CN117070930A - 690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液、处理工艺及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稳定化处理液，用于690MPa级耐候桥梁钢构件的各组分质量百分比含量：三氯化铁的含量为3～7％；亚硫酸氢钠的含量为1～2％；硫酸铬的含量为3～6％；高锰酸钾的含量为1～4％；聚丙二醇的含量为1～2％；羧甲基纤维素钠的含量为2～5％；余量为去离子水。还提供了稳定化处理液的处理工艺以及其应用。本发明可以实现对690MPa级耐候桥梁钢构件的锈层稳定化处理，处理后的690MPa级耐候桥梁钢构件表面形成颜色均一、无锈液流淌的棕色锈层。
Description
技术领域
本发明属于腐蚀与防护技术领域，涉及耐候桥梁钢构件的防护技术，具体地指用于690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液及处理工艺。
背景技术
耐候桥梁钢免涂装使用可大大节省涂装费用、有利于环保、缩短施工周期，同时极大地降低了桥梁运营期间的维护成本(全寿命周期具有较好的成本优势)。但是，如果不经过锈层稳定化处理，耐候桥梁钢一般要经过3～10年表面锈层才能逐渐稳定。另外，免涂装耐候钢桥梁，在生成保护锈层过程中，锈水会流出，影响美观且钢板会减薄。这就导致耐候桥梁钢在裸露使用初期容易出现锈液流挂、飞散污染环境的现象，严重影响耐候桥梁钢外观颜色的一致性。这已经成为限制耐候桥梁钢免涂装推广应用的一个瓶颈问题。因此，为了短时间内在其表面形成稳定锈层，需要对其表面进行锈层稳定化处理。
为适应我国桥梁钢结构向大跨径、高强度发展，高强度桥梁钢板强度级别已提升至690MPa。但至今未形成高强度耐候桥梁钢构件的锈层稳定化处理技术。而且耐候桥梁钢构件是由耐候钢板经加工焊接组成，常见的耐候桥梁钢构件近似为立方体。鉴于耐候桥梁钢构件尺寸较大，耐候桥梁钢构件难以进行翻转。因此，耐候桥梁钢构件的锈层稳定化处理包含了构件的侧立面、顶面、底面等部位。由于锈层稳定化处理液在构件各部位上的流淌，导致经锈层稳定化处理的耐候桥梁钢构件表面锈层颜色不均一、锈液流淌。
现有技术中，中国科学院金属研究所申请的专利“基于硅烷偶联剂的耐候钢表面锈层稳定化处理剂及其制备方法和使用方法(202111080510.0)”，处理剂组成为硅烷偶联剂1～50％，乙醇1～10％，水解促进剂0.05～0.5％，锈层稳定促进剂0.5～10％，其余为去离子水。首钢集团申请的专利“耐候钢表面锈层稳定化处理剂和耐候钢表面涂膜处理方法(CN2020106 66089.0)”，成膜试剂：50～80份；诱导剂：1～10份；磷化剂：0.2～1份；促进剂：1～5份；改性剂：1～10份；缓蚀剂：1～10份；表面助剂：0.05～0.3份；润湿分散剂：0.05～0.4份；流平剂：0.05～0.4份。兰州理工大学申请的专利“适用于工业大气环境的耐候钢表面稳定化处理剂及处理方法(CN202110934825.0)”，处理剂包括如下原料：CuSO4 0.8～1.2％、Cr2(SO4)32.8～3.2％、NaHSO3 0.5～0.7％、Fe3O4 0.08～0.12％，余量为去离子水。鞍钢申请的专利“一种耐候钢表面稳定化锈层快速生成处理剂及其使用方法(CN201710068872.5)”，由A剂和B剂两部分组成，A剂组成按质量百分比为：CuSO4#0.4％～2％、NaCl#0.1％～2.5％、FeCl3#0.5％～3％、HCl#0.1％～0.5％，余量为水；B剂为保湿剂水溶液，保湿剂质量百分含量为0.2％～3.5％，余量为水；所述的保湿剂为NaH2PO4、Na5P3O10、(NaPO3)6、C6H5Na3O7·2H2O中的一种或几种。
上述技术主要对耐候钢锈层稳定化处理进行了表述，未查询到涉及690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液和处理工艺。上面的专利申请，均涉及耐候钢的表面锈层稳定化处理剂及方法，未涉及耐候钢构件的锈层稳定化处理，而且上述技术不满足本发明高强度(690MPa)耐候桥梁钢的锈层稳定化处理。
发明内容
因此，为克服上述技术的不足，解决690MPa级耐候桥梁钢构件锈层稳定化处理以及表面锈层颜色不均一、锈液流淌等问题，本发明提供了针对690MPa级高强耐候桥梁钢构件的锈层稳定化的处理液。本发明要解决的另一个技术问题是提供690MPa级高强耐候桥梁钢构件的锈层稳定化的处理液的处理工艺。本发明要解决的另一个技术问题是，提供该处理液的应用。
本发明的技术方案是，一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液，
所述690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液包括侵蚀剂、锈层稳定剂、保湿剂、增稠剂；所述侵蚀剂为三氯化铁和亚硫酸氢钠组成，锈层稳定剂为硫酸铬和高锰酸钾组成，保湿剂为聚丙二醇，增稠剂为羧甲基纤维素钠；
稳定化处理液各组分质量百分比含量为：
三氯化铁的含量为3～7％；
亚硫酸氢钠的含量为1～2％；
硫酸铬的含量为3～6％；
高锰酸钾的含量为1～4％
聚丙二醇的含量为1～2％；
羧甲基纤维素钠的含量为2～5％；
余量为去离子水。
本发明的用于690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液中各组分的作用如下：
本发明处理液中采用三氯化铁和亚硫酸氢钠作为侵蚀剂，利用铁离子的氧化性以及氯离子、亚硫酸氢根离子的腐蚀性将690MPa级耐候桥梁钢构件侵蚀起锈，使构件中的单质铁向铁的氧化物转变。采用添加硫酸铬和高锰酸钾作为锈层稳定剂，高锰酸钾具有强氧化性，其与铬元素一起促进锈层中纤铁矿、四方纤铁矿向针铁矿转变作用，铬元素还能够置换针铁矿形成690MPa级耐候桥梁钢构件最终稳定锈层。采用聚丙二醇作为保湿剂，利用其低挥发特性，保持处理液水分，延长处理液中有效反应组分的反应时间。采用羧甲基纤维素钠作为增稠剂，使处理液充分水化形成大分子物质，从而降低处理液的流动性，增加处理液在构件侧立面或斜面停留时间。相比未添加，本发明添加了羧甲基纤维素钠停留时间增加3～5倍。
本发明的处理液中侵蚀剂、锈层稳定剂组分促进690MPa级耐候桥梁钢构件形成稳定锈层，添加保湿剂、增稠剂提高与构件表面电化学和化学反应时间，四种组分相互协同确保了690MPa级耐候桥梁钢构件表面形成形成颜色均一、无锈液流淌的棕色锈层。
根据本发明所述的一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液，优选的是，稳定化处理液各组分质量百分比含量为：三氯化铁的含量为4～5％；亚硫酸氢钠的含量为1～1.5％；硫酸铬的含量为4～5％；高锰酸钾的含量为2～3％；聚丙二醇的含量为1～1.5％；羧甲基纤维素钠的含量为2～3％；余量为去离子水。
本发明还提供了一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液的处理工艺，包括如下步骤：
(1)按上述用于690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液配方，按质量百分比配制处理液，充分搅拌均匀；搅拌速度不超过500转/分钟；
(2)对耐候桥梁钢构件表面进行喷砂处理，表面级别达到SA2级别；
(3)使用喷淋设备将处理液均匀的喷洒至构件的侧立面、顶面、底面等部位；
(4)清除顶面、底面等部位存在的积液；
(5)将构件充分通风干燥；690MPa级耐候桥梁钢构件表面形成颜色均一、无锈液流淌的棕色锈层。
本发明的用于690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理工艺原理如下：
在配置处理液过程中使用搅拌机搅拌，一方面使各组分均匀混合，另一方面使处理液中增稠剂组分充分水化形成大分子物质，提高处理液粘度。
690MPa级耐候桥梁钢构件表面喷砂处理可以去除构件表面的氧化铁皮，增加表面粗糙度。从而增加处理液在构件表面的附着量、反应时间，提高锈层稳定化处理效果。
由于处理液在构件表面的附着量直接影响处理后表面锈层颜色，在处理过程必须保证喷淋均匀，并且要消除构件顶面、底面等部位存在的积液。从而保证构件处理后表面颜色均匀一致。确保处理剂用量为1～2升/平米。
通风干燥增加了处理液中的氧含量，促进稳定化处理的化学和电化学反应。
根据本发明的一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液的处理工艺，优选的是，步骤(1)所述搅拌为使用搅拌机；设定300～500转/分钟。
进一步地，步骤(1)所述处理液搅拌1～2小时。
优选的是，步骤(3)所述处理液用量为1～2升/平米。
根据本发明的一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液的处理工艺，优选的是，步骤(4)采用滚刷清除积液。
根据本发明的一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液的处理工艺，优选的是，所述通风干燥时间≥15天。
根据本发明的一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液的处理工艺，优选的是，步骤(5)所述通风干燥在户外进行。
构件放置于户外，在雨水、露水、太阳光的作用下，构件表面形成干湿交替的环境，加速了构件表面稳定锈层的形成。
更优选的是，所述通风干燥时间为15-30天。通风干燥时间越久，构件锈层越稳定。
使用本发明用于690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液及处理工艺获得的稳定锈层具有以下技术参数：(1)构件表面锈层厚度＞80μm；(2)构件不同部位的表面锈层色差值ΔE<10；(3)构件表面锈层量>25g/m2。
690MPa级耐候桥梁钢构件自然成锈技术参数：(1)构件表面锈层厚度为10～40μm；(2)构件不同部位的表面锈层色差值ΔE为20～50；(3)构件表面锈层量5～10g/m2。
本发明还提供了上述稳定化处理液在690MPa级耐候桥梁钢构件稳定化处理方面的应用。
有益效果：
本发明与现有技术相比：
(1)本发明可以实现对690MPa级耐候桥梁钢构件的锈层稳定化处理，处理后的690MPa级耐候桥梁钢构件表面形成颜色均一、无锈液流淌的棕色锈层。
(2)本发明中的用于690MPa级耐候桥梁钢构件的处理液由侵蚀剂、锈层稳定剂、保湿剂、增稠剂组成，处理液可以均匀粘附在构件侧里面、顶面、底面等部位，并且能够提高与构件表面电化学和化学反应时间。
(3)利用本发明处理的690MPa级耐候桥梁钢构件表面锈层厚度＞80μm、构件不同部位的表面锈层色差值ΔE<10，构件表面锈层量>25g/m2。
具体实施方式
为更好的解释本发明，以下结合具体实施例对用于690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液及处理工艺进行详细说明：
实施例一：
按质量百分比配制用于690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液，称取各组分质量百分比含量为：三氯化铁的含量为3％，亚硫酸氢钠的含量为1％，硫酸铬的含量为3％，高锰酸钾的含量为1％，聚丙二醇的含量为1％，羧甲基纤维素钠的含量为2％，余量为去离子水。使用搅拌机设定300转/分钟搅拌速率对处理液搅拌1小时。对耐候桥梁钢构件表面进行喷砂处理，表面级别达到SA2级别。使用喷淋设备将处理液均匀的喷洒至构件的侧立面、顶面、底面等部位，处理剂用量为1.8升/平米。使用滚刷将顶面、底面等部位存在的积液清除。将构件放置于户外15天，通风干燥。处理后的690MPa级耐候桥梁钢构件表面形成颜色均一、无锈液流淌的棕色锈层，构件表面锈层厚度为85μm、构件不同部位的表面锈层色差值ΔE为9，构件表面锈层量为28g/m2。
实施例二：
按质量百分比配制用于690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液，称取各组分质量百分比含量为：三氯化铁的含量为4％，亚硫酸氢钠的含量为1.5％，硫酸铬的含量为4％，高锰酸钾的含量为2％，聚丙二醇的含量为2％，羧甲基纤维素钠的含量为3％，余量为去离子水。使用搅拌机设定400转/分钟搅拌速率对处理液搅拌2小时。对耐候桥梁钢构件表面进行喷砂处理，表面级别达到SA2级别。使用喷淋设备将处理液均匀的喷洒至构件的侧立面、顶面、底面等部位，处理剂用量为1.5升/平米。使用滚刷将顶面、底面等部位存在的积液清除。将构件放置于户外30天，通风干燥。处理后的690MPa级耐候桥梁钢构件表面形成颜色均一、无锈液流淌的棕色锈层，构件表面锈层厚度为90μm、构件不同部位的表面锈层色差值ΔE为5，构件表面锈层量为30g/m2。
实施例三：
按质量百分比配制用于690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液，称取各组分质量百分比含量为：三氯化铁的含量为7％，亚硫酸氢钠的含量为2％，硫酸铬的含量为6％，高锰酸钾的含量为4％，聚丙二醇的含量为2％，羧甲基纤维素钠的含量为5％，余量为去离子水。使用搅拌机设定500转/分钟搅拌速率对处理液搅拌2小时。对耐候桥梁钢构件表面进行喷砂处理，表面级别达到SA2级别。使用喷淋设备将处理液均匀的喷洒至构件的侧立面、顶面、底面等部位，处理剂用量为1升/平米。使用滚刷将顶面、底面等部位存在的积液清除。将构件放置于户外28天，通风干燥。处理后的690MPa级耐候桥梁钢构件表面形成颜色均一、无锈液流淌的棕色锈层，构件表面锈层厚度为88μm、构件不同部位的表面锈层色差值ΔE为6，构件表面锈层量为32g/m2。
实施例四：
按质量百分比配制用于690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液，称取各组分质量百分比含量为：三氯化铁的含量为6％，亚硫酸氢钠的含量为1.6％，硫酸铬的含量为5.5％，高锰酸钾的含量为3.5％，聚丙二醇的含量为1.5％，羧甲基纤维素钠的含量为3.5％，余量为去离子水。使用搅拌机设定350转/分钟搅拌速率对处理液搅拌1.5小时。对耐候桥梁钢构件表面进行喷砂处理，表面级别达到SA2级别。使用喷淋设备将处理液均匀的喷洒至构件的侧立面、顶面、底面等部位，处理剂用量为1.2升/平米。使用滚刷将顶面、底面等部位存在的积液清除。将构件放置于户外25天，通风干燥。处理后的690MPa级耐候桥梁钢构件表面形成颜色均一、无锈液流淌的棕色锈层，构件表面锈层厚度为88μm、构件不同部位的表面锈层色差值ΔE为7，构件表面锈层量为29g/m2。
实施例五：
按质量百分比配制用于690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液，称取各组分质量百分比含量为：三氯化铁的含量为4.5％，亚硫酸氢钠的含量为1.9％，硫酸铬的含量为4.5％，高锰酸钾的含量为2.5％，聚丙二醇的含量为1.7％，羧甲基纤维素钠的含量为3.8％，余量为去离子水。使用搅拌机设定440转/分钟搅拌速率对处理液搅拌1.6小时。对耐候桥梁钢构件表面进行喷砂处理，表面级别达到SA2级别。使用喷淋设备将处理液均匀的喷洒至构件的侧立面、顶面、底面等部位，处理剂用量为2升/平米。使用滚刷将顶面、底面等部位存在的积液清除。将构件放置于户外29天，通风干燥。处理后的690MPa级耐候桥梁钢构件表面形成颜色均一、无锈液流淌的棕色锈层，构件表面锈层厚度为92μm、构件不同部位的表面锈层色差值ΔE为4.5，构件表面锈层量为27g/m2。
以上实施例仅为部分优选举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。
Claims (11)
1.一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液，其特征在于：
所述690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液包括侵蚀剂、锈层稳定剂、保湿剂、增稠剂；所述侵蚀剂为三氯化铁和亚硫酸氢钠组成，锈层稳定剂为硫酸铬和高锰酸钾组成，保湿剂为聚丙二醇，增稠剂为羧甲基纤维素钠；
稳定化处理液各组分质量百分比含量为：
三氯化铁的含量为3～7％；
亚硫酸氢钠的含量为1～2％；
硫酸铬的含量为3～6％；
高锰酸钾的含量为1～4％
聚丙二醇的含量为1～2％；
羧甲基纤维素钠的含量为2～5％；
余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液，其特征在于：稳定化处理液各组分质量百分比含量为：三氯化铁的含量为4～5％；亚硫酸氢钠的含量为1～1.5％；硫酸铬的含量为4～5％；高锰酸钾的含量为2～3％；聚丙二醇的含量为1～1.5％；羧甲基纤维素钠的含量为2～3％；余量为去离子水。
3.权利要求1所述的一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液的处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)按上述用于690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液配方，按质量百分比配制处理液，充分搅拌均匀；搅拌速度不超过500转/分钟；
(2)对耐候桥梁钢构件表面进行喷砂处理，表面级别达到SA2级别；
(3)使用喷淋设备将处理液均匀的喷洒至构件的侧立面、顶面、底面部位；
(4)清除顶面、底面部位存在的积液；
(5)将构件充分通风干燥；690MPa级耐候桥梁钢构件表面形成颜色均一、无锈液流淌的棕色锈层。
4.根据权利要求3所述的一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液的处理工艺，其特征在于：步骤(1)所述搅拌为使用搅拌机，设定300～500转/分钟。
5.根据权利要求3或4所述的一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液的处理工艺，其特征在于：步骤(1)所述处理液搅拌1～2小时。
6.根据权利要求3所述的一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液的处理工艺，其特征在于：步骤(3)所述处理液用量为1～2升/平米。
7.根据权利要求3所述的一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液的处理工艺，其特征在于：步骤(4)采用滚刷清除积液。
8.根据权利要求3所述的一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液的处理工艺，其特征在于：步骤(5)所述通风干燥时间≥15天。
9.根据权利要求8所述的一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液的处理工艺，其特征在于：步骤(5)所述通风干燥时间为15-30天。
10.根据权利要求3所述的一种690MPa级耐候桥梁钢构件的稳定化处理液的处理工艺，其特征在于：步骤(5)所述通风干燥在户外进行。
11.权利要求1所述稳定化处理液在690MPa级耐候桥梁钢构件稳定化处理方面的应用。
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