CN109358108A - 一种提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法 - Google Patents

一种提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，包括下述步骤：步骤1，将具有防腐性能的环氧沥青涂覆在钢筋外表面，制备改性环氧沥青涂层钢筋；步骤2，成型不同种类钢筋、阻锈剂、保护层厚度、混凝土强度等级的钢筋珊瑚混凝土构件，再将成型后的构件拆模、养护后进行海水暴露；步骤3，对钢筋珊瑚混凝土构件进行电化学测试，获得不同暴露时间的钢筋珊瑚混凝土构件中钢筋的交流阻抗谱图，评价不同防腐措施下钢筋珊瑚混凝土构件的防腐性能。本发明提供一种在珊瑚混凝土结构中采用改性环氧沥青涂层钢筋、混凝土保护层厚度至少为5.5 cm、混凝土强度等级为C50及以上、掺加氨基醇类阻锈剂的防腐方法，能显著提升珊瑚混凝土结构的耐蚀性能。

Description

一种提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法
技术领域
本发明属于混凝土耐久性技术领域，具体涉及一种提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法。
背景技术
海洋岛礁远离大陆，交通不便，且缺乏天然砂石和淡水资源，如从大陆船运不仅推高工程造价，而且工期也因风浪等限制难以保证。但是，岛礁上的珊瑚和海水资源丰富。珊瑚多孔、质轻，CaCO3含量高达96%以上，属于天然轻骨料。因此，为了降低造价和保证工期，在不破坏岛礁生态环境的前提下，就地取材，采用珊瑚、珊瑚砂、水泥、海水等为主要原材料制备珊瑚混凝土，应用于岛礁工程建设，具有重要的工程价值。
然而，珊瑚混凝土中Cl-扩散具有高初始氯离子含量、高表面自由氯离子含量和高表观氯离子扩散系数的“三高”特性，极易导致其内部的钢筋发生锈蚀。众所周知，Cl-是影响海洋混凝土结构服役寿命的主要因素之一。因此，本发明提出一种适用于珊瑚混凝土的防腐方法，以提高其耐久性能，对确保岛礁珊瑚混凝土结构的安全具有重要的科学价值。
发明内容
发明目的：针对海洋岛礁环境，珊瑚天然多孔的结构“缺陷”和海水、珊瑚中含有大量的Cl-，极易导致其内部钢筋发生锈蚀，使得珊瑚混凝土结构的耐久性较差的问题。本发明提供一种提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，该方法主要采用具有防腐性能的环氧沥青涂覆在钢筋外表面的方式提高钢筋的防腐性能，同时还综合考虑钢筋种类、阻锈剂种类、保护层厚度、混凝土强度等级的珊瑚混凝土防腐方法，以提升海洋环境下珊瑚混凝土结构的耐久性，延长珊瑚混凝土的有效服役寿命。与目前常用的防腐技术相比：采用的改性环氧沥青涂层具有施工更方便、造价更经济、施工周期短等优势。本发明还采用的氨基醇类阻锈剂具有无毒、环保、阻锈效果更明显等优势。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，包括下述步骤：
步骤1，将具有防腐改性能的环氧沥青涂覆在钢筋外表面，制备改性环氧沥青涂层钢筋；
步骤2，成型不同种类钢筋、阻锈剂、保护层厚度、混凝土强度等级的钢筋珊瑚混凝土构件，其中钢筋种类中至少包括步骤1制备的改性环氧沥青涂层钢筋，再将成型后的钢筋珊瑚混凝土构件拆模、养护后进行海水暴露；
步骤3，对钢筋珊瑚混凝土构件进行电化学测试，获得不同暴露时间的钢筋珊瑚混凝土构件中钢筋的交流阻抗谱图，评价不同防腐措施下钢筋珊瑚混凝土构件的防腐性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
上述的步骤1中，在室温条件下，改性环氧沥青按照环氧沥青与聚酰胺树脂的质量比为4:1进行配制。
上述的改性环氧沥青涂层钢筋的制备流程依次包括：1、对钢筋进行除锈，2、采用热风对钢筋进行除尘，3、在钢筋表面进行底层涂装，4、底层涂装完成后，再在底层涂装外进行面层涂装；其中，涂装方法采用滚涂或刷涂，在室温条件下，单层涂料实干的时间为≥24h，待底层涂装实干后方可进入面层涂装施工；底层涂装和面层涂装的涂层厚度为40±2 μm。
上述的步骤2中，海水为3.5%的NaCl溶液(以质量计)；阻锈剂为亚硝酸钙阻锈剂或氨基醇类阻锈剂；步骤2中成型若干个钢筋珊瑚混凝土构件，这若干个钢筋珊瑚混凝土构件之间在钢筋种类、阻锈剂种类、混凝土强度等级、混凝土保护层厚度参数上至少有一种不同，步骤3中，通过对这若干个钢筋珊瑚混凝土构件进行电化学测试，获得不同的交流阻抗谱图，最终确定最佳防腐性能的钢筋珊瑚混凝土构件的钢筋种类、阻锈剂种类、混凝土强度等级和混凝土保护层厚度参数。
上述的钢筋种类包括HPB300型普通钢筋和改性环氧沥青涂层钢筋；阻锈剂种类包括亚硝酸钙阻锈剂和氨基醇类阻锈剂，其中，阻锈剂的掺量按照相对于总胶凝材料用量的质量百分数确定，亚硝酸钙阻锈剂为3%，氨基醇类阻锈剂为2%；混凝土强度等级包括C30和C50，混凝土保护层厚度包括1.5、2.5、3.5、4.5、5.5和7 cm。
上述的步骤2中，成型后的钢筋珊瑚混凝土构件在温度为20±3°C，相对湿度为90%的环境下养护后脱模；养护28 d后对钢筋珊瑚混凝土构件进行暴露试验；暴露试验期间，对试验室室内的温度、湿度进行定期测定，根据测得数据随时调节温度、湿度参数，使其满足实际热带海洋环境要求，即：温度为25±2°C，相对湿度为80%。
上述的步骤3中，电化学测试包括下述步骤：测试前8 h将待测构件浸泡在饱和Ca(OH)2溶液中，采用三电极体系，在室温条件下，采用电化学工作站对暴露0、28、90和180 d的钢筋珊瑚混凝土构件进行交流阻抗谱法测试，其中，测试扫描频率为10 mHz ~ 100 kHz，阻抗测试信号为10 mV幅值的正弦波。
根据交流阻抗谱法测试获得不同暴露时间钢筋珊瑚混凝土构件中钢筋的奈奎斯特曲线，再通过对其低、中、高频区图谱的形状特征进行分析，评价出不同防腐措施下钢筋珊瑚混凝土构件的防腐性能；提出一种综合考虑钢筋种类、阻锈剂种类、保护层厚度、混凝土强度等级的珊瑚混凝土结构防腐方案。
珊瑚混凝土结构防腐方案为：在珊瑚混凝土结构中采用改性环氧沥青涂层钢筋、混凝土保护层厚度至少为5.5 cm、混凝土强度等级为C50及以上以及掺加氨基醇类阻锈剂。
本发明的改性环氧沥青以环氧树脂、煤沥青为主要成膜物，加入抗腐蚀颜料、填料及助剂经过研磨分散调制而成，再配以特种固化剂混合而成。具体的，该种防腐涂料属于双组份，在室温条件下，环氧沥青与聚酰胺树脂按照质量比为4:1进行配制。
本发明针对珊瑚天然多孔的结构“缺陷”和海水、珊瑚中含有大量的Cl-，极易导致其内部钢筋发生锈蚀，本发明通过采用环氧沥青涂覆在钢筋外表面的方式，对钢筋进行耐腐蚀处理，同时，利用电化学测试方法，对不同钢筋种类、阻锈剂种类、保护层厚度、混凝土强度等级珊瑚混凝土结构的耐久性进行评价分析，提出一种海洋岛礁工程中珊瑚混凝土的防腐方法。通过采用改性环氧沥青涂层钢筋、混凝土保护层厚度至少为5.5 cm、混凝土强度等级为C50及以上、掺加氨基醇类阻锈剂的方式，可以延长珊瑚混凝土中Cl-到达钢筋表面的距离和周期，减弱钢筋对Cl-腐蚀的敏感性，提高混凝土抗Cl-扩散渗透能力，从而延缓钢筋开始腐蚀时间，降低锈蚀的速率，延长珊瑚混凝土结构的有效服役寿命。
有益效果：与传统防腐技术相比，本发明的优点在于：
(1) 采用的改性环氧沥青涂层钢筋，能大大提高其发生锈蚀的临界氯离子含量，降低其发生锈蚀的风险，且该涂层可涂可刷，具有施工更方便、造价更经济、施工周期短等优势。
(2) 采用的氨基醇类阻锈剂，属于有机阻锈剂，其主要成分为有机大分子，随着暴露时间的延长，有机大分子不容易发生扩散渗透，使得其阻锈效果优于一般无机阻锈剂。此外，其氨基醇类阻锈剂具有无毒、环保等优势。
附图说明
图1为钢筋种类对珊瑚混凝土交流阻抗谱的影响；
图2为阻锈剂种类对珊瑚混凝土交流阻抗谱的影响；
图3、4为保护层厚度对珊瑚混凝土交流阻抗谱的影响；
图5为混凝土强度等级对珊瑚混凝土交流阻抗谱的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图阐明本发明的技术方案及效果。
实施例1
一种提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，包括以下步骤：
步骤1，改性环氧沥青涂层钢筋制备：在室温条件下，采用刷涂的方式，涂层厚度为40±2 μm；
步骤2，钢筋珊瑚混凝土构件成型及海水暴露：按照既定配合比成型普通钢筋珊瑚混凝土构件和改性环氧沥青涂层钢筋珊瑚混凝土构件，拆模、养护28 d后进行海水暴露0、28、90和180 d；
步骤3，电化学测试：在室温条件下，采用电化学工作站进行交流阻抗谱法测试，扫描频率为10 mHz ~ 100 kHz，阻抗测试信号为10 mV幅值的正弦波，以获得不同暴露时间珊瑚混凝土中钢筋的奈奎斯特曲线。
实施例2
一种提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，包括以下步骤：
步骤1，改性环氧沥青涂层钢筋制备：在室温条件下，采用刷涂的方式，涂层厚度为40±2 μm；
步骤2，钢筋珊瑚混凝土构件成型及海水暴露：按照既定配合比成型不掺加、掺加3%亚硝酸钙阻锈剂和掺加2%氨基醇类阻锈剂的珊瑚混凝土构件，拆模、养护28 d后进行海水暴露0、28、90和180 d；
步骤3，电化学测试：在室温条件下，采用电化学工作站进行交流阻抗谱法测试，扫描频率为10 mHz ~ 100 kHz，阻抗测试信号为10 mV幅值的正弦波，以获得不同暴露时间珊瑚混凝土中钢筋的奈奎斯特曲线。
实施例3
一种提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，包括以下步骤：
步骤1，改性环氧沥青涂层钢筋制备：在室温条件下，采用刷涂的方式，涂层厚度为40±2 μm；
步骤2，钢筋珊瑚混凝土构件成型及海水暴露：按照既定配合比成型保护层厚度分别为1.5、2.5、3.5、4.5、5.5和7 cm的珊瑚混凝土构件，拆模、养护28 d后进行海水暴露0、28、90和180 d；
步骤3，电化学测试：在室温条件下，采用电化学工作站进行交流阻抗谱法测试，扫描频率为10 mHz ~ 100 kHz，阻抗测试信号为10 mV幅值的正弦波，以获得不同暴露时间珊瑚混凝土中钢筋的奈奎斯特曲线。
实施例4
一种提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，包括以下步骤：
步骤1，改性环氧沥青涂层钢筋制备：在室温条件下，采用刷涂的方式，涂层厚度为40±2 μm；
步骤2，钢筋珊瑚混凝土构件成型及海水暴露：按照既定配合比成型C30珊瑚混凝土构件和C50珊瑚混凝土构件，拆模、养护28 d后进行海水暴露0、28、90和180 d；
步骤3，电化学测试：在室温条件下，采用电化学工作站进行交流阻抗谱法测试，扫描频率为10 mHz ~ 100 kHz，阻抗测试信号为10 mV幅值的正弦波，以获得不同暴露时间珊瑚混凝土中钢筋的奈奎斯特曲线。
获知不同防腐措施珊瑚混凝土中钢筋的奈奎斯特曲线后，再通过对其低、中、高频区图谱的形状特征进行分析，即可评价出不同防腐措施对珊瑚混凝土结构耐蚀性能的影响。
以上图1 ~ 5说明了实施例1 ~ 4的有效性，也表明了综合考虑钢筋种类、阻锈剂种类、保护层厚度、混凝土强度等级的珊瑚混凝土防腐方法对提升珊瑚混凝土结构耐久性的可行性。
由上述实施例可知，本发明通过在珊瑚混凝土结构中采用改性环氧沥青涂层钢筋、混凝土保护层厚度至少为5.5 cm、混凝土强度等级为C50及以上、掺加氨基醇类阻锈剂的防腐方法，能显著提升珊瑚混凝土结构的耐蚀性能。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1，将具有防腐性能的环氧沥青涂覆在钢筋外表面，制备改性环氧沥青涂层钢筋；
步骤2，成型不同种类钢筋、阻锈剂、保护层厚度、混凝土强度等级的钢筋珊瑚混凝土构件，其中钢筋种类中至少包括步骤1制备的改性环氧沥青涂层钢筋，再将成型后的钢筋珊瑚混凝土构件拆模、养护后进行海水暴露；
步骤3，对钢筋珊瑚混凝土构件进行电化学测试，获得不同暴露时间的钢筋珊瑚混凝土构件中钢筋的交流阻抗谱图，评价不同防腐措施下钢筋珊瑚混凝土构件的防腐性能。
2.根据权利要求1所述的提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，其特征在于，步骤1中，在室温条件下，改性环氧沥青按照环氧沥青与聚酰胺树脂的质量比为4:1进行配制。
3.根据权利要求2所述的提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，其特征在于，所述的改性环氧沥青涂层钢筋的制备流程依次包括：1、对钢筋进行除锈，2、采用热风对钢筋进行除尘，3、在钢筋表面进行底层涂装，4、底层涂装完成后，再在底层涂装外进行面层涂装；其中，涂装方法采用滚涂或刷涂，在室温条件下，单层涂料实干的时间为≥24 h，待底层涂装实干后方可进入面层涂装施工；底层涂装和面层涂装的涂层厚度为40±2 μm。
4.根据权利要求1所述的提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，其特征在于，步骤2中，海水为3.5%的NaCl溶液(以质量计)；阻锈剂为亚硝酸钙阻锈剂或氨基醇类阻锈剂；步骤2中成型若干个钢筋珊瑚混凝土构件，这若干个钢筋珊瑚混凝土构件之间在钢筋种类、阻锈剂种类、混凝土强度等级、混凝土保护层厚度参数上至少有一种不同，步骤3中，通过对这若干个钢筋珊瑚混凝土构件进行电化学测试，获得不同的交流阻抗谱图，最终确定最佳防腐性能的钢筋珊瑚混凝土构件的钢筋种类、阻锈剂种类、混凝土强度等级和混凝土保护层厚度参数。
5.根据权利要求4所述的提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，其特征在于，钢筋种类包括HPB300型普通钢筋和改性环氧沥青涂层钢筋；阻锈剂种类包括亚硝酸钙阻锈剂和氨基醇类阻锈剂，其中，阻锈剂的掺量按照相对于总胶凝材料用量的质量百分数确定，亚硝酸钙阻锈剂为3%，氨基醇类阻锈剂为2%；混凝土强度等级包括C30和C50，混凝土保护层厚度包括1.5、2.5、3.5、4.5、5.5和7 cm。
6.根据权利要求5所述的提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，其特征在于，步骤2中，成型后的钢筋珊瑚混凝土构件在温度为20±3°C，相对湿度为90%的环境下养护后脱模；养护28 d后对钢筋珊瑚混凝土构件进行暴露试验；暴露试验期间，对试验室室内的温度、湿度进行定期测定，根据测得数据随时调节温度、湿度参数，使其满足实际热带海洋环境要求，即：温度为25±2°C，相对湿度为80%。
7.根据权利要求6所述的提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，其特征在于，步骤3中，电化学测试包括下述步骤：测试前8 h将待测构件浸泡在饱和Ca(OH)2溶液中，采用三电极体系，在室温条件下，采用电化学工作站对暴露0、28、90和180 d的钢筋珊瑚混凝土构件进行交流阻抗谱法测试，其中，测试扫描频率为10 mHz ~ 100 kHz，阻抗测试信号为10 mV幅值的正弦波。
8.根据权利要求7所述的提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，其特征在于，根据交流阻抗谱法测试获得不同暴露时间钢筋珊瑚混凝土构件中钢筋的奈奎斯特曲线，再通过对其低、中、高频区图谱的形状特征进行分析，评价出不同防腐措施下钢筋珊瑚混凝土构件的防腐性能；提出一种综合考虑钢筋种类、阻锈剂种类、保护层厚度、混凝土强度等级的珊瑚混凝土结构防腐方案。
9.根据权利要求8所述的提升珊瑚混凝土结构防腐性的方法，其特征在于，珊瑚混凝土结构防腐方案为：在珊瑚混凝土结构中采用改性环氧沥青涂层钢筋、混凝土保护层厚度至少为5.5 cm、混凝土强度等级为C50及以上以及掺加氨基醇类阻锈剂。
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