CN107673666A - 一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层及其制备方法 - Google Patents

一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层及其制备方法。该碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层由矿渣、粉煤灰、钠水玻璃和水为物料混合而成，其中钠水玻璃作为碱激发剂，且按重量份数计，粉煤灰50‑80份，矿渣20‑50份，钠水玻璃4‑6份，水30‑50份。本发明的碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层的终凝时间为45 min‑60 min，流动度为250 mm‑280 mm。本发明的碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层能有效提高涂层钢筋与混凝土的粘结力和钢筋的耐腐蚀性。

Description

一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢筋表面防腐涂层领域，具体涉及一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层及其制备方法。
技术背景
随着我国“一带一路”和海洋资源大开发等政策的推进，服役于海洋严酷环境下的钢筋混凝土构筑物日益增多。海水中含有高浓度氯离子，会对钢筋产生严重的腐蚀破坏。钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素，会引发混凝土开裂、剥离、脱落，甚至造成结构的承载能力丧失，造成巨大危害。
钢筋表面涂层是钢筋混凝土腐蚀防护的重要技术之一。近十几年来，钢筋表面涂层在钢筋防腐领域得到迅速的发展和应用。目前应用较多的有环氧树脂涂层、镀锌涂层、水性无机富锌涂层。但在应用中，以上涂层均存在一定问题。环氧树脂涂层会引起钢筋与混凝土的粘结力下降；此外，环氧树脂涂层硬度较低，容易损坏，可能会引发更严重的点蚀问题。热镀锌涂层由于锌的消耗，无法对钢筋腐蚀提供长期的防护作用，且生产成本较高。水性无机富锌涂层孔隙率较高，由于锌的消耗还存在点蚀问题。
性能优良的钢筋表面防腐涂层必须具有以下特点：（1）涂层致密度度较高，能够有效降低侵蚀性介质在涂层内部的传输速度，延缓侵蚀性介质与钢筋直接接触；（2）涂层与钢筋充分润湿，涂层能够均匀涂覆在钢筋表面，且表面平整能够减少因不平整而带来的点蚀问题；（3）涂层与混凝土、钢筋的粘结力高，降低涂层与钢筋界面对涂层的防护效果的不利影响。
碱激发材料具有致密度高、耐酸碱腐蚀性能好、抗氯离子腐蚀性能强以及抗渗透抗冻性能良好等特点；同时，碱激发矿渣/粉煤灰属于无机胶凝材料，因此与混凝土相容性好，与钢筋的粘结强度高，能够很好地改善以上钢筋表面涂层应用中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层，能有效提高涂层钢筋与混凝土的粘结力和钢筋的耐腐蚀性。
本发明的另一目的还在于提供所述的一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层，由矿渣、粉煤灰、钠水玻璃和水为物料混合而成，其中钠水玻璃作为碱激发剂。
一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层，按重量份数计，包括如下组分：
粉煤灰50-80份，矿渣20-50份，钠水玻璃4-6份，水30-50份。
进一步地，所述矿渣和粉煤灰均为建筑行业常用矿渣和粉煤灰。
进一步地，所述粉煤灰中，CaO的含量为8-15wt%，Si2O的含量为40-60wt%，Al2O3的含量为20-35wt%。
进一步地，所述矿渣中，CaO的含量为30-50wt%，Si2O的含量为30-40wt%，Al2O3的含量为10-20wt%。
进一步地，所述钠水玻璃的水玻璃模数为1.0-2.0。
所述钠水玻璃为采用固体氢氧化钠加入到初始模数为2.0-3.8的水玻璃中，调节水玻璃的模数至1.0-2.0得到；其中，所述水玻璃为市售液态水玻璃，固含量35%-45%。
进一步地，所述碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层的终凝时间为45-60min，流动度为250-280mm。
制备所述的一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层的方法，包括如下步骤：
按所述重量份，将粉煤灰、矿渣、钠水玻璃以及水依次加入搅拌机中，充分搅拌均匀，得到所述碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层。
进一步地，所述搅拌从加水开始计时，搅拌3-5min。
本发明的碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层在用于提高涂层钢筋与混凝土的粘结力和钢筋的耐腐蚀性过程中，在钢筋表面的涂抹厚度为150μm-350μm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
（1）本发明实现了包括矿渣和粉煤灰工业固体废弃物的高效利用，粉煤灰掺量超过50%，矿渣掺量超过20%，同时也为碱激发材料的综合应用提供了新思路；
（2）本发明的碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层能有效提高涂层钢筋与混凝土的粘结力和钢筋的耐腐蚀性，养护28天涂层钢筋与混凝土的握裹力为6 MPa-8 MPa；
（3）本发明的碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层的制备工艺简单、低能耗，且成本低。
附图说明
图1为实施例1中在模拟混凝土孔溶液中浸泡10天后涂覆不同涂层的钢筋的腐蚀电流密度结果柱状图；
图2为实施例1中28天龄期时涂覆不同涂层的钢筋与混凝土的握裹力结果柱状图；
图3为实施例2中在模拟混凝土孔溶液中浸泡10天后涂覆不同涂层的钢筋的腐蚀电流密度结果柱状图；
图4为实施例2中28天龄期时涂覆不同涂层的钢筋与混凝土的握裹力结果柱状图。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明技术方案作进一步详细的说明，但本发明的保护范围不限于此。
以下实施例中所涉及到的原料或试剂，如无特别说明，均为市售；所涉及各组分的配合方式均为均匀混合。
本发明具体实施例中，钠水玻璃为采用固体氢氧化钠加入到初始模数为2.0-3.8的水玻璃中，调节水玻璃的模数至1.0-2.0得到；其中，所述水玻璃为市售液态水玻璃，固含量35%-45%。
实施例1
一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层，按重量份计，包括如下组分：粉煤灰70份，矿渣30份，钠水玻璃6份，水35份；
其中，钠水玻璃的水玻璃模数为1.5，Na2O含量为6%；钠水玻璃为采用固体氢氧化钠加入到初始模数为2.36的水玻璃（固含量为40.5%）中，持续搅拌直到完全溶解，调节水玻璃的模数至1.5，静置24 h待用；
粉煤灰中，CaO的含量为9.45wt%，SiO2的含量为49.18 wt%，Al2O3的含量为28.49wt%；矿渣中，CaO的含量为40.78 wt%，SiO2的含量为35.67wt%，Al2O3的含量为15.36 wt%。
制备所述的碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层，包括如下步骤：
按所述重量份，将粉煤灰、矿渣、钠水玻璃以及水依次加入搅拌机中，从加水开始计时，充分搅拌4min，搅拌均匀，得到所述碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层。
制备的碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层的终凝时间为56min，流动度为270mm。
钢筋表面防腐测试
采用直径为8 mm的建筑光面钢筋，使用前用水磨砂纸打磨，除去表面氧化层；然后将制备的碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层用刷涂的方式涂于钢筋表面，厚度为200μm-300μm；再将涂层钢筋置于温度20±2℃、湿度95%以上的标准养护箱中养护24小时待用，采用动电位极化曲线对涂覆碱激发矿渣/粉煤灰涂层的钢筋在模拟混凝土孔溶液中的腐蚀行为进行表征，并与市售环氧树脂钢筋表面涂层进行比较。
在模拟混凝土孔溶液中浸泡10天后，依据动电位极化曲线计算的、涂覆不同涂层的钢筋的腐蚀电流密度结果柱状图如图1所示，从图1中可知，在模拟混凝土孔溶液中浸泡10天后，碱激发矿渣/粉煤灰涂层钢筋（AAFS-1.5-6）的腐蚀电流密度为0.187μA/cm2，油性环氧树脂防腐涂层钢筋（E-coating1，E1）的腐蚀电流密度为0.436μA/cm2，水性环氧树脂防腐涂层钢筋（E-coating2，E2）的腐蚀电流密度为0.532μA/cm2，无涂层钢筋（Reinforce，Ref）的腐蚀电流密度为2.36μA/cm2；由以上实验数据可知，碱激发矿渣/粉煤灰涂层对钢筋的防腐能力优于环氧树脂防腐涂层和无涂层钢筋。
涂层钢筋与混凝土的握裹力测试
将不同涂层的钢筋置于温度20±2 ℃、湿度95 %以上的标准养护箱中养护，28天龄期时涂覆不同涂层的钢筋与混凝土的握裹力如图2所示，从图2中可知，在28天龄期时，碱激发矿渣/粉煤灰涂层钢筋与混凝土的握裹力为7.6MPa，油性环氧树脂防腐涂层钢筋与混凝土的握裹力为6.9 MPa，水性环氧树脂防腐涂层钢筋与混凝土的握裹力为3.8 MPa，无涂层钢筋与混凝土的握裹力为8.1 MPa；由以上实验数据可知，碱激发矿渣/粉煤灰涂层能有效改善涂层钢筋与混凝土的界面粘结性能。
实施例2
一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层，按重量份计，包括如下组分：粉煤灰70份，矿渣30份，钠水玻璃4份，水35份；
其中，钠水玻璃的水玻璃模数为1.5，Na2O含量为4%；钠水玻璃为采用固体氢氧化钠加入到初始模数为2.36的水玻璃（固含量为40.5%）中，持续搅拌直到完全溶解，调节水玻璃的模数至1.5，静置24 h待用；
粉煤灰中，CaO的含量为9.45wt%，SiO2的含量为49.18wt%，Al2O3的含量为28.49wt%；矿渣中，CaO的含量为40.78wt%，SiO2的含量为35.67wt%，Al2O3的含量为15.28 wt%。
制备所述的碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层，包括如下步骤：
按所述重量份，将粉煤灰、矿渣、钠水玻璃以及水依次加入搅拌机中，从加水开始计时，充分搅拌4min，搅拌均匀，得到所述碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层。
制备的碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层的终凝时间为59min，流动度为268mm。
钢筋表面防腐测试
采用直径为8 mm的建筑光面钢筋，使用前用水磨砂纸打磨，除去表面氧化层；然后将制备的碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层用刷涂的方式涂于钢筋表面，厚度为200 μm-300 μm；再将涂层钢筋置于温度20±2 ℃、湿度95 %以上的标准养护箱中养护24小时待用。
采用动电位极化曲线对涂覆碱激发矿渣/粉煤灰涂层的钢筋在模拟混凝土孔溶液中的腐蚀行为进行表征，并与市售环氧树脂钢筋表面涂层进行比较。
在模拟混凝土孔溶液中浸泡10天后，依据动电位极化曲线计算的、涂覆不同涂层的钢筋的腐蚀电流密度结果柱状图如图3所示，从图3中可知，在模拟混凝土孔溶液中浸泡10天后，碱激发矿渣/粉煤灰涂层钢筋（AAFS-1.5-4）的腐蚀电流密度为0.127μA/cm2，油性环氧树脂防腐涂层钢筋（E-coating1，E1）的腐蚀电流密度为0.436μA/cm2，水性环氧树脂防腐涂层钢筋（E-coating2，E2）的腐蚀电流密度为0.532 μA/cm2，无涂层钢筋（Reinforce，Ref）的腐蚀电流密度为2.359 μA/cm2；由以上实验数据可知，碱激发矿渣/粉煤灰涂层对钢筋的防腐能力优于环氧树脂防腐涂层和无涂层钢筋。
涂层钢筋与混凝土的握裹力测试
将不同涂层的钢筋置于温度20±2 ℃、湿度95 %以上的标准养护箱中养护，28天龄期时涂覆不同涂层的钢筋与混凝土的握裹力如图4所示，从图4中可知，在28天龄期时，碱激发矿渣/粉煤灰涂层钢筋与混凝土的握裹力为7.3 MPa，油性环氧树脂防腐涂层钢筋与混凝土的握裹力为6.9 MPa，水性环氧树脂防腐涂层钢筋与混凝土的握裹力为3.8 MPa，无涂层钢筋与混凝土的握裹力为8.1 MPa；由以上实验数据可知，碱激发矿渣/粉煤灰涂层能有效改善涂层钢筋与混凝土的界面粘结性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层，其特征在于，按重量份数计，包括如下组分：
粉煤灰50-80份，矿渣20-50份，钠水玻璃4-6份，水30-50份。
2.根据权利要求1所述的一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层，其特征在于，所述矿渣和粉煤灰均为建筑行业常用矿渣和粉煤灰。
3.根据权利要求1所述的一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层，其特征在于，所述粉煤灰中，CaO的含量为8-15wt%，Si2O的含量为40-60wt%，Al2O3的含量为20-35wt%。
4.根据权利要求1所述的一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层，其特征在于，所述矿渣中，CaO的含量为30-50wt%，Si2O的含量为30-40wt%，Al2O3的含量为10-20wt%。
5.根据权利要求1所述的一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层，其特征在于，所述钠水玻璃的水玻璃模数为1.0-2.0。
6.根据权利要求1所述的一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层，其特征在于，终凝时间为45-60min，流动度为250-280mm。
7.制备权利要求1~6任一项所述的一种碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
按所述重量份，将粉煤灰、矿渣、钠水玻璃以及水依次加入搅拌机中，充分搅拌均匀，得到所述碱激发矿渣/粉煤灰钢筋表面防腐涂层。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌从加水开始计时，搅拌3-5min。
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