一种应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及烟囱防腐技术领域，尤其涉及一种应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料及其制备方法。


背景技术：

2.水泥厂在生产的过程中会产生极高的热量和诸多腐蚀性气体，最终其将通过烟囱排放，使得钢烟囱长期处于高温、被腐蚀等严酷服役环境中，对钢烟囱的性能提出更高要求。因此，越来越多人开始对钢烟囱的防腐进行研发。
3.目前湿法脱硫后的钢烟囱内壁的防腐主要有三类形式，第一类是采用耐腐蚀的轻质隔热制品粘贴钢内壁以隔绝烟气和钢内壁接触，如发泡玻璃砖，但国产的发泡玻璃砖存在密度低、易渗透、耐酸耐腐蚀性差及抗温性差的缺陷，且用于粘接发泡玻璃砖的胶粘剂150℃左右即会软化变形，发泡玻璃砖易与胶粘剂脱离，从而造成大面积的脱落；且由于发泡玻璃砖和胶粘剂的强度、密度不够，在烟气高速冲刷的环境下，发泡玻璃砖的耐磨性很差，使用寿命也很短；第二类是采用贴衬薄板的方式，通常选用耐酸腐蚀的金属合金薄板材作内衬，其中钛钢复合板是一种较合适的内衬材料，它能够做到结构(钢)、防腐(钛)各司其职，发挥各自优势，但其缺点在于造价较高。第三类是采用玻璃鳞片涂层和水泥基涂料等防酸腐蚀涂料涂覆于钢内壁表面以隔绝烟气，常用的玻璃鳞片涂层和乙烯基酷玻璃鳞片涂层的使用温度低于100℃，使用年限为5年左右，但使用一段时间后会发生开裂，腐蚀钢体和脱落的情况；而水泥基涂料是一种三相且非均匀的脆性材料，在水化硬化的过程中能够提高自身强度，但同时其内部产生大量的孔隙，在严酷服役条件下，水泥基涂料的结构易被破坏，导致其服役时间骤减。现有技术中的水泥基涂料为满足性能指标要求，加入无机材料或有机材料以此来提高其性能，但仍然不能满足兼具力学性能、耐久性能以及施工性能的要求，导致使用寿命短、成本高昂。
4.因此开发一款具有耐高温、耐酸腐蚀、防水、防流挂的水泥基防腐喷涂材料，是亟需解决的关键问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料，其具有耐高温、耐酸腐蚀、防水、防流挂等多种性能，而且力学性能、耐久性能和施工性能优异，使用寿命长，在钢烟囱的防腐应用中具有重要的实用价值。
6.本发明的目的之二在于提供本发明目的之一的应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料的制备方法，该制备方法操作简便、制备条件容易控制，生产成本低廉，能够有效降低钢烟囱防腐施工的成本。
7.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
8.一种应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料，其特征在于，包括以下重量份的各组分：
9.水泥50
‑
100份、硅灰15
‑
30份、粉煤灰8
‑
22份、石英粉5
‑
20份、石英砂100
‑
180份、增粘剂0.1
‑
0.5份、增韧剂1
‑
15份、防腐蚀剂0.5
‑
8份、减水剂0.5
‑
5份、水10
‑
35份。
10.进一步地，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
11.进一步地，所述硅灰的比表面积≥16000m2/kg，所述硅灰中sio2的质量含量≥95％，所述硅灰28d活性指数≥110％。
12.进一步地，所述粉煤灰为超细粉煤灰，所述粉煤灰的比表面积≥1630m2/kg，所述粉煤灰的烧失量≤3.5％，所述粉煤灰28d活性指数＞94％。
13.进一步地，所述石英粉中sio2的质量含量≥90％，所述石英粉的比表面积≥550m2/kg；所述石英砂的细度模数为1.6
‑
2.2。
14.进一步地，所述增粘剂为水性增粘乳液、水性增粘树脂和水性增粘粉中的一种或两种以上组合。
15.进一步地，所述增韧剂为聚合物增韧环氧树脂、无机超细粒子增韧聚合物和无机纳米粒子增韧环氧树脂中的一种或两种以上组合。
16.进一步地，所述防腐蚀剂为淀粉、甲基酮类化合物和氨基醇类化合物中的一种或两种以上组合。
17.进一步地，所述减水剂为高效聚羧酸减水剂，所述减水剂的减水率≥20％，保坍时间≥1h。
18.本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
19.本发明的目的之一所述的应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
20.制备预混料的步骤：将配方量的水泥、硅灰、粉煤炭、石英粉以及石英砂倒入搅拌机中搅拌1
‑
10min，混合均匀，制得预混料；
21.制备成品的步骤：在所述预混料中加入60％
‑
80％配方量的水和减水剂，搅拌2
‑
20min，然后加入配方量的增粘剂、增韧剂、防腐蚀剂、剩余的水和外加剂，继续搅拌2
‑
10min，制得所述应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料。
22.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
23.1.本发明的应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料采用硅灰、超细粉煤灰、石英粉等工业副产品作为矿物掺合料，利用三者粒径的差异性，形成超叠加效应，合理优化并大幅改善了水泥浆体的微观结构、提高浆体密实度，从而提高了水泥基材料的力学性能和耐久性能；同时超细粉煤灰具有“滚球”效应，与高效的减水剂复合使用，改善了水泥基材料的施工性能，为满足喷涂施工工艺提供了充足的技术保障。而且，硅灰、超细粉煤灰、石英粉等工业副产品取材容易、造价低廉，能够解决现有的钢烟囱防腐材料造价昂贵的问题。
24.2.本发明的应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料，其添加了增粘剂，明显改善了水泥基喷涂材料的粘度，有效解决了流动性大的水泥基喷涂材料竖向流动的问题，确保了喷涂在钢烟囱上的水泥基喷涂材料不会出现流挂的现象，而且外观平整，同时，也提高了水泥基防腐喷涂材料与钢烟囱的粘结强度。本发明的水泥基防腐喷涂材料添加了增韧剂，提高了抗弯拉强度和抗裂性能，避免了喷涂在钢烟囱上的水泥基喷涂材料产生裂缝，保证了外观质量，同时也避免了钢烟囱在裂缝位置被腐蚀的情况发生，延长了钢烟囱的使用寿命；本发明的水泥基防腐喷涂材料还添加了防腐蚀剂，大幅度提升了耐酸性气体腐蚀的作用，
延长了水泥基防腐喷涂材的使用寿命长。本发明的水泥基防腐喷涂材料通过增粘剂、增韧剂和防腐蚀剂的合理配比和共同作用，使得本发明的水泥基防腐喷涂材料的防流挂、耐酸腐蚀性能、力学性能、耐久性能得到显著的提升。
25.3.本发明的应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料，在标准条件下养护，28d耐磨性≥50(1/cm3)，28d表面强度(压痕直径)≤2.7mm，28dcl
‑
渗透系数≤2.7
×
10
‑
14
m2/s，抗硫酸盐侵蚀等级＞ks150，耐酸性ph≥3，高温作用后粘接钢板的粘接强度≥1.0mpa且无裂纹产生，具有优异的耐高温、耐酸腐蚀性、防水、防流挂等性能，能够在高盐、高湿、高温、酸性气体等恶劣环境下对钢烟囱提供持久、高效的防护，而且原材料成本低廉、施工工艺简便，具有重要的实际应用价值。
26.4.本发明的应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料的制备方法，该制备方法操作简便、制备条件容易控制，生产成本低廉，能够有效降低钢烟囱防腐施工的成本。
具体实施方式
27.下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
28.一种应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料，包括以下重量份的各组分：
29.水泥50
‑
100份、硅灰15
‑
30份、粉煤灰8
‑
22份、石英粉5
‑
20份、石英砂100
‑
180份、增粘剂0.1
‑
0.5份、增韧剂1
‑
15份、防腐蚀剂0.5
‑
8份、减水剂0.5
‑
5份、水10
‑
35份。
30.作为进一步的实施方式，水泥为普通硅酸盐水泥。
31.作为进一步的实施方式，硅灰的比表面积≥16000m2/kg，硅灰中sio2的质量含量≥95％，硅灰28d活性指数≥110％。
32.作为进一步的实施方式，粉煤灰为超细粉煤灰，粉煤灰的比表面积≥1630m2/kg，粉煤灰的烧失量≤3.5％，粉煤灰28d活性指数＞94％。
33.作为进一步的实施方式，石英粉中sio2的质量含量≥90％，石英粉的比表面积≥550m2/kg；石英砂的细度模数为1.6
‑
2.2。
34.作为进一步的实施方式，增粘剂为水性增粘乳液、水性增粘树脂和水性增粘粉中的一种或两种以上组合。
35.作为进一步的实施方式，增韧剂为聚合物增韧环氧树脂、无机超细粒子增韧聚合物和无机纳米粒子增韧环氧树脂中的一种或两种以上组合。
36.作为进一步的实施方式，防腐蚀剂为淀粉、甲基酮类化合物和氨基醇类化合物中的一种或两种以上组合。
37.作为进一步的实施方式，减水剂为高效聚羧酸减水剂，减水剂的减水率≥20％，保坍时间≥1h。
38.上述应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料的制备方法，包括以下步骤：
39.制备预混料的步骤：将配方量的水泥、硅灰、粉煤炭、石英粉以及石英砂倒入搅拌机中搅拌1
‑
10min，混合均匀，制得预混料；
40.制备成品的步骤：在预混料中加入60％
‑
80％配方量的水和减水剂，搅拌2
‑
20min，
然后加入配方量的增粘剂、增韧剂、防腐蚀剂、剩余的水和外加剂，继续搅拌2
‑
10min，制得应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料。
41.实施例1：
42.一种应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料，包括以下重量份的各组分：
43.水泥50份、硅灰15份、粉煤灰8份、石英粉5份、石英砂180份、增粘剂0.5份、增韧剂15份、防腐蚀剂8份、减水剂5份、水35份。
44.水泥为p.o52.5普通硅酸盐水泥。硅灰的比表面积为17000m2/kg，硅灰中sio2的质量含量为96％，硅灰28d活性指数为115％。粉煤灰为超细粉煤灰，粉煤灰的比表面积为1710m2/kg，粉煤灰的烧失量为2.6％，粉煤灰28d活性指数为96％。石英粉中sio2的质量含量为95％，石英粉的比表面积为600m2/kg；石英砂的细度模数为1.6。增粘剂为水性增粘乳液，增韧剂为聚合物增韧环氧树脂，防腐蚀剂为淀粉。减水剂为高效聚羧酸减水剂，减水剂的减水率为30％，保坍时间为1.5h。
45.上述应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料的制备方法，包括以下步骤：
46.制备预混料的步骤：将配方量的水泥、硅灰、粉煤炭、石英粉以及石英砂倒入搅拌机中搅拌2min，混合均匀，制得预混料；
47.制备成品的步骤：在预混料中加入60％配方量的水和减水剂，搅拌15min，然后加入配方量的增粘剂、增韧剂、防腐蚀剂、剩余的水和外加剂，继续搅拌10min，制得应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料。
48.实施例2：
49.一种应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料，包括以下重量份的各组分：
50.水泥100份、硅灰30份、粉煤灰22份、石英粉20份、石英砂100份、增粘剂0.1份、增韧剂1份、防腐蚀剂0.5份、减水剂0.5份、水10份。
51.水泥为p.o52.5普通硅酸盐水泥。硅灰的比表面积为18000m2/kg，硅灰中sio2的质量含量为97％，硅灰28d活性指数为120％。粉煤灰为超细粉煤灰，粉煤灰的比表面积为1700m2/kg，粉煤灰的烧失量为2.8％，粉煤灰28d活性指数为98％。石英粉中sio2的质量含量为97％，石英粉的比表面积为650m2/kg；石英砂的细度模数为2.2。增粘剂为水性增粘树脂，增韧剂为无机超细粒子增韧聚合物，防腐蚀剂为甲基酮类化合物。减水剂为高效聚羧酸减水剂，减水剂的减水率为25％，保坍时间为2h。
52.上述应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料的制备方法，包括以下步骤：
53.制备预混料的步骤：将配方量的水泥、硅灰、粉煤炭、石英粉以及石英砂倒入搅拌机中搅拌10min，混合均匀，制得预混料；
54.制备成品的步骤：在预混料中加入60％配方量的水和减水剂，搅拌5min，然后加入配方量的增粘剂、增韧剂、防腐蚀剂、剩余的水和外加剂，继续搅拌2min，制得应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料。
55.实施例3：
56.一种应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料，包括以下重量份的各组分：
57.水泥80份、硅灰22份、粉煤灰10份、石英粉15份、石英砂150份、增粘剂0.2份、增韧剂8份、防腐蚀剂5份、减水剂1份、水20份。
58.水泥为p.o52.5普通硅酸盐水泥。硅灰的比表面积为16500m2/kg，硅灰中sio2的质
量含量为98％，硅灰28d活性指数为125％。粉煤灰为超细粉煤灰，粉煤灰的比表面积为1800m2/kg，粉煤灰的烧失量为2.0％，粉煤灰28d活性指数为97％。石英粉中sio2的质量含量为98％，石英粉的比表面积为660m2/kg；石英砂的细度模数为1.8。增粘剂为水性增粘树脂和水性增粘粉，增韧剂为无机超细粒子增韧聚合物和无机纳米粒子增韧环氧树脂，防腐蚀剂为甲基酮类化合物和氨基醇类化合物。减水剂为高效聚羧酸减水剂，减水剂的减水率为30％，保坍时间为1.5h。
59.上述应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料的制备方法，包括以下步骤：
60.制备预混料的步骤：将配方量的水泥、硅灰、粉煤炭、石英粉以及石英砂倒入搅拌机中搅拌2min，混合均匀，制得预混料；
61.制备成品的步骤：在预混料中边搅拌边加入80％配方量的水和减水剂，搅拌15min，然后加入配方量的增粘剂、增韧剂、防腐蚀剂、剩余的水和外加剂，继续搅拌10min，制得应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料。
62.实施例4：
63.一种应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料，包括以下重量份的各组分：
64.水泥77份、硅灰17份、粉煤灰13份、石英粉11份、石英砂109份、增粘剂0.22份、增韧剂6份、防腐蚀剂0.9份、减水剂2.6份、水17份。
65.水泥为p.o52.5普通硅酸盐水泥。硅灰的比表面积为16000m2/kg，硅灰中sio2的质量含量为95％，硅灰28d活性指数为110％。粉煤灰为超细粉煤灰，粉煤灰的比表面积为1630m2/kg，粉煤灰的烧失量为3.5％，粉煤灰28d活性指数为95％。石英粉中sio2的质量含量为90％，石英粉的比表面积为550m2/kg；石英砂的细度模数为1.8。增粘剂为水性增粘粉，增韧剂为无机纳米粒子增韧环氧树脂，防腐蚀剂为氨基醇类化合物。减水剂为高效聚羧酸减水剂，减水剂的减水率为20％，保坍时间为1h。
66.上述应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料的制备方法，包括以下步骤：
67.制备预混料的步骤：将配方量的水泥、硅灰、粉煤炭、石英粉以及石英砂倒入搅拌机中搅拌5min，混合均匀，制得预混料；
68.制备成品的步骤：在预混料中边搅拌边加入70％配方量的水和减水剂，搅拌10min，然后加入配方量的增粘剂、增韧剂、防腐蚀剂、剩余的水和外加剂，继续搅拌5min，制得应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料。
69.验证实施例：
70.通过以下试验来进一步阐述本发明的应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料的有益效果。
71.性能试验：
72.将实施例1
‑
4的应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料进行性能测试。
73.性能测试的方法如下：
74.将本发明的应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料喷涂于钢板上，经过高温作用后，选择粘结拉伸强度≥4mpa的建筑结构胶作为界面剂，具体试验过程包括如下步骤：
75.1.选择一块平整钢板用砂纸打磨，进行表面处理；准确计算出钢板的表面积，将建筑结构胶按4：1的质量比、每平方米8kg的用量进行复配，混合均匀后，均匀涂刷在经过表面处理的钢板表面。
76.2.用喷壶将本发明新拌的水泥基防腐喷涂材料分两次均匀地喷涂到上述钢板表面，喷涂厚度为2
‑
3mm，喷涂时钢板竖向放置。
77.3.将上述喷涂完水泥基防腐喷涂材料的钢板在标准条件下养护3d，完成拉拔拔头的粘接后，置于恒温烘箱中持续保温15d，烘箱的温度设置为200℃或300℃，烘箱的升温速率为5℃/min，最后将钢板取出进行试验。
78.4.试验的过程中，准确记录试验现象及测试结果。
79.性能测试的项目及具体的测试结果见表1
‑
表3。
80.表1为实施例1
‑
4的水泥基防腐喷涂材料的工作性能和力学性能测试结果：
[0081][0082]
表2为实施例1
‑
4的水泥基防腐喷涂材料的耐久性能的测试结果：
[0083][0084][0085]
表3为实施例1
‑
4的水泥基防腐喷涂材料的耐高温性能的测试结果：
[0086][0087]
从表1
‑
表3可以看出，本发明的应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料具有优异的耐磨性、抗弯拉强度等力学性能；抗硫酸盐侵蚀、耐酸性能强，能够有效抵抗酸腐蚀；抗cl
‑
渗透性能优越，而且流动度适宜。应用于竖向放置的钢板上无流挂现象，经200℃、300℃恒温养护15d后无裂纹产生，而且粘结强度大。可见，本发明的应用于钢烟囱的水泥基防腐喷涂材料具有优异的力学性能，同时，耐酸腐蚀、防水、防流挂等性能优越，能够适应多水、高温、酸性气体等恶劣环境，经过高温作用后，粘结钢板的强度仍然能够很好地满足要求，能够有效地对钢烟囱提供充足的防护。
[0088]
上述实施方式仅为本发明的优选实施例方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。