CN105131659B - 钢筋防腐涂料及其涂覆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢筋防腐涂料，其原料包括以下组分：玻璃粉末31‑43份、粘土1.3‑4.1份、硼砂23‑35份、乳浊剂2.7‑7.4份、密着剂1.3‑3.5份、电解质0.2‑2.4份，其中玻璃粉末过300‑500目筛。还公开了一种钢筋防腐涂料的涂覆方法，包括以下步骤：1)干混;2)湿混；3）预处理；4）涂覆；5）烘烤；6）烧结；7)常温冷却。本发明强度高、致密性能好、防腐性能好、与混凝土粘接力强，同时保持了钢筋自身的力学性能。

Description

钢筋防腐涂料及其涂覆方法

技术领域

本发明属于用于混凝土结构的金属材料领域，尤其是涉及一种钢筋防腐涂料及其涂覆方法。

背景技术

进入21世纪，我国已经迈入了沿海经济大发展的时代，可以预见未来一段时期内将有大批海港码头、跨海桥梁、隧道、海上采油平台等使用钢筋混凝土结构。混凝土结构中钢筋被锈蚀成为影响钢筋混凝土耐久性的一项主要因素。因此，利用新材料、新技术解决钢筋腐蚀问题是当前土木工程领域科技工作者面临的最紧迫的任务之一。

随着钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀和防护机理研究的不断深入，钢筋覆膜技术得到了迅速发展。目前按涂层材料可以将钢筋覆膜技术分为三种：（1）金属材料。如不锈钢热喷涂涂层钢筋、镀锌钢筋等；（2）有机材料。如环氧树脂涂层钢筋；（3）无机材料。如磷酸盐涂层钢筋、瓷釉涂层钢筋等。

从工程应用情况分析，采用金属材料对钢筋进行涂层，成本较高，通常达到普通钢筋价格的2-5倍，因此不能大批量的应用于腐蚀严重的沿海大型工程中。

采用环氧树脂涂覆钢筋，普遍采用静电喷涂方法，将环氧树脂粉末喷涂在带肋钢筋和光圆钢筋的表面，使其形成一种具有外包层的钢筋。如中国专利号CN201593271公开了《一种环氧树脂涂层钢筋》，在钢筋表面涂覆有环氧树脂涂层，其有效地解决了钢筋结构容易被腐蚀的问题，可以提高建筑物的使用寿命。虽然环氧树脂涂层钢筋有很好的耐蚀性，但与混凝土的粘结强度明显降低，而且环氧树脂涂层暴露在空气中容易被氧化，其防腐性能大受影响。

中国专利CN103074960公开了《一种双层环氧树脂涂层钢筋及其制备方法》，其包括基层钢筋，基层钢筋外涂有涂层，内涂层外涂覆有外涂层。外涂层更具有耐磨抗腐蚀性能，能满足在各种恶劣环境下的建设工程的需要。但仍存在以下问题：1、其外层的环氧树脂与混凝土之间粘结力依然薄弱；2、为保证双涂层界面的粘结，需要精密的技术设备支持；3、双涂层使成本翻倍，经济性不佳。

中国专利CN104404502公开了《一种磷酸盐基钢筋防腐涂层》，该专利涉及一种用于海洋钢筋混凝土中钢筋的腐蚀涂层材料，该防腐涂层与钢筋表面的结合性能好，结构致密，固化后强度高。但其本质属于粘结剂，可用于混凝土的破损修复，但存在磷酸盐粘结剂在受拉状态，容易开裂的问题。

综上所述，现有的钢筋防腐涂层技术已不能适应高腐蚀环境中的混凝土结构中的钢筋防腐，因此寻找一种低成本、耐久性更好、防腐性能更佳的防腐涂层极其涂覆方法成为一种急需。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种成本低、防腐性能好、能保持钢筋自身力学性能的钢筋防腐涂料及其喷涂方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钢筋防腐涂料，其原料包括以下组分：玻璃粉末31-43份、粘土1.3-4.1份、硼砂23-35份、乳浊剂2.7-7.4份、密着剂1.3-3.5份、电解质0.2-2.4份，其中玻璃粉末过300-500目筛。粘土本身是一种耐火材料，不易熔化，但是在粉料体系中少量添加，可以使得原本上下分层的水和粉料混合成浆料，抑制了粉料与水的分层现象。

进一步的，所述硼砂和玻璃粉末的重量比为(0.6-0.8):1。硼砂既是瓷釉致密结构的重要构成物质，又在瓷釉烧结过程中，起到降低烧结温度，改善烧结性能的作用。硼砂先于玻璃粉末熔化，并粘结在玻璃粉末周围，与玻璃粉末发生复杂化学反应，加速玻璃粉末向瓷釉转化。相对玻璃粉，硼砂用量过少，涂层烧结温度过高，经济型不佳；硼砂与玻璃粉硼砂用量过多，过量的硼砂无法与玻璃粉结合，反而会阻碍玻璃粉-硼砂主体结构的形成，最终影响涂层结构的强度。

进一步的，所述乳浊剂为氟石、二氧化锆、二氧化钛、氧化锡、氧化钡中的一种或几种。

进一步的，所述密着剂为氧化亚钴、一氧化镍、三氧化钼、三氧化二锑、氧化铝、二氧化锰中的一种或几种。

进一步的，所述电解质为碳酸钠、木质素磺酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、硅酸钠、磷酸二氢钠、亚硝酸钠、硝酸钡中的一种或几种。电解质溶于水，能电离出离子，离子是亲水性的，又能吸附在氧化镍等氧化物的周围，从而起到帮助氧化物在浆料中分散的作用。合理选择电解质的种类以及含量能更好的帮助浆料混合均匀，提高浆料烧结后涂层的性能。

本发明还公开了一种钢筋防腐涂料的涂覆方法，包括如下步骤：

1）干混：将按组分比例称量的玻璃粉末与粘土、硼砂、乳浊剂、密着剂、电解质倒入容器中，拌合均匀，置于混料机中充分搅拌得到混合物A；

2）湿混：在混合物A中加入水，混合物A与水的质量比为（2-5）：1，置于混料机中充分混合得到浆状涂料B，备用；

3）预处理：对钢筋表面进行除锈处理，清洗干净后烘干；

4）涂覆：将步骤3）中得到的钢筋浸入步骤2）中得到的混合物B料液中，钢筋被旋转的同时从涂料B中抽出；

5）烘烤：将步骤4）中被均匀涂覆的钢筋置于90-130℃下，烘烤20-40分钟；

6）烧结：将步骤5）中得到的烧结有涂料B的钢筋置于电炉中以3-10℃/分钟的速度升温至500-580℃，烧结10分钟;

7）常温冷却，即得。

严格控制烘干温度：过高的烘干温度会使得涂层中的水快速蒸发，造成涂层内部膨胀，影响烧结后涂层的致密性。过低的烘干温度，大大增加了烘干时间，消耗过多能源。

本发明以玻璃粉、硼砂为主要原料，并掺入少量的其它化学成份，经过优化合理配比，低温熔化后覆在钢筋表面，使其形成一层具有三维结构的致密保护层。对处于海水浪溅区的混凝土结构物，使用经过烧结的涂层钢筋，相对于有机环氧涂层在耐久性方面将更胜一筹；致密的烧结涂层相对于普通金属（镀锌等）材质涂层，其不会随时间变化而被海水中的离子分解消耗，即能更长久保护建筑物中的钢筋。本发明充分应用了玻璃粉末的高强度、高致密性和耐腐蚀，在不显著降低钢材性能的前提下赋予钢筋表面一层致密的保护膜，从而显著提高钢筋的耐腐蚀性能。

本发明具有的优点和积极效果是（1）突出的抗腐蚀能力。由低温涂料烧制的钢筋防腐涂层能够大幅度提升钢筋的耐腐蚀能力，达到普通钢筋耐腐蚀能力的2-3倍；（2）与混凝土粘结能力突出。达到普通钢筋混凝土粘结强度2-5倍；（3）材料自身耐久性强。低温涂料是无机材料，自身具有较强的耐久性，可以长久、有效地发挥作用。

综上所述，本发明的有益效果是，强度高、致密性能好、防腐性能好，同时可保持钢筋自身的力学性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明涂覆在钢筋上的防腐涂层的外表层在扫描电镜下的结构形态图。

图2为本发明的涂覆在钢筋上的防腐涂层纵深向在扫描电镜下的结构形态图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

预处理：取一段HRB335、HRB400或HPB300级钢筋，用磨砂纸除锈之后再用5%的稀硫酸冲洗表面除锈，然后用清水冲洗干净，烘干备用。

制取涂料：将玻璃粉末过300目筛，取42份过筛后的玻璃粉末和3.9份粘土、23.2份硼砂、3.2份二氧化锆、0.7份氧化亚钴、0.8份一氧化镍、3.5份氟石、0.4份碳酸钠，加入混料罐中用搅拌棒拌合30秒，再将混料罐置于混料机中进行干混3-5分钟，充分混合得到混合物A。干混完毕后在混合物A中加入22.3份水，其中混合物A与水的质量比为2.5:1，将其搅拌直到呈浆状，置入混料机中进行湿混5-7分钟，充分混合得到涂料B，取出涂料B置于容器中静置10分钟，观察到涂料B无分层、表层无水层即可。将涂料B倒入储蓄罐中备用。

电解质和水量会影响涂料B的粘稠度，选择碳酸钠作为电解质，且碳酸钠用量为混合物A总重量的0. 5%，混合物A与水的质量比为3.5:1时，涂料B的粘稠度适中，钢筋从涂料B中抽出时，涂层自然均匀地涂覆，钢筋放入烘箱时，涂料B没有肉眼的滑动和滴落。

涂覆：用铁夹夹住预处理过的钢筋，把钢筋浸入涂料B中，缓慢旋转钢筋的同时把钢筋从涂料B中抽出，涂料B均匀涂覆于钢筋表面。

烘烤：在烘箱中放置两块耐火垫块，把从涂料B中抽出的钢筋架立于两块耐火垫块上，在90℃下烘烤40分钟。

烧结：将从烘箱中取出的干燥钢筋放入电炉中以5℃/分钟的速度升温，直到温度达到550℃，保温烧结10分钟，自然冷却至室温，即得到涂覆有防腐涂料的钢筋。

实施例2

预处理：取一段HRB335、HRB400或HPB300级钢筋，用磨砂纸除锈之后再用5%的稀硫酸冲洗表面除锈，然后用清水冲洗干净，烘干备用。

制取涂料：将玻璃粉末过300目筛，取38.8份过筛后的玻璃粉末和3.9份粘土、26.4份硼砂、3.1份二氧化锆、0.7份氧化亚钴、0.8份一氧化镍、2.2份氟石、1.3份氧化钡、0.3份木质素磺酸钠，加入混料罐中用搅拌棒拌合30秒，再将混料罐置于混料机中进行干混3-5分钟，充分混合得到混合物A。干混完毕后在混合物A中加入22.5份水，其中混合物A与水的质量比为2.5:1，将其搅拌直到呈浆状，置入混料机中进行湿混5-7分钟，充分混合得到涂料B，取出涂料B置于容器中静置10分钟，观察到涂料B无分层、表层无水层即可。将涂料B倒入储蓄罐中备用。

涂覆：用铁夹夹住预处理过的钢筋，把钢筋浸入涂料B中，缓慢旋转钢筋的同时把钢筋从涂料B中抽出，涂料B均匀涂覆于钢筋表面。

烘烤：在烘箱中放置两块耐火垫块，把从涂料B中抽出的钢筋架立于两块耐火垫块上，在100℃下烘烤30分钟。

烧结：将从烘箱中取出的干燥钢筋放入电炉中以5℃/分钟的速度升温，直到温度达到550℃，保温烧结10分钟，自然冷却至室温，即得到涂覆有防腐涂料的钢筋。

实施例3

预处理：取一段HRB335、HRB400或HPB300级钢筋，用磨砂纸除锈之后再用5%的稀硫酸冲洗表面除锈，然后用清水冲洗干净，烘干备用。

制取涂料：将玻璃粉末过300目筛，取43份过筛后的玻璃粉末和3.8份粘土、23.3份硼砂、2.3份二氧化锆、2.4份氧化锡、0.7份氧化亚钴、0.8份一氧化镍、0.8份三氧化二锑、1.1份三氧化钼、0.3份三聚磷酸钠，加入混料罐中用搅拌棒拌合30秒，再将混料罐置于混料机中进行干混3-5分钟，充分混合得到混合物A。干混完毕后在混合物A中加入21.5份水，其中混合物A与水的质量比为3:1，将其搅拌直到呈浆状，置入混料机中进行湿混5-7分钟，充分混合得到涂料B，取出涂料B置于容器中静置10分钟，观察到涂料B无分层、表层无水层即可。将涂料B倒入储蓄罐中备用。

涂覆：用铁夹夹住预处理过的钢筋，把钢筋浸入涂料B中，缓慢旋转钢筋的同时把钢筋从涂料B中抽出，涂料B均匀涂覆于钢筋表面。

烘烤：在烘箱中放置两块耐火垫块，把从涂料B中抽出的钢筋架立于两块耐火垫块上，在130℃下烘烤30分钟。

烧结：将从烘箱中取出的干燥钢筋放入电炉中以7.5℃/分钟的速度升温，直到温度达到540℃，保温烧结10分钟，自然冷却至室温，即得到涂覆有防腐涂料的钢筋。

实施例4

预处理：取一段HRB335、HRB400或HPB300级钢筋，用磨砂纸除锈之后再用5%的稀硫酸冲洗表面除锈，然后用清水冲洗干净，烘干备用。

制取涂料：将玻璃粉末过325目筛，取35份过筛后的玻璃粉末和3.8份粘土、30份硼砂、2.0份氟石、1.8份二氧化锆、1.5份氧化锡、0.7份氧化亚钴、0.8份一氧化镍、0.5份二氧化锰、0.3份硝酸钡，加入混料罐中用搅拌棒拌合30秒，再将混料罐置于混料机中进行干混3-5分钟，充分混合得到混合物A。干混完毕后在混合物A中加入23.6份水，其中混合物A与水的质量比为3:1，将其搅拌直到呈浆状，置入混料机中进行湿混5-7分钟，充分混合得到涂料B，取出涂料B置于容器中静置10分钟，观察到涂料B无分层、表层无水层即可。将涂料B倒入储蓄罐中备用。

涂覆：用铁夹夹住预处理过的钢筋，把钢筋浸入涂料B中，缓慢旋转钢筋的同时把钢筋从涂料B中抽出，涂料B均匀涂覆于钢筋表面。

烘烤：在烘箱中放置两块耐火垫块，把从涂料B中抽出的钢筋架立于两块耐火垫块上，在130℃下烘烤30分钟。

烧结：将从烘箱中取出的干燥钢筋放入电炉中以7.5℃/分钟的速度升温，直到温度达到560℃，保温烧结10分钟，自然冷却至室温，即得到涂覆有防腐涂料的钢筋。

实施例5

预处理：取一段HRB335、HRB400或HPB300级钢筋，用磨砂纸除锈之后再用5%的稀硫酸冲洗表面除锈，然后用清水冲洗干净，烘干备用。

制取涂料：将玻璃粉末过325目筛，取35份过筛后的玻璃粉末和2.4份粘土、31份硼砂、3.1份氟石、1.1份氧化钡、1.2份二氧化锆、0.5份二氧化锰、0.7份氧化亚钴、0.6份一氧化镍、1.4份磷酸二氢钠、0.3份碳酸钠，加入混料罐中用搅拌棒拌合30秒，再将混料罐置于混料机中进行干混3-5分钟，充分混合得到混合物A。干混完毕后在混合物A中加入22.7份水，其中混合物A与水的质量比为3:1，将其搅拌直到呈浆状，置入混料机中进行湿混5-7分钟，充分混合得到涂料B，取出涂料B置于容器中静置10分钟，观察到涂料B无分层、表层无水层即可。将涂料B倒入储蓄罐中备用。

涂覆：用铁夹夹住预处理过的钢筋，把钢筋浸入涂料B中，缓慢旋转钢筋的同时把钢筋从涂料B中抽出，涂料B均匀涂覆于钢筋表面。

烘烤：在烘箱中放置两块耐火垫块，把从涂料B中抽出的钢筋架立于两块耐火垫块上，在120℃下烘烤40分钟。

烧结：将从烘箱中取出的干燥钢筋放入电炉中以7.5℃/分钟的速度升温，直到温度达到570℃，保温烧结10分钟，自然冷却至室温，即得到涂覆有防腐涂料的钢筋。

为了验证本发明的钢筋防腐涂料和涂覆方法的效果，进行了试验。

1）分别取五组，每组四根光圆钢筋和带肋钢筋均匀涂覆本发明的防腐涂料，将其置于5%的氯化钠溶液中,通电后进行加速腐蚀试验。

表1 钢筋加速腐蚀试验

从表1可得，将本发明的防腐涂料低温涂覆于光圆钢筋和带肋钢筋的表面，再将钢筋置于5%的氯化钠溶液，钢筋保持不被腐蚀的时间是无涂层钢筋的2-3倍，因此本发明的钢筋防腐涂料能有效延缓钢筋在水中的腐蚀。

2）分别将光面钢筋、带肋钢筋和涂覆有本发明防腐涂料的光面钢筋浇筑在混凝土中，养护之后进行拔出试验测试钢筋和混凝土的粘结效果。

表2 拔出试验

粘结强度（MPa）	养护7天	养护28天	养护60天	养护97天
					光面钢筋	0.9	1.2	1.6	1.4
带肋钢筋	3.2	3.3	3.1	3.1
					防腐涂层-光面钢筋	5.1	5.5	5.6	5.6

从表2可得，涂覆有本发明的防腐涂料的钢筋与混凝土之间的粘结强度明显增加，甚至大于带肋钢筋与混凝土的粘结强度。

而且从图1中可以看出，各种粉料烧结后留下凹凸不平的表面，粗糙的外表面有利于涂层在混凝土中的粘结。从图2中可以看出，图片左侧为涂层外表层，右侧为靠近钢筋的内层，涂层中的小孔是粉料内部正常化学反应后留下的，并且各个孔洞彼此隔离。细小的不通孔大致均匀分布，可以延缓涂层随钢筋变形时的开裂，增强了涂层的延性。

3）本发明的钢筋在涂覆防腐材料后的力学性能

本发明涉及到对钢筋的高温处理（500-580℃），众所周知钢筋在高温处理后强度会发生变化，表3显示钢筋在受到过200℃, 400℃,600℃,800℃热处理后的强度和表观形态变化。

表3 钢筋高温处理后的力学性能

	屈服强度	极限强度	冷弯性能	表面形态
					200℃	与常温相比增加4MPa	与常温相比增加8MPa	无锈皮脱落，性能良好	表面呈暗红色
400℃	与200℃对比基本相同	与200℃对比增加不大	局部锈皮脱落	表面呈浅红色
					600℃	与常温相比下降8.6%	与常温相比差别不大	局部锈皮脱落	表面略呈红褐色
800℃	与常温相比下降18.6%	与常温相比下降9%	锈皮脱落严重	表面呈红褐色

从表3可得，当钢筋受到高温处理时，特别是温度超过600℃时，钢筋的屈服强度明显下降，当超过800℃时其极限强度下降较大，冷弯性能也较差，外部形态发生较大变化。本发明的烧结温度在600℃以下，其力学性能不会发生较大改变，保证了钢筋原有的性能。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种钢筋防腐涂料，其特征在于：其原料包括以下组分：玻璃粉末31-43份、粘土1.3-4.1份、硼砂23-35份、乳浊剂2.7-7.4份、密着剂1.3-3.5份、电解质0.2-2.4份，其中玻璃粉末过300-500目筛；所述乳浊剂为氟石、二氧化锆、二氧化钛、氧化锡、氧化钡中的一种或几种；所述密着剂为氧化亚钴、一氧化镍、三氧化钼、三氧化二锑、氧化铝、二氧化锰中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的钢筋防腐涂料，其特征在于：所述硼砂与玻璃粉末的重量比为(0.6-0.8):1。

3.根据权利要求1或2所述的钢筋防腐涂料，其特征在于：所述电解质为碳酸钠、木质素磺酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、硅酸钠、磷酸二氢钠、亚硝酸钠、硝酸钡中的一种或几种。

4.一种如权利要求1-3任一项所述钢筋防腐涂料的涂覆方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)干混：将按组分比例称量的玻璃粉末与粘土、硼砂、乳浊剂、密着剂、电解质倒入容器中，拌合均匀，置于混料机中充分搅拌得到混合物A；

2)湿混：在混合物A中加入水，混合物A与水的质量比为(2-5)：1，置于混料机中充分混合得到浆状涂料B，备用；

3)预处理：对钢筋表面进行除锈处理，清洗干净后烘干；

4)涂覆：将步骤3)中得到的钢筋浸入步骤2)中得到的混合物B料液中，钢筋被旋转的同时从涂料B中抽出；

5)烘烤：将步骤4)中被均匀涂覆的钢筋置于90-130℃下，烘烤20-40分钟；

6)烧结：将步骤5)中得到的涂料B干燥后的钢筋置于电炉中以3-10℃/分钟的速度升温至500-580℃，烧结10分钟；

7)常温冷却，即得。