一种新型无机防腐涂料SPC-B的应用研究

陈　环，房靖超，金华平，汪峻峰

(海南大学 土木建筑工程学院，海口 570228)



一种新型无机防腐涂料SPC-B的应用研究

陈环，房靖超，金华平，汪峻峰

(海南大学 土木建筑工程学院，海口 570228)

摘要：研究了一种可用于钢筋表面防腐的新型无机防腐涂料(Super Property Coatings-BAR，简称SPC-B)，并对这种无机防腐涂料的凝结时间、力学强度、抗氯离子的渗透能力等进行了初步的试验研究，同时通过机械喷涂设备对这种防腐涂料SPC-B的可施工性进行了探究.试验结果表明，该涂料凝结速度快，终凝2 h，28天强度高达141.6N·mm-2，硬化后所形成的钢筋涂覆层不仅和钢筋表面有很好的粘附力，同时具有很好的抗氯离子渗透的能力(28天的电通量为241C)，并且可在工地采用机械化作业的方式喷涂这种新型的建筑无机防腐涂料，这为快速地和大面积地对建筑钢筋进行防腐预处理提供了一种新的可能性.

关键词：无机防腐涂料； 氯离子渗透； 机械喷涂

随着我国工程建设的快速发展，混凝土特别是钢筋混凝土这类基础工程材料的应用也越来越广泛.但由于多种环境因素而导致混凝土中钢筋锈蚀的可能性也迅速增加，例如：由于城市中汽车尾气污染的日益严重而加速了混凝土的碳化进程，又如冬天北方城市大量使用融雪剂而导致有害盐份对路桥混凝土的严重侵蚀[1-2]；特别是在海岸线区域，由于海风和海水中所含有的氯离子渗透到混凝土的孔隙中而引发的混凝土中的钢筋锈蚀，进而导致混凝土结构遭到破坏的现象越来越多[3]，所以，提高钢筋自身以及混凝土系统的防锈能力具有十分重要的意义.美国学者所提出的钢筋锈蚀和重拆修复的“5倍定律”对现代钢筋混凝土的建造和维修而言具有很好的参考价值，即如能在钢筋混凝土的建造过程中，增加1美元的防锈处理，就可避免和节约待钢筋混凝土完全锈蚀后重新建造或者维修所需的125美元[4].

对钢筋表面喷涂保护涂层可明显提高钢筋在混凝土中的防腐性能[5]，在国内外工程界，有事先在工厂利用环氧树脂等有机材料对建筑钢筋进行喷涂保护的案例[6]，国内也制定了相应的行业标准[7]，但由于这种材料不仅价格偏高，而且从工厂到浇筑混凝土之前还要经历运输(易导致弯曲疲劳破坏)、切割(形成新的断口)和捆扎(涂层因摩擦而被破坏)等多道工序，这些过程均会对钢筋涂覆层产生不利的影响[6].另外，硬化后的环氧树脂等有机材料的表面较光滑，它与随后浇筑的混凝土之间的握裹力较差，其钢筋与混凝土之间的粘结强度比普通钢筋的粘结强度下降20%.[8]，所以，这也是该项预涂覆技术未能得到广泛推广和应用的原因.

因此，研发一种与混凝土有良好的相容性和粘结力，并且结构致密，具有很好的抵抗氯离子渗透的能力，同时又适合于工地的大面积施工，并且能在工地现场对捆扎好的钢筋进行机械化快速涂覆的防腐材料及工艺具有十分重要的经济效益和社会效益.

1试验方法

1.1涂料的制备为了制备无机防腐涂料SPC-B，本研究以海南硅酸盐水泥为基料，同时辅以聚羧酸系外加剂及高纯度硅灰(98%)，其中，细砂粒径控制在150～200目，并按一定的配比混合，加水后利用强力搅拌枪搅拌，水灰比控制在一定的范围内，搅拌均匀后即可使用.

1.2样品的制备本试验所用的钢筋为普通建筑用的螺纹钢筋，防腐涂料为高性能无机防腐涂料SPC-B.将涂料成分按一定的配比混合搅拌2 min后倒入40 mm×40 mm×160 mm的棱柱试体和高50 mm×直径100 mm的圆柱试体中，待轻微震动后刮平，将试体连模一起在标准养护箱中养护24 h，然后脱模，在水中养护直至强度试验和电通量测试；另外，将配比组分按比例放大，加水搅拌后使用喷涂机喷涂钢筋骨架.

1.3性能检测在实验室环境下首先对这种无机防腐涂料(SPC-B)的性能进行分析，如：凝结时间、力学强度(抗压强度)、抗氯离子渗透能力等；然后在实验室模拟施工现场的实际情况，用机械喷涂设备对这种防腐涂料的和易性、可泵送性及抗流挂进行探究，同时针对涂料与钢筋的粘结性进行测试.

凝结时间：使用维卡仪，温度为(20±2)℃，相对湿度为(60±5)%，参照GB/T1346―2011的标准.

力学强度：参照GB/T17671―1999的标准.

抗氯离子渗透：采用NJ-DTL氯离子电通量测定仪，正极：0.3 mmol·L-1的NaOH溶液，负极:w=3%的NaCl溶液，电压(60±0.1)V，参照GB/T50082―2009的标准.

粘接强度：采用HC-30锚杆拉拔仪，钢筋直径20 mm，埋入长度100 mm，埋入钢筋的混凝土强度为C30，参照GB50152―92的标准.

机械喷涂：采用PJ-03喷涂机,分2次喷涂，每层1～2 mm，需补喷搭接处.

2结果与分析

涂料的凝结硬化时间和环境条件有关，高温和干燥等气候因素将缩短涂料凝结硬化的时间，反之，将延长涂料凝结硬化的时间.试验结果表明，对于这种无机防腐涂料(SPC-B)的凝结硬化时间，通常初凝为35 min，终凝为2 h，可见，该涂料的凝结速度较快.在实际工程中，可依据涂料凝结的时间参数以及可结合施工工艺的特点和要求来适当地调节和控制涂料的凝结时间，以满足施工工艺的要求，从而保证该无机防腐涂料的工程质量.此外，对该涂料的力学强度进行了测试，在实验室条件下所测得的涂料的抗压强度见表1.

表1　防腐涂料(SPC-B)的力学强度

从表1可见，该防腐涂料早期的硬化速度较快，其1 d的抗压强度就达到了63.4 N·mm-2，而且其后期的强度增长迅速，在第28 d其抗压强度就达到141.6 N·mm-2.随着防腐涂料自身机械强度的提高，这意味着这种材料内部的分子间聚合力迅速增加，这不仅有利于增强涂料与建筑钢筋之间的化学粘合力，同时也有利于提升涂料和钢筋之间的机械啮合力.

为了进一步评判这种钢筋防腐涂料抵抗氯离子侵蚀的能力，本试验还采用测电通量的方法对这种防腐涂料的抗氯离子侵蚀的能力进行了检测，该方法是通过测定电通量的大小来定性地评估该材料抵抗氯离子渗透的性能.混凝土氯离子渗透性的电通量法评定标准[9]见表2，如果其28 d的电通量小于1 000库仑的话，那么就可评定这种混凝土具有良好的抵抗氯离子侵蚀的能力.

表2　混凝土氯离子渗透性的电通量法评定标准[9]

为了更好地反映其电通量的大小，本实验还采用空白组和环氧树脂组[10]来进行对比.结合电通量的测试结果可知(图1)，对于本文所研究的防腐涂料(SPC-B)，其第28天的电通量为241库仑，小于环氧树脂涂层264库仑[10]，并远小于空白组2 484库仑,可见，这种涂料具有较为优异的抗氯离子渗透的能力.

为了进一步探究防腐涂料SPC-B的粘结性能，文中分别对已喷涂SPC-B涂层的钢筋与混凝土C30之间的粘结强度和同等条件下无涂层钢筋的粘结强度进行了测试.JTJ275—2000规范[11]中已规定：环氧涂层钢筋与混凝土之间的粘结强度应不小于无涂层钢筋粘结强度的80%.文中实验测试的结果表明，涂层钢筋与混凝土之间的粘结强度为12.1 MPa，大于同等条件下无涂层钢筋粘结强度的80%(为9.8 MPa).可见，防腐涂料SPC-B与钢筋的粘结性已达到规范要求，该涂料与钢筋表面具有较好的粘结性.

钢筋表面的防腐涂料首先应能均匀地无空隙地涂覆到钢筋表面，并形成均匀的涂覆层，同时为了更好地适应工地现场机械施工的需要，这种涂料应具有很好的和易性、可泵送性及抗流挂等施工性能.图2中给出了机械喷涂设备对建筑钢筋进行现场涂覆防腐涂料后的效果图，这种防腐涂料在喷涂施工后，整个涂覆层厚薄均匀一致，没有出现漏喷现象，同时涂料也没有出现明显的流挂现象.

图2　在钢筋表面喷涂防腐涂料后的效果图

通过现场喷涂试验表明，这种涂料可以在工地采用机械化作业，为快速地及大面积地对建筑钢筋进行防腐预处理提供了一种新型的工程材料和施工工艺.

3结论

通过对这种新型的建筑防腐涂料(SPC-B)的试验研究表明，该涂料凝结的时间快(终凝时间为2 h)，硬化后所形成的钢筋涂覆层不仅和钢筋表面有很好的粘附力，同时其结构致密(第28天的抗压强度为141.6 N·mm-2)，具有很好的抗氯离子渗透的能力(电通量为241库仑)，能更有效地保护混凝土结构中的钢筋，使其免受大气环境和海水中氯离子的侵蚀.这种新型建筑无机防腐涂料可在工地采用机械化作业，这为快速且大面积地对建筑钢筋进行防腐处理提供了一种新的可能，它适用于对钢筋混凝土，特别是海工混凝土中的钢筋进行防腐预处理.

参考文献：

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[3] 侯保荣.海洋钢筋混凝土腐蚀与修复补强技术[M].北京:科学出版社，2012.

[4] 金伟良，赵羽习.混凝土结构耐久性[M].北京：科学出版社，2002.

[5] 张晏清.钢筋表面防腐蚀涂层的性能[J].建筑材料学报，2005,8(5)：577-579.

[6]吴金岳,吴松贵,徐旭峰,等.环氧涂层钢筋及其应用[J].腐蚀与防护,2004,25(3):105-108.

[7] 中华人民共和国建设部.JG 3042—1997,环氧树脂涂层钢筋[S].北京：中国标准出版社，1997.

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[9] 赵羽习，杜攀峰，金伟良. 混凝土防腐涂料抗氯离子侵蚀性能试验研究[J]. 建筑科学与工程学报，2009,26(2)：26-31.

[10] 谷坤鹏, 李漠.矿物掺合料与环氧树脂涂层对混凝土抗氯离子侵蚀能力的影响[J]. 建筑科学, 2008, 24(9): 45-49.

[11] 中华人民共和国交通部.JTJ 275—2000, 海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范[S]. 北京: 人民交通出版社, 2001.

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

中图分类号：TQ 638

文献标志码：ADOl：10.15886/j.cnki.hdxbzkb.2015.0029

文章编号：1004-1729(2015)02-0158-04

收稿日期：------------------------ 2014-06-25基金项目： 海南省研究生创新科研课题(HYS2014-26)

作者简介：陈环(1988-)，男，江西宜春人，海南大学土木建筑工程学院2012级硕士研究生通信作者： 汪峻峰(1963-)，男，海南大学土木建筑工程学院，教授，E-mail：drjunfengwang2010@163.com