一種新型無機(jī)防腐涂料SPC-B的應(yīng)用研究

陳　環(huán)，房靖超，金華平，汪峻峰

(海南大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，?？?570228)

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一種新型無機(jī)防腐涂料SPC-B的應(yīng)用研究

陳環(huán)，房靖超，金華平，汪峻峰

(海南大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，?？?570228)

摘要：研究了一種可用于鋼筋表面防腐的新型無機(jī)防腐涂料(Super Property Coatings-BAR，簡稱SPC-B)，并對(duì)這種無機(jī)防腐涂料的凝結(jié)時(shí)間、力學(xué)強(qiáng)度、抗氯離子的滲透能力等進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究，同時(shí)通過機(jī)械噴涂設(shè)備對(duì)這種防腐涂料SPC-B的可施工性進(jìn)行了探究.試驗(yàn)結(jié)果表明，該涂料凝結(jié)速度快，終凝2 h，28天強(qiáng)度高達(dá)141.6N·mm-2，硬化后所形成的鋼筋涂覆層不僅和鋼筋表面有很好的粘附力，同時(shí)具有很好的抗氯離子滲透的能力(28天的電通量為241C)，并且可在工地采用機(jī)械化作業(yè)的方式噴涂這種新型的建筑無機(jī)防腐涂料，這為快速地和大面積地對(duì)建筑鋼筋進(jìn)行防腐預(yù)處理提供了一種新的可能性.

關(guān)鍵詞：無機(jī)防腐涂料； 氯離子滲透； 機(jī)械噴涂

隨著我國工程建設(shè)的快速發(fā)展，混凝土特別是鋼筋混凝土這類基礎(chǔ)工程材料的應(yīng)用也越來越廣泛.但由于多種環(huán)境因素而導(dǎo)致混凝土中鋼筋銹蝕的可能性也迅速增加，例如：由于城市中汽車尾氣污染的日益嚴(yán)重而加速了混凝土的碳化進(jìn)程，又如冬天北方城市大量使用融雪劑而導(dǎo)致有害鹽份對(duì)路橋混凝土的嚴(yán)重侵蝕[1-2]；特別是在海岸線區(qū)域，由于海風(fēng)和海水中所含有的氯離子滲透到混凝土的孔隙中而引發(fā)的混凝土中的鋼筋銹蝕，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞的現(xiàn)象越來越多[3]，所以，提高鋼筋自身以及混凝土系統(tǒng)的防銹能力具有十分重要的意義.美國學(xué)者所提出的鋼筋銹蝕和重拆修復(fù)的“5倍定律”對(duì)現(xiàn)代鋼筋混凝土的建造和維修而言具有很好的參考價(jià)值，即如能在鋼筋混凝土的建造過程中，增加1美元的防銹處理，就可避免和節(jié)約待鋼筋混凝土完全銹蝕后重新建造或者維修所需的125美元[4].

對(duì)鋼筋表面噴涂保護(hù)涂層可明顯提高鋼筋在混凝土中的防腐性能[5]，在國內(nèi)外工程界，有事先在工廠利用環(huán)氧樹脂等有機(jī)材料對(duì)建筑鋼筋進(jìn)行噴涂保護(hù)的案例[6]，國內(nèi)也制定了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]，但由于這種材料不僅價(jià)格偏高，而且從工廠到澆筑混凝土之前還要經(jīng)歷運(yùn)輸(易導(dǎo)致彎曲疲勞破壞)、切割(形成新的斷口)和捆扎(涂層因摩擦而被破壞)等多道工序，這些過程均會(huì)對(duì)鋼筋涂覆層產(chǎn)生不利的影響[6].另外，硬化后的環(huán)氧樹脂等有機(jī)材料的表面較光滑，它與隨后澆筑的混凝土之間的握裹力較差，其鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度比普通鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度下降20%.[8]，所以，這也是該項(xiàng)預(yù)涂覆技術(shù)未能得到廣泛推廣和應(yīng)用的原因.

因此，研發(fā)一種與混凝土有良好的相容性和粘結(jié)力，并且結(jié)構(gòu)致密，具有很好的抵抗氯離子滲透的能力，同時(shí)又適合于工地的大面積施工，并且能在工地現(xiàn)場對(duì)捆扎好的鋼筋進(jìn)行機(jī)械化快速涂覆的防腐材料及工藝具有十分重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益.

1試驗(yàn)方法

1.1涂料的制備為了制備無機(jī)防腐涂料SPC-B，本研究以海南硅酸鹽水泥為基料，同時(shí)輔以聚羧酸系外加劑及高純度硅灰(98%)，其中，細(xì)砂粒徑控制在150～200目，并按一定的配比混合，加水后利用強(qiáng)力攪拌槍攪拌，水灰比控制在一定的范圍內(nèi)，攪拌均勻后即可使用.

1.2樣品的制備本試驗(yàn)所用的鋼筋為普通建筑用的螺紋鋼筋，防腐涂料為高性能無機(jī)防腐涂料SPC-B.將涂料成分按一定的配比混合攪拌2 min后倒入40 mm×40 mm×160 mm的棱柱試體和高50 mm×直徑100 mm的圓柱試體中，待輕微震動(dòng)后刮平，將試體連模一起在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)24 h，然后脫模，在水中養(yǎng)護(hù)直至強(qiáng)度試驗(yàn)和電通量測試；另外，將配比組分按比例放大，加水?dāng)嚢韬笫褂脟娡繖C(jī)噴涂鋼筋骨架.

1.3性能檢測在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下首先對(duì)這種無機(jī)防腐涂料(SPC-B)的性能進(jìn)行分析，如：凝結(jié)時(shí)間、力學(xué)強(qiáng)度(抗壓強(qiáng)度)、抗氯離子滲透能力等；然后在實(shí)驗(yàn)室模擬施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，用機(jī)械噴涂設(shè)備對(duì)這種防腐涂料的和易性、可泵送性及抗流掛進(jìn)行探究，同時(shí)針對(duì)涂料與鋼筋的粘結(jié)性進(jìn)行測試.

凝結(jié)時(shí)間：使用維卡儀，溫度為(20±2)℃，相對(duì)濕度為(60±5)%，參照GB/T1346―2011的標(biāo)準(zhǔn).

力學(xué)強(qiáng)度：參照GB/T17671―1999的標(biāo)準(zhǔn).

抗氯離子滲透：采用NJ-DTL氯離子電通量測定儀，正極：0.3 mmol·L-1的NaOH溶液，負(fù)極:w=3%的NaCl溶液，電壓(60±0.1)V，參照GB/T50082―2009的標(biāo)準(zhǔn).

粘接強(qiáng)度：采用HC-30錨桿拉拔儀，鋼筋直徑20 mm，埋入長度100 mm，埋入鋼筋的混凝土強(qiáng)度為C30，參照GB50152―92的標(biāo)準(zhǔn).

機(jī)械噴涂：采用PJ-03噴涂機(jī),分2次噴涂，每層1～2 mm，需補(bǔ)噴搭接處.

2結(jié)果與分析

涂料的凝結(jié)硬化時(shí)間和環(huán)境條件有關(guān)，高溫和干燥等氣候因素將縮短涂料凝結(jié)硬化的時(shí)間，反之，將延長涂料凝結(jié)硬化的時(shí)間.試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于這種無機(jī)防腐涂料(SPC-B)的凝結(jié)硬化時(shí)間，通常初凝為35 min，終凝為2 h，可見，該涂料的凝結(jié)速度較快.在實(shí)際工程中，可依據(jù)涂料凝結(jié)的時(shí)間參數(shù)以及可結(jié)合施工工藝的特點(diǎn)和要求來適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)和控制涂料的凝結(jié)時(shí)間，以滿足施工工藝的要求，從而保證該無機(jī)防腐涂料的工程質(zhì)量.此外，對(duì)該涂料的力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)行了測試，在實(shí)驗(yàn)室條件下所測得的涂料的抗壓強(qiáng)度見表1.

表1　防腐涂料(SPC-B)的力學(xué)強(qiáng)度

從表1可見，該防腐涂料早期的硬化速度較快，其1 d的抗壓強(qiáng)度就達(dá)到了63.4 N·mm-2，而且其后期的強(qiáng)度增長迅速，在第28 d其抗壓強(qiáng)度就達(dá)到141.6 N·mm-2.隨著防腐涂料自身機(jī)械強(qiáng)度的提高，這意味著這種材料內(nèi)部的分子間聚合力迅速增加，這不僅有利于增強(qiáng)涂料與建筑鋼筋之間的化學(xué)粘合力，同時(shí)也有利于提升涂料和鋼筋之間的機(jī)械嚙合力.

為了進(jìn)一步評(píng)判這種鋼筋防腐涂料抵抗氯離子侵蝕的能力，本試驗(yàn)還采用測電通量的方法對(duì)這種防腐涂料的抗氯離子侵蝕的能力進(jìn)行了檢測，該方法是通過測定電通量的大小來定性地評(píng)估該材料抵抗氯離子滲透的性能.混凝土氯離子滲透性的電通量法評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[9]見表2，如果其28 d的電通量小于1 000庫侖的話，那么就可評(píng)定這種混凝土具有良好的抵抗氯離子侵蝕的能力.

表2　混凝土氯離子滲透性的電通量法評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[9]

為了更好地反映其電通量的大小，本實(shí)驗(yàn)還采用空白組和環(huán)氧樹脂組[10]來進(jìn)行對(duì)比.結(jié)合電通量的測試結(jié)果可知(圖1)，對(duì)于本文所研究的防腐涂料(SPC-B)，其第28天的電通量為241庫侖，小于環(huán)氧樹脂涂層264庫侖[10]，并遠(yuǎn)小于空白組2 484庫侖,可見，這種涂料具有較為優(yōu)異的抗氯離子滲透的能力.

為了進(jìn)一步探究防腐涂料SPC-B的粘結(jié)性能，文中分別對(duì)已噴涂SPC-B涂層的鋼筋與混凝土C30之間的粘結(jié)強(qiáng)度和同等條件下無涂層鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行了測試.JTJ275—2000規(guī)范[11]中已規(guī)定：環(huán)氧涂層鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)不小于無涂層鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的80%.文中實(shí)驗(yàn)測試的結(jié)果表明，涂層鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度為12.1 MPa，大于同等條件下無涂層鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的80%(為9.8 MPa).可見，防腐涂料SPC-B與鋼筋的粘結(jié)性已達(dá)到規(guī)范要求，該涂料與鋼筋表面具有較好的粘結(jié)性.

鋼筋表面的防腐涂料首先應(yīng)能均勻地?zé)o空隙地涂覆到鋼筋表面，并形成均勻的涂覆層，同時(shí)為了更好地適應(yīng)工地現(xiàn)場機(jī)械施工的需要，這種涂料應(yīng)具有很好的和易性、可泵送性及抗流掛等施工性能.圖2中給出了機(jī)械噴涂設(shè)備對(duì)建筑鋼筋進(jìn)行現(xiàn)場涂覆防腐涂料后的效果圖，這種防腐涂料在噴涂施工后，整個(gè)涂覆層厚薄均勻一致，沒有出現(xiàn)漏噴現(xiàn)象，同時(shí)涂料也沒有出現(xiàn)明顯的流掛現(xiàn)象.

圖2　在鋼筋表面噴涂防腐涂料后的效果圖

通過現(xiàn)場噴涂試驗(yàn)表明，這種涂料可以在工地采用機(jī)械化作業(yè)，為快速地及大面積地對(duì)建筑鋼筋進(jìn)行防腐預(yù)處理提供了一種新型的工程材料和施工工藝.

3結(jié)論

通過對(duì)這種新型的建筑防腐涂料(SPC-B)的試驗(yàn)研究表明，該涂料凝結(jié)的時(shí)間快(終凝時(shí)間為2 h)，硬化后所形成的鋼筋涂覆層不僅和鋼筋表面有很好的粘附力，同時(shí)其結(jié)構(gòu)致密(第28天的抗壓強(qiáng)度為141.6 N·mm-2)，具有很好的抗氯離子滲透的能力(電通量為241庫侖)，能更有效地保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋，使其免受大氣環(huán)境和海水中氯離子的侵蝕.這種新型建筑無機(jī)防腐涂料可在工地采用機(jī)械化作業(yè)，這為快速且大面積地對(duì)建筑鋼筋進(jìn)行防腐處理提供了一種新的可能，它適用于對(duì)鋼筋混凝土，特別是海工混凝土中的鋼筋進(jìn)行防腐預(yù)處理.

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Application of a Newly Inorganic Corrosion Protection Paint Named SPC-B

Chen Huan, Fang Jingchao, Jin Huaping, Wang Junfeng

(College of Civil Engineering and Architecture, Hainan University, Haikou 570228，China)

Abstract：A newly inorganic corrosion protection paint named Super Property Coatings-BAR (SPC-B for short) was studied, which can be available for rebar surface to protect it from corrosion. And the technical properties, such as setting time, mechanical strength, and the resistance to chloride-ion penetration, were investigated. The possibility of spraying with spray machine was also tested. The results showed that the final setting time was only 2 hours, the corrosion protection paint has rapid setting and a good adhesion between coating and surface of steel bar after the paint hardening, and which has good resistance to chloride-ion penetration (the 28 days electric flux was only 241 C). This newly inorganic corrosion protection paint can be used by spray machine on the building site, which provides a new possibility for rapid and large area anticorrosion pretreatment on construction steel bar.

Keywords：inorganic corrosion protection paint; chloride-ion penetration; mechanical spraying

中圖分類號(hào)：TQ 638

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOl：10.15886/j.cnki.hdxbzkb.2015.0029

文章編號(hào)：1004-1729(2015)02-0158-04

收稿日期：------------------------ 2014-06-25基金項(xiàng)目： 海南省研究生創(chuàng)新科研課題(HYS2014-26)

作者簡介：陳環(huán)(1988-)，男，江西宜春人，海南大學(xué)土木建筑工程學(xué)院2012級(jí)碩士研究生通信作者： 汪峻峰(1963-)，男，海南大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，教授，E-mail：drjunfengwang2010@163.com