CN103787603A - 一种钢纤维的腐蚀防护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢纤维表面腐蚀防护方法，所述方法步骤为：首先对纤维表面进行清洗，以清除杂质，然后将钢纤维放入一定配比的磷酸锌处理溶液中，保持一定的溶液温度，浸泡一定时间，将浸泡后的钢纤维用蒸馏水冲洗，再进行烘干。本方法可以克服现有常规钢纤维表面防腐技术存在的不足，提供了一种既能够实现钢纤维表面腐蚀防护又便于操作和工业化处理的钢纤维表面腐蚀防护处理方法。

Description

一种钢纤维的腐蚀防护方法

技术领域

本发明涉及一种钢纤维的腐蚀防护方法。

背景技术

沿海及近海地区的混凝土结构的耐久性已成为国内外工程界关注的热点问题。许多研究和工程实践表明：海洋环境对混凝土中钢筋锈蚀造成的结构破坏相当严重。在沿海工程中，氯离子是最常见而又最危险的侵蚀介质，钢筋的锈蚀主要是氯离子的侵入而引发的。

钢纤维混凝土和钢筋混凝土有着相似的腐蚀机理，只是由于钢纤维的阻裂作用，钢纤维混凝土表面裂缝细密而分散，腐蚀介质侵入速度慢，钢纤维混凝土比钢筋混凝土耐腐蚀性高，但当钢纤维混凝土构件长期处于海水涨落区或裂缝超过一定宽度，仍会发生腐蚀。

在正常情况下，混凝土呈碱性，混凝土中含有大量可溶性的钙、钠、钾等碱金属及其氧化物，这些物质与混凝土微孔中的水溶液发生反应生成碱性很强的氢氧化物，从而为混凝土中的钢材营造了一个强碱性的环境。混凝土中钢如果能被长期保存在这种强碱性的环境中，钢表面形成一层分子和离子难以穿越的、致密的金属氢氧化物和金属氧化物晶格薄膜，简称为“钝化膜”。钢的锈蚀将会被阻止，混凝土中钢筋如果能被这层薄膜完好地覆盖，钢筋锈蚀就能被阻止，即“钝化膜”使混凝土中钢筋受到保护。由于受到“钝化膜”的保护，所以混凝土中钢材在正常情况下是不会发生锈蚀的。

但是海洋环境中存在大量Cl^-，因Cl^-的侵蚀，随着时间的推移，混凝土结构耐久性不断降低。干湿循环区的混凝土往往是整体结构中锈蚀最严重的部位。由于干湿循环的作用，氯离子在扩散和对流等多种复杂机制的耦合作用下以较快的速度向混凝土内部渗透，混凝土中钢材的锈蚀正是由于Cl^-的侵入而诱发的。氯离子腐蚀主要是破坏钢表面的钝化膜，在钢表面形成“腐蚀电池”，再加上Cl^-的去极化作用和Cl^-的导电作用从而引起了钢的锈蚀。钢材严重锈蚀后，会导致钢材自身强度降低，而且与混凝土的粘结力也降低。

目前美国、欧洲较多研究的是环氧树脂涂层钢，环氧树脂涂层钢在钢筋混凝土结构工程中得到广泛应用。它采用环氧粉末静电喷涂技术，将钢筋与周围混凝土隔开，环氧树脂具有很高的化学稳定性、耐腐蚀性和抗渗透性，能长期经受混凝土的高碱度环境，同时能阻止水、O₂、氯盐等腐蚀介质与钢筋接触。但是涂层会降低混凝土对钢筋的粘结力，需要适当增加焊接长度和锚固长度。对于钢纤维混凝土而言，钢纤维与混凝土界面的粘结强度是影响钢纤维混凝土性能的关键因素，而环氧树脂涂层会降低混凝土对钢纤维的握裹力，所以这种方法不太适合作为钢纤维混凝土的防腐处理措施。

镀锌法是在钢材表面镀一层锌保护膜，从而在一定程度上保护钢表面的方法。传统的镀锌法工艺相对较简单，镀锌钢纤维一直被作为一种耐腐蚀钢纤维。但是工程实践发现：在含氯混凝土中镀锌钢会呈点状腐蚀。镀锌钢材在水泥浆中，在锌和水化产物之间的反应会使镀锌层渐渐被破坏，腐蚀介质最终仍会侵蚀钢材。这种发生在涂层与水泥基界面层上的化学反应过程，会导致涂层附近的水化水泥中出现大量多孔微结构，从而破坏钢纤维与水泥基界面的粘结强度。

相比较而言，镀锌法是一种工程实用性强的化学法，易操作，镀锌层也能对钢材起到短期的保护作用。如果能在镀锌防腐技术的基础上进行改进，使锌的溶解和析出能够得到抑制，就可以长期有效地保护钢纤维免受腐蚀介质侵蚀。

有研究认为：对于混凝土中的钢材，是一种有效的腐蚀抑制剂，把磷酸盐作为一种钢材阻锈剂，磷酸盐能与铁发生复杂的磷化反应，生成难溶的磷化膜沉积在钢筋表面上，防止铁基体的锈蚀。但是掺入阻锈剂对混凝土的坍落度有一定影响，使用量难以把握，用量过多易使混凝土产生裂缝，过少则使未被覆盖的小范围阳极区产生快速的结点锈蚀，会与外加剂有不同程度的反应，影响使用效果。

发明内容

为了克服现有常规钢纤维表面防腐技术存在的不足，本发明提供了一种既能够实现钢纤维表面腐蚀防护又便于操作和工业化处理的钢纤维表面腐蚀防护方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种钢纤维表面腐蚀防护方法，所述方法步骤为：首先对纤维表面进行清洗，以清除杂质，然后将钢纤维放入一定配比的磷酸锌处理溶液中，保持一定的溶液温度，浸泡一定时间，将浸泡后的钢纤维用蒸馏水冲洗，再进行烘干。

作为本发明的优选技术方案，所述纤维表面进行清洗是采用常规有机溶剂清洗。

作为本发明的优选技术方案，所述磷酸锌处理溶液是由磷酸锌、85％浓度的磷酸溶液和蒸馏水组成。

作为本发明的优选技术方案，所述磷酸锌处理溶液的组成配比(重量百分比)为：磷酸锌：0.1-1.0％、85％浓度的磷酸溶液：0.1-2.0％，其余为蒸馏水。

作为本发明的优选技术方案，所述处理过程中的反应温度为：50-85℃。

作为本发明的优选技术方案，所述处理过程中的反应时间为：5-20分钟。

与现有技术相比，本发明具有以下显著特点：在钢纤维表面沉积一层稳定的磷酸锌保护层，可以同时发挥磷酸盐类钢材阻锈剂和镀锌法的各自的优点。在水泥浆中，磷酸锌涂层分解出的主要离子是

和Zn²⁺，活性的

会先和水泥骨料中的阳离子钙离子反应，生成不溶解的磷酸钙化合物，会对钢纤维起到保护作用。同时由于磷酸锌层较粗糙，提高了磷酸锌纤维-水泥基界面粘结力。

附图说明

图1是未处理的钢纤维浸泡在5％NaCl溶液24h后的纤维表面SEM图。

图2是磷酸锌溶液处理后的钢纤维浸泡在5％NaCl溶液24h后的纤维表面SEM图。

图3是分别浸泡原纤维与磷酸锌纤维的5％NaCl的吸光光度随时间的变化曲线图。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1：

首先对用丙酮对纤维表面进行清洗，以清除杂质，然后将钢纤维放入磷酸锌处理溶液中，处理液的配比为：磷酸锌：0.5％，85％浓度的磷酸溶液：1.5％，其余为蒸馏水。处理温度为50℃，处理时间15分钟。处理后的钢纤维用蒸馏水冲洗，再进行烘干。

实施例2：

首先对用丙酮对纤维表面进行清洗，以清除杂质，然后将钢纤维放入磷酸锌处理溶液中，处理液的配比为：磷酸锌：0.3％，85％浓度的磷酸溶液：1.0％，其余为蒸馏水。处理温度为80℃，处理时间25分钟。处理后的钢纤维用蒸馏水冲洗，再进行烘干。

把未处理的和经上述实施例中处理的两种钢纤维分别放入5％NaCl溶液中浸泡24h，浸泡温度保持在20℃，然后用高倍电镜(500Mag.)来观测纤维表面形貌，图1为浸泡在5％NaCl溶液24h后的纤维表面SEM图。从图2中可以看到经NaCl溶液浸泡一段时间后，纤维表面的磷酸锌层结构仍然非常致密，磷酸锌层的结构在NaCl溶液中几乎没有变化，说明磷酸锌层耐海水腐蚀能力较强。

从图3中的可看出，随着浸泡时间的延长，原纤维在5％NaCl中的吸光度明显变大，说明溶液变得越来越浑浊，溶液中的锈蚀物增加较明显，锈蚀程度随浸泡时间的延长而加剧，见图3中的曲线a。而磷酸锌处理后的钢纤维在5％NaCl中浸泡一段时间，溶液始终较清澈，浑浊度随浸泡时间变化不大，溶液中基本无腐蚀物产生，见图3中的曲线b。可以初步说明处理后的磷酸锌纤维的耐海水腐蚀能力较强，远远高于未处理的钢纤维的。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种钢纤维表面腐蚀防护方法，其特征在于，所述方法步骤为：首先对纤维表面进行清洗，以清除杂质，然后将钢纤维放入一定配比的磷酸锌处理溶液中，保持一定的溶液温度，浸泡一定时间，将浸泡后的钢纤维用蒸馏水冲洗，再进行烘干。

2.根据权利要求1所述的一种钢纤维表面腐蚀防护方法，其特征在于，所述纤维表面进行清洗是采用常规有机溶剂清洗。

3.根据权利要求1所述的一种钢纤维表面腐蚀防护方法，其特征在于，所述磷酸锌处理溶液是由磷酸锌、85％浓度的磷酸溶液和蒸馏水组成。

4.根据权利要求3所述的一种钢纤维表面腐蚀防护方法，其特征在于，所述磷酸锌处理溶液的组成配比(重量百分比)为：磷酸锌：0.1-1.0％；85％浓度的磷酸溶液：0.1-2.0％；其余为蒸馏水。

5.根据权利要求3所述的一种钢纤维表面腐蚀防护方法，其特征在于，所述处理过程中的反应温度为：50-85℃。

6.根据权利要求3所述的一种钢纤维表面腐蚀防护方法，其特征在于，所述处理过程中的反应时间为：5-20分钟。

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