一种钢材阻锈与防护的涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钢材阻锈与防护的涂层及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 海洋环境和除冰盐对混凝土结构中的钢筋很容易造成氯盐腐蚀，腐蚀后的混凝土 结构耐久性和使用寿命会大大降低。许多混凝土结构中的钢筋在较短时间内锈蚀，不仅危 害结构安全，也带来了巨大经济损失，甚至成为经济发展的沉重包袱。因此，如何防止混凝 土结构中钢筋过快锈蚀或者使已经遭受氯盐浸蚀的混凝土结构中的受损钢筋能够带锈服 役，成为严酷环境下保持和提高混凝土结构耐久性的关键。近年来高性能混凝土的快速发 展和应用使得这一问题得到一定程度缓解，但是由于混凝土材料自身特点及工程的复杂 性，加之高性能混凝土水胶比很低，如养护不当很容易产生裂缝，裂缝会不可避免地会加速 环境中的有害物质渗透到结构内部，这使得许多结构中的钢筋受到不同程度的腐蚀，混凝 土结构耐久性和使用寿命因此大大降低，多年来的工程实践也表明仅仅依靠使用高性能混 凝土不能完全解决严酷环境下混凝土结构的耐久性问题。
[0003] 为防止氯盐等严酷环境对混凝土结构中的钢筋产生锈蚀作用，长期以来一个较为 简单有效的办法是在混凝土中掺加大量无机钢筋阻锈剂。但是传统的钢筋阻锈剂主要是亚 硝酸盐，这种阳极型阻锈剂对人体和环境有较大毒害，目前许多发达国家基本上限制或停 止使用这类阻锈剂。出于环境保护的压力，其它一些阻锈效果好的无机盐如铬酸盐等也逐 渐被列入禁止使用的行列。与之相适应，有机阻锈剂得到了较快发展，它能在不直接接触 金属情况下提高液相或者气相扩散迀移到达金属表面使其得到保护，特别是一些有机阻锈 剂可与金属产生强螯合作用，并通过结合能差异置换出钢筋周围的氯离子，从而使初步锈 蚀的钢筋得到修复，但是有机阻锈剂存在易挥发、有气味等缺点，在一定程度上限制了其发 展。
[0004] 另一个提高氯盐等严酷环境下钢筋阻锈能力的有效途径是使用钢筋表面涂层技 术，环氧涂敷钢筋即是典型代表，一个时期以来，采用环氧涂覆钢筋成为提高恶劣环境下混 凝土结构使用寿命的重要技术手段，国外在这方面的工程应用已有几十年的经验，但是在 应用中人们逐渐注意到环氧涂覆钢筋问题很多，除成本高外，最突出的问题是环氧树脂较 脆很容易开裂和产生局部破坏现象，而结构中涂覆钢筋的任何局部破损都将使结构提前遭 受破坏，难以到达提高结构整体使用寿命的目的。那么发明一种不易遭受损坏或者虽遭受 轻微损伤仍能正常服役的涂层代替环氧树脂涂层，就成为提高氯盐环境下钢筋混凝土结构 耐久性这一重大课题的关键。
[0005] 此外，近年来各类大体积、超高层建筑层出不穷，为了功能需要和降低混凝土的温 度应力，解决超长钢筋混凝土的变形问题及高层建筑的主体与裙房间的沉降差异问题，往 往在现浇混凝土结构中引入后浇带施工，但是后浇带中的钢筋在相对较长的时间里（有时 长达数月）暴露在外，这些钢筋很容易产生锈蚀；更为常见的情况是许多钢筋长期堆放在 露天环境中，使得这些钢筋在日后浇注时已经或多或少地发生了锈蚀，从而给混凝土结构 留下隐患，因此如何保护露天存放的或者正在建设中使用的钢筋免于锈蚀也是当前一个不 容忽视的重要问题。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种具有带锈防锈功能的钢筋涂层及其制备 方法，获得的产品不仅具有长期有效地保护和抑制钢筋锈蚀的作用，而且对初步锈蚀或损 伤的钢筋起到良好的修复与防护效果，形成的水泥基涂层不仅具有高分子材料特有的弹性 和韧性，使得涂层不容易损坏，而且具有水泥基材料固有的高耐久性和可再粘结性，完全克 服了传统的采用环氧树脂涂覆钢筋脆性易开裂等缺点，大大提高了使钢筋锈蚀的氯离子阈 值浓度，有效延长了恶劣环境下钢筋混凝土结构的使用寿命，具有广阔的应用前景。
[0007] -种钢材阻锈与防护的涂层，由复合锈转化剂、热塑性或热固性树脂、水泥、复合 表面活性剂、超细纤维及水组分复合而成，其中以质量计，复合锈转化剂：热塑性或热固性 树脂：水泥：复合表面活性剂：超细纤维=〇. 5~15 : 10~30 : 20~65 : 0~4 : 0~ 5〇
[0008] 其中，复合锈转化剂的主要成分主要由二价或三价金属氧化物、磷酸盐类物质、活 性填料、碱性氢氧化物按照质量比为2 : 8 : 8 : 1复配构成，复合锈转化剂能与在锈蚀的 钢筋表面形成稳定的磷化膜、络合物沉淀膜。其中二价或三价金属氧化物为氧化锌、氧化 钡、氧化铝、氧化铁的一种或多种；磷酸盐类物质为二水合磷酸锌、四水合磷酸锌的一种或 两种；活性填料为铁红或锌黄；碱性氢氧化物为氢氧化铝、氢氧化锌的一种或两种。
[0009] 所述的表面活性剂为含巯基的吉米奇季铵盐阳离子表面活性剂，其由含巯基的具 有多个活性吸附中心的物质如巯基乙酸钠盐、2-硫醇基苯并噻唑钠盐与烷基二甲基叔胺为 原料按化学反应的摩尔比反应制得；这类物质不仅其中的巯基可取代钢材表面的氯离子从 而对锈蚀钢筋产生修复作用，而且季铵盐基于电荷吸附也对钢筋产生修复效果，同时显著 降低水溶液的表面张力，有效改善纤维的分散性及被涂覆表面的润湿性。
[0010] 所述树脂为聚丙烯酸树脂、聚酰胺树脂、萜烯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树 月旨、有机硅树脂、氟碳树脂及其组合，能赋予水泥基材料韧性和防水密封功能。
[0011] 所述超细纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维、碳纤维、矿物纤维或植物纤 维，所述超细纤维直径在10~500nm之间。
[0012] 所述树脂中还可添加适量的各种助剂，如流平剂、触变剂、抗氧剂，以及适量的二 氧化钛、滑石粉、轻钙粉以进一步提高膜层的耐久性能。
[0013] 该钢材阻锈与防护的涂层，有极好的渗透性、润湿性、流平性和流变性，且具有良 好的附着力、平滑性和耐久性，可采用刷涂、滚涂、喷涂施工工艺。
[0014] 本申请还公开一种钢材阻锈与防护的涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0015] (1)将0. 5~15质量份的复合锈转化剂、10~30质量份的热塑性或热固性树脂 以及适量的水形成的混合物分别按照传统技术制成水乳液或水溶液再按比例复合制成，也 可将各组分按照比例一步合成微乳液，制备的微乳液可以根据实际需要连续地从W/0型结 构向0/W型结构转变，形成的此混合物称为胶液；
[0016] (2)将0~5质量份的纤维和0~4质量份的表面活性剂、适量水混合形成均匀的 纤维分散液；
[0017] (3)将⑵中制备的纤维分散液加入到⑴制备的胶液中，搅拌混合形成均匀的纤 维胶液分散体；
[0018] (4)将40~60质量份的水泥、适量的水加入到（3)制备的纤维胶液分散体中，用 搅拌器搅拌混和得到的均匀的水泥基涂料；
[0019] (5)将上述制备的均匀的水泥基涂料，采用刷涂、滚涂、喷涂等施工工艺涂覆到需 要保护的钢材或者结构混凝土表面，涂覆前要求基面干燥、平整、牢固、干净无浮土，一般涂 覆分2层，即底层和面层，两层之间的时间间隔以前一层涂膜干固不粘为准，形成厚度约 0? 5~1謹左右的涂层。
[0020] 其中，复合锈转化剂的主要成分主要由二价或三价金属氧化物、磷酸盐类物质、活 性填料、碱性氢氧化物按照质量比为2 : 8 : 8 : 1复配构成，该复合锈转化剂能与在锈蚀 的钢筋表面形成稳定的磷化膜、络合物沉淀膜。其中二价或三价金属氧化物为氧化锌、氧化 钡、氧化铝、氧化铁的一种或多种；磷酸盐类物质为二水合磷酸锌、四水合磷酸锌的一种或 两种；活性填料为括铁红或锌黄；碱性氢氧化物为氢氧化铝、氢氧化锌的一种或两种。
[0021] 所述的表面活性剂为含巯基的吉米奇季铵盐阳离子表面活性剂，其由含巯基的具 有多个活性吸附中心的物质如巯基乙酸钠盐、2-硫醇基苯并噻唑钠盐与烷基二甲基叔胺为 原料按化学反应的摩尔比反应制得；这类物质不仅其中的巯基可取代钢材表面的氯离子从 而对锈蚀钢筋产生修复作用，而且季铵盐基于电荷吸附也对钢筋产生修复效果，同时显著 降低水溶液的表面张力，有效改善纤维的分散性及被涂覆表面的润湿性。
[0022] 所述树脂为聚丙烯酸树脂、聚酰胺树脂、萜烯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树 月旨、有机硅树脂、氟碳树脂及其组合，能赋予水泥基材料韧性和防水密封功能。
[0023] 所述超细纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维、碳纤维、矿物纤维或植物纤 维，所述超细纤维直径在10~500nm之间。
[0024] 所述树脂中还可添加适量的各种助剂，如流平剂、触变剂、抗氧剂，以及适量的二 氧化钛、滑石粉、轻钙粉以进一步提高膜层的耐久性能。
[0025] 本发明的特点在于：浆体涂刷或喷涂到表面时有极好的润湿性、流变性和附着力， 具有锈转化功能的锈转化锈剂能在锈蚀的钢筋表面形成稳定的磷化膜、络合物沉淀膜，表 面活性剂通过物理吸附在钢筋表面形成混合吸附膜层，水性树脂复合水泥浆体在钢筋表面 形成具有防水功能和柔韧性的表面覆盖层，构成了在钢材表面形成高耐久性的致密膜层。 其中锈转化剂与锈蚀钢材的磷化及络合沉淀作用、表面活性剂及聚合物膜的覆盖作用以及 水泥水化产物高碱性的钝化作用三者共同工作，对初步带锈或损伤的钢材不仅起到良好的 修复与防护效果，而且抑制了阴极和阳极反应过程，大大降低了钢材锈蚀速率，阻止了钢材 锈蚀的发展，达到了带锈钢材修复与保护的双重目的。该发明特别适用于长期暴露在外的 钢材表面防护和严酷环境下高耐久性混凝土结构用钢筋的表面涂覆防护。
【附图说明】
[0026] 图1-1、1_2、1-3分别为对照组在3. 5%NaCl水溶液中浸泡过程电化学阻抗谱 (EIS)的Nyquist图、Bode模图及相角图。
[0027] 图2-1、2-2、2-3分别为实施例1在3. 5%NaCl水溶液中浸泡过程电化学阻抗谱 (EIS)的Nyquist图、Bode模图及相角图。
[0028] 图3-1、3-2、3-3分别为实施例2在3. 5%NaCl水溶液中浸泡过程