PC构件外露钢筋水性防腐涂料的开发与应用.pdf

第 卷 第 期 山东商业职业技术学院学报 .年 月 .构件外露钢筋水性防腐涂料的开发与应用张 绪彭 浩付弯弯孙子豪刘明晓谭晓明(武汉轻工大学 土木工程与建筑学院湖北 武汉)摘 要:钢筋防腐是当前世界各国比较关注的问题 每年因钢筋锈蚀都会造成大量的经济损失钢筋混凝土装配式构件在未交付使用前其外露钢筋会受工业大气、雨水等侵蚀从而影响构件外观钢筋锈蚀严重的还会存在安全隐患 水性防腐涂料是防腐涂料当今乃至以后重要的发展方向之一 本文主要对装配式外露钢筋水性丙烯酸体系防腐涂料的开发、性能测试以及应用前景进行了阐述最后分析了其存在的不足以及日后改进的方向关键词:水性防腐涂料丙烯酸乳液装配式建筑中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():.:收稿日期:基金项目:武汉轻工大学“装配式建筑预制构件外露钢筋防锈涂料开发”()作者简介:张绪()男天津蓟州人硕士研究生研究方向为新型水性防腐涂料的开发与应用通讯作者:彭浩()男高级工程师博士主要从事腐蚀与防护、金属表面纳米结构、材料涂镀层开发及性能评价及金属材料腐蚀机理相关的研究工作 引言钢筋防腐是目前世界各国面临的一个重要问题每年因金属腐蚀对交通、建筑等造成的直接经济损失约占年国民生产总值的 目前在建筑领域国内各地相继出台了对房屋建筑装配率的要求装配式建筑得到广泛关注但装配式构件一般较大室内储存不太现实这就会造成在交付使用前装配式构件外露钢筋遭到不同程度的锈蚀近而影响结构承载力随着我国建筑行业的快速发展和人民生活水平的不断提升我国人民对环保的意识也不断增强绿水青山就是金山银山的思想不断深入骨髓与之相匹配的环保型钢筋防腐涂料的开发与应用是必然趋势传统防腐油漆中易挥发性有机溶剂较多对环境、生物等都造成一定影响 水性防腐涂料不仅具有易贮存、低、环保等优势而且在施工上较为便利 目前水性涂料在建筑涂料使用占比高达 之多 本文主要以丙烯酸乳液为主体开发水性防腐涂料用于装配式构件外露钢筋的防腐 装配式构件由于施工现场的工期、气候条件、运输周期等问题使生产出来的构件在时间上或长或短都会被露天存放一段时间其外露钢筋很容易被工业大气、雨水等腐蚀从而在一定程度上影响验收和使用如果锈蚀严重还会存在一定安全问题目前国内各地均陆续出台对新建建筑装配率的要求未来装配式建筑前景可期所以针对装配式构件外露钢筋水性防腐涂料的开发很有必要 材料与方法.实验材料与试剂丙烯酸乳液:广州立诺新材料科技有限公司润湿剂、增稠剂、成膜助剂、增稠剂:广州市润宏化工有限公司钛白粉:晟鹏化工沉淀硫酸钡:盛达微粉亚硝酸钠:上海郡马科技有限公司防闪锈剂:青岛恩泽化工有限公司分散剂、消泡剂、消泡剂:迪高助剂三氧化二铁:麦克林.实验仪器搅拌机:常州荣华仪器制造有限公司烘箱:上海一恒仪器分析天平:赛多利斯科学仪器(北京)有限公司电化学工作站:武汉科思特仪器股份有限公司漆膜冲击试验机:德杜仪器附着力测试仪:衡州艾普计量仪器有限公司.试验方法.基本配方表 为配方一水性丙烯酸防腐涂料基本配方表 为配方二水性丙烯酸防腐涂料基本配方表 基本配方一序号药品名称设计加入量/去离子水增稠剂.消泡剂.分散剂.润湿剂.钛白粉序号药品名称设计加入量/沉淀硫酸钡丙烯酸乳液消泡剂.成膜剂 成膜剂 防闪锈剂亚硝酸溶液增稠剂.表 基本配方二序号药品名称设计加入量/丙烯酸乳液去离子水增稠剂.消泡剂.分散剂.润湿剂.沉淀硫酸钡铁红亚硝酸钠溶液消泡剂.成膜剂 成膜剂 防闪锈剂.增稠剂.制备工艺配方一:按照所需加入去离子水、增稠剂 控制搅拌机的转速在/低速搅拌 搅拌结束后向容器内加入消泡剂、分散剂、润湿剂试剂加入结束后控制搅拌机转速在/搅拌 搅拌结束后加入钛白粉、沉淀硫酸钡加入结束后进行搅拌控制搅拌机转速/搅拌 搅拌结束后加入去离子水、丙烯酸乳液、消泡剂、成膜剂、成膜剂、防闪锈剂、亚硝酸钠溶液试剂添加完成后搅拌机转速控制在/进行搅拌 分钟最后加入增稠剂 搅拌机转速在/搅拌 即可制得水性丙烯酸防腐涂料配方二:按照所需量依次在调漆容器中加入丙烯酸乳液、去离子水、增稠剂 控制搅拌机的转速在/低速搅拌 搅拌结束后向器皿中加入消泡剂、分散剂、润湿剂加入完成后进行分散搅拌机转速控制在/搅拌 搅拌结束后向器皿中加入沉淀硫酸钡、铁红加入完成后进行搅拌搅拌机转速控制在/搅拌 分钟搅拌结束后加入丙烯酸乳液再进行搅拌这时搅拌机转速转入中低速/搅拌 最后依次加入消泡剂、成膜剂、成膜剂、防闪锈剂、亚硝酸钠溶液、增稠剂、防闪锈剂 在转速/下进行搅拌 分钟制成水性丙烯酸防腐涂料 结果与讨论将制得的两种水性防腐涂料与市面所售三种水性防腐涂料进行对比将打磨、清洗、烘干后的马口铁板浸在五种不同涂料中 秒取出悬挂使其自然干燥成膜 漆膜干燥后测得其厚度均在 范围内 对马口铁板上成型漆膜开展附着力(划格法)、柔韧性、耐冲击性、电化学实验其中标准试板参照/制作漆膜厚度测定参照/./:测量漆膜附着力参照漆膜附着力及其测试方法测试柔韧性采用轴棒法测试参照/测试抗冲击实验参照/实验.漆膜干燥时间干燥时间是反映涂料物理性能的重要参数之一一般是指涂料从流体状态到全部形成固体涂膜的时间 涂料的干燥时间长短与涂料施工的间隔时间有比较大的关系与漆膜的质量也有一定的重要关系漆膜按/漆膜、腻子膜干燥时间测定法对其五种水性涂料进行表面干燥以及实际干燥时间测定表面干燥时间的测定选用乙法(指触法)用手指轻触漆膜表面如感到有些发黏但无漆或腻子沾在手指上即认为表面干燥实际干燥时间的测定选用乙法在漆膜表面放置一个脱脂棉球在脱脂棉球上轻轻放置一个干燥时间实验器同时启用秒表 秒后将干燥时间试验器和脱脂棉球拿掉放置 如漆膜表面无棉球的痕迹及失光现象若漆膜上留有 根棉丝但棉球能轻轻掸掉均认为漆膜实际干燥表 为五种涂料表干和实干时间 从表 可以看出配方一、配方二略优于其他三种市售配方表 五种涂料表干、实干时间种类表干时间实干时间配方一约.配方二约.约.市售 约.市售 约.市售 约.漆膜附着力试验漆膜附着力反应漆膜与被涂面之间结合的坚牢程度是涂料涂装性能优劣的重要指标 采用划格法对浸有五种不同种类水性涂料的马口铁板进行附着力测试如图 所示从左到右依次为配方一、配方二、市场售卖品牌(简称市售后面类推)、市售、市售 因所有试验板漆膜厚度均在 以下所以刀片选择 将制备好的马口铁板放置较为坚硬的平台上手持划格器手柄使刀刃垂直马口铁板板面以/的速度匀速划过而后将板面旋转 度重复上述操作使其形成格阵图 用软毛刷在格阵图两边对角线分别向前、后轻刷板面 最后用美国 公司生产的 测试胶带进行测试 将胶带贴在整个划格上然后以最小角度撕下结果根据漆膜被胶带粘落的比例来求得 试验最少在板面三个不同位置进行测试如三个位置结果不同应多于三个位置继续试验 依次在浸涂有五种不同水性涂料的马口铁板上进行试验结果如图 所示 根据试验结果可知附着力由高到低依次为市售、配方二、配方一、市售、市售 图 划格试验后板面情况.漆膜柔韧性测试漆膜柔韧性也是衡量涂料性能的重要指标之一其对涂料的应用场景以及应用季节有很大影响对浸涂有五种不同涂料的马口铁板进行弯曲试验以测试其柔韧性 测试时轴棒直径由大到小依次试验每张铁板至少测试三次如未观察到网纹、裂纹及剥落现象则换用小一级轴棒进行测试通过对五种不同水性涂料进行弯曲试验其中配方二、市售、市售 通过最小轴棒直径 的测试而配方一、市售 则能通过轴棒直径为 的测试 以此说明前三者柔韧性较好.漆膜抗冲击测试漆膜的耐冲击性也是体现涂料性能的重要指标之一 一般是指涂覆在基材上的漆膜在高速率的重力作用下发生快速变形但不出现开裂或从基材基底脱落的能力也体现出被测漆膜的柔韧性和对基材的附着力参照漆膜耐冲击测定法对浸涂有五种不同水性涂料马口铁板进行测试 将冲击器放在稳固的平台上导管应垂直于水平面 如图 所示其为浸涂有五种不同水性涂料的马口铁板在 高度抗冲击试验后结果 从结果来看配方二、市售 的抗冲击能力较其他三种配方好其余三种配方的涂料漆膜有不同程度的剥落或裂纹图 抗冲击试验 高度抗冲击结果.涂料固含量涂料的固含量一般指涂料在施工过后留下成膜的部分其含量的高低对其形成的漆膜质量以及使用价值有直接关系通常来讲涂料的固体含量越高在涂覆使用时其成膜度越高可节约人工的稀释和复涂环节因此在实际应用上具有一定的经济价值和使用价值表 为五种不同涂料经烘箱高温至 烘干到恒重的结果首先准备 个表面皿用自来水、酒精、去离子水清洗干净而后放置 的烘箱中烘 以达到完全干燥取出后放置在含有干燥剂的干燥皿中进行冷却 冷却至室温后进行标号称重而后每种涂料分三组分别用胶头滴管滴入表面皿中马上称重并记录 为减小误差涂料的放入量均在 以上 烘干至恒重过程中取出称重时要将其拿出后迅速放入干燥皿中冷却至室温时再进行称量 烘干至恒重后按以下公式进行计算:式中:固体含量平均值()烘干后样品和容器的质量平均值()容器重量平均值()样品重量平均值()表 计算固含量数据种类/配方一.配方二.市售.市售.市售.通过计算结果可知上述五种涂料固含量配方一、配方二高于市售、市售、市售 所以在成膜上配方一、配方二优于市售、市售、市售.电化学试验钢筋腐蚀绝大多数腐蚀过程的本质是电化学性质的而防腐涂层/涂料也会随着使用周期的增长发生腐蚀失效一般表现为鼓泡或者直接脱落丧失原有对钢筋的保护能力涂料腐蚀失效的直接后果就是使被保护的刚才开始腐蚀在使用电化学方法研究涂料腐蚀机理、腐蚀试验中一般情况下会广泛的利用金属/电解质溶液界面(双电层)的电性质 电化学测试技术已成为重要的腐蚀研究方法金属以及涂料腐蚀研究常用的电化学方法主要有:开路电位法()、极化曲线法(曲线)、电化学阻抗谱()等 下面就对文章上述的五种不同配方的水性涂料进行电化学试验以比较哪种涂料更耐腐蚀 溶液采用.的 溶液参比电极使用/溶液试验在同一温度、同一湿度条件下进行.开路电位测试测试前工作电极需要用砂纸从粗到细(目、目、目、目、目)依次打磨至表面平整光滑打磨完成后用蒸馏水冲洗再用酒精脱脂放入与试验同一温度的恒温干燥箱中备用 将工作电极测试面对准平面腐蚀池的测试孔随后拧紧螺栓使工作电极同腐蚀池的 面紧贴密封 将.的 溶液倒入腐蚀池中将带盐桥的饱和 电极插入平板腐蚀池中务必将鲁金毛细管底端细口对准工作电极测试面控制好温度开路电位测试可以得到涂料的自腐蚀电位可以通过涂料的自腐蚀电位来大致判断耐腐蚀性的好坏 通常来说材料的自腐蚀电位越正材料就越难被腐蚀 五种不同配方的开路电位结果如图 所示通过图示可以看出市售、市售、配方一较其他两种配方好.交流阻抗测试五种不同配方的水性涂料在.溶液的图 五种不同配方开路电位测试结果交流阻抗谱测试结果如图 所示 一般来说涂料的容抗弧越大说明材料的耐蚀性能越好从图中可以看出除市售 外其他几个不同配方的阻抗谱显示相差不是很大图 五种不同配方涂料交流阻抗测试结果.曲线测试用(线外推法)是将待测附有五种不同涂料的马口铁板做成电极浸入腐蚀介质中测量稳定的伏安数据后作对数函数图 这种方法可以求出腐蚀体系的电化学参数比如腐蚀电势、电流密度阴极和阳极的 斜率以及不同缓蚀剂下的腐蚀效率图 为在.腐蚀溶液中测得五种不同配方的塔菲尔极化曲线图左上角为曲线拟合后得到的电流密度、自腐蚀电位以及腐蚀速率等数据 从图示曲线以及拟合结果来看市售 和配方一较市售、市售、配方二耐腐蚀稍好些 涂覆重量对比及户外试验户外试验也称涂料耐候试验就是让涂料在自图 五种不同配方涂料塔菲尔极化曲线测试结果然条件下经历各种自然环境因素(风、雨、不同温度、不同湿度、紫外线、工业大气等)随着时间推移看其耐腐蚀性 自然条件下户外试验能够真实反应涂料耐老化性能的优劣其数据也比较真实可靠因其有不可替代的周期性故其长时间以来一直被采用.涂覆量对比涂料的涂覆量对防止钢筋锈蚀有一定影响例如:同一种涂料对同一种钢筋进行涂覆其涂覆量越大较涂覆量小的钢筋对比其越难以生锈 但对装配式外露钢筋而言防腐涂料涂覆量不是越多越好因其要考虑混凝土的握裹力:装配式钢筋一般为带肋钢筋涂覆量过大势必会对钢筋肋进行覆盖从而影响钢筋的握裹力 表 为五种不同配方涂料涂覆量对比情况(每种配方取 个试样后取平均值)通过表 以及图 中数据可以得出配方一、配方二的涂覆量较于市售、市售、市售 的涂覆量要小很多表 五种不同配方涂料涂覆量对比情况种类涂料重平均值/市售.市售.市售.配方一.配方二.户外暴晒试验五种不同配方涂料根据应用场景(装配式外露钢筋)模拟实际所需将钢筋浸在涂料中 秒每种涂料浸润三根 以 为一个周期两个月为限看钢筋所覆涂料变化以及钢筋是否生锈(涂料耐候性能)除正常自然条件外每天对其进行三图 涂覆重量平均对比遍以上喷淋(模拟恶劣环境)在加速其腐蚀的情况下也便于每天观察其变化情况 图 为市售、市售、市售 在第二个周期()结束钢筋表面变化情况 从图片中可以看出浸覆市售、市售 涂料的钢筋已经出现不同程度的锈点说明这两种涂料的耐候性比较差 其他两种不同配方的涂料第二周期结束后未发现生锈情况 天结束后如图 所示除配方二、市售 浸涂的钢筋没有生锈外浸涂其他三种涂料的钢筋均有不同程度的锈点图 市售(左)、市售(中)、市售(右)天结束后情况图 五种涂料涂覆钢筋户外暴晒 结束后情况 结 论随着我国“环保事业”的发展溶剂型涂料势必会受到一定限制水性涂料将会迎来快速发展期根据目前市场所需针对装配式外露钢筋锈蚀问题研发出丙烯酸体系水性轻防腐涂料()通过漆膜干燥时间(表干、实干)测试、漆膜附着力测试、漆膜柔韧性测试、漆膜抗冲击性能测试、涂料固含量、漆膜电化学试验对比结合产品生产造价综合考量依据配方二制备的水性防腐涂料漆膜性能测试整体效果较好()通过涂覆重量对比结合户外暴晒试验结果来看配方二不仅涂覆量少且经过 天户外暴晒未发现锈蚀情况 满足装配式构件外露钢筋户外短暂储存防锈要求()为检验配方一、配方二两产品其已在某装配式构件生产公司进行应用性试验检测其是否达到实际应用要求 目前这两款产品还存在微量团聚在今后研究中亟待解决 水性防腐涂料因其环保、易储存、施工方便等优势未来应用前景势必非常开阔参考文献:王瑛貌张雅浩黄从树等.水性防腐涂料研究进展与应用现状.材料开发与应用().张明刚.长期停建工程中外露钢筋的腐蚀与维护.科技风().孟令巧史星照周志平等.环保型水性涂料研究进展及发展趋势.中国胶粘剂()./.:(.):.:./.:./.束树军.基于丙烯酸乳胶的水性防腐涂料闪锈抑制机理及影响因素探究.涂层与防护().郑国娟.漆膜附着力及其测试方法.涂料技术与文摘().黄秉升.漆膜附着力测定和划格试验.中国西南四省市表面工程技术交流会论文集.:.刘振作.漆膜耐冲击性试验技术现状.试验技术与试验机().瞿金清陈焕钦.高固含量丙烯酸涂料的进展.高分子材料科学与工程().林贤.胶粘剂、涂料固体含量的测定方法探讨.广东化工().田玉琬.海工用高强耐蚀钢筋的腐蚀机理及阻锈剂研究.北京:北京科技大学.刘治国张世录李心舒等.某新型航空涂料海洋环境下耐蚀性试验研究.环境技术().雷淼栋.金属构件的外防腐蚀涂料性能的电化学检测方法.中国金属通报().王佳李相波王伟.海水环境中微生物附着对钝性金属开路电位的影响.中国腐蚀与防护学报().曹京宜张寒露左禹等.采用电化学交流阻抗等测试方法研究聚氨酯涂层在海水腐蚀环境中的失效机理.现代仪器().周瑶孙丽娜万平玉等.铝锌系阳极型强屏蔽涂层电化学阻抗谱分析.涂料工业().彭军杨育农谢宇芳等.户外涂料自然曝晒测试方法研究和试验方案设计.合成材料老化与应用().刘训军.水性涂料助剂的应用与发展探讨.石化技术().赵胤.无机水性涂料环保性能研究.科技资讯().(责任编辑:孙 强)投稿须知本刊系山东省教育厅主管、山东商业职业技术学院主办、公开发行的综合性学术期刊(双月刊)现设经济与管理、职教理论与实践、教改与教材教法、道德与思想政治工作、法律法规、创业开物、文化建设、语言与文学、科技与应用、商德与商文化等栏目本刊被中国知网、万方数据、维普网、超星“域出版”平台、国家哲学社会科学学术期刊数据库等全文收录 如作者不同意论文在以上数据库中收录与传播请务必在投稿时注明 同时本刊拥有对论文的汇编权、翻译权、信息网络传播权、印刷权和电子版的复制权、发行权等权利作者一经投稿均视为同意投稿要求:.稿件应主题鲜明并有创新点、论点明确、论据可靠、论证严谨、数据准确、语言简练、图表清晰 篇幅以 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