基础数据。
3.目前，国内外针对涂层防护等级的评估方法仍以单项病害定性评估为主，如《gb/t 176-2008色漆和清漆涂层老化的评级方法》中较为详细的建立了单项病害等级评估方法(如起泡、剥落等)，但此评估方法的评定结果往往受测试人员主观判断影响，根据单位面积中涂层的起泡数量和大小凭经验划分起泡等级、根据剥落面积大小凭经验划分剥落等级等，是一种定性评估方法，具有一定的局限性，难以定量地准确定义被测涂层的防护等级，以及变化程度。也有部分评估方法将各个单项病害等级综合考虑形成综合等级，然而这些评估方法的准确性和置信度并不理想：一方面，对于单项病害类型的影程度缺乏考虑，仅仅是将各类病害等级进行机械拼接；另一方面，容易受到试验人员的主观判断影响，造成结果失真。


技术实现要素：

4.本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种钢表面涂层防护等级的评估方法，其目的是通过一种可靠的评估思路，实现钢表面涂层防护效果的定量综合评定。
5.为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
6.本发明所述的钢表面涂层防护等级的评估方法的步骤如下：
7.步骤一、测量钢表面涂层老化过程中在0.01hz电信号频率下的阻抗模值，并将该阻抗模值与涂层变色、涂层起泡、涂层裂纹、涂层剥落、基体锈蚀之间按同一测量时间点建立对应关系；
8.该对应关系中，阻抗模值由小到大构成母序列数据，阻抗模值按同一测量时间点对应的涂层变色、涂层起泡、涂层裂纹、涂层剥落、基体锈蚀的值按时间顺序分别构成一个子序列数据；
9.步骤二、对母序列数据和子序列数据进行缩放处理，其处理过程如下：
10.对母序列数据取10的对数处理，得到处理后的母序列数据，随后对处理后的母序列数据和所有子序列数据分别按序列求取算术平均值，再求取处理后的母序列数据和所有子序列数据与对应序列的算术平均值的比值，得到缩放处理后的母序列数据和子序列数据；
11.步骤三、求取缩放处理后的母序列数据与按同一测量时间点对应的缩放处理后的
子序列数据之差的绝对值，然后按子序列对上述绝对值进行求和，再按子序列求取算术平均值，得到每一子序列所对应的病害项对于母序列的关系系数，即α
变色
、α
起泡
、α
裂纹
、α
剥落
、α
锈蚀
，其计算公式为：
[0012][0013]
式中，α为某一子序列所对应的病害项的关系系数，b为某一子序列缩放处理后的子序列数据，a为缩放处理后的母序列数据，t为同一测量时间点，n为总的测量时间点个数；
[0014]
步骤四、分别求取步骤三得到每一子序列所对应的病害项对于母序列的关系系数在整体中的占比，得到该病害项对涂层防护性能的影响程度大小，计算公式为：
[0015][0016]
其中，β1为某一类病害相对涂层防护性能的影响程度值，α1为某一病害项的关系系数，即病害项α
变色
、α
起泡
、α
裂纹
、α
剥落
、α
锈蚀
中的一种；
[0017]
步骤五、根据国标《gb/t 176-2008色漆和清漆涂层老化的评级方法》中关于涂层变色、涂层起泡、涂层裂纹、涂层剥落、基体锈蚀的等级划分标准，划分涂层病害等级0～5级，并根据该涂层病害等级对应地将钢表面涂层防护性能的综合等级也划分为0～5级，并相应地对钢表面涂层防护性能的综合等级标准及应对措施定义如下：综合等级标准的定义参数为涂层状态，0级为健全，1级为轻微劣化，2级为中等劣化，3级为轻重劣化，4级为严重劣化，5级为完全劣化，对应的应对措施分别为：保持、日常维护、局部修复，修复区域是实际影响区域的10倍、重新涂装、除锈并重新涂装、除锈并重新涂装；
[0018]
针对上述划分的涂层病害等级0～5级，设定对应的综合等级参数γ，取值分别为：0级为≤0.1，1级为0.1～0.7，2级为0.7～1.8，3级为1.8～2.5，4级为2.5～3.4，5级为3.4～5.0，综合等级参数γ的计算公式为：
[0019]
γ＝∑(病害项的涂层病害等级
×
病害相对涂层防护性能的影响程度值)式3；
[0020]
步骤六、对待检测的钢表面涂层，确定其各项病害的等级，再结合对应的病害相对涂层防护性能的影响程度值，通过式3计算得到该涂层防护性能的综合等级参数γ后，对比步骤五给出的综合等级参数γ设定值，即可得到该钢表面涂层的综合等级及应对措施。
[0021]
在实施中，在原有涂层变色、涂层起泡、涂层裂纹、涂层剥落、基体锈蚀病害项的基础上增加失光、粉化病害项。
[0022]
在实施中，步骤二中，对母序列数据取10的对数处理之外，还能够取自然对数。
[0023]
本发明技术方案适用于评定钢试片、连接件及结构件的表面防护涂层体系在特定环境因素作用后的综合防护等级。本发明技术方案涉及的钢表面涂层防护等级的评估方法具有大数据分析、定量描述、科学计算等特点。在实际测量的大量涂层性能变化趋势的数据基础上，选取能够真实反应涂层防护性能的阻抗模值作为母序列数据，其余涂层表面病害数据(色差、起泡面积、裂纹宽度、剥落面积、锈蚀面积)作为子序列数据，组成实验室测试数据表；通过数据缩放处理使得各类实测数据回归到同一维度，但仍保留原有的变化趋势；通过进一步数学计算分别求得缩放处理后的各子序列数据相对于母序列数据的关系系数，反
映其各自变化趋势相对与母序列数据变化趋势的一致性；通过对关系系数归一化处理，计算得到涂层各类表面病害数据相对于涂层防护性能的影响程度值。
附图说明
[0024]
图1为色差等级划分。
[0025]
图2为起泡等级划分。
[0026]
图3为裂纹等级划分。
[0027]
图4为剥落等级划分。
[0028]
图5为锈蚀等级划分。
[0029]
表1为涂层病害等级基础评估表。
[0030]
表2为涂层防护性能相关性数据。
[0031]
表3为经过缩放处理后的涂层防护性能相关性数据。
[0032]
表4为各类病害与涂层防护性能的关系系数和影响程度值。
[0033]
表5为涂层防护等级综合评估表。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明。
[0035]
本实施例针对钢表面某一涂层体系，采用本发明所述的钢表面涂层防护等级的评估方法对该涂层防护性能进行评测，其步骤如下：
[0036]
步骤一、测量钢表面涂层老化过程中在0.01hz电信号频率下的阻抗模值，并将该阻抗模值与涂层变色、涂层起泡、涂层裂纹、涂层剥落、基体锈蚀之间按同一测量时间点建立对应关系；
[0037]
该对应关系中，阻抗模值由小到大构成母序列数据，阻抗模值按同一测量时间点对应的涂层变色、涂层起泡、涂层裂纹、涂层剥落、基体锈蚀的值按时间顺序分别构成一个子序列数据；如表2所示；
[0038]
表2
[0039][0040]
步骤二、对母序列数据和子序列数据进行缩放处理，其处理过程如下：
[0041]
对母序列数据取10的对数处理，得到处理后的母序列数据，随后对处理后的母序列数据和所有子序列数据分别按序列求取算术平均值，再求取处理后的母序列数据和所有子序列数据与对应序列的算术平均值的比值，得到缩放处理后的母序列数据和子序列数据；如表3所示；
[0042]
表3
[0043][0044][0045]
步骤三、求取缩放处理后的母序列数据与按同一测量时间点对应的缩放处理后的子序列数据之差的绝对值，然后按子序列对上述绝对值进行求和，再按子序列求取算术平均值，得到每一子序列所对应的病害项对于母序列的关系系数，即α
变色
、α
起泡
、α
裂纹
、α
剥落
、α
锈蚀
，其计算公式为：
[0046][0047]
式中，α为某一子序列所对应的病害项的关系系数，b为某一子序列缩放处理后的子序列数据，a为缩放处理后的母序列数据，t为同一测量时间点，n为总的测量时间点个数；
[0048]
步骤四、分别求取步骤三得到每一子序列所对应的病害项对于母序列的关系系数在整体中的占比，得到该病害项对涂层防护性能的影响程度大小，计算公式为：
[0049][0050]
其中，β1为某一类病害相对涂层防护性能的影响程度值，α1为某一病害项的关系系数，即病害项α
变色
、α
起泡
、α
裂纹
、α
剥落
、α
锈蚀
中的一种；如表4所示；
[0051]
表4
[0052]
病害类型变色起泡裂纹剥落锈蚀关系系数0.6710086590.819312820.8854321341.2003303511.212745456影响程度值0.140.170.190.240.26
[0053]
步骤五、根据国标《gb/t 176-2008色漆和清漆涂层老化的评级方法》中关于涂层变色、涂层起泡、涂层裂纹、涂层剥落、基体锈蚀的等级划分标准，划分涂层病害等级0～5级，其中：如图1所示，设置钢表面涂层色差值区间范围，划分变色病害等级为0～5级；如图2所示，设置钢表面涂层起泡面积区间范围，划分起泡病害等级为0～5级；如图3所示，设置钢表面涂层裂纹宽度区间范围，划分裂纹病害等级为0～5级；如图4所示，设置钢表面涂层剥落面积区间范围，划分剥落病害等级为0～5级；如图5所示，设置钢表面涂层锈蚀面积区间范围，划分锈蚀病害等级为0～5级；随后，建立病害等级基础评估表，见表1。
[0054]
表1
[0055][0056]
再根据该涂层病害等级对应地将钢表面涂层防护性能的综合等级也划分为0～5级，并相应地对钢表面涂层防护性能的综合等级标准及应对措施定义如下：综合等级标准的定义参数为涂层状态，0级为健全，1级为轻微劣化，2级为中等劣化，3级为轻重劣化，4级为严重劣化，5级为完全劣化，对应的应对措施分别为：保持、日常维护、局部修复，修复区域是实际影响区域的10倍、重新涂装、除锈并重新涂装、除锈并重新涂装；针对上述划分的涂层病害等级0～5级，设定对应的综合等级参数γ，取值分别为：0级为≤0.1，1级为0.1～0.7，2级为0.7～1.8，3级为1.8～2.5，4级为2.5～3.4，5级为3.4～5.0，综合等级参数γ的
计算公式为：
[0057]
γ＝∑(病害项的涂层病害等级
×
病害相对涂层防护性能的影响程度值)式3；
[0058]
表5
[0059][0060]
步骤六、对待检测的钢表面涂层，确定其各项病害的等级，再结合对应的病害相对涂层防护性能的影响程度值，通过式3计算得到该涂层防护性能的综合等级参数γ后，对比步骤五给出的综合等级参数γ设定值，即可得到该钢表面涂层的综合等级及应对措施。
[0061]
在完成上述步骤后，针对本实施例所给出的待测的某一钢表面涂层，测得其当前色差值为5.6、起泡面积比为4.45％、裂纹宽度为0.22mm、剥落面积比为6.72％、锈蚀面积比为5.83％。则可根据表1和表4查得其当前病害特征的基础等级(变色基础等级为2级、起泡基础等级为2级、裂纹基础等级为2级、剥落基础等级为3级、锈蚀基础等级为4级)和影响程度值(变色影响程度值为、起泡影响程度值为、裂纹影响程度值为、剥落影响程度值为、锈蚀影响程度值为)，进而计算得到该涂层当前的综合等级参数γ：
[0062]
γ＝∑(病害基础等级
×
影响程度值)＝2
×
0.14 2
×
0.17 2
×
0.19 3
×
0.24 4
×
0.26＝2.76
[0063]
再根据表5的内容，确定该涂层当前的综合等级为4级，已经出现了比较严重劣化，需除锈并重新涂装。