CN111286730A - 一种钢筋表面自致密含铈防腐层 - Google Patents

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Abstract

本发明一种钢筋表面自致密含铈防腐膜层，1)对钢筋表面进行预处理，使表面清洁；2)将预处理后的钢筋浸入在稀土转化液中，在所述清洁后的钢筋表面形成含铈转化膜层，清洗，干燥，得到钢筋表面自致密含铈防腐层。本发明绿色环保，对环境友好，不含有铅、铬等重金属材料，成本低廉，材料来源充足，从物理屏蔽及化学防护两方面来达到对钢筋的防腐效果。钢筋表面稀土膜层的自致密性使其在海洋环境下混凝土中的维钝电流密度比裸样钢筋低两个数量级，大大提高钢筋在高氯混凝土环境下的点蚀电位，其电荷转移电阻约为裸样钢筋的107倍。

Description

一种钢筋表面自致密含铈防腐层
技术领域
本发明涉及一种防腐钢筋技术领域，尤其涉及一种钢筋表面自致密含铈防腐层。
背景技术
钢筋混凝土结构中钢筋的耐腐蚀性决定了整个钢筋混凝土结构的耐久性。因此，提高钢筋的耐腐蚀性能尤为重要。混凝土中呈高碱性，混凝土间隙液中pH值可达12.5以上，在此碱性环境下，钢筋表面可以生成一层致密的钝化膜，保护钢筋不发生腐蚀。但是腐蚀介质的侵入，尤其是氯离子的侵入会对钝化膜产生造成局部破坏从而诱发点蚀敏感性。但是在钢筋混凝土服役过程中，尤其是海洋环境下，外界氯离子的侵入无法完全避免，当钢筋表面氯离子浓度高于临界值时，钢筋表面钝化膜发生破裂进而发生点蚀。为了提高钢筋的耐点蚀性，我们常用的方法是，采用不锈钢钢筋代替普通钢筋。然而，较高的经济成本，使其应用受到限制。其次是在钢筋表面上施加保护层，如环氧钢筋，镀锌钢筋等，但会引起附着力降低以及废液处理成本过高。
研究发现铬酸盐转化处理过的金属具有优良的耐蚀性。然而，其转化溶液中所含的六价铬离子具有剧毒，且严重环境污染，其废物处理成本高昂。因此开发环境友好和节约化学转化膜层非常迫切。
目前已经发现，稀土铈元素可以有效地提高金属的耐腐蚀性，易于提取，价格相对便宜，对环境友好。因此，铈酸盐转化膜工艺已经成为替代铬酸盐转化膜的较好工艺。研究发现铈的氧化物在很宽的pH值范围内都是稳定存在的。因此，在碱性的混凝土环境中用铈酸盐处理钢筋表面以提高耐腐蚀性是可行的。
由于防腐膜层中缺陷越少，耐蚀性能越好，为了防止腐蚀性介质(特别是Cl-)腐蚀钢筋，应减少钢筋保护层中的缺陷。因此，在钢筋表面开发一种经济环保，耐蚀性能好的化学转化膜尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢筋表面自致密含铈防腐层，以解决钢筋耐点蚀能力较低的问题。
1)对钢筋表面进行预处理，使表面清洁；
2)将预处理后的钢筋浸入在稀土转化液中，在所述清洁后的钢筋表面形成稀土转化膜层，清洗，干燥，得到钢筋表面自致密稀土防腐层；
所述稀土转化液是循环流动的；
所述稀土转化液包括铈酸盐、氧化剂、缓冲剂和水。
优选地，所述钢筋表面预处理包括用水磨砂纸磨抛钢筋表面，再用酒精，丙酮依次超声钢筋得到清洁表面。
优选地，所述稀土转化液组成包括：铈酸盐2～15g/L，氧化剂5～30g/L，缓冲剂0.5～1g和余量的水。
优选地，所述稀土转化液温度为25℃～55℃，转化时间为10～120min。
优选地，所述稀土转化液的循环流动速度为磁力搅拌的400r/min。
优选地，所述钢筋表面含铈转化膜厚度为10～20nm。
优选地，所述钢筋表面含铈转化膜，应用于海洋环境的高氯混凝土中。
优选地，所述钢筋表面含铈转化膜在含氯混凝土环境中可进行自致密，得到良好的腐蚀防护性能。
本发明的有益效果是：
本发明采用工艺简单可操作性好的化学转化技术在钢筋表面制备了无铬稀土盐转化膜，在含氯混凝土环境中极大的增强了钢筋的耐点蚀性，改善了钢筋在海洋环境下混凝土中的防腐蚀性能。膜层均匀致密，结构为双层膜，其中上层是铈的氧化物CeOx，下层是铁的氧化物FeOx。膜层在钢筋表面对腐蚀介质起到物理屏障的效应，提高了钢筋的防腐性能。
当改性后的钢筋浸泡在含有氯离子的混凝土环境中后，随着浸泡时间的增加，其耐蚀性能逐渐增大。这是由于上层膜中的四价铈离子Ce4+逐渐还原为三价Ce3+，下层膜中的Fe2+被氧化为Fe3+，形成相对致密的Fe2O3膜，这种自致密化过程，对钢筋起到了化学防护的效应，提高了膜层的耐腐蚀性。
本发明绿色环保，对环境友好，不含有铅、铬等重金属材料，成本低廉，材料来源充足，从物理屏蔽及化学防护两方面来达到对钢筋的防腐效果。
钢筋表面稀土膜层的自致密性使其在海洋环境下混凝土中的维钝电流密度比裸样钢筋低两个数量级，大大提高钢筋在高氯混凝土环境下的点蚀电位，其电荷转移电阻约为裸样钢筋的107倍。
附图说明
图1为实施例钢筋表面含铈防腐层的截面信息图：HAADF图像深蓝色区域中的相应线扫描数据。
图2为实施例裸露钢筋和铈膜钢筋在含有0.6M NaCl的模拟混凝土孔隙溶液中的极化曲线。
图3为实施例裸露钢筋和铈膜钢筋在0.6M NaCl的模拟混凝土孔隙溶液中的奈奎斯特图，图中右上角的插图为EIS等效电路图。
图4为实施例裸露钢筋和铈膜钢筋在0.6M NaCl的模拟混凝土孔隙溶液中的奈奎斯特图相对应的电荷转移电阻Rt值图。
图5为实施例铈膜钢筋在0.6M NaCl的模拟混凝土孔隙溶液中电荷转移电阻(Rt)随浸泡时间变化图。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体的实施例对本发明所述的钢筋表面含铈防腐层的成膜方法及其在海洋环境下混凝土中的耐蚀机理做进一步的解释和说明，然而该解释和说明不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例
本实施例的目的在于提供一种钢筋表面自致密含铈防腐层，以解决钢筋耐点蚀能力较低的问题。
本实施例中所用钢筋为热轧带肋钢筋(HRB400)
本实施例是通过以下技术方案实现的：
1)对钢筋表面进行预处理：用2000号的碳化硅水磨砂纸对钢筋表面进行打磨，分别用蒸馏水、酒精和丙酮在室温下超声5分钟依次清洗，冷风吹干，使表面清洁；
2)将预处理后的钢筋浸入在稀土转化液中，在所述清洁后的钢筋表面形成稀土转化层，蒸馏水冲洗，冷风吹干，得到钢筋表面自致密含铈防腐层；
所述稀土转化液是循环流动的；
所述稀土转化液包括铈酸盐、氧化剂、缓冲剂和水。
所述稀土转化液组成包括：铈酸盐2～15g/L，氧化剂5～30g/L，缓冲剂0.5～1g和余量的水。
所述稀土转化液温度为25℃～55℃，转化时间为10～120min。
所述稀土转化液的循环流动速度为磁力搅拌的400r/min。
所述钢筋表面含铈转化膜厚度为10～20nm。
所述钢筋表面含铈转化膜应用于海洋环境下混凝土中(含0.6M氯化钠的饱和氢氧化钙)。
所述钢筋表面含铈转化膜在含氯混凝土环境中可进行自致密，得到良好的耐蚀防护性能。
图1为钢筋表面含铈盐防腐层的纵截面微观结构。EDS线性扫描是在高角环形暗场(HAADF)图像上进行的。
如图1所示，从HAADF图也可以清楚地看出，膜层是双层膜结构。膜层主要由Ce，Fe和O三种元素构成。钢筋表面含铈防腐层被清楚地分为两个子层，其上层是由Ce和O元素组成CeOx，其下层是由Fe和O元素形成的FeOx底层。线性扫描显示了样品制备过程中的聚焦粘合层(FA层)，10nm厚的CeOx上层和3nm厚的FeOx下层膜，其总厚度约为13nm。
图2为实施例裸露钢筋和Ce膜钢筋在含有0.6M NaCl的模拟混凝土孔隙溶液中的极化曲线。
从图2中可以明显看出稀土防腐层的存在大大提高了钢筋点蚀电位，且在高氯盐混凝土环境中的维钝电流密度比裸样钢筋低两个数量级。
图3和图4为实施例裸露钢筋和Ce膜钢筋在0.6M NaCl的模拟混凝土孔隙溶液中的奈奎斯特图和与图3右上角等效电路图相对应的电荷转移电阻Rt值(图4)。
从图3和图4中可以看出，钢筋表面含铈防腐层的存在使其电荷转移电阻约为裸样钢筋的107倍。
图5为实施例Ce膜钢筋在0.6M NaCl的模拟混凝土孔隙溶液中电荷转移电阻(Rt)随浸泡时间变化图。
从图5中可以看出当改性后的钢筋浸泡在含有氯离子的混凝土环境中后，随着浸泡时间的增加，其耐蚀性能逐渐增大，最终得到稳定。这是由于铈膜上层膜中的四价铈离子Ce4+逐渐还原为三价Ce3+，下层膜中的Fe2+氧化为Fe3+，形成相对致密的Fe2O3膜，这种自致密化过程，对钢筋起到了化学防护的效应，提高了膜层的耐腐蚀性。
本实施例从物理屏蔽及化学防护两方面协同作用达到对钢筋的防腐效果，使之具有较好的防护性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
综上所述：本发明提出了一种应用于钢筋混凝土环境的自致密含铈转化膜层，解决了现有钢筋耐蚀性较低的问题。这种自致密的防腐层采用如下制备而来：一、在钢筋表面进行预处理，使表面清洁；二、配置稀土转化液，转化液成分包括铈酸盐、氧化剂、缓冲剂和水；三、通过改变成膜温度，时间以及成膜液比例对钢筋表面进行成膜处理，得到自致密含铈防腐层。本发明制备的含铈转化膜为双层膜结构，膜层具有的自致密性使其在高氯混凝土环境中的维钝电流密度比裸样钢筋低两个数量级，且稀土膜层的存在大大提高了钢筋的点蚀电位，并且其电荷转移电阻约为裸样钢筋的107倍。本发明着重阐述了一种操作简单，绿色环保的化学转化技术，其中含铈盐防腐膜层在海洋环境下混凝土中的自致密性极大的提高了钢筋的耐蚀性能。

Claims (8)

1.一种钢筋表面自致密含铈防腐膜层，其特征在于采用以下制备而来：
1)对钢筋表面进行预处理，使表面清洁；
2)将预处理后的钢筋浸入在稀土转化液中，在所述清洁后的钢筋表面形成含铈转化膜层，清洗，干燥，得到钢筋表面自致密含铈防腐层；
所述稀土转化液是循环流动的；
所述稀土转化液包括铈酸盐、氧化剂、缓冲剂和水。
2.根据权利要求1所述的钢筋表面自致密含铈防腐层，其特征在于，所述钢筋表面预处理包括用水磨砂纸磨抛钢筋表面，再用酒精，丙酮依次超声钢筋得到清洁表面。
3.根据权利要求1所述的钢筋表面自致密含铈防腐层，其特征在于，所述稀土转化液组成包括：铈酸盐2～15g/L，氧化剂5～30g/L，缓冲剂0.5～1g和余量的水。
4.根据权利要求1所述的钢筋表面自致密含铈防腐层，其特征在于，所述稀土转化液温度为25℃～55℃，转化时间为10～120min。
5.根据权利要求1所述的钢筋表面自致密含铈防腐层，其特征在于，所述稀土转化液的循环流动速度为磁力搅拌的400r/min。
6.根据权利要求1所述的钢筋表面自致密含铈防腐层，其特征在于，所述钢筋表面含铈转化膜厚度为10～20nm。
7.根据权利要求1所述的钢筋表面自致密含铈防腐层，其特征在于，所述钢筋表面含铈转化膜应用于高氯混凝土环境中。
8.根据权利要求1所述的钢筋表面自致密含铈防腐层，其特征在于，所述钢筋表面稀土转化膜在含氯混凝土环境中可进行自致密，得到良好的腐蚀防护性能。
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