一种用于混凝土中钢筋防锈的水泥基涂料及制备方法

1.本发明属于建筑及金属防锈领域，具体公开了一种用于混凝土中钢筋防锈的水泥基涂料及制备方法。


背景技术：

2.目前，钢筋混凝土结构被广泛应用于现代建筑领域。混凝土内钢筋表面腐蚀产物的膨胀会引起保护层开裂，钢筋与混凝土间粘结力的降低，钢筋截面积减小，混凝土结构的承载能力下降。腐蚀每年都会给世界带来巨额的经济损失，因此减少钢筋腐蚀是延长混凝土结构的寿命以及降低其带来损失的关键。在海洋环境中，氯离子的不断侵入破坏了钢筋表面在混凝土高碱性环境下生成的钝化膜，从而成为引起钢筋腐蚀的主要原因。涂层钢筋被认为是防止混凝土内钢筋腐蚀的有效办法。尤其是对于海洋环境下的混凝土结构。水泥基涂层钢筋由于其与混凝之间具有良好的粘结性能，常常被应用到各种建筑工程中。但是考虑到海洋环境下，混凝土结构的耐腐蚀性能会面临更巨大的考验。
3.现有技术中采用的防锈措施主要有:钢筋表面涂刷涂料，混凝土表面涂料，以及在混凝土原料中掺入防锈材料等。如名称为“一种渗透结晶涂料及其在提高钢纤维混凝土防腐蚀性能中的应用”公开号cn104058684 a的中国发明专利申请，公开了一种由活性组分、反应助剂与促进剂、骨料和水泥制成的水泥基渗透结晶涂料。该涂料涂敷在混凝土结构表面，经过化学转换反应后，在钢纤维混凝土内部孔隙和裂缝处形成晶体结构，这种晶体结构使得混凝土内部结构变得更加致密，从而抵抗有害物质的侵入。但这种类型的涂料受到涂料渗透性能和混凝土自身状态的影响性较大。并且由于混凝土本身的面积较大，该涂料使用成本较高。由于混凝土浇筑之前钢筋会直接暴露在空气中，因此在钢筋表面直接涂刷防锈涂料是直接有效并且性价比高的方法。


技术实现要素：

4.基于上述问题，本技术提供一种用于钢筋防锈的多元改性水泥基防锈涂料，以提高涂料的力学性能，流动性和耐久性等；本发明的另一目的在于提供该水泥基防锈涂料的制备方法；本发明的再一目的在于提供该水泥基防锈涂料的应用。
5.为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料，包括水泥、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硅灰、纳米二氧化硅、阻锈剂、减水剂和水。
7.优选的，水泥82.36～100wt.％，硅灰1～5wt.％，乙烯-醋酸乙烯共聚物0～14.36wt.％，纳米二氧化硅0.5～1wt.％，阻锈剂1.45～2.9wt.％，水21.2～24.71wt.％，减水剂0.57～1.44wt.％。
8.一种用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料的制备方法，制备方法包括以下步骤：
9.(1)将水泥、硅灰，乙烯-醋酸乙烯共聚物称重后，按顺序制成混合料；
10.(2)将减水剂、水的混合溶液在磁力搅拌机中快速搅拌，然后将称好的纳米二氧化
硅倒入减水剂和水的混合溶液中继续快速搅拌，然后将搅拌均匀的混合溶液进行超声分散，最后将混合溶液取出加入称量好的阻锈剂再进行磁力搅拌；
11.(3)将减水剂、水、纳米二氧化硅、阻锈剂的混合溶液分为两份；
12.(4)开启砂浆搅拌机，慢速搅拌混合料然后将其中一份减水剂、水、纳米二氧化硅、阻锈剂的混合溶液缓慢倒入继续搅拌；
13.(5)开启快速搅拌模式，将另一份减水剂、水、纳米二氧化硅、阻锈剂的混合溶液缓慢倒入继续搅拌，即得产品。
14.优选的，将减水剂、水的混合溶液在磁力搅拌机中快速搅拌2-10min，设置磁力搅拌机的转速为1000-2500r/min。
15.优选的，将减水剂、水、纳米二氧化硅、阻锈剂的混合溶液分为质量比为30％：70％的两份；步骤(4)中的为质量比为70％的混合溶液，步骤(5)中为质量比为30％的混合溶液。
16.与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
17.(1)通过添加乙烯-醋酸乙烯共聚物增加涂料的防锈性能:乙烯-醋酸乙烯共聚物掺入水泥基涂层后，在涂层内部形成一种高弹性的聚合物薄膜，这种薄膜封闭了水泥基材料的裂缝和孔隙，提升了水泥基涂层的抗渗性能，进而提升防锈能力。掺有乙烯-醋酸乙烯共聚物的水泥基涂层钢筋在3.5wt.％的nacl溶液中浸泡三个月未发现明显的锈蚀。
18.(2)通过添加硅灰、纳米二氧化硅增加涂料的力学性能和防渗性能：硅灰和纳米二氧化硅的粒径较小，可以填充水泥基材料的内部孔隙。与此同时，硅灰和纳米二氧化硅均可以促进水泥的水化反应，生成数量更多的c-s-h凝胶，提升水泥基涂层的致密性，水泥基涂层的防锈能力进一步提升。掺有乙烯-醋酸乙烯共聚物、硅灰和纳米二氧化硅的水泥基涂层钢筋在3.5wt.％的nacl溶液中浸泡三个月未发现锈蚀产生。
19.(3)通过添加阻锈剂增加涂料的防锈性能：本发明采用内掺型复合氨基醇阻锈剂。复合氨基醇掺入后可对氯离子产生物理吸附作用。同时，复合氨基醇阻锈剂渗透至钢筋表面，在钢筋表面形成一层保护膜，可显著减缓氯离子的侵蚀。掺有乙烯-醋酸乙烯共聚物、硅灰、纳米二氧化硅和阻锈剂的水泥基涂层钢筋在3.5wt.％的nacl溶液中浸泡六个月也未发现锈蚀产生。
20.(4)通过添加减水剂解决流动性：减水剂的掺入在不降低涂层强度的同时，提升了涂层的流动性能，使得涂层的涂敷更加简单、方便、快捷。
附图说明
21.图1为实施例1效果图。
22.图2为实施例2效果图。
23.图3为实施例3效果图。
24.图4为实施例4效果图。
25.图5为实施例5效果图。
26.图6为实施例6效果图。
27.图7为实施例7效果图。
28.图8为实施例8效果图。
29.图9为实施例9效果图。
30.图10为实施例10效果图。
31.图11为实施例11效果图。
32.图12为实施例12效果图。
具体实施方式
33.实施例1
34.一种改性的水泥基防锈涂料，以水泥质量为基准，各组分的质量比：强度等级42.5的普通硅酸盐水泥174g(100wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物0g(0wt.％)，水43g(24.71wt.％)，减水剂1g(0.57wt.％)。
35.通过如下方法制备：
36.(1)根据改性的水泥基防锈涂料各组分的质量百分比准备原料；
37.(2)将水泥称量备用；
38.(3)将减水剂、水的混合溶液在磁力搅拌机中快速搅拌5min，再将混合溶液分为质量比为30％：70％的两份。
39.(5)开启砂浆搅拌机，慢速搅拌混合料2min，然后将质量为70％的减水剂、水的混合溶液缓慢倒入继续搅拌2min。
40.(6)开启砂浆搅拌机快速搅拌模式，将质量为30％的减水剂、水的混合溶液缓慢倒入继续搅拌2min，即得产品。
41.实施例2
42.一种改性的水泥基防锈涂料，以水泥质量为基准，各组分的质量比：强度等级42.5的普通硅酸盐水泥164.3g(94.42wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物8.7g(5wt.％)，水43g(24.71wt.％)，减水剂1g(0.57wt.％)。
43.通过如下方法制备：
44.(1)根据改性的水泥基防锈涂料各组分的质量百分比准备原料；
45.(2)将水泥，乙烯-醋酸乙烯共聚物的混合料称量备用；
46.(3)将减水剂、水的混合溶液在磁力搅拌机中快速搅拌5min，再将混合溶液分为质量比为30％：70％的两份。
47.(5)开启砂浆搅拌机，慢速搅拌混合料2min，然后将质量为70％的减水剂、水的混合溶液缓慢倒入继续搅拌2min。
48.(6)开启砂浆搅拌机快速搅拌模式，将质量为30％的减水剂、水的混合溶液缓慢倒入继续搅拌2min，即得产品。
49.实施例3
50.一种改性的水泥基防锈涂料，以水泥质量为基准，各组分的质量比：强度等级42.5的普通硅酸盐水泥156g(89.65wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物17g(9.77wt.％)，水42g(24.13wt.％)，减水剂1g(0.57wt.％)。
51.制备方法：与实施例2所述的操作和步骤相同。
52.实施例4
53.一种改性的水泥基防锈涂料，以水泥质量为基准，各组分的质量比：强度等级42.5的普通硅酸盐水泥148g(85.05wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(14.36wt.％)，水42g
(24.13wt.％)，减水剂1g(0.57wt.％)。
54.制备方法：与实施例2所述的操作和步骤相同。
55.实施例5
56.一种改性的水泥基防锈涂料，以水泥质量为基准，各组分的质量比：强度等级42.5的普通硅酸盐水泥146.26g(84.05wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(14.36wt.％)，硅灰1.74g(1.0wt.％)，水42g(24.13wt.％)，减水剂1g(0.57wt.％)。
57.通过如下方法制备：
58.(1)根据改性的水泥基防锈涂料各组分的质量百分比准备原料；
59.(2)将水泥、硅灰，乙烯-醋酸乙烯共聚物称重后，按顺序制成混合料。
60.(3)将减水剂、水的混合溶液在磁力搅拌机中快速搅拌5min，再将混合溶液分为质量比为30％：70％的两份。
61.(5)开启砂浆搅拌机，慢速搅拌混合料2min，然后将质量为70％的减水剂、水的混合溶液缓慢倒入继续搅拌2min。
62.(6)开启砂浆搅拌机快速搅拌模式，将质量为30％的减水剂、水的混合溶液缓慢倒入继续搅拌2min，即得产品。
63.实施例6
64.一种改性的水泥基防锈涂料，以水泥质量为基准，各组分的质量比：强度等级42.5的普通硅酸盐水泥139.3g(84.84wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(14.36wt.％)，硅灰8.7g(5wt.％)，水42g(24.13wt.％)，减水剂1g(0.57wt.％)。
65.制备方法：与实施例6所述的操作和步骤相同。
66.实施例7
67.一种改性的水泥基防锈涂料，以水泥质量为基准，各组分的质量比：强度等级42.5的普通硅酸盐水泥146.63g(84.27wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(14.36wt.％)，纳米二氧化硅0.87g(0.5wt.％)，水42g(24.13wt.％)，减水剂1.5g(0.86wt.％)。
68.通过如下方法制备
69.(1)根据改性的水泥基防锈涂料各组分的质量百分比准备原料；
70.(2)将水泥、硅灰，乙烯-醋酸乙烯共聚物称重后，按顺序制成混合料。
71.(3)将减水剂、水的混合溶液在磁力搅拌机快速搅拌(1500r/min)5min，然后将称好的纳米二氧化硅倒入减水剂和水的混合溶液继续快速搅拌10min，然后将搅拌均匀的混合溶液进行20min的超声分散，最后将混合溶液取出再进行磁力搅拌10min。
72.(4)将减水剂、水、纳米二氧化硅的混合溶液分为质量比为30％：70％的两份。
73.(5)开启砂浆搅拌机，慢速搅拌混合料2min，然后将质量为70％的减水剂、水、纳米二氧化硅的混合溶液缓慢倒入继续搅拌2min。
74.(6)开启砂浆搅拌机快速搅拌模式，将质量为30％的减水剂、水、纳米二氧化硅的混合溶液缓慢倒入继续搅拌2min，即得产品。
75.实施例8
76.一种改性的水泥基防锈涂料，以水泥质量为基准，各组分的质量比：强度等级42.5的普通硅酸盐水泥145.76g(83.77wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(14.36wt.％)，纳米二氧化硅1.74g(1.0wt.％)，水42g(24.13wt.％)，减水剂1.5g(0.86wt.％)。
77.制备方法：与实施例7所述的操作和步骤相同。
78.实施例9
79.一种改性的水泥基防锈涂料，以水泥质量为基准，各组分的质量比：强度等级42.5的普通硅酸盐水泥144.89g(83.27wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(14.36wt.％)，硅灰1.74g(1.0wt.％)，纳米二氧化硅0.87g(0.5wt.％)，水42g(24.13wt.％)，减水剂1.5g(0.86wt.％)。
80.通过如下方法制备：
81.(1)根据改性的水泥基防锈涂料各组分的质量百分比准备原料；
82.(2)将水泥、硅灰，乙烯-醋酸乙烯共聚物称重后，按顺序制成混合料。
83.(3)将减水剂、水的混合溶液在磁力搅拌机快速搅拌(1500r/min)5min，然后将称好的纳米二氧化硅倒入减水剂和水的混合溶液继续快速搅拌10min，然后将搅拌均匀的混合溶液进行20min的超声分散，最后将混合溶液取出再进行磁力搅拌10min。
84.(4)将减水剂、水、纳米二氧化硅的混合溶液分为质量比为30％：70％的两份。
85.(5)开启砂浆搅拌机，慢速搅拌混合料2min，然后将质量为70％的减水剂、水、纳米二氧化硅的混合溶液缓慢倒入继续搅拌2min。
86.(6)开启砂浆搅拌机快速搅拌模式，将质量为30％的减水剂、水、纳米二氧化硅的混合溶液缓慢倒入继续搅拌2min，即得产品。
87.实施例10
88.一种改性的水泥基防锈涂料，以水泥质量为基准，各组分的质量比：强度等级42.5的普通硅酸盐水泥144.02g(82.77wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(14.36wt.％)，硅灰1.74g(1.0wt.％)，纳米二氧化硅1.74g(1.0wt.％)，水42g(24.13wt.％)，减水剂1.5g(0.86wt.％)。
89.制备方法：与实施例9所述的操作和步骤相同。
90.实施例11
91.一种改性的水泥基防锈涂料，以水泥质量为基准，各组分的质量比：强度等级42.5的普通硅酸盐水泥143.32g(82.36wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(14.36wt.％)，硅灰1.43g(1.0wt.％)，纳米二氧化硅0.87g(0.5wt.％)，水39.48g(22.9wt.％)，阻锈剂2.52g(1.45wt.％)，减水剂2.2g(1.26wt.％)。
92.通过如下方法制备：
93.(1)根据改性的水泥基防锈涂料各组分的质量百分比准备原料；
94.(2)将水泥、硅灰，乙烯-醋酸乙烯共聚物称重后，按顺序制成混合料。
95.(3)将减水剂、水的混合溶液在磁力搅拌机中快速搅拌(1500r/min)5min，然后将称好的纳米二氧化硅倒入减水剂和水的混合溶液继续快速搅拌10min，然后将搅拌均匀的混合溶液进行20min的超声分散，最后将混合溶液取出加入称量好的阻锈剂再进行磁力搅拌10min。
96.(4)将减水剂、水、纳米二氧化硅、阻锈剂的混合溶液分为质量比为30％：70％的两份。
97.(5)开启砂浆搅拌机，慢速搅拌混合料2min，然后将质量为70％的减水剂、水、纳米二氧化硅、阻锈剂的混合溶液缓慢倒入继续搅拌2min。
98.(6)开启快速搅拌模式，将质量为30％的减水剂、水、纳米二氧化硅、阻锈剂的混合溶液缓慢倒入继续搅拌2min，即得产品。
99.实施例12
100.一种改性的水泥基防锈涂料，以水泥质量为基准，各组分的质量比：强度等级42.5的普通硅酸盐水泥143.89g(82.7wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(14.36wt.％)，硅灰1.74g(1.0wt.％)，纳米二氧化硅0.87g(0.5wt.％)，水36.88g(21.2wt.％)，阻锈剂5.04g(2.9wt.％)，减水剂2.5g(1.44wt.％)。
101.制备方法：与实施例11所述的操作和步骤相同。
102.试验例上述实施例的水泥基涂料性能测试和比较防锈试验：实施例1-12制备的涂料分别在制备后涂覆在钢筋的表面；然后将涂覆好涂料的钢筋放置在阴凉处12h后再将其放入饱和氢氧化钙中养护7d，最后将所述涂层钢筋放入3.5wt.％的nacl溶液中，连续观察六个月，记录钢筋锈蚀的情况，结果见表1。
103.表1涂料性能测试
104.序号防锈试验实施例1一个月时钢筋表面出现锈斑实施例2一个月时钢筋表面出现锈斑实施例3一个月时钢筋表面出现锈斑实施例4两个月时钢筋表面出现锈斑实施例5三个月时钢筋表面出现锈斑实施例6三个月时钢筋表面出现锈斑实施例7三个月时钢筋表面出现锈斑实施例8三个月时钢筋表面出现锈斑实施例9五个月时钢筋表面出现锈斑实施例10五个月时钢筋表面出现锈斑实施例11六个月钢筋未生锈实施例12六个月钢筋未生锈
105.微观结构测试：
106.本试验将制备完成的水泥基涂层在经过养护和防锈试验测试后，切割成厚度《1cm的试样，在经过酒精洗涤，超声清洗，真空干燥后进行扫描电子显微镜测试，观察了涂层在10μm情况下的微观结构。
107.综上，本发明提供的水泥基涂料在严苛条件下防锈性能优于现有技术，且工作时间长。其中实施例11和12更是本发明优选的实施方式。微观结构表明，实施例1-4随着eva掺量的增加，涂层微观结构更为致密。但实施例4涂层的聚合物薄膜存在着很多缺陷。实施例5,7,9表明硅灰和纳米二氧化硅的掺入在实施例4的基础上进一步提升了涂层的致密性，改善了聚合物薄膜的缺陷。实施例9的微观结构说明硅灰、纳米二氧化硅、eva三者复合时效果最好。另外，阻锈剂对涂层的微观结构不会产生影响，仅仅起到了阻锈的作用，因此实施例11和12是最佳的。

技术特征：
1.一种用于混凝土中钢筋防锈的水泥基涂料，其特征在于，包括水泥、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硅灰、纳米二氧化硅、阻锈剂、减水剂和水。2.根据权利要求1所述的一种用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料，其特征在于，水泥82.36～100wt.％，硅灰1～5wt.％，乙烯-醋酸乙烯共聚物0～14.36wt.％，纳米二氧化硅0.5～1wt.％，阻锈剂1.45～2.9wt.％，水21.2～24.71wt.％，减水剂0.57～1.44wt.％。3.一种用于混凝土中钢筋防锈的水泥基涂料的制备方法，其特征在于：制备方法包括以下步骤：(1)将水泥、硅灰，乙烯-醋酸乙烯共聚物称重后，按顺序制成混合料；(2)将减水剂、水的混合溶液在磁力搅拌机中快速搅拌，然后将称好的纳米二氧化硅倒入减水剂和水的混合溶液继续快速搅拌，然后将搅拌均匀的混合溶液进行的超声分散，最后将混合溶液取出加入称量好的阻锈剂再进行磁力搅拌；(3)将减水剂、水、纳米二氧化硅、阻锈剂的混合溶液分为两份；(4)开启砂浆搅拌机，慢速搅拌混合料然后将其中一份减水剂、水、纳米二氧化硅、阻锈剂的混合溶液缓慢倒入继续搅拌；(5)开启快速搅拌模式，将另一份减水剂、水、纳米二氧化硅、阻锈剂的混合溶液缓慢倒入继续搅拌，即得产品。4.根据权利要求3所述的一种用于混凝土中钢筋防锈的水泥基涂料的制备方法，其特征在于，将减水剂、水的混合溶液在磁力搅拌机中快速搅拌2-10min，设置磁力搅拌机的转速为1000-2500r/min。5.根据权利要求3所述的一种用于混凝土中钢筋防锈的水泥基涂料的制备方法，其特征在于，将减水剂、水、纳米二氧化硅、阻锈剂的混合溶液分为质量比为30％：70％的两份；步骤(4)中的为质量比为70％的混合溶液，步骤(5)中为质量比为30％的混合溶液。

技术总结
本发明属于建筑及金属防锈领域，具体公开了一种用于混凝土中钢筋防锈的水泥基涂料及制备方法，包括水泥、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硅灰、纳米二氧化硅、阻锈剂、减水剂和水。其优点在于，在防锈方面，涂层钢筋在3.5wt.％的NaCl溶液中六个月不会生锈；在微观结构方面，扫描电子显微镜显示，硅灰、纳米二氧化硅对涂层的致密性有着显著的提升。致密性有着显著的提升。致密性有着显著的提升。


技术研发人员：樊亮 侯关豪 商怀帅 孙丛涛 段继周
受保护的技术使用者：中国科学院海洋研究所
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/7/12