一种海洋环境钢筋电沉积定向防腐涂层的制备方法

本发明涉及海工混凝土结构腐蚀防护领域，具体是一种海洋环境钢筋电沉积定向防腐涂层的制备方法。

背景技术：

1、海工混凝土中氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀，会引起混凝土结构膨胀开裂破坏，造成巨大经济损失，严重影响沿海城市的经济发展。相关部门每年投入大量精力对海工混凝土结构进行监测、维修和加固，有些损毁严重的结构甚至需要拆除重建。值得注意的是，例如跨海大桥等服役年限长，耐久性要求高的建筑结构，即便在海洋高氯离子浓度环境中服役，混凝土内部钢筋也不允许发生锈蚀，这就需要应用更有效的腐蚀防护措施。

2、在钢筋表面涂刷环氧树脂涂层可以阻隔氯离子与钢筋接触，在混凝土拌合过程中掺入阻锈剂可以通过化学反应固定氯离子，阴极保护可以提高钢筋腐蚀电位，使钢筋腐蚀反应发生变得困难，以上方法均可以有效减轻钢筋锈蚀。近年来，层状双金属氢氧化物粉末作为阻锈剂被广泛应用到钢筋混凝土结构中，层状双金属氢氧化物（化学式为）是一种高效的氯离子吸附材料，通过离子交换或者插层结构重构将氯离子固定在层状双金属氢氧化物晶体结构中，而且其具有与水泥水化产物相似的微观结构，与水化产物结合能力好，不影响混凝土强度。随着化学合成技术的发展，层状双金属氢氧化物的合成路径被不断优化，氯离子吸附效率得到大大提升。在实际应用中，掺入混凝土中的层状双金属氢氧化物的吸附氯离子效率不高，难以直接控制钢锈表面区域的氯离子浓度；同时，钢筋保护层内部混凝土中的层状双金属氢氧化物不能发挥降氯阻锈效果，造成材料浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决掺入混凝土中的层状双金属氢氧化物的吸附氯离子效率不高，难以直接控制钢锈表面区域的氯离子浓度的问题，提供了一种海洋环境钢筋电沉积定向防腐涂层的制备方法。

2、一种海洋环境钢筋电沉积定向防腐涂层的制备方法如下：

3、一、配制浓度为0.05mol/l-0.7mol/l的氯化钠溶液（质量分数为0.3%-4%）；

4、二、加入氢氧化钾调节ph值至10以上；

5、三、加入镁盐至溶液中镁离子浓度为0.01mol/l-0.5mol/l；所述镁盐为可溶性镁盐或微溶性镁盐；

6、四、采用二电极法或者三电极法对钢筋进行电化学沉积，将钢筋、对电极、参比电极分别放入电解池中，连接电极与电源设备，接通电源开始进行电沉积；

7、采用二电极法，电源设备为直流电源，溶液中放入钢筋作为工作电极，铂电极作为对电极，分别连接直流电源的负极与正极；

8、采用三电极法，电源设备为电化学工作站或恒电位仪，溶液中放入钢筋作为工作电极，铂电极作为对电极，同时放入参比电极，连接电化学工作站或恒电位仪对应接口；

9、若沉积体系为可溶性镁盐，沉积时间为0.5-6h，若沉积体系为微溶性镁盐，则沉积时间为1-3天，沉积完成后，将电极从溶液中取出，用清水洗涤净表面残余离子，沉积完成，即得海洋环境钢筋电沉积定向防腐涂层。

10、步骤三所述可溶性镁盐为氯化镁、硝酸镁或硫酸镁。

11、步骤三所述微溶性镁盐为氧化镁或氢氧化镁。

12、为了应对氯离子引起的钢筋锈蚀，本发明提出了一种将钢筋锈蚀产物转化为非膨胀性保护涂层的制备技术以及应用场景。本发明通过电沉积原位生长方式，以氯离子腐蚀引起的点蚀活化位点为生长位点，以氯离子腐蚀中间产物氯化亚铁（fe(oh)3）作为前驱体，以通直流电的方式使电镀液中的mg2+在钢筋表面不断沉积形成层状双金属氢氧化物涂层。此发明适用于海砂钢筋混凝土结构的钢筋锈蚀防护，用低浓度镁离子溶液作为混凝土拌合用水，连接阴极保护系统，在钢筋-混凝土界面将形成少量mg-fe-cl ldh，细化钢筋-混凝土界面过渡区的三维空间骨架，形成致密保护层。本发明采用一步合成法，通直流电，在电场作用下将氯离子作为阴离子插层固定在层状双金属氢氧化物中，并在混凝土结构使用场景中以强制电流阴极保护方式继续沉积形成致密保护层。实现了拦截氯离子引起的钢筋锈蚀反应，将腐蚀中间产物氯化亚铁（fe(oh)3）转化成mg-fe-cl ldh的原位生长涂层制备方法，为钢筋腐蚀防护提供新技术。

13、本发明包括过程一：钢筋表面层状双金属氢氧化物基础骨架的建立过程，通过电沉积的方式将金属盐溶液中的金属阳离子，铁腐蚀产物以及氯离子络合成为层状双金属氢氧化物，膨胀性腐蚀产物fe2o3转化为非膨胀性mg-fe-cl 层状双金属氢氧化物并沿电流方向持续生长，形成三维网状骨架。

14、过程二：基于强制电流阴极保护的钢筋-混凝土界面过渡区三维骨架生长细化过程。以混凝土孔隙液中的镁离子作为金属阳离子供源，通过强制电流阴极保护方式在钢筋与混凝土界面过渡区中的三维骨架的缝隙中实现致密化生长，实现氯离子的界面固化与腐蚀产物非膨胀性转化。

15、在海工混凝土或海砂混凝土结构使用场景中的进一步保护措施：用低浓度镁离子溶液作为混凝土拌合用水，连接阴极保护系统，混凝土内的氯离子与孔隙液中的mg2+钢筋-混凝土界面形成少量mg-fe-cl ldh，使钢筋-混凝土界面保护层致密化。

16、与已有技术相比，本发明的有益效果：

17、1、本发明以氯离子点蚀提供活性位点，以腐蚀产物fe(oh)2为前驱体，生成层状双金属氢氧化物，生长过程中将氯离子作为插层阴离子固定在层状双金属氢氧化物层间，实现了钢筋表面氯离子固化。

18、2、电源提供的能量使电沉积化学反应持续正向进行，高浓度镁离子和氢氧根离子为反应持续提供原料，使涂层致密化，同时，定向流动的电流保证晶体沿电流方向定向生长。

19、3、致密且疏水的涂层起到物理深层且深度的阻隔作用，延缓了氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀。

技术特征：

1.一种海洋环境钢筋电沉积定向防腐涂层的制备方法，其特征在于所述一种海洋环境钢筋电沉积定向防腐涂层的制备方法如下：

2.根据权利要求1所述一种海洋环境钢筋电沉积定向防腐涂层的制备方法，其特征在于步骤三所述可溶性镁盐为氯化镁、硝酸镁或硫酸镁。

3.根据权利要求1所述一种海洋环境钢筋电沉积定向防腐涂层的制备方法，其特征在于步骤三所述微溶性镁盐为氧化镁或氢氧化镁。

4.根据权利要求1所述一种海洋环境钢筋电沉积定向防腐涂层的制备方法，其特征在于步骤二加入氢氧化钾调节ph值至10-13。

技术总结
一种海洋环境钢筋电沉积定向防腐涂层的制备方法，它涉及一种海工混凝土结构腐蚀防护领域。本发明是为了解决掺入混凝土中的层状双金属氢氧化物的吸附氯离子效率不高，难以直接控制钢锈表面区域的氯离子浓度的问题。方法如下：配制氯化钠溶液；加入氢氧化钾调节pH值；加入镁盐；采用二电极法或者三电极法对钢筋进行电化学沉积；本发明以氯离子点蚀提供活性位点，以铁腐蚀中间产物Fe(OH)<subgt;2</subgt;为前驱体，生成层状双金属氢氧化物，生长过程中将氯离子作为插层阴离子固定在层状双金属氢氧化物层间，实现了钢筋表面氯离子固化。

技术研发人员：高小建,崔蕾,陈铁锋,孙铭
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15