一种增强受拉荷载下钢筋防腐性的水泥基涂料及制备方法

技术领域

本发明属于建筑及金属防锈领域，具体公开了一种增强受拉荷载下钢筋防腐性的水泥基涂料及制备方法。

背景技术

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土之间具有良好的粘结性能，常常被应用到各种建筑工程中。如名称为“一种水泥基混凝土钢筋防锈涂料及其制备方法和应用”公开号CN105017823A的中国发明专利申请，公开了一种由水泥、阻锈剂、流平剂、缓凝剂、乙烯-醋酸乙烯共聚物和水制成的聚合物水泥基涂料。该涂料涂敷在钢筋表面，由于聚合物和水泥之间发生反应，使得水泥内部结构变得更加致密，从而抵抗有害物质的侵入。但是，相关研究表明，拉伸应力会导致涂层失效，严重影响其附着力和阻隔性能。与合成的聚合物涂层相比，聚合物改性水泥基涂层的延伸率不足，更容易产生裂缝等缺陷。又如名称为“一种纳米二氧化硅改性高抗拉强度应变硬化水泥基复合材料及其制备方法”公开号CN114940604A的中国发明专利，公开了一种由水、粉煤灰、硅灰、石英砂、钢纤维、纳米二氧化硅、减水剂和水制备而成的水泥基涂料。该涂料具有较高的抗拉强度，但是涂层中石英砂、钢纤维等粗骨料的存在会导致涂层内部孔隙较大，从而影响其耐腐蚀性能。因此，增强水泥基涂层在恶劣环境下的耐腐蚀性能，同时降低受拉荷载对聚合物改性水泥基涂层性能的影响至关重要。

发明内容

基于上述问题，本申请提供一种增强受拉荷载下钢筋防腐性的多元改性水泥基防锈涂料，以提高涂料的力学性能和耐久性等；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。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种增强受拉荷载下钢筋防腐性的水泥基涂料，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；

水泥63.90～79.81wt.％，硅灰0.1～3.99wt.％，乙烯-醋酸乙烯共聚物0.1～11.47wt.％，纳米二氧化硅0.1～0.8wt.％，阻锈剂0.1～2.31wt.％，水17.87～20.19wt.％，减水剂0.45～1.15wt.％。

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：

(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。

优选的，将减水剂、水的混合溶液在磁力搅拌机快速搅拌2-10min，设置磁力搅拌机的转速为1000-2500r/min。

优选的，将减水剂、水、纳米二氧化硅和阻锈剂的混合溶液分为质量比为30％：70％的两份；步骤(4)中为质量比为70％混合溶液，步骤(5)中为质量比为30％混合溶液。

优选的，硅灰和纳米二氧化硅的掺入提升了涂层的抗拉性能；在受拉荷载作用下阻锈剂改善涂层的孔隙结构，提高涂层致密性。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

(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。

(2)通过添加硅灰和纳米二氧化硅增加涂料的力学抗拉性能和防渗性能：主要成分为SiO

(3)通过添加阻锈剂增加涂料的致密性：本发明采用内掺型复合氨基醇阻锈剂。其中的酯在碱环境作用下水解形成羧酸及其对应的醇。羧基离子在混凝土中迅速转化为脂肪酸族不溶性钙盐，在孔隙内形成沉淀，起到堵塞水泥基涂层孔隙作用，进一步提升涂层的致密性。同时，复合氨基醇掺入后可对氯离子产生物理吸附作用。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，并使得涂层抗拉性能达到了最佳。

(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

图1为实施例1效果图。

图2为实施例2效果图。

图3为实施例3效果图。

图4为实施例4效果图。

图5为实施例5效果图。

图6为实施例6效果图。

图7为实施例7效果图。

图8为实施例8效果图。

图9为实施例9效果图。

图10为实施例10效果图。

具体实施方式

实施例1

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(79.81wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物0g(0wt.％)，水43.04g(19.74wt.％)，减水剂1g(0.45wt.％)。

通过如下方法制备：

(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；

(2)将水泥称量备用；

(3)将减水剂、水的混合溶液在磁力搅拌机快速搅拌5min，再将混合溶液分为质量比为30％：70％的两份；

(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；

(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；

实施例2

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(67.89wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(11.47wt.％)，水44.11g(20.19wt.％)，减水剂1.0g(0.45wt.％)。

通过如下方法制备：

(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；

(2)将水泥和乙烯-醋酸乙烯共聚物称量备用；

(3)将减水剂、水的混合溶液在磁力搅拌机快速搅拌5min，再将混合溶液分为质量比为30％：70％的两份；

(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；

(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；

实施例3

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(67.09wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(11.47wt.％)，硅灰1.74g(0.80wt.％)，水44.11g(20.19wt.％)，减水剂1g(0.45wt.％)。

通过如下方法制备：

(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；

(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；

(3)将减水剂、水的混合溶液在磁力搅拌机快速搅拌5min，再将混合溶液分为质量比为30％：70％的两份；

(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；

(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；

实施例4

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(63.90wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(11.47wt.％)，硅灰8.7g(3.99wt.％)，水44.11g(20.19wt.％)，减水剂1g(0.45wt.％)。

制备方法：与实施例6所述的操作和步骤相同。

实施例5

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(67.26wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(11.47wt.％)，纳米二氧化硅0.87g(0.40wt.％)，水44.10g(20.18wt.％)，减水剂1.5g(0.69wt.％)。

通过如下方法制备

(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；

(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；

(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；

(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；

(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；

(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；

实施例6

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(66.86wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(11.47wt.％)，纳米二氧化硅1.74g(0.80wt.％)，水44.10g(20.18wt.％)，减水剂1.5g(0.69wt.％)。

制备方法：与实施例5所述的操作和步骤相同。

实施例7

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(66.46wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(11.47wt.％)，硅灰1.74g(0.80wt.％)，纳米二氧化硅0.87g(0.40wt.％)，水44.10g(20.18wt.％)，减水剂1.5g(0.69wt.％)。

通过如下方法制备：

(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；

(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；

(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；

(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；

(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；

(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；

实施例8

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(66.06wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(11.47wt.％)，硅灰1.74g(0.80wt.％)，纳米二氧化硅1.74g(0.80wt.％)，水44.10g(20.18wt.％)，减水剂1.5g(0.69wt.％)。

制备方法：与实施例7所述的操作和步骤相同。

实施例9

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(65.74wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(11.47wt.％)，硅灰1.74g(0.80wt.％)，纳米二氧化硅0.87g(0.40wt.％)，水42.37g(19.43wt.％)，阻锈剂2.52g(1.15wt.％)，减水剂2.2g(1.01wt.％)。

通过如下方法制备：

(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；

(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；

(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加入称量好的阻锈剂再进行磁力搅拌10min；

(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；

(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；

(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；

实施例10

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(66wt.％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物25g(11.47wt.％)，硅灰1.74g(0.80wt.％)，纳米二氧化硅0.87g(0.40wt.％)，水38.95g(17.87wt.％)，阻锈剂5.04g(2.31wt.％)，减水剂2.5g(1.15wt.％)。

制备方法：与实施例9所述的操作和步骤相同。

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1-10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。

表1涂料性能测试

电化学测试试验：

由防锈试验可以发现实施例2、7、10具备良好的耐腐蚀性能。因此，电化学试验等以实施例2、7、10为基础，探究纳米二氧化硅和阻锈剂对涂层的影响。三种涂层钢筋(表2)分别经过0N/mm

表3三种涂层钢筋线性极化电阻和涂层电阻

孔隙率测试：

如表4所示为三种涂层钢筋在经历0N/mm

表4涂层钢筋在3.5wt.％的NaCl溶液进行腐蚀试验后的孔隙率测试表

氯离子渗透深度测试：

表5为电化学试验后，基于EDS线扫描的Cl

表5氯离子距离钢筋表面的距离

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。其中实施例9和10更是本发明优选的实施方式。微观结构表明，随着EVA掺量的增加，涂层结构更为致密。实施例3，5，7表明硅灰和纳米二氧化硅的掺入在实施例2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7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。此外，硅灰和纳米二氧化硅的掺入提升了涂层的抗拉性能。并且，在受拉荷载作用下阻锈剂可以改善涂层的孔隙结构与提高涂层致密性。因此，实施例9和10是最佳的。