一種鋼材阻銹與防護(hù)的涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼材阻銹與防護(hù)的涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋環(huán)境和除冰鹽對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋很容易造成氯鹽腐蝕，腐蝕后的混凝土 結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命會(huì)大大降低。許多混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在較短時(shí)間內(nèi)銹蝕，不僅危 害結(jié)構(gòu)安全，也帶來了巨大經(jīng)濟(jì)損失，甚至成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的沉重包袱。因此，如何防止混凝 土結(jié)構(gòu)中鋼筋過快銹蝕或者使已經(jīng)遭受氯鹽浸蝕的混凝土結(jié)構(gòu)中的受損鋼筋能夠帶銹服 役，成為嚴(yán)酷環(huán)境下保持和提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵。近年來高性能混凝土的快速發(fā) 展和應(yīng)用使得這一問題得到一定程度緩解，但是由于混凝土材料自身特點(diǎn)及工程的復(fù)雜 性，加之高性能混凝土水膠比很低，如養(yǎng)護(hù)不當(dāng)很容易產(chǎn)生裂縫，裂縫會(huì)不可避免地會(huì)加速 環(huán)境中的有害物質(zhì)滲透到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，這使得許多結(jié)構(gòu)中的鋼筋受到不同程度的腐蝕，混凝 土結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命因此大大降低，多年來的工程實(shí)踐也表明僅僅依靠使用高性能混 凝土不能完全解決嚴(yán)酷環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題。
[0003] 為防止氯鹽等嚴(yán)酷環(huán)境對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋產(chǎn)生銹蝕作用，長期以來一個(gè)較為 簡單有效的辦法是在混凝土中摻加大量無機(jī)鋼筋阻銹劑。但是傳統(tǒng)的鋼筋阻銹劑主要是亞 硝酸鹽，這種陽極型阻銹劑對(duì)人體和環(huán)境有較大毒害，目前許多發(fā)達(dá)國家基本上限制或停 止使用這類阻銹劑。出于環(huán)境保護(hù)的壓力，其它一些阻銹效果好的無機(jī)鹽如鉻酸鹽等也逐 漸被列入禁止使用的行列。與之相適應(yīng)，有機(jī)阻銹劑得到了較快發(fā)展，它能在不直接接觸 金屬情況下提高液相或者氣相擴(kuò)散迀移到達(dá)金屬表面使其得到保護(hù)，特別是一些有機(jī)阻銹 劑可與金屬產(chǎn)生強(qiáng)螯合作用，并通過結(jié)合能差異置換出鋼筋周圍的氯離子，從而使初步銹 蝕的鋼筋得到修復(fù)，但是有機(jī)阻銹劑存在易揮發(fā)、有氣味等缺點(diǎn)，在一定程度上限制了其發(fā) 展。
[0004] 另一個(gè)提高氯鹽等嚴(yán)酷環(huán)境下鋼筋阻銹能力的有效途徑是使用鋼筋表面涂層技 術(shù)，環(huán)氧涂敷鋼筋即是典型代表，一個(gè)時(shí)期以來，采用環(huán)氧涂覆鋼筋成為提高惡劣環(huán)境下混 凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的重要技術(shù)手段，國外在這方面的工程應(yīng)用已有幾十年的經(jīng)驗(yàn)，但是在 應(yīng)用中人們逐漸注意到環(huán)氧涂覆鋼筋問題很多，除成本高外，最突出的問題是環(huán)氧樹脂較 脆很容易開裂和產(chǎn)生局部破壞現(xiàn)象，而結(jié)構(gòu)中涂覆鋼筋的任何局部破損都將使結(jié)構(gòu)提前遭 受破壞，難以到達(dá)提高結(jié)構(gòu)整體使用壽命的目的。那么發(fā)明一種不易遭受損壞或者雖遭受 輕微損傷仍能正常服役的涂層代替環(huán)氧樹脂涂層，就成為提高氯鹽環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 耐久性這一重大課題的關(guān)鍵。
[0005] 此外，近年來各類大體積、超高層建筑層出不窮，為了功能需要和降低混凝土的溫 度應(yīng)力，解決超長鋼筋混凝土的變形問題及高層建筑的主體與裙房間的沉降差異問題，往 往在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中引入后澆帶施工，但是后澆帶中的鋼筋在相對(duì)較長的時(shí)間里（有時(shí) 長達(dá)數(shù)月）暴露在外，這些鋼筋很容易產(chǎn)生銹蝕；更為常見的情況是許多鋼筋長期堆放在 露天環(huán)境中，使得這些鋼筋在日后澆注時(shí)已經(jīng)或多或少地發(fā)生了銹蝕，從而給混凝土結(jié)構(gòu) 留下隱患，因此如何保護(hù)露天存放的或者正在建設(shè)中使用的鋼筋免于銹蝕也是當(dāng)前一個(gè)不 容忽視的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有帶銹防銹功能的鋼筋涂層及其制備 方法，獲得的產(chǎn)品不僅具有長期有效地保護(hù)和抑制鋼筋銹蝕的作用，而且對(duì)初步銹蝕或損 傷的鋼筋起到良好的修復(fù)與防護(hù)效果，形成的水泥基涂層不僅具有高分子材料特有的彈性 和韌性，使得涂層不容易損壞，而且具有水泥基材料固有的高耐久性和可再粘結(jié)性，完全克 服了傳統(tǒng)的采用環(huán)氧樹脂涂覆鋼筋脆性易開裂等缺點(diǎn)，大大提高了使鋼筋銹蝕的氯離子閾 值濃度，有效延長了惡劣環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0007] -種鋼材阻銹與防護(hù)的涂層，由復(fù)合銹轉(zhuǎn)化劑、熱塑性或熱固性樹脂、水泥、復(fù)合 表面活性劑、超細(xì)纖維及水組分復(fù)合而成，其中以質(zhì)量計(jì)，復(fù)合銹轉(zhuǎn)化劑：熱塑性或熱固性 樹脂：水泥：復(fù)合表面活性劑：超細(xì)纖維=〇. 5~15 : 10~30 : 20~65 : 0~4 : 0~ 5〇
[0008] 其中，復(fù)合銹轉(zhuǎn)化劑的主要成分主要由二價(jià)或三價(jià)金屬氧化物、磷酸鹽類物質(zhì)、活 性填料、堿性氫氧化物按照質(zhì)量比為2 : 8 : 8 : 1復(fù)配構(gòu)成，復(fù)合銹轉(zhuǎn)化劑能與在銹蝕的 鋼筋表面形成穩(wěn)定的磷化膜、絡(luò)合物沉淀膜。其中二價(jià)或三價(jià)金屬氧化物為氧化鋅、氧化 鋇、氧化鋁、氧化鐵的一種或多種；磷酸鹽類物質(zhì)為二水合磷酸鋅、四水合磷酸鋅的一種或 兩種；活性填料為鐵紅或鋅黃；堿性氫氧化物為氫氧化鋁、氫氧化鋅的一種或兩種。
[0009] 所述的表面活性劑為含巰基的吉米奇季銨鹽陽離子表面活性劑，其由含巰基的具 有多個(gè)活性吸附中心的物質(zhì)如巰基乙酸鈉鹽、2-硫醇基苯并噻唑鈉鹽與烷基二甲基叔胺為 原料按化學(xué)反應(yīng)的摩爾比反應(yīng)制得；這類物質(zhì)不僅其中的巰基可取代鋼材表面的氯離子從 而對(duì)銹蝕鋼筋產(chǎn)生修復(fù)作用，而且季銨鹽基于電荷吸附也對(duì)鋼筋產(chǎn)生修復(fù)效果，同時(shí)顯著 降低水溶液的表面張力，有效改善纖維的分散性及被涂覆表面的潤濕性。
[0010] 所述樹脂為聚丙烯酸樹脂、聚酰胺樹脂、萜烯樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹 月旨、有機(jī)硅樹脂、氟碳樹脂及其組合，能賦予水泥基材料韌性和防水密封功能。
[0011] 所述超細(xì)纖維為聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、聚酯纖維、碳纖維、礦物纖維或植物纖 維，所述超細(xì)纖維直徑在10~500nm之間。
[0012] 所述樹脂中還可添加適量的各種助劑，如流平劑、觸變劑、抗氧劑，以及適量的二 氧化鈦、滑石粉、輕鈣粉以進(jìn)一步提高膜層的耐久性能。
[0013] 該鋼材阻銹與防護(hù)的涂層，有極好的滲透性、潤濕性、流平性和流變性，且具有良 好的附著力、平滑性和耐久性，可采用刷涂、滾涂、噴涂施工工藝。
[0014] 本申請(qǐng)還公開一種鋼材阻銹與防護(hù)的涂層的制備方法，包括以下步驟：
[0015] (1)將0. 5~15質(zhì)量份的復(fù)合銹轉(zhuǎn)化劑、10~30質(zhì)量份的熱塑性或熱固性樹脂 以及適量的水形成的混合物分別按照傳統(tǒng)技術(shù)制成水乳液或水溶液再按比例復(fù)合制成，也 可將各組分按照比例一步合成微乳液，制備的微乳液可以根據(jù)實(shí)際需要連續(xù)地從W/0型結(jié) 構(gòu)向0/W型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，形成的此混合物稱為膠液；
[0016] (2)將0~5質(zhì)量份的纖維和0~4質(zhì)量份的表面活性劑、適量水混合形成均勻的 纖維分散液；
[0017] (3)將⑵中制備的纖維分散液加入到⑴制備的膠液中，攪拌混合形成均勻的纖 維膠液分散體；
[0018] (4)將40~60質(zhì)量份的水泥、適量的水加入到（3)制備的纖維膠液分散體中，用 攪拌器攪拌混和得到的均勻的水泥基涂料；
[0019] (5)將上述制備的均勻的水泥基涂料，采用刷涂、滾涂、噴涂等施工工藝涂覆到需 要保護(hù)的鋼材或者結(jié)構(gòu)混凝土表面，涂覆前要求基面干燥、平整、牢固、干凈無浮土，一般涂 覆分2層，即底層和面層，兩層之間的時(shí)間間隔以前一層涂膜干固不粘為準(zhǔn)，形成厚度約 0? 5~1謹(jǐn)左右的涂層。
[0020] 其中，復(fù)合銹轉(zhuǎn)化劑的主要成分主要由二價(jià)或三價(jià)金屬氧化物、磷酸鹽類物質(zhì)、活 性填料、堿性氫氧化物按照質(zhì)量比為2 : 8 : 8 : 1復(fù)配構(gòu)成，該復(fù)合銹轉(zhuǎn)化劑能與在銹蝕 的鋼筋表面形成穩(wěn)定的磷化膜、絡(luò)合物沉淀膜。其中二價(jià)或三價(jià)金屬氧化物為氧化鋅、氧化 鋇、氧化鋁、氧化鐵的一種或多種；磷酸鹽類物質(zhì)為二水合磷酸鋅、四水合磷酸鋅的一種或 兩種；活性填料為括鐵紅或鋅黃；堿性氫氧化物為氫氧化鋁、氫氧化鋅的一種或兩種。
[0021] 所述的表面活性劑為含巰基的吉米奇季銨鹽陽離子表面活性劑，其由含巰基的具 有多個(gè)活性吸附中心的物質(zhì)如巰基乙酸鈉鹽、2-硫醇基苯并噻唑鈉鹽與烷基二甲基叔胺為 原料按化學(xué)反應(yīng)的摩爾比反應(yīng)制得；這類物質(zhì)不僅其中的巰基可取代鋼材表面的氯離子從 而對(duì)銹蝕鋼筋產(chǎn)生修復(fù)作用，而且季銨鹽基于電荷吸附也對(duì)鋼筋產(chǎn)生修復(fù)效果，同時(shí)顯著 降低水溶液的表面張力，有效改善纖維的分散性及被涂覆表面的潤濕性。
[0022] 所述樹脂為聚丙烯酸樹脂、聚酰胺樹脂、萜烯樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹 月旨、有機(jī)硅樹脂、氟碳樹脂及其組合，能賦予水泥基材料韌性和防水密封功能。
[0023] 所述超細(xì)纖維為聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、聚酯纖維、碳纖維、礦物纖維或植物纖 維，所述超細(xì)纖維直徑在10~500nm之間。
[0024] 所述樹脂中還可添加適量的各種助劑，如流平劑、觸變劑、抗氧劑，以及適量的二 氧化鈦、滑石粉、輕鈣粉以進(jìn)一步提高膜層的耐久性能。
[0025] 本發(fā)明的特點(diǎn)在于：漿體涂刷或噴涂到表面時(shí)有極好的潤濕性、流變性和附著力， 具有銹轉(zhuǎn)化功能的銹轉(zhuǎn)化銹劑能在銹蝕的鋼筋表面形成穩(wěn)定的磷化膜、絡(luò)合物沉淀膜，表 面活性劑通過物理吸附在鋼筋表面形成混合吸附膜層，水性樹脂復(fù)合水泥漿體在鋼筋表面 形成具有防水功能和柔韌性的表面覆蓋層，構(gòu)成了在鋼材表面形成高耐久性的致密膜層。 其中銹轉(zhuǎn)化劑與銹蝕鋼材的磷化及絡(luò)合沉淀作用、表面活性劑及聚合物膜的覆蓋作用以及 水泥水化產(chǎn)物高堿性的鈍化作用三者共同工作，對(duì)初步帶銹或損傷的鋼材不僅起到良好的 修復(fù)與防護(hù)效果，而且抑制了陰極和陽極反應(yīng)過程，大大降低了鋼材銹蝕速率，阻止了鋼材 銹蝕的發(fā)展，達(dá)到了帶銹鋼材修復(fù)與保護(hù)的雙重目的。該發(fā)明特別適用于長期暴露在外的 鋼材表面防護(hù)和嚴(yán)酷環(huán)境下高耐久性混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋的表面涂覆防護(hù)。
【附圖說明】
[0026] 圖1-1、1_2、1-3分別為對(duì)照組在3. 5%NaCl水溶液中浸泡過程電化學(xué)阻抗譜 (EIS)的Nyquist圖、Bode模圖及相角圖。
[0027] 圖2-1、2-2、2-3分別為實(shí)施例1在3. 5%NaCl水溶液中浸泡過程電化學(xué)阻抗譜 (EIS)的Nyquist圖、Bode模圖及相角圖。
[0028] 圖3-1、3-2、3-3分別為實(shí)施例2在3. 5%NaCl水溶液中浸泡過程