CN114591044A - 一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料及其应用 - Google Patents
一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及海水冷却塔修复领域，针对海水冷却塔的钢筋混凝土易受氯离子等盐类物质腐蚀难修复的问题，提供一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料，包括基体抗盐剂、钢筋保护涂料、整体加固修复砂浆和表层防腐抗渗涂料。本发明用抗盐剂破坏氯离子等盐类物质，防止经物理清理后钢筋混凝土内尚存的氯离子等盐类物质继续腐蚀，钢筋保护涂料防止钢筋受腐蚀，砂浆用于混凝土修复加固，混凝土注浆液用作弥合加固混凝土结构内部存在的裂缝，并同时可固化混凝土基体中氯离子等盐类物质，表面防腐抗渗涂层则确保在维修之后含盐和氯离子等腐蚀介质的水不再往基体中渗入，全方位对海水冷却塔混凝土结构进行修复，使经维修后的海水冷却塔能抵抗氯离子等腐蚀介质的侵蚀，长久安全使用。本发明还提供所述涂料的应用。
Description
技术领域
本发明涉及海水冷却塔修复领域，尤其是涉及一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料及其应用。
背景技术
海水冷却塔循环水在运行时的浓缩倍率提高，因此该类型冷却塔长期处于高含盐量的海洋氛围中，对钢筋混凝土的腐蚀破坏程度是其它混凝土结构所无法比拟。而且海水冷却塔所处周围环境中的盐雾通过多种途径如海洋型气压、雨雪天气、风力、温度及湿度往复变化等自然因素的作用，依附于混凝土表面，在混凝土的毛细张力作用下，持续地渗透到混凝土结构中，使得混凝土受到氯盐、硫酸盐、硝酸盐等盐类物质的侵蚀，以及氯离子对混凝土内钢筋的腐蚀，使钢筋混凝土发生了不可逆的损坏。可见混凝土一旦被腐蚀，往往是多种破坏因素相互叠加影响的共同作用结果。因此对海水冷却塔的修复必须考虑到各个方面并予以解决，方能彻底解决混凝土的耐久性问题，使经维修后的海水冷却塔能长久安全使用。
本发明是对混凝土结构中已经存在各种盐类物质及离子的混凝土结构的修复，这些结构中的腐蚀物质不仅会继续破坏钢筋混凝土结构，还会破坏修复材料自身，以及修复、防腐材料与结构的粘结。所以不仅要对已破坏的钢筋混凝土加固修复及防腐保护，还须解决已经存在的盐类物质和离子继续对混凝土结构侵蚀破坏的问题。申请人的在先申请CN202110508399.4公开了一种针对混凝土冷却塔的渗透交联型加固防腐材料及其应用，该加固防腐材料包括抗盐补强材料、基面修复砂浆、基面加固材料，底层防腐材料和面层防腐材料；所述面层防腐材料分为内壁面层防腐材料和外壁面层防腐材料。该发明采用抗盐补强材料对混凝土进行深度的抗盐补强处理，以阻止冷却塔结构内的盐类物质继续破坏基层，但是未对已经受损的钢筋进行处理，据此本发明做了进一步改进。
发明内容
本发明为了克服海水冷却塔的钢筋混凝土易受氯离子等盐类物质腐蚀难修复的问题，提供一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料，抗盐剂破坏氯离子等盐类物质，防止经物理清理后钢筋混凝土内尚存的氯离子等盐类物质继续腐蚀，钢筋保护涂料防止钢筋受腐蚀，砂浆用于混凝土修复加固，混凝土注浆液用作弥合加固混凝土结构内部存在的裂缝，并同时可固化混凝土基体中氯离子等盐类物质，表面防腐抗渗涂层则确保在维修之后含盐和氯离子等腐蚀介质的水不再往基体中渗入。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料，包括基体抗盐剂、钢筋保护涂料、整体加固修复砂浆和表层防腐抗渗涂料，其中，钢筋保护涂料包括波特兰水泥、二氧化硅和石英；整体加固修复砂浆包括波特兰水泥、天然石英砂、粉煤灰和甲酸钙。(所述基体抗盐剂为申请人在先申请CN202110508399.4专利中公开的抗盐补强材料，包括以下质量百分数的组分：最大粒径小于20nm的硅酸钾2-5％，丙烯酸酯聚合物10-20％，聚硅氧烷2-5％，乙氧化十三烷醇0.5-1％，水60-80％，可以破坏氯离子等盐类物质；所述表层防腐抗渗涂料为CN202110508399.4专利中公开的底层防腐材料，包括波特兰水泥熔渣45-55wt％、石英砂8-12wt％和石英粉35-45wt％，可以防止含盐和氯离子等腐蚀介质水的渗入。)
作为优选，所述钢筋保护涂料中各组分的含量为：按质量份数计，波特兰水泥30-60份、二氧化硅15-40份、石英0.5-1.5份。
作为优选，所述钢筋保护涂料由a组分和b组分组成，a组分包括含芳香环的环氧硅烷和在季胺盐水溶液中浸渍过的短切玻璃纤维；b组分包括酸酐固化剂、波特兰水泥、二氧化硅和石英。使用时先涂刷a组分浆料，环氧硅烷的硅氧基可以渗透进入钢筋缝隙填补缺口，和钢筋表面有很好的粘附力，短切玻璃纤维质轻，可以被硅烷吸附在钢筋表面；再涂刷b组分浆料，酸酐固化剂溶解在溶剂中，可以穿过波特兰水泥、二氧化硅和石英颗粒的空隙，与a组分接触，凝固时间快，起到快速隔绝空气的作用，避免钢筋再次生锈，二氧化硅和石英颗粒则在波特兰水泥的粘合作用下逐渐结块，形成外层防护层，防止盐类进入，也正是因为外层的凝固时间较慢，固化剂得以全部进入内层与a组分反应。双层防护结构具有很好的抗氯离子的渗透能力，能更好地保护混凝土结构中的钢筋免受大气及海水中氯离子等的侵蚀。
酸酐固化剂和环氧基团在促进剂的作用下可快速反应固化，但是三者的分散均匀度和混合时机较难把握。本发明巧妙地利用短切玻璃纤维易被浸渍的特性将促进剂季胺盐负载在玻璃纤维上，①玻璃纤维可以均匀分散在环氧硅烷中，提高促进剂的分散均匀性；②而且其质轻容易被吸附住，涂刷a组分时不会流挂；③酸酐固化剂与a组分接触时还可以顺着玻璃纤维更快地与促进剂和环氧硅烷接触，起到固化作用，本发明创造性的将促进剂季胺盐负载在短切玻璃纤维中，提高促进剂的分散均匀性；④固化后，玻璃纤维在涂层中起到隔绝作用，将涂层分成若干小区域，有利于后期的防渗。
作为优选，所述含芳香环的环氧硅烷的制备方法为：将苯甲基三甲氧基硅烷、烯丙基缩水甘油醚和按摩尔比1:(1-1.5)混合，以Pt络合物为催化剂，在氮气氛中60-70℃反应4-5h。Pt络合物催化剂可选择Speier(H2PtCl6溶于异丙醇)或Karstedt催化剂(H2PtCl6溶于二甲基乙烯基二硅氧烷)。本发明制备了含有苯基的环氧硅烷，相较于直链环氧硅烷，性能有了明显提升。因为苯环比直链结构稳定，可以提高钢筋保护涂料的稳定性；而且苯环体积较大，相较于链状结构使得环氧硅烷的分子结构起伏较大，二氧化硅和石英的微小颗粒有机会“钻进”环氧硅烷层，加强钢筋保护涂料a组分层和b组分层的粘结。
作为优选，所述酸酐固化剂为桐油酸酐。桐油酸酐含有侧长链，有利于进入环氧硅烷起固化作用。
作为优选，所述整体加固修复砂浆中各组分的含量为：按质量份数计，波特兰水泥20-30份、天然石英砂60-80份、粉煤灰2-5份、甲酸钙0.5-1份。本发明中的整体加固修复砂浆是一种对矿物质基面实施维修加固的高品质砂浆，可替代混凝土使用，具有优秀的抗化学介质腐蚀、抗机械冲击的特性。该材料经受了欧洲标准EN 1504-3(
Norm:Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandhaltung vonBetontragewerken–Teil 3 Instandsetzungsbeton und-
)最为严格的检测。主要特性如下：
1)与混凝土具有类似的理化性能指标：7d抗压强度大于35N/mm2，28d抗压强度大于50N/mm2；
2)具有低收缩特性：材料的自身收缩率极低，不会因材料自身收缩而产生开裂，以及与混凝土剥离，形成二张皮；
3)极高的粘结强度：粘结强度大于2.0MPa；
4)极强的抗渗性能：抗渗压力大于1.5MPa；
5)极其优异的抗碳化能力：在1％CO2气氛中检测(在浓缩气氛中加速碳化)，其碳化深度为0；
6)优异的稳定性：优异的抗冻融循环能力、抗湿热循环能力、抗干热循环能力；
7)优异的防腐蚀性能：材料自身具有一定的抗化学介质腐蚀的能力；
8)优异的施工性能：由于材料的特殊性能，可应用于混凝土结构的任意缺陷和厚度的部位(如立面、顶面等)；用于抹面找平施工时，在无其他措施的情况下单次抹面的施工厚度可达50mm；
9)环保、安全：为无机材料，不含有任何溶解剂和有机成分，施工时无挥发性物质产生，对人体及环境无任何危害，可应用于饮用水领域中；
10)与建筑结构同寿命。
本发明还提供一种上述涂料的应用，包括以下步骤：
(1)对海水冷却塔基面进行处理，包括碳化深度检测、基面清理、钢筋除锈及保护，其中，钢筋保护采用所述钢筋保护涂料；经清洁除锈后的钢筋或新增加的钢筋，需采用钢筋保护涂料进行防锈保护，以免在混凝土修补前再次被锈蚀，从而阻止了钢筋与修补材料的黏结；
(2)向海水冷却塔基体喷涂基体抗盐剂；
(3)利用整体加固修复砂浆对海水冷却塔基体进行混凝土修复，6-8天后再压力注入混凝土注浆液；注入混凝土注浆液可以彻底密实原结构中可能存在的裂缝空隙，及修补层与原结构间由于施工原因可能造成的不密实处；(混凝土注浆液的成分已在申请人的在先申请CN202110508399.4中公开过包括A组分和B组分，其中：所述A组分包括以下质量百分数的组分：Mw<700的双酚-A-环氧氯丙烷树脂60-68％，缩水甘油12-14烷基醚10-20％，1,6-己二醇二缩水甘油醚10-20％，Mw<700的双酚F环氧树脂10-20％，3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2-5％；所述B组分包括以下质量百分数的组分：异佛尔酮二胺20-31％，聚醚胺40-51％，间苯二甲胺10-20％，双酚A10-20％，三甲基六亚甲基二肟5-10％，2,2’-亚甲基双苯酚2-5％，2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚2-5％。)
(4)在海水冷却塔基体表面涂覆表层防腐抗渗涂料。
作为优选，步骤(1)基面处理后坚实干净，表面抗拉强度不小于1.5MPa。
作为优选，所述碳化深度检测的具体操作为：在混凝土表面凿出V型孔洞，其深度大于混凝土的碳化深度，清理孔洞，在孔洞表面喷酚酞酒精溶液至颜色由红色变为无色，测量没有变色混凝土的垂直深度。
因此，本发明的有益效果为：(1)先用基体抗盐剂除去海水冷却塔混凝土结构中已存在的盐及氯离等腐蚀介质，防止经物理清理后钢筋混凝土内尚存的氯离子等盐类物质继续腐蚀；用钢筋保护涂料对钢筋进行保护防止钢筋受腐蚀；用修复砂浆对混凝土整体进行加固修复；使用混凝土注浆液弥合加固混凝土结构内部存在的裂缝，并同时可固化混凝土基体中氯离子等盐类物质；最后在表层涂覆表层防腐抗渗涂料，确保之后不会再有含盐和氯离子等腐蚀介质的水往基体中渗入；全方位对海水冷却塔混凝土结构进行修复，使经维修后的海水冷却塔能长久地耐受氯离子等盐类存在的环境；(2)钢筋保护涂料中将促进剂季胺盐负载在玻璃纤维上，提高促进剂的分散均匀性，酸酐固化剂与A组分接触时还可以顺着玻璃纤维更快地与促进剂和环氧硅烷接触，起到固化作用；固化后，玻璃纤维在涂层中起到隔绝作用，将涂层分成若干小区域，有利于后期的防渗；(3)整体加固修复砂浆通过调节各组分的比例，具有优秀的抗化学介质腐蚀、抗机械冲击的特性。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
总实施例
一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料，包括基体抗盐剂、钢筋保护涂料、整体加固修复砂浆和表层防腐抗渗涂料。
所述基体抗盐剂包括以下质量百分数的组分：最大粒径小于20nm的硅酸钾2-5％，丙烯酸酯聚合物10-20％，聚硅氧烷2-5％，乙氧化十三烷醇0.5-1％，水60-80％；
所述钢筋保护涂料中各组分的含量为：按质量份数计，波特兰水泥30-60份、二氧化硅15-40份、石英0.5-1.5份；
所述整体加固修复砂浆中各组分的含量为：按质量份数计，波特兰水泥20-30份、天然石英砂60-80份、粉煤灰2-5份、甲酸钙0.5-1份；
所述表层防腐抗渗涂料包括波特兰水泥熔渣45-55wt％、石英砂8-12wt％和石英粉35-45wt％。
一种上述涂料的应用，包括以下步骤：
(1)对海水冷却塔基面进行处理，包括碳化深度检测、基面清理、钢筋打磨除锈后刷涂钢筋保护涂料，基面处理后坚实干净，表面抗拉强度不小于1.5MPa；所述碳化深度检测的具体操作为：在混凝土表面凿出V型孔洞，其深度大于混凝土的碳化深度，清理孔洞，在孔洞表面喷酚酞酒精溶液至颜色由红色变为无色，测量没有变色混凝土的垂直深度。钢筋保护采用所述钢筋保护涂料，碳化层小于3mm的区域，可直接进行喷砂处理；碳化层大于3mm的部位需先人工凿除表面碳化层，然后再进行喷砂处理或使用压力大于300bar的高压水冲洗；
(2)向海水冷却塔基体以0.2kg/m2的用量喷涂基体抗盐剂，4h后实施下道工序；
(3)将整体加固修复砂浆酶25kg加2.9L水，搅拌2.5min，对海水冷却塔基体进行混凝土修复，用量为：修复层的最小厚度不小于4mm；裸露钢筋处的最小修复厚度不小于10mm，6-8天后再压力注入混凝土注浆液；混凝土注浆液包括A组分和B组分，其中：所述A组分包括以下质量百分数的组分：Mw<700的双酚-A-环氧氯丙烷树脂60-68％，缩水甘油12-14烷基醚10-20％，1,6-己二醇二缩水甘油醚10-20％，Mw<700的双酚F环氧树脂10-20％，3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2-5％；所述B组分包括以下质量百分数的组分：异佛尔酮二胺20-31％，聚醚胺40-51％，间苯二甲胺10-20％，双酚A10-20％，三甲基六亚甲基二肟5-10％，2,2’-亚甲基双苯酚2-5％，2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚2-5％；
(4)在海水冷却塔基体表面以1.3kg/m2的用量涂覆表层防腐抗渗涂料，厚度1.0mm。
实施例1(未描述的操作以总实施例为准)
一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料，包括基体抗盐剂、钢筋保护涂料、整体加固修复砂浆和表层防腐抗渗涂料。
所述基体抗盐剂包括以下质量百分数的组分：最大粒径小于20nm的硅酸钾3％，丙烯酸酯聚合物15％，聚硅氧烷3％，乙氧化十三烷醇0.8％，水70％；
所述钢筋保护涂料中各组分的含量为：按质量份数计，波特兰水泥50份、二氧化硅30份、石英1份；
所述整体加固修复砂浆中各组分的含量为：按质量份数计，波特兰水泥25份、天然石英砂70份、粉煤灰4份、甲酸钙0.8份；
所述表层防腐抗渗涂料包括波特兰水泥熔渣50wt％、石英砂10wt％和石英粉40wt％。
一种上述涂料的应用，包括以下步骤：
(1)对海水冷却塔基面进行处理，包括碳化深度检测、基面清理、钢筋除锈及保护，钢筋保护采用所述钢筋保护涂料，钢筋保护涂料与水以2:1的质量比混合搅拌成糊状，用毛刷刷在钢筋上，厚度为1mm，60min后允许下一道工序；
(2)向海水冷却塔基体喷涂基体抗盐剂；
(3)利用整体加固修复砂浆对海水冷却塔基体进行混凝土修复，7天后再压力注入混凝土注浆液；混凝土注浆液由A组分和B组分组成，其中A组分包括以下质量百分数的组分：Mw<700的双酚-A-环氧氯丙烷树脂65％，缩水甘油12-14烷基醚15％，1,6-己二醇二缩水甘油醚15％，Mw<700的双酚F环氧树脂13％，3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷4％；所述B组分包括以下质量百分数的组分：异佛尔酮二胺25％，聚醚胺45％，间苯二甲胺16％，双酚A15％，三甲基六亚甲基二肟8％，2,2’-亚甲基双苯酚3％，2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚4％；
(4)在海水冷却塔基体表面涂覆表层防腐抗渗涂料。
利用实施例1的海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料对混凝土表面缺陷进行处理，测试结果如下：
与在先申请CN202110508399.4相比，本发明增加了钢筋保护涂料和整体加固修复砂浆，各性能都有进步，耐碱、耐酸、抗盐性能优异，尤其是内壁抗渗压力有了明显提高。
实施例2
与实施例1的区别在于，所述钢筋保护涂料由a组分和b组分组成，a组分包括10份含芳香环的环氧硅烷和1份季胺盐水溶液中浸渍过的短切玻璃纤维；b组分除了波特兰水泥50份、二氧化硅30份、石英1份，还有桐油酸酐5份(均为质量份数)。所述含芳香环的环氧硅烷的制备方法为：将苯甲基三甲氧基硅烷、烯丙基缩水甘油醚和按摩尔比1:1.2混合，以Speier为催化剂，在氮气氛中60℃反应5h。使用时将a组分和b组分分别加水稀释配置成30％wt的浆料，先刷a组分浆料0.4mm、再刷b组分浆料0.6mm，23min后可以进行下一道工序。
实施例3
与实施例2的区别在于，所述钢筋保护涂料中未加入短切玻璃纤维，季胺盐直接与环氧硅烷混合。
实施例4
与实施例2的区别在于，所述环氧硅烷不含芳香环，为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷。
为了更直观地比较钢筋保护涂料的效果，将实施例1-4制得的钢筋保护涂料分别涂覆在除锈钢筋上，测试性能，根据《色漆和清漆拉开法附着力试验》规范要求，测试钢筋保护涂料附着力效果，通过拉脱试验得出涂层与混凝土的附着力，根据GB/T 10125-1997测试钢筋保护涂料的耐盐雾性能，结果如下表所示：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 固化时间min | 60 | 23 | 34 | 23 |
| 粘结强度MPa | 21.9 | 25.7 | 25.6 | 23.4 |
| 耐盐雾性能/h | 845h无变化 | 1023h无变化 | 1001h无变化 | 1016h无变化 |
从固化时间看，实施例2比实施例1显著缩短了，而且由于硅烷的作用粘结强度更高，可以提高施工效率；从耐盐雾性能看，实施例2形成双层涂覆，耐盐雾性能更优。和实施例2相比：实施例3未使用短切玻璃纤维，固化时间延长，而且耐盐雾性能也下降；实施例4使用直链硅烷，粘结强度下降，具体原因详见上文。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料，其特征在于，包括基体抗盐剂、钢筋保护涂料、整体加固修复砂浆和表层防腐抗渗涂料，其中，钢筋保护涂料包括波特兰水泥、二氧化硅和石英；整体加固修复砂浆包括波特兰水泥、天然石英砂、粉煤灰和甲酸钙。
2.根据权利要求1所述的一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料，其特征在于，所述钢筋保护涂料中各组分的含量为：按质量份数计，波特兰水泥30-60份、二氧化硅15-40份、石英0.5-1.5份。
3.根据权利要求1或2所述的一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料，其特征在于，所述钢筋保护涂料由a组分和b组分组成，a组分包括含芳香环的环氧硅烷和在季胺盐水溶液中浸渍过的短切玻璃纤维；b组分包括酸酐固化剂、波特兰水泥、二氧化硅和石英。
4.根据权利要求3所述的一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料，其特征在于，所述含芳香环的环氧硅烷的制备方法为：将苯甲基三甲氧基硅烷、烯丙基缩水甘油醚和按摩尔比1:(1-1.5)混合，以Pt络合物为催化剂，在氮气氛中60-70 ℃反应4-5 h。
5.根据权利要求3所述的一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料，其特征在于，所述酸酐固化剂为桐油酸酐。
6.根据权利要求1所述的一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料，其特征在于，所述整体加固修复砂浆中各组分的含量为：按质量份数计，波特兰水泥20-30份、天然石英砂60-80份、粉煤灰2-5份、甲酸钙0.5-1份。
7.一种根据权利要求1-6任一所述的海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料的应用，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对海水冷却塔基面进行处理，包括碳化深度检测、基面清理、钢筋除锈及保护，其中，钢筋保护采用所述钢筋保护涂料；
（2）向海水冷却塔基体喷涂基体抗盐剂；
（3）利用整体加固修复砂浆对海水冷却塔基体进行混凝土修复，6-8天后再压力注入混凝土注浆液；
（4）在海水冷却塔基体表面涂覆表层防腐抗渗涂料。
8.根据权利要求7所述的一种海水冷却塔混凝土结构的抗盐、加固修复和防腐抗渗涂料的应用，其特征在于，步骤（1）基面处理后坚实干净，表面抗拉强度不小于1.5 MPa。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220607 |