CN115124269A - 一种双重阻锈预处理涂层钢筋的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双重阻锈预处理涂层钢筋的制备方法，属于混凝土中钢筋的阻锈技术领域，具体步骤包括：先将钢筋先后在无机阻锈溶液和有机阻锈溶液中进行预处理，在钢筋表面生成双重阻锈膜层，然后在预处理后的钢筋表面涂覆环氧树脂涂层，制备得到双重阻锈预处理涂层钢筋；本发明通过在钢筋表面进行双重阻锈膜层预处理，在钢筋表面生成无机+有机复合膜层，此种膜层具有比表面积大、表面能高、粗糙度高等特点，而复合阻锈膜层能为钢筋与环氧涂层之间提供优良的搭接作用，有效提升界面结合性能，减少环氧树脂与钢筋之间的裂缝，大幅度提升环氧树脂的防腐性能。

Description

一种双重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，具体涉及一种双重阻锈预处理涂层钢筋及其制备方法。
背景技术
我国是海洋大国，近年来，我国对海洋的重视程度日益提高。海洋资源开发、海上运输、海上风电等产业不断受到重视，跨海大桥、海底隧道、远海岛礁等重大海洋基础设施建设的投入持续加大。然而，严酷的海洋腐蚀环境对海洋工程的长效服役提出了严峻挑战。钢筋混凝土作为在海洋工程建筑中的重要结构材料，具有经济性好、施工便利、力学性能优异等特点。但在海洋环境中，钢筋混凝土的过早失效也日趋普遍化。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主要症结。
目前对于钢筋锈蚀的防护手段主要包括：添加阻锈剂、防腐涂层(包含混凝土涂层和钢筋涂层)、混凝土再碱化、阴极保护等。其中，添加阻锈剂是一种经济、便捷、高效的阻锈措施，目前已经涌现大量相关的应用和研究案例。钢筋涂层具备高效、直接、对混凝土服役环境污染较小等特点，近年来受到越来越多关注。
但阻锈剂和钢筋防腐涂层仍然存在一些明显的短板。阻锈剂需要直接与钢筋接触发挥氧化或吸附效应才能形成保护膜层，发挥阻锈效果，但目前的阻锈剂常常是在混凝土拌合阶段掺入混凝土中，或是通过电迁移手段使阻锈剂迁移至已服役混凝土中。而这种迁移往往是困难的，在实际应用中作用效率较低。此外，单一阻锈剂通常存在一些短板，如亚硝酸盐阻锈剂掺量较低时，阻锈效果出现大幅度下降，而有机阻锈剂通常存在长效性不佳的问题。而对于涂覆在钢筋表面的有机涂层，在钢筋-涂层界面的结合问题是影响有机涂层性能的重要原因，随着腐蚀溶液的侵蚀，涂层和钢筋之间容易出现微小缝隙，腐蚀液进入缝隙中，会导致缝隙腐蚀现象的出现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双重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、环境污染以及钢筋涂层中面临的界面结合力弱等问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种双重阻锈预处理涂层钢筋的制备方法，包括以下步骤：
1.双重阻锈预处理钢筋的制备：
先配制预处理溶液，预处理溶液分为A、B两组，A组组分：氢氧化钠、无机阻锈剂和去离子水；B组组分：氢氧化钠、有机阻锈剂和去离子水。然后将经过洗涤清洁处理的钢筋先后放入预处理溶液A、B中浸泡，再取出，风干，获得双重阻锈预处理钢筋。
2.双重阻锈预处理涂层钢筋的制备:
在制备的预处理钢筋表面涂覆环氧树脂涂料，经过养护后，得到双重阻锈预处理涂层钢筋。
进一步地，步骤1中所述无机阻锈剂为亚硝酸钠、钼酸钠、磷酸钠中的一种，有机阻锈剂为二乙烯三胺、D-葡萄糖酸钠、十二烷基肌氨酸钠中的一种。
进一步地，步骤1中所述的钢筋洗涤清洁过程为：将钢筋浸没于丙酮中，超声清洗10分钟后，取出，用去离子水冲洗，此过程重复两次。
进一步地，A溶液中无机阻锈剂的掺量为溶液质量的0.1％～0.6％，B溶液中有机阻锈剂掺量为溶液质量的0.5％～1.5％，A、B溶液中氢氧化钠的掺量为溶液质量的0.4％，其余组分为去离子水。
进一步地，步骤1中，钢筋先在A溶液中浸泡1～7天，然后在B溶液中浸泡1～3天后取出，风干，完成钢筋的双重阻锈预处理。
进一步地，步骤2中，环氧树脂为E-44环氧树脂，固化剂为1，6-己二胺，固化剂掺量为环氧树脂质量的3％，掺入固化剂后，用玻璃棒搅拌至固化剂均匀分布即可。
进一步地，步骤2中，将掺有固化剂的环氧树脂涂覆在双重阻锈预处理钢筋上，并在温度25～35℃、湿度40～60％的环境下养护12～24h，得到一种双重阻锈预处理涂层钢筋。
本发明的发明原理：本发明中，先使钢筋在包含无机阻锈剂的溶液中浸泡，是因为本发明所选择的无机阻锈剂为亚硝酸钠、钼酸钠、磷酸钠，这类阻锈剂属氧化膜型阻锈剂，其膜层厚度在10nm以下，与钢筋之间有着强大的结合力，且其在钢筋表面分布结构致密，拥有优良的阻锈效果。第二次预处理溶液中主要阻锈成分为有机阻锈剂，其能通过物理、化学吸附作用，在无机膜层表面及钢筋表面成膜薄弱的部位，发挥均匀的吸附作用，形成双重阻锈膜层防护。此外，有机膜层与和环氧树脂涂层都具有良好的兼容性，能够为无机膜层与环氧涂层之间提供优良的搭接作用，有效提升界面结合性能，减少环氧树脂与钢筋之间的裂缝，大幅度提升环氧树脂的防腐性能。
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，本发明直接在钢筋表面生成无机+有机阻锈膜层。第一层无机膜型阻锈剂，其与钢筋之间有着强大的附着力，且其在钢筋表面分布结构致密，拥有优良的阻锈效果。第二层有机膜层阻锈剂，其能通过物理、化学吸附作用，在无机膜层表面及钢筋表面成膜薄弱的部位，发挥均匀的吸附作用，形成双重阻锈膜层防护。双重阻锈膜层预处理有效避免了阻锈剂迁移困难、作用效率不高的问题，能有效发挥其膜层阻隔效应，抵御氯离子侵蚀，为钢筋阻锈的增加了一道有力屏障。
2、钢筋涂层与水泥基材料接触，其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膜层预处理，在钢筋表面生成无机+有机复合膜层，此种膜层具有比表面积大、表面能高、粗糙度高等特点，而有机膜层与无机层和环氧树脂涂层都具有良好的兼容性，能够为无机膜层与环氧涂层、钢筋与环氧涂层之间提供优良的搭接作用，有效提升界面结合性能，减少环氧树脂与钢筋之间的裂缝，大幅度提升环氧树脂的防腐性能。
附图说明
图1为经历干湿循环腐蚀后，包含实施例和对比例中试样的钢筋砂浆的极化电阻值示意图。
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。
实施例1
首先配制氢氧化钠+无机阻锈剂溶液(A溶液)，无机阻锈剂亚硝酸钠量为溶液质量的0.1％；继续配制氢氧化钠+有机阻锈剂溶液(B溶液),有机阻锈剂二乙烯三胺的掺量为溶液质量的0.5％，A、B溶液中氢氧化钠的掺量皆为溶液质量的0.4％。两种溶液中，除上述提及的组分外，其余组分为去离子水。将钢筋浸没于丙酮中，超声清洗10分钟后，取出，用去离子水冲洗，此过程重复两次。将清洁处理后的钢筋先加入A溶液中浸泡1天，然后将钢筋在B溶液中浸泡1天，取出钢筋，风干，完成钢筋的双重阻锈膜层预处理。将固化剂1，6-己二胺按环氧树脂质量的3％加入到E-44环氧树脂中，然后将掺有固化剂的环氧树脂涂覆在双重阻锈膜预处理钢筋上，并在温度25℃、40％湿度环境下养护12h，得到一种双重阻锈预处理涂层钢筋。
实施例2
首先配制氢氧化钠+无机阻锈剂溶液(A溶液)，无机阻锈剂亚硝酸钠掺量为溶液质量的0.3％；继续配制氢氧化钠+有机阻锈剂溶液(B溶液),有机阻锈剂二乙烯三胺的掺量为溶液质量的1％，A、B溶液中氢氧化钠的掺量皆为溶液质量的0.4％。两种溶液中，除上述提及的组分外，其余组分为去离子水。将钢筋浸没于丙酮中，超声清洗10分钟后，取出，用去离子水冲洗，此过程重复两次。将清洁处理后的钢筋先加入A溶液中浸泡3天，然后将钢筋在B溶液中浸泡2天，取出钢筋，风干，完成钢筋的双重阻锈膜层预处理预处理。将固化剂1，6-己二胺按环氧树脂质量的3％加入到E-44环氧树脂中，然后将掺有固化剂的环氧树脂涂覆在双重阻锈膜预处理钢筋上，并在温度30℃、50％湿度环境下养护18h，得到一种双重阻锈预处理涂层钢筋。
实施例3
首先配制氢氧化钠+无机阻锈剂溶液(A溶液)，无机阻锈剂钼酸钠掺量为溶液质量的0.6％；继续配制氢氧化钠+有机阻锈剂溶液(B溶液),有机阻锈剂D-葡萄糖酸钠的掺量为溶液质量的1.5％，A、B溶液中氢氧化钠的掺量皆为溶液质量的0.4％。两种溶液中，除上述提及的组分外，其余组分为去离子水。将钢筋浸没于丙酮中，超声清洗10分钟后，取出，用去离子水冲洗，此过程重复两次。将清洁处理后的钢筋先加入A溶液中浸泡7天，然后将钢筋在B溶液中浸泡3天，取出钢筋，风干，完成钢筋的双重阻锈膜层预处理。将固化剂1，6-己二胺按环氧树脂质量的3％加入到E-44环氧树脂中，然后将掺有固化剂的环氧树脂涂覆在双重阻锈预处理钢筋上，并在温度35℃、60％湿度环境下养护24h，得到一种双重阻锈预处理涂层钢筋。
实施例4
首先配制氢氧化钠+无机阻锈剂溶液(A溶液)，无机阻锈剂钼酸钠掺量为溶液质量的0.1％；继续配制氢氧化钠+有机阻锈剂溶液(B溶液),有机阻锈剂D-葡萄糖酸钠的掺量为溶液质量的0.5％，A、B溶液中氢氧化钠的掺量皆为溶液质量的0.4％。两种溶液中，除上述提及的组分外，其余组分为去离子水。将钢筋浸没于丙酮中，超声清洗10分钟后，取出，用去离子水冲洗，此过程重复两次。将清洁处理后的钢筋先加入A溶液中浸泡1天，然后将钢筋在B溶液中浸泡1天，取出钢筋，风干，完成钢筋的双重阻锈膜层预处理。将固化剂1，6-己二胺按环氧树脂质量的3％加入到E-44环氧树脂中，然后将掺有固化剂的环氧树脂涂覆在双重阻锈预处理钢筋上，并在温度25℃、40％湿度环境下养护12h，得到一种双重阻锈预处理涂层钢筋。
实施例5
首先配制氢氧化钠+无机阻锈剂溶液(A溶液)，无机阻锈剂磷酸钠的掺量为溶液质量的0.3％；继续配制氢氧化钠+有机阻锈剂溶液(B溶液),有机阻锈剂十二烷基肌氨酸钠的掺量为溶液质量的1％，A、B溶液中氢氧化钠的掺量皆为溶液质量的0.4％。两种溶液中，除上述提及的组分外，其余组分为去离子水。将钢筋浸没于丙酮中，超声清洗10分钟后，取出，用去离子水冲洗，此过程重复两次。将清洁处理后的钢筋先加入A溶液中浸泡3天，然后将钢筋在B溶液中浸泡2天，取出钢筋，风干，完成钢筋的双重阻锈膜层预处理。将固化剂1，6-己二胺按环氧树脂质量的3％加入到E-44环氧树脂中，然后将掺有固化剂的环氧树脂涂覆在双重阻锈预处理钢筋上，并在温度30℃、50％湿度环境下养护18h，得到一种双重阻锈预处理涂层钢筋。
实施例6
首先配制氢氧化钠+无机阻锈剂溶液(A溶液)，无机阻锈剂磷酸钠掺量为溶液质量的0.6％；继续配制氢氧化钠+有机阻锈剂溶液(B溶液),有机阻锈剂十二烷基肌氨酸钠掺量为溶液质量的1.5％，A、B溶液中氢氧化钠的掺量皆为溶液质量的0.4％。两种溶液中，除上述提及的组分外，其余组分为去离子水。将钢筋浸没于丙酮中，超声清洗10分钟后，取出，用去离子水冲洗，此过程重复两次。将清洁处理后的钢筋先加入A溶液中浸泡7天，然后将钢筋在B溶液中浸泡3天，取出钢筋，风干，完成钢筋的双重阻锈膜层预处理。将固化剂1，6-己二胺按环氧树脂质量的3％加入到E-44环氧树脂中，然后将掺有固化剂的环氧树脂涂覆在双重阻锈预处理钢筋上，并在温度35℃、湿度60％环境下养护24h，得到一种双重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，但是未经过双重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5％NaCl溶液，采用干湿循环模式进行腐蚀试验。一次干湿循环中，浸泡时间为24h，烘干时间为6h，烘干温度为70℃，冷却时间为4h。采用开路电位、电化学阻抗谱对不同试样的防腐性能进行测试。
表1
Figure BDA0003752148730000061
表1为经历干湿循环腐蚀后，包含实施例和对比例中试样的钢筋砂浆的开路电位值。
从表1开路电位和图1极化电阻数据可以看出，在7～56个周期的干湿循环腐蚀下，双重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，经过氧化-吸附双重阻锈预处理后，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，双重预膜的存在，有效改善了环氧树脂涂层与钢筋的界面兼容性问题，在经过56个腐蚀周期后，阻锈预处理涂层钢筋中未出现明显缝隙。而对于普通环氧树脂涂层钢筋，经过28个干湿循环后，涂层与钢筋出现缝隙，腐蚀液渗入缝隙中，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 (7)

1.一种双重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、双重阻锈预处理钢筋的制备：
先配制预处理溶液，预处理溶液包括A、B两组，A组组分包括氢氧化钠、无机阻锈剂和去离子水；B组组分包括氢氧化钠、有机阻锈剂和去离子水，然后将经过洗涤处理的钢筋先后放入预处理溶液A、B中浸泡，再取出，风干，获得双重阻锈预处理钢筋；
步骤二、双重阻锈预处理涂层钢筋的制备：
在制备的双重阻锈预处理钢筋表面涂覆环氧树脂涂料，经过养护后，得到双重阻锈预处理涂层钢筋。
2.根据权利要求1所述的一种双重阻锈预处理涂层钢筋的制备方法，其特征在于：步骤一中所述无机阻锈剂为亚硝酸钠、钼酸钠、磷酸钠中的一种，所述有机阻锈剂为二乙烯三胺、D-葡萄糖酸钠、十二烷基肌氨酸钠中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种双重阻锈预处理涂层钢筋的制备方法，其特征在于：步骤一中所述A溶液中无机阻锈剂的掺量为溶液质量的0.1％～0.6％，B溶液中有机阻锈剂的掺量为溶液质量的0.5％～1.5％，A、B溶液中氢氧化钠的掺量为溶液质量的0.4％，其余组分为去离子水。
4.根据权利要求1所述的一种双重阻锈预处理涂层钢筋的制备方法，其特征在于：步骤一中所述的钢筋洗涤处理过程为：将钢筋浸没于丙酮中，超声清洗10分钟后，取出，用去离子水冲洗，此过程重复两次。
5.根据权利要求1所述的一种双重阻锈预处理涂层钢筋的制备方法，其特征在于：步骤一中所述钢筋先在A溶液中浸泡1～7天，然后再B溶液中浸泡1～3天后取出，风干，完成钢筋的双重阻锈预处理。
6.根据权利要求1所述的一种双重阻锈预处理涂层钢筋的制备方法，其特征在于：步骤二中所述环氧树脂涂料包括环氧树脂和固化剂；所述环氧树脂为E-44环氧树脂，固化剂为1，6-己二胺，固化剂掺量为环氧树脂质量的3％，掺入固化剂后，用玻璃棒搅拌至固化剂均匀分布即可。
7.根据权利要求1所述的一种双重阻锈预处理涂层钢筋的制备方法，其特征在于：步骤二中，将环氧树脂涂料涂覆在双重阻锈预处理钢筋上，并在温度25～35℃、湿度40～60％的环境下养护12～24h，得到一种双重阻锈预处理涂层钢筋。
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