CN115106268B - 一种水滑石阻锈预处理涂层钢筋的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土中钢筋的阻锈技术领域，具体公开了一种水滑石阻锈预处理涂层钢筋的制备方法，先采用含氧化型阻锈、吸附型阻锈剂以及焙烧水滑石为主要成分的多功能阻锈溶液对钢筋进行成膜预处理，然后将预处理后的钢筋表面涂刷环氧涂层，制备得到水滑石阻锈预处理涂层钢筋，本发明在钢筋表面进行氧化、吸附阻锈改性，并在钢筋阻锈膜层中引入不规则分布的水滑石片层。环氧涂层与阻锈剂膜层有着较好的兼容性，且阻锈膜层中突出的水滑石片层为环氧树脂以及钢筋之间提供了力的支撑点及搭接作用，上述两方面原因使环氧树脂涂层与钢筋之间的界面粘结性能得到大幅提升。

Description

一种水滑石阻锈预处理涂层钢筋的制备方法
技术领域
本发明属于混凝土中钢筋的阻锈技术领域，具体涉及一种水滑石阻锈预处理涂层钢筋及其制备方法。
背景技术
钢筋混凝土是土木、水利、交通等领域建筑结构的重要组成部分，其具备易施工、经济性好、长效服役等特点。在钢筋混凝土工程的长期服役过程中，由于环境中侵蚀性离子的长期危害，会引发一系列耐久性问题。其中，由环境中的氯离子侵蚀引发的钢筋锈蚀问题是引起混凝土结构劣化的重要原因。
围绕混凝土结构中的钢筋锈蚀问题，目前常见的防护措施有添加阻锈剂、阴极保护、使用高性能混凝土、在钢筋表面涂刷有机涂层等。其中，钢筋阻锈剂由于具备经济性好，应用方便，性能良好等特点，多年来一直是混凝土耐久性领域的研究热点。近年来，钢筋防腐领域的学者研究发现，钢筋防腐涂层具有使用效率高、施工方便、对服役环境污染小等特点。
但这些阻锈方式也存在其明显的短板。阻锈剂常常在混凝土拌合阶段掺入到混凝土中，其完全分散在混凝土中，只有少数能够迁移至钢筋表面，作用效率不高。此外，单一的阻锈剂往往存在不同的性能缺陷，如氧化型阻锈剂对阻锈剂掺量和使用环境的pH要求较高，当掺量较低或环境pH较低时，阻锈性能往往不理想，而吸附型阻锈剂则通常存在阻锈长效性不佳的问题。而对于有机涂层，其与钢筋之间的界面结合问题是制约其得到进一步发展的重要因素，随着服役龄期的延长，有机涂层和钢筋的界面粘结程度降低，腐蚀溶液因此渗入，造成缝隙腐蚀。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水滑石阻锈预处理涂层钢筋及其制备方法，用于钢筋的锈蚀防护，从而解决传统钢筋阻锈措施中存在的阻锈剂迁移能力弱、阻锈功效单一、环境污染以及钢筋涂层中面临的界面结合力弱等问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种水滑石阻锈预处理涂层钢筋的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：先配制多功能阻锈溶液，其成分包括：碱性成分、氧化型阻锈剂、吸附型阻锈剂、焙烧水滑石以及去离子水。
步骤二：将经洗涤清洁的钢筋浸没于多功能阻锈溶液中浸泡，浸泡期间，对其进行搅拌和超声共同处理，以维持焙烧水滑石颗粒的均匀分散。
步骤三：浸泡完成后，将钢筋取出，风干，得到水滑石阻锈预处理钢筋。
步骤四：在水滑石阻锈预处理钢筋表面涂刷环氧树脂涂层，经养护后，得到一种水滑石阻锈预处理涂层钢筋。
进一步地，步骤一中所述碱性成分为氢氧化钙，掺量为溶液质量的0.2％；；氧化型阻锈剂为亚硝酸钙、钼酸钠，掺量为溶液质量的0.1％～1％；吸附型阻锈剂为维生素B3、维生素B6、维生素C，掺量为溶液质量的0.1％～1％；水滑石为焙烧镁铝水滑石，焙烧温度为350～500℃，焙烧时间为3～5h，掺量为溶液质量的0.5％～1.5％，其余组分为去离子水。
进一步地，步骤二中所述钢筋的洗涤清洁过程，具体步骤为：将钢筋在无水乙醇中超声清洗10min，然后用去离子水冲洗，再用吹风机快速吹干，整个过程重复两次。
进一步地，步骤二中所述的搅拌转速为200rpm，超声频率为25kHz～40kHz。
进一步地，步骤二中所述的钢筋的浸没时间为6～24h，搅拌和超声的时间和浸没时间相同。
进一步地，步骤四中所述的环氧树脂涂层由E-44环氧树脂和固化剂650聚酰胺按照9:1的质量比配制而成，所述养护条件为：温度25～35℃、湿度40～60％，养护时间为12～24h。
本发明的发明原理：本发明设计的阻锈剂预处理溶液中，包含碱性组分、氧化型阻锈剂、吸附型阻锈剂、焙烧水滑石粉末。氧化型阻锈剂通过氧化钢筋表面活化的亚铁离子使其转化成三价铁离子，并进一步转化形成致密的钢筋氧化膜层，隔绝氯离子的侵蚀，氧化型阻锈剂已经被证明具有较好的阻锈效果。氧化型阻锈剂使用时，只有达到足够高的浓度才能起到阻锈效果，否则反而加速钢筋的局部腐蚀，且在环境pH下降时，阻锈效果会出现较大幅度的下降。对于吸附型阻锈剂，由于孤对电子的存在，可在钢筋表面吸附形成一层保护膜，将侵蚀性物质与钢筋表面隔绝，达到抑制锈蚀的效果，但吸附型阻锈剂通常存在阻锈长效性不佳的问题。通过将钢筋在包含氧化型和吸附型的阻锈剂溶液中浸没一段时间，首先能弥补氧化型和吸附型阻锈剂各自的不足，发挥良好的协同阻锈效应。其次，通过氧化、吸附型阻锈预处理，能够使阻锈膜层在钢筋和有机涂层之间发挥良好的搭接作用，提升有机涂层与钢筋的兼容性。
此外，在阻锈预处理溶液中添加了焙烧水滑石，通过在处理过程中保持搅拌和超声处理，使焙烧水滑石均匀分散在溶液中。在溶液中持续运动的纳米级水滑石颗粒能够镶嵌在阻锈剂膜层中，并产生无规则的突触。一方面，突出于阻锈剂膜平面的能够为阻锈剂膜和有机涂层之间的结合提供拉应力以及摩擦力，提升钢筋和环氧涂层结合的紧密性。另一方面，焙烧水滑石具备优异的氯离子吸附能力，能够在涂层和阻锈膜层的防腐功效之外，从源头上减少氯离子的侵蚀。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
1、传统阻锈材料通常在混凝土拌合阶段掺入到混凝土中，但这种作用方式下阻锈剂存在迁移困难的问题，本发明在钢筋表面进行氧化、吸附阻锈改性，并在钢筋阻锈膜层中引入不规则分布的水滑石片层。此种方式能够很好解决阻锈剂迁移困难的问题，且膜层中无规则分布的水滑石能够很好的发挥氯离子吸附效应。
2、钢筋与传统有机涂层接触，在长期服役下的界面粘结性能下降，本发明通过在钢筋表面进行双重阻锈剂结合水滑石片层的表面预处理，在钢筋表面形成稳定致密的复合阻锈膜层，环氧涂层与阻锈剂膜层有着较好的兼容性。此外，无规则分布的水滑石使阻锈膜表面更加粗糙，突出的水滑石片层为环氧树脂以及钢筋之间提供了力的支撑点及搭接作用。因此，在复合阻锈膜层及水滑石的共同影响下，能显著提升涂层与钢筋的结合性能。
附图说明
图1为浸没不同龄期后，包含实施例和对比例中试样的钢筋砂浆的开路电位示意图。
图2为浸没不同龄期后，包含实施例和对比例中试样的钢筋砂浆的阻锈效率示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
本实施例公开了一种水滑石阻锈预处理涂层钢筋的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：先配制多功能阻锈溶液，其成分包括：碱性成分、氧化型阻锈剂、吸附型阻锈剂、焙烧水滑石以及去离子水；
步骤二：将经洗涤清洁的钢筋浸没于多功能阻锈溶液中浸泡，浸泡期间，对其进行搅拌和超声共同处理，以维持焙烧水滑石颗粒的均匀分散；
步骤三：将浸泡完成的钢筋取出，风干，得到水滑石阻锈预处理钢筋；
步骤四：在水滑石阻锈预处理钢筋表面涂刷环氧树脂涂层，经养护后，得到一种水滑石阻锈预处理涂层钢筋。
实施例1
先配制多功能阻锈溶液，碱性组分为氢氧化钙，掺量为溶液质量的0.2％。氧化型阻锈剂为亚硝酸钙，掺量为溶液质量的0.1％。吸附型阻锈剂为维生素B3，掺量为溶液质量的0.1％。焙烧水滑石由镁铝水滑石焙烧而成，焙烧温度为350℃，焙烧时间为3h，掺量为溶液质量的0.5％。除上述组分外，其余组分为去离子水。将钢筋置入无水乙醇中超声清洗10min，然后用去离子水冲洗，再用吹风机快速吹干，整个过程重复两次。将无水乙醇洗涤后的钢筋放入多功能阻锈溶液中，浸泡6h。在浸泡过程中，同时进行搅拌和超声处理，以维持水滑石粉末在溶液中的均匀分布，超声频率为25kHz，搅拌转速为200rpm，搅拌和超声的时间和浸没时间相同。浸泡预处理完成后，将钢筋风干，得到水滑石阻锈预处理钢筋。将E-44环氧树脂与固化剂650聚酰胺按照9:1的质量比配制成环氧树脂涂层，再将涂层涂覆在预处理钢筋表面，在温度25℃、湿度40％下养护12h，得到水滑石阻锈预处理涂层钢筋。
实施例2
先配制多功能阻锈溶液，碱性组分为氢氧化钙，掺量为溶液质量的掺量为溶液质量的0.2％。氧化型阻锈剂为亚硝酸钙，掺量为溶液质量的0.5％。吸附型阻锈剂为维生素B6，掺量为溶液质量的0.5％。焙烧水滑石由镁铝水滑石焙烧而成，焙烧温度为400℃，焙烧时间为4h，掺量为溶液质量的1％。除上述组分外，其余组分为去离子水。将钢筋置入无水乙醇中超声清洗10min，然后用去离子水冲洗，再用吹风机快速吹干，整个过程重复两次。将无水乙醇洗涤后的钢筋放入多功能阻锈溶液中，浸泡12h。在浸泡过程中，同时进行搅拌和超声处理，以维持水滑石粉末在溶液中的均匀分布，超声频率为33kHz，搅拌转速为200rpm，搅拌和超声的时间和浸没时间相同。浸泡预处理完成后，将钢筋风干，得到水滑石阻锈预处理钢筋。将E-44环氧树脂与固化剂650聚酰胺按照9:1的质量比配制成环氧树脂涂层，再将涂层涂覆在预处理钢筋表面，在温度30℃、湿度50％下养护18h，得到水滑石阻锈预处理涂层钢筋。
实施例3
先配制多功能阻锈溶液，碱性组分为氢氧化钙，掺量为溶液质量的掺量为溶液质量的0.2％。氧化型阻锈剂为钼酸钠，掺量为溶液质量的1％。吸附型阻锈剂为维生素C，掺量为溶液质量的1％。焙烧水滑石由镁铝水滑石焙烧而成，焙烧温度为450℃，焙烧时间为5h，掺量为溶液质量的1.5％。除上述组分外，其余组分为去离子水。将钢筋置入无水乙醇中超声清洗10min，然后用去离子水冲洗，再用吹风机快速吹干，整个过程重复两次。将无水乙醇洗涤后的钢筋放入多功能阻锈溶液中，浸泡24h。在浸泡过程中，同时进行搅拌和超声处理，以维持水滑石粉末在溶液中的均匀分布，超声频率为40kHz，搅拌转速为200rpm，搅拌和超声的时间和浸没时间相同。浸泡预处理完成后，将钢筋风干，得到水滑石阻锈预处理钢筋。将E-44环氧树脂与固化剂650聚酰胺按照9:1的质量比配制成环氧树脂涂层，再将涂层涂覆在预处理钢筋表面，在温度35℃、湿度60％下养护24h，得到水滑石阻锈预处理涂层钢筋。
实施例4
先配制多功能阻锈溶液，碱性组分为氢氧化钙，掺量为溶液质量的0.2％。氧化型阻锈剂为钼酸钠，掺量为溶液质量的0.1％。吸附型阻锈剂为维生素C，掺量为溶液质量的0.1％。焙烧水滑石由镁铝水滑石焙烧而成，焙烧温度为400℃，焙烧时间为4h，掺量为溶液质量的0.5％。除上述组分外，其余组分为去离子水。将钢筋置入无水乙醇中超声清洗10min，然后用去离子水冲洗，再用吹风机快速吹干，整个过程重复两次。将无水乙醇洗涤后的钢筋放入多功能阻锈溶液中，浸泡12h。在浸泡过程中，同时进行搅拌和超声处理，以维持水滑石粉末在溶液中的均匀分布，超声频率为25kHz，搅拌转速为200rpm，搅拌和超声的时间和浸没时间相同。浸泡预处理完成后，将钢筋风干，得到水滑石阻锈预处理钢筋。将E-44环氧树脂与固化剂650聚酰胺按照9:1的质量比配制成环氧树脂涂层，再将涂层涂覆在预处理钢筋表面，在温度25℃、湿度40％下养护12h，得到水滑石阻锈预处理涂层钢筋。
实施例5
先配制多功能阻锈溶液，碱性组分为氢氧化钙，掺量为溶液质量的0.2％。氧化型阻锈剂为亚硝酸钙，掺量为溶液质量的0.5％。吸附型阻锈剂为维生素B3，掺量为溶液质量的0.5％。焙烧水滑石由镁铝水滑石焙烧而成，焙烧温度为450℃，焙烧时间为5h，掺量为溶液质量的1％。除上述组分外，其余组分为去离子水。将钢筋置入无水乙醇中超声清洗10min，然后用去离子水冲洗，再用吹风机快速吹干，整个过程重复两次。将无水乙醇洗涤后的钢筋放入多功能阻锈溶液中，浸泡12h。在浸泡过程中，同时进行搅拌和超声处理，以维持水滑石粉末在溶液中的均匀分布，超声频率为33kHz，搅拌转速为200rpm，搅拌和超声的时间和浸没时间相同。浸泡预处理完成后，将钢筋风干，得到得到水滑石阻锈预处理钢筋。将E-44环氧树脂与固化剂650聚酰胺按照9:1的质量比配制成环氧树脂涂层，再将涂层涂覆在预处理钢筋表面，在温度30℃、湿度50％下养护18h，得到水滑石阻锈预处理涂层钢筋。
实施例6
先配制多功能阻锈溶液，碱性组分为氢氧化钙，掺量为溶液质量的0.2％。氧化型阻锈剂为亚硝酸钙，掺量为溶液质量的1％。吸附型阻锈剂为维生素B6，掺量为溶液质量的1％。焙烧水滑石由镁铝水滑石焙烧而成，焙烧温度为500℃，焙烧时间为3h，掺量为溶液质量的1.5％。除上述组分外，其余组分为去离子水。将钢筋置入无水乙醇中超声清洗10min，然后用去离子水冲洗，再用吹风机快速吹干，整个过程重复两次。将无水乙醇洗涤后的钢筋放入多功能阻锈溶液中，浸泡24h。在浸泡过程中，同时进行搅拌和超声处理，以维持水滑石粉末在溶液中的均匀分布，超声频率为40kHz，搅拌转速为200rpm，搅拌和超声的时间和浸没时间相同。浸泡预处理完成后，将钢筋风干，得到水滑石阻锈预处理钢筋。将E-44环氧树脂与固化剂650聚酰胺按照9:1的质量比配制成环氧树脂涂层，再将涂层涂覆在预处理钢筋表面，在温度35℃、湿度60％下养护24h，得到水滑石阻锈预处理涂层钢筋。
对比例
其他步骤、实验参数与实施例3相同，但是未经过水滑石阻锈预处理的普通环氧树脂涂层钢筋。
阻锈性能测试：
将所制备的水滑石阻锈预处理涂层钢筋及普通环氧树脂涂层钢筋按照常规钢筋的应用方法，置入圆柱形砂浆试块中。砂浆水灰比为0.5，灰砂比为0.4，砂浆试块的直径为4cm，长度为10cm。腐蚀溶液为6％NaCl溶液，将钢筋砂浆浸没在NaCl溶液，定期取出进行电化学测试。
从图1开路电位和图2阻锈效率数据可以看出，钢筋砂浆试块在NaCl溶液中浸泡28天后，水滑石阻锈预处理涂层钢筋的防腐性能远优于普通环氧树脂涂层钢筋。这主要是由于两方面原因，首先，相比于单一的环氧涂层，经过水滑石阻锈预处理后，增加了两道防腐屏障，大幅度提升了钢筋表面的防腐性能。其次，阻锈膜层和水滑石的存在，有效改善了环氧树脂涂层与钢筋的界面兼容性问题，在浸没90天后，水滑石阻锈预处理涂层钢筋中界面处的结合仍然紧密。而对于普通环氧树脂涂层钢筋，浸泡56天后，涂层与钢筋出现明显的缝隙，溶液渗入界面缝隙中，导致钢筋锈蚀的发生。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

Claims (3)

1.一种水滑石阻锈预处理涂层钢筋的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：先配制多功能阻锈溶液，其成分包括：碱性成分、氧化型阻锈剂、吸附型阻锈剂、焙烧水滑石以及去离子水；
步骤二：将经洗涤清洁的钢筋浸没于多功能阻锈溶液中浸泡，浸泡期间，对其进行搅拌和超声共同处理，以维持焙烧水滑石颗粒的均匀分散；
步骤三：将浸泡完成的钢筋取出，风干，得到水滑石阻锈预处理钢筋；
步骤四：在水滑石阻锈预处理钢筋表面涂刷环氧树脂涂层，经养护后，得到一种水滑石阻锈预处理涂层钢筋；
所述步骤一中碱性成分为氢氧化钙，掺量为溶液质量的0.2％；氧化型阻锈剂为亚硝酸钙或钼酸钠，掺量为溶液质量的0.1％～1％；吸附型阻锈剂为维生素B3、维生素B6或维生素C，掺量为溶液质量的0.1％～1％；水滑石为焙烧镁铝水滑石，焙烧温度为350～500℃，焙烧时间为3～5h，掺量为溶液质量的0.5％～1.5％；其余组分为去离子水；
所述步骤二中所述的钢筋的浸没时间为6～24h，搅拌和超声的时间和浸没时间相同；
所述步骤四中所述的环氧树脂涂层由E-44环氧树脂和固化剂650聚酰胺按照9:1的质量比配制而成，所述养护条件为：温度25～35℃、湿度40～60％，养护时间为12～24h。
2.根据权利要求1所述水滑石阻锈预处理涂层钢筋的制备方法，其特征在于：所述步骤二中钢筋的洗涤清洁过程，具体步骤为：将钢筋在无水乙醇中超声清洗10min，然后用去离子水冲洗，再用吹风机快速吹干，整个过程重复两次。
3.根据权利要求1所述水滑石阻锈预处理涂层钢筋的制备方法，其特征在于：步骤二中所述的搅拌转速为200rpm，超声频率为25kHz～40kHz。
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"复合阻锈剂的研发及其对混凝土性能的影响";李新新等;《新型建筑材料》;20210425;第48卷(第4期);第76-79、84页 *
Bioinspired layered hybrid coatings with greatly enhanced barrier effect and active corrosion protection performance;A.Liu et al.;《Progress in Organic Coatings》;第1-15页 *
Direct synthesis of layered double hydroxides monolayer nanosheets for coassembly of nanobrick wall hybrid film with excellent corrosion resistance;A. Liu, et al.;《Applied Surface Science》;第239-249页 *
复合阻锈剂的研发及其对混凝土性能的影响;李新新等;《新型建筑材料》;第48卷(第4期);第76-79、84页 *
环氧树脂与缓蚀剂对钢筋混凝土构件防锈的组合效应研究;张恒等;《混凝土与水泥制品》;20150220(第02期);第1-4页 *
环氧树脂与缓蚀剂对钢筋混凝土构件防锈的组合效应研究;张恒等;混凝土与水泥制品(第02期);第1-4页 *
阻锈剂在钢筋混凝土结构中的研究与应用;刘洋等;混凝土(第11期);第126-128页 *

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CN115106268A (zh) 2022-09-27

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