CN110052378A

CN110052378A - 一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法

Info

Publication number: CN110052378A
Application number: CN201910492394.XA
Authority: CN
Inventors: 冯晶; 郑椿; 李超; 种晓宇
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2019-07-26

Abstract

本发明属于建造材料技术领域，公开了一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，包括钢筋基体，在钢筋基体表面喷涂有金属涂层，金属涂层的厚度为35～50μm；对金属涂层进行回火处理，回火处理的温度为200～300℃，保温时间为15～25min；回火完成后，立即在金属涂层表面沉积复合涂层，复合涂层的厚度为150～250μm，复合涂层包括有机涂层和添加在有机涂层中的陶瓷颗粒；采用本专利中的技术方案得到了耐腐蚀性+能强的钢筋，且金属涂层与复合涂层之间的结合性能高，难以脱落。

Description

一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法。

背景技术

随着我国经济快速发展，基础建设的规模越来越大，无论是民用住房，还是桥梁公路建设，钢筋混凝土是必不可少的建筑材料。在钢筋混凝土中，钢筋作为增强体，大大提高了混凝土的强度，然而钢筋增强体在混凝土中经常会面临混凝土的腐蚀，从而形成铁锈，严重的还会使钢筋产生裂纹。而这些失效因素导致了建筑结构的失效，需要进行拆除或大修，从而引起巨大的经济损失。因此，提高钢筋的耐腐蚀性、抗氧化性，以提高钢筋混凝土的耐久性，是一个刻不容缓的，必须高度重视的问题。

防止钢筋腐蚀、提高建筑结构的耐久性的一个有效方法就是在钢筋表面喷涂耐腐蚀涂层，通常为有机涂层，如环氧树脂、丙烯酸树脂等。涂层不仅可以使钢筋在恶劣环境中服役较长时间，同时也不影响钢筋和混凝土之间的粘结性能。不仅保证了建筑安全性，更是提高耐久性，这样混凝土和混凝土结构服役寿命极大的延长，然而在实际生产实践中，为提高涂层与钢筋之间的结合力，通常会增大钢筋表面的粗糙度，这就使得有机涂层不能完全覆盖住钢筋表面的“凹坑”，在建筑施工浇灌混凝土时，混凝土中的氯离子通过“凹坑”渗入，逐渐腐蚀钢筋基体，带来安全隐患。

发明内容

本发明意在提供一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，以解决现有的有机涂层不能将钢筋基体表面完全覆盖，使得混凝土中的氯离子渗入，从而逐渐腐蚀钢筋基体的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在钢筋基体表面喷涂金属涂层；

步骤2：对步骤1的金属涂层进行回火处理，回火处理的温度为200～300℃，保温时间为15～25min；

步骤3：在步骤2回火完成后，2min内在金属涂层表面沉积复合涂层，所述复合涂层包括有机涂层和添加在有机涂层中的陶瓷颗粒。

本技术方案的有益效果：

1、本发明提供的含有金属涂层和复合涂层的钢筋具有较好的耐腐蚀性能，其中预先喷涂的金属涂层能将钢筋表面的“凹坑”填充满，即便是氯离子渗透过复合涂层，而预先喷涂的金属涂层能够先“牺牲自己”以阻断氯离子继续渗透，从而提高钢筋基体的使用寿命。

2、本发明中在喷涂复合涂层之前，预先喷涂了金属涂层，金属涂层由于喷涂在钢筋基体上之后，金属涂层的表面也会形成大量的微米级的“微坑”，这种“微坑”的存在可供复合涂层中的陶瓷颗粒进入，同时由于陶瓷颗粒是包裹在有机涂层之内的，因此相当于陶瓷颗粒将有机涂层挤压进金属涂层的“微坑”中，从而提高金属涂层与复合涂层之间的结合能力。

3、本发明中也正是因为陶瓷颗粒将有机涂层挤压进金属涂层的“微坑”中，使得金属层表面的“微坑”全部被“填补”上，以金属涂层上只沉积有机涂层为例，有机涂层由于在固化之后会变硬，使得原本可能“填补”在“微坑”中的有机涂层脱离“微坑”，这样钢筋在长期服役过程中，外界腐蚀环境中的氯离子渗入，堆积在“微坑”处，对该处产生较大的腐蚀作用，从而威胁到钢筋基体。

4、本技术方案中对金属涂层进行回火处理的目的在于，一方面，消除金属涂层内部因喷涂造成的残余应力，从而避免金属涂层因残余应力的存在而发生开裂；另一方面，回火处理能够使金属涂层与复合涂层形成冶金结合，通俗而言，回火处理可使得金属涂层的表面活化，产生活化键，由于陶瓷颗粒与有机涂层之间形成了耦合键，因此活化键能够与耦合键进行连接，从而增强了复合涂层与金属涂层之间的结合力，使得金属涂层与复合涂层之间更加牢固；另外由于回火后立即(2min内)进行复合涂层的沉积，因此金属涂层此时还有一定的温度，便于复合涂层的沉积。

进一步，所述金属涂层的厚度为35～50μm，所述的复合涂层的厚度为150～250μm。

有益效果：发明人通过实验证明上述厚度的金属涂层和复合涂层使得钢筋具有较好的耐腐蚀性能，如果金属涂层太薄，那么其与钢筋基体、复合涂层的粘接性能就会降低，而太厚则会增大整个金属涂层的重量，使得金属涂层与钢筋基体之间发生脱离；而如果复合涂层太薄，则复合涂层无法覆盖住整个金属涂层，或金属涂层外表面上的“微坑”，使得混凝土直接与金属涂层接触，加快钢筋的腐蚀。

进一步，所述陶瓷颗粒的大小为0.1μm～80μm。

有益效果：上述范围内的陶瓷颗粒能够弥散分布在有机涂层材料中，同时还满足复合涂层的沉积工艺。

进一步，所述陶瓷颗粒与有机涂层的质量比为5％～80％。

有益效果：发明人通过实验证明在陶瓷颗粒与有机涂层之间的质量比在上述区间内制备的耐腐蚀钢筋，其耐腐蚀性均得到了较大的提高，且随着陶瓷颗粒与有机涂层之间的质量比增大，钢筋的耐腐蚀逐渐提高。

进一步，所述金属涂层的成分为锌、铬、镍或镍铬合金中的一种。

有益效果：发明人通过实验证明，上述几种金属材料与复合涂层之间的结合能力最强，能够使得复合涂层较为牢固的沉积在其表面上。

进一步，所述有机涂层的成分为水性环氧树脂、聚氨酯漆树脂、酚醛树脂或丙烯酸树脂中的一种或多种的混合物。

有益效果：发明人通过实验验证采用环氧树脂、酚醛树脂等有机涂层与陶瓷颗粒混合能够较好的抵抗氯离子等其他离子的渗透中，从而避免对钢筋基体产生腐蚀。

进一步，所述陶瓷颗粒的成分为氧化铝、氧化硼或氧化锆中的一种。

有益效果：发明人通过实验证明上述几种陶瓷颗粒形成的复合涂层与金属涂层之间的结合能力最好，且耐腐蚀能力佳。

进一步，所述步骤1的钢筋基体表面在喷涂金属涂层之前进行喷砂处理，使钢筋表面的粗糙度为50-100μm。

有益效果：在喷涂金属涂层之前将钢筋基体的表面形成一定的粗糙度，能够增大钢筋基体与金属涂层之间的结合力。

进一步，对所述步骤3沉积的复合涂层采用固化剂进行真空固化。

有益效果：对复合涂层进行固化处理，使得其中的有机涂层能够快速硬化，与陶瓷颗粒和金属涂层快速粘接在一起。

进一步，所述步骤3中复合涂层中的陶瓷颗粒与有机涂层采用机械混合的方式混合均匀。

有益效果：将陶瓷颗粒与有机涂层进行混合，使得陶瓷颗粒能够在有机涂层内均匀分布，使得得到的复合涂层质量较好，与金属涂层能有较好的结合能力。

附图说明

图1为采用本发明一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法得到的防护钢筋示意图；

图2本发明实施例1与对比例3的盐雾腐蚀实验曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：钢筋基体1、金属涂层2、有机涂层3、陶瓷颗粒4。

本发明提供了一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，该防护钢筋的示意图，如图1所示，包括钢筋基体1，在钢筋基体1的表面依次喷涂有厚度为35～50μm的金属涂层2和厚度为150～250μm的复合涂层；其中金属涂层2的成分为锌、铬、镍或镍铬合金中的一种，复合涂层包括有机涂层3和添加在有机涂层中的陶瓷颗粒4，其中陶瓷颗粒4的粒径为0.1μm～80μm，陶瓷颗粒4与有机涂层3之间的质量之比为5％～80％，有机涂层3的成分为水性环氧树脂、聚氨酯漆树脂、酚醛树脂或丙烯酸树脂中的一种或多种的混合物，陶瓷颗粒4的成分为氧化铝、氧化硼或氧化锆中的一种。

发明人通过大量的实验得出了在本发明的参数范围内，制备的钢筋耐腐蚀性能好，适合在腐蚀环境下使用，而本发明中列举了其中的10组进行了说明。

表1为一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法的实施例1-5中各参数

表2为一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法的实施例6-10中各参数

现以实施例1为例，对本发明一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法进行说明。

一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，包括以下步骤：

步骤1：选用带肋钢筋(牌号D12)作为基体材料，对钢筋基体的表面进行喷砂处理，使钢筋表面的粗糙度为50-100μm，本实施例中表面粗糙度为80μm，便于涂层与钢筋基体之间的粘结；采用电弧喷涂技术在钢筋基体的表面喷涂一层厚度为35μm的锌；其中电弧喷涂技术的工艺参数为：电源功率为10kw；电弧电压为38V；雾化气体压力为0.8MPa；喷涂距离为280mm。

步骤2：在步骤1完成金属锌的喷涂后，进行回火处理，其中回火处理的温度为270℃，保温的时间为20min。

步骤3：制备复合涂层，在水性环氧树脂中加入粒径为0.1μm的氧化铝陶瓷颗粒，其中氧化铝陶瓷颗粒与环氧树脂之间的质量比为80％，采用机械混合搅拌器将有机涂层与陶瓷颗粒混合均匀，将步骤2中回火完成后的钢筋取出热处理炉后，立即(2min内)采用静电喷涂的方式在金属锌涂层上喷涂复合涂层。静电喷涂的工艺参数为：静电电压为80kV，静电电流为20μA，流速压力为0.45MPa，雾化压力为0.4MPa，清枪压力为0.5MPa，喷粉速率为100g/min，喷涂距离为150mm。

步骤4：对步骤3喷涂的复合涂层采用固化剂进行真空固化，本实施例中固化剂牌号为T31。

实施例2～10与实施例1的制备工艺相同，区别仅在于如表1和表2所示的各参数不同。

另外设置3组对比例与实施例1～10进行对比实验。

对比例1：与实施例1的区别在于，复合涂层中未加入陶瓷颗粒，即仅为有机涂层。

对比例2：与实施例1的区别在于，在金属涂层喷涂完成后未进行回火处理。

对比例3为钢筋基体(牌号D12)，未沉积任何涂层。

利用实施例1～10、对比例1～3提供的钢筋进行以下实验：

1、盐雾腐蚀实验：

将实施例1～10、对比例1～3提供的钢筋加工成的试件，使用YWX/Q-250B盐雾腐蚀箱作为实验设备，并模拟GB/T 10125-2012的大气腐蚀环境。

将实施例1～10、对比例1～3提供的试件悬挂在实验设备内，并将实验设备调节至温度为50±1℃、PH为3.0-3.1，再利用浓度为5±0.5％NaCl溶液连续向试件喷洒，并在表3中记录一定时间(48、96、144、192、240h)后，各试件的失重率。

如图2所示，为实施例1与对比例3盐雾腐蚀失重量与腐蚀时间的关系曲线，从图2中可以看出，对于无涂层的钢筋试样，随着腐蚀时间的延长，腐蚀失重数值呈增大的趋势。其中，腐蚀初期可能因为试样表面存在氧化膜，阻碍钢筋基体与溶液接触，腐蚀速率相比后期要略小。腐蚀中后期，随着腐蚀程度加深，溶液中的氯离子已经穿透氧化膜，大量氯离子吸附到钢筋基体上，使点蚀坑增加，原有的点蚀坑加深，明显加快了腐蚀速率。腐蚀产物分布均匀，厚度增加，几乎覆盖试样整个表面。总体看，无涂层的钢筋腐蚀失重率远高于有涂层的钢筋，有机复合涂层钢筋由于涂层的存在基本上没有发生腐蚀，其质量几乎没有发生变化。

表3中a表示连续向试件喷洒NaCl溶液48h后试件的失重率(v/mg.cm²)；

b表示连续向试件喷洒NaCl溶液96h后试件的失重率(v/mg.cm²)；

c表示连续向试件喷洒NaCl溶液144h后试件的失重率(v/mg.cm²)；

d表示连续向试件喷洒NaCl溶液192h后试件的失重率(v/mg.cm²)；

e表示连续向试件喷洒NaCl溶液240h后试件的失重率(v/mg.cm²)。

表3为实施例1～10、对比例1～3盐雾试验的实验结果

	a	b	c	d	e
						实施例1	0	0.002	0.008	0.011	0.014
实施例2	0	0.002	0.007	0.010	0.012
						实施例3	0	0.004	0.008	0.012	0.015
实施例4	0	0.001	0.004	0.009	0.012
						实施例5	0	0.001	0.004	0.010	0.014
实施例6	0	0.003	0.006	0.012	0.015
						实施例7	0.001	0.004	0.008	0.014	0.016
实施例8	0	0.001	0.005	0.009	0.011
						实施例9	0.001	0.002	0.007	0.013	0.015
实施例10	0	0.002	0.007	0.010	0.014
						对比例1	0.05	0.058	0.066	0.074	0.079
对比例2	0.01	0.012	0.017	0.019	0.021
						对比例3	0.06	0.13	0.19	0.26	0.34

通过表3可知，未喷涂涂层的钢筋基体，耐腐蚀性能较差，而采用本发明技术方案得到制备有金属涂层和复合涂层的钢筋耐腐蚀性能强，在腐蚀环境下几乎没有被腐蚀。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims

1.一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在钢筋基体表面喷涂金属涂层；

2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，其特征在于：所述金属涂层的厚度为35～50μm，所述的复合涂层的厚度为150～250μm。

3.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒的大小为0.1μm～80μm。

4.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒与有机涂层的质量比为5％～80％。

5.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，其特征在于：所述金属涂层的成分为锌、铬、镍或镍铬合金中的一种。

6.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，其特征在于：所述有机涂层的成分为水性环氧树脂、聚氨酯漆树脂、酚醛树脂或丙烯酸树脂中的一种或多种的混合物。

7.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒的成分为氧化铝、氧化硼或氧化锆中的一种。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，其特征在于：所述步骤1的钢筋基体表面在喷涂金属涂层之前进行喷砂处理，使钢筋表面的粗糙度为50-100μm。

9.根据权利要求8所述的一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，其特征在于：对所述步骤3沉积的复合涂层采用固化剂进行真空固化。

10.根据权利要求9所述的一种耐腐蚀建筑用防护钢筋制备方法，其特征在于：所述步骤3中复合涂层中的陶瓷颗粒与有机涂层采用机械混合的方式混合均匀。