CN115073998A - 一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋,包括环氧树脂涂层和复合型环氧涂层,环氧树脂涂层包括改性环氧树脂50~65份、酚醛基树脂20~25份、固化剂2~4份、促进剂1~2份、流平剂1.0~1.5份、助剂2~4份、颜料1~5份、硅灰石10~15份、硫酸钡10~15份和甘性油体系微胶囊10~15份;复合型环氧涂层包括环氧树脂50~70份、固化剂1~4份、耐磨添加剂0.5~1.5份、附着力改性剂0.8~1.5份、颜料1~4份、硅灰石10~20份、重晶石粉10~15份和耐磨砂纹剂0.2~0.6份。本发明具有涂层自修复、涂层柔韧性提高、握裹力提高、涂层与基材之间的长期附着力提升的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂层钢筋,特别是一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋。
背景技术
自美国上世纪七十年代最先开始应用环氧树脂涂层钢筋至今,环氧树脂涂层钢筋逐渐成为国际上混凝土结构耐久性的主要防腐蚀手段,在美国钢筋应用比已占到10%以上。中国年混凝土结构施工量超过美国10倍,但是在耐久性研究方面比较薄弱,当前主要依赖增大混凝土保护层厚度以及添加阻锈剂和结构外加涂层的方案,对环氧涂层钢筋的应用仍存在大量的认知盲区。目前的环氧树脂涂层钢筋在国内未有大规模应用,存在的质疑主要集中在涂层的破损担忧和与混凝土的握裹力方面。
现有的复合环氧涂层钢筋仍为单一纯环氧粉末体系,仅微调粉末配方和增强固化强度来提高了涂层的附着力,并具有一定的对抗冲击的性能,但在混凝土结构的长期应用中及施工搬运过程中,还是会存在因结构震动和疲劳或施工损失造成的微观裂纹和涂层破损,并没有解决涂层易破损的问题,而且通过增强涂层固化强度的形式,会增加涂层的硬度,从而导致涂层柔韧性显著下降的后果,大幅增加了使用方的成本,得不偿失。
而且相比正常无生锈螺纹钢,现有的环氧涂层钢筋在增加抗腐蚀性的同时,因涂层表面光滑,反而会导致钢筋和混凝土的握裹力下降5-15%,环氧涂层钢筋与混凝土握裹力降为裸钢筋与混凝土之间的握持力的85%以下,影响整体钢筋混凝土的结构强度。而为了保证国标GB/T 25825-2010中规定的握裹力不小于裸钢筋的85%,在施工设计时会通过增加钢筋搭接长度的方式来维持原有的设计应力,从而大大增加了混凝土结构中钢筋材料的使用数量,增加了建筑成本负担,制约了行业的推广使用。
在涂层制备工艺中,钢筋原材氧化层会将油污带入抛丸机内循环,久而久之,微观下可见油污零星见于钢筋基材和涂层覆盖之间,从而影响涂层与钢筋基材之间的长期附着力。
因此,现有的涂层钢筋存在涂层易破损、涂层柔韧性降低、握裹力下降、涂层与基材之间的长期附着力降低的问题。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋。本发明具有涂层自修复、涂层柔韧性提高、握裹力提高、涂层与基材之间的长期附着力提升的特点。
本发明的技术方案:一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋,包括钢筋基材,钢筋基材的表面由内向外依次涂覆有环氧树脂涂层和复合型环氧涂层,环氧树脂涂层包括以下质量份数的成分:改性环氧树脂50~65份、酚醛基树脂20~25份、固化剂2~4份、促进剂1~2份、流平剂1.0~1.5份、助剂2~4份、颜料1~5份、硅灰石10~15份、硫酸钡10~15份和甘性油体系微胶囊10~15份;复合型环氧涂层包括以下质量份数的成分:环氧树脂50~70份、固化剂1~4份、耐磨添加剂0.5~1.5份、附着力改性剂0.8~1.5份、颜料1~4份、硅灰石10~20份、重晶石粉10~15份和耐磨砂纹剂0.2~0.6份。
前述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋中,所述改性环氧树脂为采用胺类和酚烃基树脂固化改性而成。
前述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋中,所述甘性油体系微胶囊为以海藻酸钙为壁材,桐油为芯材,通过锐孔凝固浴法制成。
前述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋中,所述钢筋基材的表面设有均匀的锚纹,锚纹的深度为50~70μm。
前述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋中,所述环氧树脂涂层的粉末粒径为40~120微米;复合型环氧涂层的粉末粒径为40~180微米。
前述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋中,所述环氧树脂涂层的厚度为150~250微米,复合型环氧涂层的厚度为100~150微米。
前述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋中,所述涂层涂层钢筋的喷涂工艺包括以下步骤:
S1、将钢筋基材经二元前处理,去除钢筋基材的表面氧化皮和杂质,使得钢筋基材的表面清洁并形成均匀的锚纹,得A品;
S2、将A品加热后,将粉末一高压静电喷涂到A品表面,形成环氧树脂涂层,得B品;
S3、将粉末二高压静电喷涂到B品的表面,此时环氧树脂涂层未固化成型,在环氧树脂涂层的表面形成具有磨砂纹理的复合型环氧涂层,得C品;
S4、将C品保温固化、冷却,得成品。
前述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋中,所述步骤一中的二元前处理具体为:将钢筋基材经过四个独立的抛丸仓室进行处理,前两个抛丸仓室的磨料均为100%的钢丸,后两个抛丸仓室的磨料包括钢丸、钢砂和切丸,钢丸、钢砂和切丸的质量比为3:5:2。
前述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋中,所述步骤二中,加热温度至200~250℃。
前述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋中,所述步骤二中,加热温度至228~232℃。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明在钢筋基材表面依次涂覆有环氧树脂涂层和复合型环氧涂层,其中的环氧树脂涂层中采用多种胺类和酚烃基树脂固化改性的环氧树脂的粉末涂料,并辅以氨基活性基团为聚合物代表的助剂,有效效提高了涂层与钢筋基材之间的附着力,改善了涂层的机械性能提高和耐腐蚀等级;
同时环氧树脂涂层中还采用了一定比例的以高分子材料复合的甘性油体系微胶囊,当环氧树脂涂层局部受到震动或外力导致涂膜产生裂纹时,导致加入其中的微胶囊破裂,此时桐油流出与涂层内部的固化剂反应,使其破裂的树脂基键重新固化,从而来达到自修复的功能。增加的环氧树脂涂层具有应对轻微损伤或结构震动和疲劳产生裂纹后的自修复能力,提高了环氧树脂涂层钢筋的抗化学腐蚀能力,使得现有的环氧树脂涂层钢筋从单一基础环氧树脂涂层提升到高性能、自修复的多功能环氧树脂涂层。
在环氧树脂涂层的基础上,还复合了复合型环氧涂层,其中复合型环氧涂层采用了多种耐磨添加剂、附着力改性剂和耐磨砂纹剂复配,提高与性能环氧树脂涂层的结合强度,并使得涂层钢筋的表面形成磨砂纹理,能有效提高涂层钢筋与混泥土之间的握裹力和抗冲击性,与混泥土相对粘结强度(握裹力)能够达到裸钢筋与混凝土的握持力的95%以上,增加锚固强度提高了钢筋混泥土结构的抗震强度,解决了现有的环氧树脂涂层钢筋握裹力下降的问题。并从整体上进一步提升防腐性能,涂层不易受损破碎和开裂。
在制备中,采用二元前处理技术,通过多个仓室中添加的多种不同种类和比例的磨料,能够对钢筋表面清除更彻底,除去锈迹、污渍,使得钢筋表面无氧化皮残留,无油污,提高基材表面附着性能;并增加锚纹的密度,提高锚纹的均匀度,从而进一步提高环氧树脂涂层与基材表面之间的长期附着力,根据SY/T0315-2013的标准,湿附着力达到1~2级,根据SY/T0414-2007的标准,吸水增重率≤2%,减少应用中混凝土结构中钢筋材料的使用数量,减少了建筑成本负担,促进了涂层钢筋在行业的推广使用。
通过上述的涂层配方改进和工艺改进,在保证涂层与钢筋基材的高附着力的状态下,降低了粉末涂层的固化程度,从而改善了涂层的柔韧性,根据JG/T502-2016标准,涂层钢筋经弯曲试验,涂层无缝隙剥落,破碎率为0%。
因此,本发明具有涂层自修复、涂层柔韧性提高、握裹力提高、涂层与基材之间的长期附着力提升的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明,但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1:
一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋,包括钢筋基材,钢筋基材的表面由内向外依次涂覆有环氧树脂涂层和复合型环氧涂层,环氧树脂涂层包括以下质量份数的成分:改性环氧树脂50~65份、酚醛基树脂20~25份、固化剂2~4份、促进剂1~2份、流平剂1.0~1.5份、助剂2~4份、颜料1~5份、硅灰石10~15份、硫酸钡10~15份和甘性油体系微胶囊10~15份;复合型环氧涂层包括以下质量份数的成分:环氧树脂50~70份、固化剂1~4份、耐磨添加剂0.5~1.5份、附着力改性剂0.8~1.5份、颜料1~4份、硅灰石10~20份、重晶石粉10~15份和耐磨砂纹剂0.2~0.6份。
所述改性环氧树脂为采用胺类和酚烃基树脂固化改性而成。
所述甘性油体系微胶囊为以海藻酸钙为壁材,桐油为芯材,通过锐孔凝固浴法制成。
所述钢筋基材的表面设有均匀的锚纹,锚纹的深度为50~70μm。所述环氧树脂涂层的粉末粒径为40~120微米;复合型环氧涂层的粉末粒径为40~180微米。
所述环氧树脂涂层的厚度为150~250微米,复合型环氧涂层的厚度为100~150微米。
所述涂层钢筋的喷涂工艺包括以下步骤:
S1、钢筋基材经过四个独立的抛丸仓室进行二元前处理,前两个抛丸仓室的磨料为100%的钢丸,能够彻底清洁钢筋基材的表面,除去钢筋基材表面的锈迹、污渍,使得钢筋表面无氧化皮和油污残留,后两个抛丸仓室的磨料包括钢丸、钢砂和切丸,钢丸、钢砂和切丸的质量比为3:5:2,增加钢筋基材表面的锚纹深度,并形成均匀的锚纹,除锈等级达到sa2.5,得A品;
S2、将A品加热至200~250℃后,将粉末一高压静电喷涂到A品表面,形成一层环氧树脂涂层,得B品;
粉末一包括以下质量份数的成分:改性环氧树脂50~65份、酚醛基树脂20~25份、固化剂2~4份、促进剂1~2份、流平剂1.0~1.5份、助剂2~4份、颜料1~5份、硅灰石10~15份、硫酸钡10~15份和甘性油体系微胶囊10~15份。
S3、将粉末二高压静电喷涂到B品的表面,此时环氧树脂涂层未固化成型,在环氧树脂涂层的表面形成一层具有磨砂纹理的复合型环氧涂层,得C品;该操作使得环氧树脂涂层和环氧树脂涂层之间的附着力最佳。
粉末二包括以下质量份数的成分:环氧树脂50~70份、固化剂1~4份、耐磨添加剂0.5~1.5份、附着力改性剂0.8~1.5份、颜料1~4份、硅灰石10~20份、重晶石粉10~15份和耐磨砂纹剂0.2~0.6份。
S4、将C品保温固化、冷却,得成品。固化度为-2~3。
经测试,涂层钢筋与混泥土相对粘结强度(握裹力)能够达到裸钢筋与混凝土的握持力的95%以上。
实施例2:
一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋,包括钢筋基材,钢筋基材的表面由内向外依次涂覆有环氧树脂涂层和复合型环氧涂层,环氧树脂涂层包括以下质量份数的成分:改性环氧树脂60份、酚醛基树脂22份、固化剂3份、促进剂1份、流平剂1.0份、助剂2份、颜料1份、硅灰石10份、硫酸钡10份和甘性油体系微胶囊10份;复合型环氧涂层包括以下质量份数的成分:环氧树脂60份、固化剂1份、耐磨添加剂1份、附着力改性剂1份、颜料1份、硅灰石10份、重晶石粉10份和耐磨砂纹剂0.4份。
所述改性环氧树脂为采用胺类和酚烃基树脂固化改性而成。
所述甘性油体系微胶囊为以海藻酸钙为壁材,桐油为芯材,通过锐孔凝固浴法制成。
所述钢筋基材的表面设有均匀的锚纹,锚纹的深度为60μm。
所述环氧树脂涂层的粉末粒径为100微米;复合型环氧涂层的粉末粒径为100微米。
所述环氧树脂涂层的厚度为200微米,复合型环氧涂层的厚度为120微米。
所述涂层钢筋的喷涂工艺包括以下步骤:
S1、钢筋基材经过四个独立的抛丸仓室进行二元前处理,前两个抛丸仓室的磨料为100%的钢丸,能够彻底清洁钢筋基材的表面,除去钢筋基材表面的锈迹、污渍,使得钢筋表面无氧化皮和油污残留,后两个抛丸仓室的磨料包括钢丸、钢砂和切丸,钢丸、钢砂和切丸的质量比为3:5:2,增加钢筋基材表面的锚纹深度,并形成均匀的锚纹,得A品;
S2、将A品加热至230℃后,将粉末一高压静电喷涂到A品表面,形成一层环氧树脂涂层,得B品;
粉末一包括以下质量份数的成分:改性环氧树脂60份、酚醛基树脂22份、固化剂3份、促进剂1份、流平剂1.0份、助剂2份、颜料1份、硅灰石10份、硫酸钡10份和甘性油体系微胶囊10份。
S3、将粉末二高压静电喷涂到B品的表面,此时环氧树脂涂层未固化成型,在环氧树脂涂层的表面形成一层具有磨砂纹理的复合型环氧涂层,得C品;
粉末二包括以下质量份数的成分:环氧树脂60份、固化剂1份、耐磨添加剂1份、附着力改性剂1份、颜料1份、硅灰石10份、重晶石粉10份和耐磨砂纹剂0.4份。
S4、将C品保温固化、冷却,得成品。
经测试,涂层钢筋与混泥土相对粘结强度(握裹力)能够达到裸钢筋与混凝土的握持力的98%。涂层钢筋的弯曲破碎率为0%。
Claims (10)
1.一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋,其特征在于:包括钢筋基材,钢筋基材的表面由内向外依次涂覆有环氧树脂涂层和复合型环氧涂层,环氧树脂涂层包括以下质量份数的成分:改性环氧树脂50~65份、酚醛基树脂20~25份、固化剂2~4份、促进剂1~2份、流平剂1.0~1.5份、助剂2~4份、颜料1~5份、硅灰石10~15份、硫酸钡10~15份和甘性油体系微胶囊10~15份;复合型环氧涂层包括以下质量份数的成分:环氧树脂50~70份、固化剂1~4份、耐磨添加剂0.5~1.5份、附着力改性剂0.8~1.5份、颜料1~4份、硅灰石10~20份、重晶石粉10~15份和耐磨砂纹剂0.2~0.6份。
2.根据权利要求1所述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋,其特征在于:所述改性环氧树脂为采用胺类和酚烃基树脂固化改性而成。
3.根据权利要求1所述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋,其特征在于:所述甘性油体系微胶囊为以海藻酸钙为壁材,桐油为芯材,通过锐孔凝固浴法制成。
4.根据权利要求1所述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋,其特征在于:所述钢筋基材的表面设有均匀的锚纹,锚纹的深度为50~70μm。
5.根据权利要求1所述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋,其特征在于:所述环氧树脂涂层的粉末粒径为40~120微米;复合型环氧涂层的粉末粒径为40~180微米。
6.根据权利要求1所述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋,其特征在于:所述环氧树脂涂层的厚度为150~250微米,复合型环氧涂层的厚度为100~150微米。
7.根据权利要求1所述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋,其特征在于:所述涂层涂层钢筋的喷涂工艺包括以下步骤:
S1、将钢筋基材经二元前处理,去除钢筋基材的表面氧化皮和杂质,使得钢筋基材的表面清洁并形成均匀的锚纹,得A品;
S2、将A品加热后,将粉末一高压静电喷涂到A品表面,形成环氧树脂涂层,得B品;
S3、将粉末二高压静电喷涂到B品的表面,此时环氧树脂涂层未固化成型,在环氧树脂涂层的表面形成具有磨砂纹理的复合型环氧涂层,得C品;
S4、将C品保温固化、冷却,得成品。
8.根据权利要求7所述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋,其特征在于:所述步骤一中的二元前处理具体为:将钢筋基材经过四个独立的抛丸仓室进行处理,前两个抛丸仓室的磨料均为100%的钢丸,后两个抛丸仓室的磨料包括钢丸、钢砂和切丸,钢丸、钢砂和切丸的质量比为3:5:2。
9.根据权利要求7所述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋,其特征在于:所述步骤二中,加热温度至200~250℃。
10.根据权利要求7所述的一种磨砂型高性能自修复复合环氧涂层钢筋,其特征在于:所述步骤二中,加热温度至228~232℃。
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