節(jié)能復(fù)合墻體鋼筋拉接件防銹劑研究

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一、前言

    為改善寒冷地區(qū)采暖建筑的室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量，節(jié)約采暖的能耗，提高建筑墻體保溫性能，在不增加墻體厚度的情況下，采用復(fù)合墻體結(jié)構(gòu)，在墻體中間設(shè)置保溫層和金屬拉結(jié)件，可顯著改善建筑結(jié)構(gòu)的綜合性能。在兩層墻體間放置拉結(jié)鋼筋，能使內(nèi)外墻體共同工作，增加抗震性能，但由于兩層墻體間的溫差變化，導(dǎo)致中間的保溫材料（巖棉或聚炳烯）經(jīng)常處于潮濕或凝露的環(huán)境，因而易造成或促進(jìn)拉結(jié)鋼筋的銹蝕，以致影響墻體的性能與壽命，可見墻體拉結(jié)件的耐久性已成為一個很重要的問題。     據(jù)最近有關(guān)資料表明，一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家已采用不銹鋼拉結(jié)件，這種拉結(jié)件固然防銹性能好，但價格昂貴、工程造價高，這顯然不符合我國國情，目前最常用的墻體拉結(jié)件是鍍鋅拉結(jié)件，但生產(chǎn)鍍鋅防腐件需要電鍍車間，可能會造成污染，成本還會比較高。     最常用的墻體拉結(jié)件的防腐措施是鍍鋅，但是據(jù)我們分析鍍鋅件在大氣環(huán)境中抗蝕性較好，而對復(fù)合墻體這們一個復(fù)雜的腐蝕環(huán)境來說，可能是不適合的，已有研究表明，鍍在pH為13左右時表面處于活性狀態(tài)，初期由于水泥砂漿pH值正好在這個范圍（12.5至13.5），這時如果鋼鐵表面有缺陷，那么二者構(gòu)成腐蝕電池，更加快了鋅的腐蝕溶解，所以鋼鐵在后期就難以得到保護(hù)，同時也影響了鋼筋與周圍砂漿或注芯混凝土的結(jié)合力，為此開發(fā)研制一種符合我國國情的造價低防銹性能好、無污染的拉結(jié)鋼筋防銹劑的任務(wù)，就獲得了沈陽墻改辦批準(zhǔn)、立項。     二、實驗方法     1、防銹劑研制的技術(shù)路線     通過檢索了大量文獻(xiàn)資料，并對該方向進(jìn)行了聯(lián)機檢索，對于鋼筋拉接件的防銹研究有了更進(jìn)一步的認(rèn)識。1994年初首先從分析拉接件所受到的可能的腐蝕因素入手，提出了抗震拉接件防銹劑研究方案以及側(cè)重點，認(rèn)為應(yīng)該重點考慮涂層的耐蝕性、涂層與鋼筋的結(jié)合力，周圍砂漿或注芯混凝土對涂層的握裹力等，首先選擇防銹劑的膠結(jié)劑，它決定了防銹劑與鋼筋的結(jié)合力及涂層的耐蝕性；其次選擇了防銹添加劑，它能增加涂層的耐蝕性能；同時選擇多種骨料，改善防銹劑的成膜性等綜合性能，根據(jù)復(fù)合墻體對防銹劑的要求，測試其綜合性能。進(jìn)行了各種試驗，如結(jié)合力試驗、握裹力試驗、濕熱試驗、浸泡試驗、復(fù)合墻體保溫層中的腐蝕仿真試驗、腐蝕電位測量、交流阻抗測試試驗、耐酸、堿腐蝕試驗等。     2、防銹劑配方的選定與配比     對復(fù)合墻體內(nèi)鋼筋拉接件防銹劑既要考慮其對實際腐蝕環(huán)境（如鋼筋周圍的氧、氯離子，二氧化碳、水等）的防腐作用，同時又要考慮與周圍水泥層緊密結(jié)合，因此要求所選涂料必須具有較好的防銹性能，及其與鋼筋結(jié)合性能。為此，以多種樹脂為膠結(jié)劑，篩選確定其中的一種為防銹劑膠結(jié)劑。這種膠結(jié)劑具有耐酸、堿腐蝕，結(jié)合力強等能力。在此基礎(chǔ)上，我們選擇了多種防銹添加劑以及骨料，考慮到對環(huán)境的污染問題，我們刪除了其中兩種添加劑（氧化鉛、三氧化鉻），然后采用正交設(shè)計的方法，優(yōu)選配方，對幾種出的配方進(jìn)行篩先，確定了6種配比的防銹劑進(jìn)行綜合性能的測試，最終優(yōu)選出三種防銹劑配方。     3、防銹劑性能測試     將防銹劑涂敷在65×65的試片以及ф12的鋼筋上，制成試樣，進(jìn)行各種性能測試，下面是測試的項目：     （1）外觀測試，檢查表面無氣泡，針孔等缺陷；     （2）結(jié)合性能測試，檢測防銹劑與鋼筋的結(jié)合力；     （3）抗凍性能及冷熱交替性能（在-15～20℃至25℃條件下進(jìn)行實驗）；     （4）抗彎試驗，檢測涂防銹劑筋在彎曲情況下的附著力；     （5）握裹力實驗，將涂防銹劑的試樣制成100×100×100的混凝土塊，通過拉伸試驗進(jìn)行測定；     （6）耐蝕性能試驗     a）電化學(xué)測試（E_corr，EIS）     腐蝕電位測量，對浸泡在3.5%的鹽水中的試片，定期檢測其腐蝕電位測量出腐蝕電位隨時間的變化曲線。 電化學(xué)阻抗測量，對于防銹劑防銹性能的測試，除采用常規(guī)實驗方法進(jìn)行檢測以外，我們還采用了現(xiàn)代電化學(xué)手段對各種防銹劑的耐蝕性能進(jìn)行了評價，電化學(xué)阻抗法是國際上普遍使用的方法之一，有的國家已將其發(fā)展成防銹劑性能評價的標(biāo)準(zhǔn)，將上述浸泡實驗樣品制成阻抗測試電解池，，溶液為3.5%鹽水，在常溫下浸泡。采用英國的Solartron公司的1280阻抗測試系統(tǒng)，在微機控制下測量阻抗譜的變化，以判斷防銹劑的耐蝕能力。    b）鹽霧加速試驗     將不同的防銹劑，制成65×65的45^#樣品上涂刷上一層100μm左右的防銹劑，依據(jù)GB—7634上《涂層耐鹽霧加速試驗標(biāo)準(zhǔn)》，鹽霧實驗（5%鹽水，35℃，每天噴8小時，停16小時），實驗時間30天。     c）耐用浸泡試驗，將試樣浸泡在水中，時間為100天。     d）耐酸試驗，在pH值為1的鹽溶液中進(jìn)行浸泡試驗，時間2個月。     e）耐堿試驗，在pH值大于14（20%NaOH）的溶液中浸泡6個月。     f）保溫層中的腐蝕實驗，為了研究防銹劑在真實環(huán)境中可能的腐蝕，采用了模擬加速試驗，檢測涂層在保溫層的腐蝕性能，將涂各種防銹劑的試樣插入巖棉保溫層中，放入鹽霧箱中，進(jìn)行鹽霧實驗，每天8小時鹽霧，停16小時，使保溫層中含有飽和的鹽水，恒定溫濕度，檢測防銹劑的性能，試驗100天。     三、結(jié)果與討論     對篩選出的防銹劑根據(jù)上述項目進(jìn)行綜合測試，實驗結(jié)果如下：     1、檢測防銹劑的施工性能     （1）可存放性     a）DFJ新型節(jié)能復(fù)合墻體鋼筋拉結(jié)件防銹劑，采用固化劑、基料與溶劑分開存貯的方法，在密封條件下可長期存放，而不會變質(zhì)；     b）在基料中，長期存放時添加的填料及防銹劑可能有部分固體份沉淀，只要在使用前將其攪勻即可正常使用，不影響后期性能。     （2）可浸涂性。該防銹劑在使用時將溶劑加入基料中，再按比例加入固化劑，攪勻后就可以施工。施工的方法為（a）刷涂，適用于批量小的拉結(jié)件或局部修補強化處理的拉結(jié)件；（b）浸涂，適用于尺寸有限，形狀不規(guī)則且量大的拉結(jié)件；（c）噴涂，適用于工廠內(nèi)生產(chǎn)線成批加工部件，其中（a）、（b）兩種方法適用于現(xiàn)場施工，如果檢測出涂層表面有針孔或有缺陷，則必須用刷涂法進(jìn)行修補，以達(dá)到防銹劑的質(zhì)量要求。     （3）干燥成膜性     該防銹劑采用常溫固化，8小時表干，24小時實干。     （4）涂層厚度     對刷涂與浸涂的試片依據(jù)《涂層厚度測試標(biāo)準(zhǔn)》，利用DHC—Ⅱ型磁性測厚儀測量涂層的厚度，每種樣4片，最后取其平均值，涂層厚度平均在100μm左右，可達(dá)到長期防銹的目的。棒狀浸涂試樣與平板試樣進(jìn)行對照實驗，棒材試樣的厚度在80～100μm之間。        2、耐沖擊實驗     根據(jù)涂層耐沖擊實驗標(biāo)準(zhǔn)，在CJ560型沖擊試驗機上，測試防銹劑耐沖擊性，基本達(dá)到9級以上，達(dá)到建筑施工標(biāo)準(zhǔn)要求。     3、韌性實驗     將涂防銹劑的ф8鋼絲，用力彎折90度角，再拉直，反復(fù)5次以上防銹涂層不脫落，符合建筑用涂料的韌性要求。     4、粘接性能     將涂有防銹劑的鋼筋試樣，用C20混凝土砂漿制成100×100×100的試塊，養(yǎng)護(hù)28天后，進(jìn)行拉伸實驗，數(shù)據(jù)如下表，都大于9級以上，基本不影響混凝土砂漿與鋼筋間的結(jié)合力，達(dá)到建筑施工的要求。   表一    防銹劑握裹力測試結(jié)果

 

  空白 E—1 E—2 E—3 E—4 E—5 E—6 E—7 拉力（KN） 2.81 5.26 2.98 2.99 4.54 2.9 3.81 3.48 握裹力KN/mm² 17.2 32.2 18.3 18.3 27.8 17.7 23.3 21.3

 

    5、防腐性能     （1）鹽霧實驗結(jié)果     對篩選出的六種配方進(jìn)行鹽霧實驗，結(jié)果表明其中有三種樣品在20天后有兩塊樣品起皮，其它樣品在30天中沒有發(fā)生銹蝕，對起皮的幾個樣品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主經(jīng)是由于制樣時試樣周邊沒有涂封，邊緣銹蝕，銹層使周邊開始起皮，但沒有出現(xiàn)起泡、漏銹現(xiàn)象，因此可以評定這幾個配方中有三種防銹等級達(dá)到10級以上。     （2）腐蝕電位測量    腐蝕電位隨時間的變化，說明防銹涂層在浸泡過程中，長時間不發(fā)生變化，隔絕介質(zhì)性能好，耐蝕性強。     （3）電化學(xué)阻抗測量法 電化學(xué)阻抗測量法能夠測量防銹支的阻抗譜圖。阻抗譜反映的信息主要有防銹涂層的電阻、容抗、電解質(zhì)與涂層金屬界面反應(yīng)性質(zhì)。如果防銹層失效，電解質(zhì)就可能浸入涂層，那么涂防銹層的金屬表面的阻抗、容抗等參數(shù)就會發(fā)生變化，同時表征電解質(zhì)與金屬界面反應(yīng)的參數(shù)R_P就發(fā)生變化。測得的防銹層的阻抗譜，阻抗譜隨時間的變化?？梢园l(fā)現(xiàn)，在浸泡初期，由于防銹層為絕緣層隔絕了電解液與鋼鐵基底的接觸，因此阻抗較大，一般在10⁷Ω以上，高頻區(qū)為容抗特征，數(shù)據(jù)在低頻區(qū)發(fā)散，此時說明防銹層是絕緣的，起到隔離作用，隨著浸泡時間的延長，由于防銹涂層中可能有水或其它離子的浸入涂層的阻抗譜就可能發(fā)生變化，通過分析阻抗譜的信息特征，就可能評價防銹涂層的耐蝕性能，阻抗譜變化不大時，這說明涂層沒有發(fā)生明顯變化，其耐蝕性能仍舊很好，如果阻抗譜變化較快，說明涂層中可能已有電解質(zhì)的浸入或涂層可能已發(fā)生破壞，涂層失效。說明Rct隨時間的變化，這說明三種配方（DXJ—2^#，DXJ—3^#，DXJ—5^#）耐蝕性能較好。

 

Time  (hr) 詳細(xì)性能指標(biāo)見表二

 

表二    六種防銹劑性能指標(biāo)（四組平行樣）

 

  DXJ—1^# DXJ—2^# DXJ—3^# DXJ—4^# DXJ—5^# DXJ—6^# 可存放性 長期貯存 （同左） （同左） （同左） （同左） （同左） 施工方法 刷涂、浸涂、噴涂 （同左） （同左） （同左） （同左） （同左） 干燥成膜性 表干8h 實干24h （同左） （同左） （同左） （同左） （同左） 涂層厚度（μm） 80～100 （同左） （同左） （同左） （同左） （同左） 耐沖擊性 10級 9級 9級 10級 9級 10級 韌性試驗 90度彎折 5次以上 5次以上 5次以上 5次 5次以上 5次以上 粘結(jié)性能 握裹力10級 10級 10級 10級 10級 10級 防銹性能 9級以上 10級 10級 9級 10級 10級 耐溫差試驗 25～-15～20℃ 30次以上 不脫落 （同左） （同左） （同左） （同左） （同左） 耐浸泡實驗 （鹽水） 60天浸泡 不起皮 （同左） （同左） （同左） （同左） （同左） 耐堿浸泡（10%NaOH） 180天不起皮 （同左） （同左） （同左） （同左） （同左） 耐酸浸泡（pH=1） 3個月不破壞、起皮 （同左） （同左） （同左） （同左） （同左）

 

    （4）保溫層腐蝕試驗     在模擬保溫腐蝕加速試驗中，DXJ系列防銹劑的各種防銹涂層在100天實驗過程中沒有發(fā)生破壞，如鼓泡、起皮、漏銹，這說明DXJ系列防銹劑在保溫材料中防銹性能良好。     6、防銹劑施涂方法     （1）施涂工件表面預(yù)處理。預(yù)處理包括除去金屬表面的油層，銹層及氧化皮，使鋼筋表面出現(xiàn)灰白色表面，小批量可采用機械擦除法除油、除銹，對于大批量生產(chǎn)，可用磷化法對表面進(jìn)行除油、除銹、磷化處理，獲得較好垢表面預(yù)處理表面是影響最終防銹劑防銹性能的第一個關(guān)鍵，如果不進(jìn)行表面預(yù)處理，在防銹劑與金屬基底間夾上一層油薄或銹層，這不僅起不到防護(hù)作用，而且還會加速鋼筋腐蝕，因此必須把好預(yù)處理質(zhì)量這一關(guān)。     （2）施工時將基料與固化劑按一定比例混合、攪勻。添加適量溶劑，使其粘度降低，以便于涂刷。     （3）涂刷方式：①刷涂，適合于小批量，形狀復(fù)雜的構(gòu)件以及后期修補強化處理；②浸涂，適用于工件量大，尺寸不大的拉結(jié)件；③噴涂，適用于大批量生產(chǎn)，流水線作業(yè)。     （4）涂刷一次厚度可達(dá)80～100μm。     （5）防銹層表干時間為12小時，完全干燥為24小時。因此必須在施工前一天將工件準(zhǔn)備出來。     7、DFJ防銹拉件與鍍鋅拉接件的對比     該項成果與鍍鋅件相比：①成本顯著降低，每噸鋼材鍍鋅防腐，5000元左右，而鋼材涂防銹劑，每噸約2000多元；②操作簡單易行。鍍鋅投資設(shè)備費用較高，且不適用于現(xiàn)場施工，而涂防銹劑施工較為靈活；③減少環(huán)境污染，由于采用無毒溶劑，因此對周圍污染很小，且生產(chǎn)過程中沒有任何排放。生產(chǎn)鍍鋅件既需排放污水，而且對大氣有污染，對環(huán)境保護(hù)日趨重要的今天，鍍鋅廠必須增加污水處理設(shè)備，又進(jìn)一步增加了生產(chǎn)成本、工程成本。     四、結(jié)論     1、DFJ新型防銹劑具有性能可靠，造價低，涂覆方便等特點，在確保防銹性能的基礎(chǔ)上，新型防銹劑可以替代鍍鋅防腐工藝，具有廣闊的應(yīng)用前景。     2、該項研究成果提高了復(fù)合墻體拉接件的使用壽命，促進(jìn)了節(jié)能復(fù)合墻的發(fā)展與應(yīng)用，在全國推廣應(yīng)用不僅能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且也會帶來巨大的社會效益。