一种水泥基混凝土钢筋防锈涂料及其制备方法和应用

摘要

本发明提供一种用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料，由水泥、阻锈剂、流平剂、缓凝剂、乙烯-醋酸乙烯共聚物和水组成，以水泥质量为基准，各组分的重量百分比为：水泥100％，阻锈剂2～3％，流平剂0.5～1％，缓凝剂0～0.2％，乙烯-醋酸乙烯共聚物10～25％，水40～60％。本发明还提供了所述水泥基涂料的制备方法和应用。本发明所述的水泥基涂料综合性能优越：在防锈方面，可以使钢筋在盐水中浸泡3个月不生锈；在钢筋握裹力方面，不仅不会降低钢筋握裹力，甚至可以使之得到提升。

说明书

技术领域

本发明属于建筑及金属防锈领域，具体涉及一种用于混凝土钢筋防锈 的水泥基涂料及其制备方法和应用。

背景技术

钢筋混凝土因为其优秀的力学性能一直在建筑行业扮演着最重要的 角色。但是，在钢筋混凝土服役期内，如果混凝土中钢筋发生锈蚀，会严 重影响混凝土的强度和耐久性，原因在于钢筋锈蚀有以下三方面的危害： 1.降低结构的承载能力，减小安全储备；2.降低结构的刚度，增大变形， 甚至使混凝土保护层剥落，影响正常使用；3.降低结构的延性，甚至改变 其形态，导致工程事故。因此，钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构最具破坏性的 因素之一。据美国的统计，在所有的结构破坏中，钢筋腐蚀破坏约占55％。 美国每年用于钢筋混凝土腐蚀的修复费达2500亿美元，加拿大的全部修 复费要超过5000亿美元，我国每年的腐蚀损失也达1800～3600亿元。

钢筋混凝土工程的锈蚀主要发生在两个阶段：一是在混凝土浇筑前， 由于钢筋暴露于室外，受雨水及天气影响，很容易产生大面积锈斑；二是 在混凝土浇筑后，由于各种原因导致钢筋混凝土中的钢筋锈蚀。

现有技术中采用的防锈措施主要有；在钢筋表面直接刷涂防锈涂料， 在在混凝土表面涂覆防锈涂料，以及在混凝土原料中掺入防锈材料等。如 申请号为201410275357.0、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，公开日2014年9 月24日)的中国发明专利申请，公开了一种由活性组分、反应助剂、反 应促进剂、骨架材料和水泥制成的水泥基渗透结晶涂料。该涂料涂覆在混 凝土表面后，通过化学转换反应在钢纤维混凝土内部孔隙和裂缝中生成不 溶性的枝蔓状结晶体，堵塞内部孔隙，封闭毛细孔通道，从而希望混凝土 能够防止各种化学侵蚀物质的侵入，达到防腐防锈的目的。但是这种防锈 涂料的作用受制于涂料的渗透性能和混凝土的状态；而且需要大面积涂 覆，成本高。另外，由于浇筑混凝土之前，钢筋已经暴露在空气中的时间 较长，大量的锈蚀已经发生。因此，建筑防锈措施中最有效和性价比最高 的方法就是在钢筋表面直接涂刷防锈涂料。

但是现有技术中的一些金属防锈涂料并不适用于混凝土钢筋。如公开 号CN 102993797 A(公开日2013年3月27日)、名称为“一种耐碱耐油 金属防锈涂料及其制备方法”的中国发明专利申请公开了一种成分复杂的 金属防锈涂料，其原料组成为：锌粉、丙二醇苯醚、己二酸二异丙酯、2,2,4- 三甲基1,3-戊二醇单异丁酸酯、防沉降剂3300S、流平剂BYK-300、聚丙 烯酸钠盐SN-5000、氢氧化镁、分散剂LBD-1、LBCB-1触变润滑剂、磷 酸锌粉、三聚磷酸铝、改性纳米凹凸棒土、改性水溶性纳米级硅溶胶，以 及纯丙烯酸乳液、环氧乳液、肌醇六磷酸酯、双环戊烯基乙氧基甲基丙烯 酸酯、重烷基苯磺酸盐、丙二醇、聚丙烯酰铵、2-氨基-2-甲基-1-丙醇。又 比如公开号CN 103627235A(公开日2014年3月12日)、名称为“一种 丙烯酸防锈涂料”的中国发明专利申请公开的一种含有丙烯酸树脂，醋酸 纤维素，环氧树脂，氧化铈，聚四氟乙烯，氧化铁红等原料的涂料。上述 涂料在金属表面形成一层超强柔韧的膜，尽管具有硬度高，耐盐雾、耐盐 水、耐酸碱、耐水、耐油等优点，但是都会严重降低钢筋握裹力，易造成 钢筋与混凝土界面分离，影响钢筋混凝土的耐久性。如果应用在混凝土中 的钢筋防锈，必须采用等高肋钢筋才能提升钢筋的握裹力。而且原料中的 环氧树脂也使涂料的价格居高不下。

如何在防锈的同时不影响钢筋握裹力，现有技术出现了有益的探索。 如申请号为201110304102.9、名称为“建筑钢筋改性聚酯防锈涂料及施工 方法”的中国发明专利申请公开了一种防锈涂料，由质量份配比为30～50∶ 25～40∶25～45的混合料、高分子聚酯乳液和水组成，其中混合料由硅酸盐 水泥和硅粉组成(质量份配比为80～100∶0～20)。该发明的改性聚酯防锈 涂料能够保护钢筋在野外环境中放置6个月不出现锈斑，并可使混凝土与 钢筋握裹力提高15％～35％。但实际运用中发现该涂料防锈效果并不理想。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个目的在于提供一种用于混凝土钢筋防锈 的水泥基涂料。本发明通过改善钢筋、涂料、水泥三相界面，使界面兼具 聚合物涂料的柔性与水泥的刚性，从而使握裹力与防锈性能达到整体的最 大化。本发明提供的所述水泥基涂料兼顾耐久性、经济性和环保性，可以 满足建设工程的需要。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料，由水泥、阻锈剂、流平剂、 缓凝剂、乙烯-醋酸乙烯共聚物和水组成，以水泥质量为基准，各组分的重 量百分比为：

水泥100％，阻锈剂2～3％，流平剂0.5～1％，缓凝剂0～0.2％，乙烯-醋 酸乙烯共聚物10～25％，水40～60％。

优选的，以水泥质量为基准，各组分的重量百分比为：

水泥100％，阻锈剂2～3％，流平剂0.5～0.9％，缓凝剂0.1～0.2％，乙烯- 醋酸乙烯共聚物10～20％，水40～55％。

进一步优选的，以水泥质量为基准，各组分的重量百分比为：

水泥100％，阻锈剂2～3％，流平剂0.5～0.9％，缓凝剂0.1～0.2％，乙烯- 醋酸乙烯共聚物10～15％，水42～50％。

最优选的，以水泥质量为基准，各组分的重量百分比为：

水泥100％，阻锈剂2～3％，流平剂0.73～0.9％，缓凝剂0.1～0.2％，乙烯 -醋酸乙烯共聚物13.6～15％，水42～46.7％。

优选的，所述的水泥选自普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、矿渣水泥、火 山灰水泥和硫铝酸盐水泥中的一种。

更优选的，所述水泥选自强度等级52.5的普通硅酸盐水泥。

优选的，所述的阻锈剂选自掺入型JK-H₂O复合氨基醇、RI钢筋阻锈剂、 COR防腐阻锈剂、乙酸钙和苯甲酸钠中的一种。

更优选的，所述阻锈剂为RI钢筋阻锈剂。

优选的，所述流平剂选自萘系粉末减水剂和聚羧酸中的一种。

更优选的，所述流平剂为萘系粉末减水剂。

优选的，所述缓凝剂选自糖蜜缓凝剂、羟基羧酸及其盐类缓凝剂和木质 素磺酸盐类缓凝剂中的一种。

更优选的，所述缓凝剂为羟基羧酸及其盐类缓凝剂和木质素磺酸盐类缓 凝剂中的一种。

本发明的另一个目的在于提供所述用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料 的制备方法，包括将所述的各组分按重量配比混合，即得。

优选的，所述制备方法包括以下具体步骤：

I.按照所述重量配比准备各组分；

II.将所述流平剂和水按比例混合均匀；

III.加入所述乙烯-乙酸乙烯共聚物，搅拌，得到均匀的乳液；

IV.将所述水泥和所述阻锈剂加入到步骤III得到的乳液中，搅拌1～2 分钟后，加入所述缓凝剂，快速搅拌10～15分钟，即得。

本发明还有一个目的在于提供所述水泥基涂料在混凝土钢筋防锈上的 应用。

本发明所述应用，具体包括如下步骤：

I.用钢丝刷将钢筋表面刷净，不得有锈屑和油污；

II.将所述水泥基涂料一次性或分多次涂刷在钢筋表面，涂层总厚度 为0.25～0.3mm；

III.将钢筋放置在阴凉处养护后，用于建筑施工。

为了除净钢筋表面的锈屑和油污，在用钢丝刷之后，还可以用丙酮檫 洗钢筋。

与现有技术相较，本发明提供的水泥基涂料的综合性能优越。

首先，本发明所述的水泥基防锈涂料防锈性能优异。涂覆本发明的防锈 涂料的钢筋，在盐水浸泡长达3个月时仍不会生锈(盐水中由于氯离子的存 在，会加快金属的锈蚀)。而且涂覆本发明的涂料后的钢筋握裹力基本没有 下降，在优选的实施例中(如实施例2和3)，钢筋的握裹力还得到了一定程 度的提升。

其次，本发明所述的水泥基涂料，原料价廉、经济、环保。

另外，本发明所述的水泥基涂料最长工作时间可达到2小时，完全能够 满足大规模施工的需要。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些 实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施 例中所用的药材原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。

实施例1一种用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料

原料组成为：

强度等级52.5的普通硅酸盐水泥1kg(100％)，RI钢筋阻锈剂20g(2％)， 乙烯-醋酸乙烯共聚物200g(20％)，萘系粉末减水剂9g(0.9％)，木质素磺 酸钠2g(0.2％)，水550g(55％)。

通过如下方法制备：

I.按照配方准备上述各种原料；

II.搅拌机开启自动模式，加入萘系粉末减水剂和水，搅拌2分钟，使 萘系粉末减水剂和水充分混合；

III.将乙烯-醋酸乙烯共聚物加入到搅拌机中，继续自动搅拌2分钟，得 到均匀的乳液；

IV.将水泥和RI钢筋阻锈剂加入到步骤III得到的乳液中，自动搅拌1 分钟后加入木质素磺酸钠，开启快速搅拌搅拌10分钟，即得。

实施例2一种用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料

原料组成为：

强度等级52.5的普通硅酸盐水泥1kg(100％)，RI钢筋阻锈剂20g(2％)， 乙烯-醋酸乙烯共聚物150g(15％)，萘系粉末减水剂10g(1％)，木质素磺 酸钠2g(0.2％)，水500g(50％)。

制备方法：与实施例1所述的操作和步骤相同。

实施例3一种用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料

原料组成为：

强度等级52.5的普通硅酸盐水泥1kg(100％)，RI钢筋阻锈剂20g(2％)， 乙烯-醋酸乙烯共聚物136g(13.6％)，萘系粉末减水剂10g(1％)，木质素磺 酸钠1.8g(0.18％)，水467g(46.7％)。

制备方法：与实施例1所述的操作和步骤相同。

实施例4一种用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料

原料组成为：

硅酸盐水泥1kg(100％)，苯甲酸钠20g(2％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物250g (25％)，聚羧酸9g(0.9％)，羟基羧酸钠2g(0.2％)，水400g(40％)。

制备方法：

I.按照配方准备上述各种原料；

II.搅拌机开启自动模式，加入聚羧酸和水，搅拌2分钟，使流平剂聚 羧酸和水充分混合；

III.将乙烯-醋酸乙烯共聚物加入到搅拌机中，继续自动搅拌2分钟，得 到均匀的乳液；

IV.将水泥和苯甲酸钠加入到步骤III得到的乳液中，自动搅拌1分钟后 加入羟基羧酸钠，开启快速搅拌搅拌10分钟，即得。

实施例5一种用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料

原料组成为(以水泥重量为基准)：

硅酸盐水泥1kg(100％)，苯甲酸钠30g(3％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物200g (20％)，聚羧酸9g(0.9％)，羟基羧酸钠2g(0.2％)，水410g(41％)。

制备方法：同实施例4。

实施例6一种用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料

原料组成为(以水泥重量为基准)：

硅酸盐水泥1kg(100％)，苯甲酸钠25g(2.5％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物 150g(15％)，聚羧酸10g(1％)，羟基羧酸钠2g(0.2％)，水400g(40％)。

制备方法：同实施例4。

实施例7一种用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料

原料组成为(以水泥重量为基准)：

矿渣水泥1kg(100％)，乙酸钙20g(2％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物230g (23％)，萘系粉末减水剂10g(1％)，糖蜜缓凝剂2g(0.2％)，水480g(48％)。

制备方法：

I.按照配方准备上述各种原料；

II.搅拌机开启自动模式，加入萘系粉末减水剂和水，搅拌2分钟，使 萘系粉末减水剂和水充分混合；

III.将乙烯-醋酸乙烯共聚物加入到搅拌机中，继续自动搅拌2分钟，得 到均匀的乳液；

IV.将水泥和乙酸钙加入到步骤III得到的乳液中，自动搅拌1分钟后加 入糖蜜缓凝剂，开启快速搅拌搅拌10分钟，即得。

实施例8一种用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料

原料组成为(以水泥重量为基准)：

硫酸铝盐水泥1kg(100％)，乙酸钙30g(3％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物200g (20％)，萘系粉末减水剂10g(1％)，糖蜜缓凝剂2g(0.2％)，水510g(48％)。

制备方法：同实施例7的制备方法。

对比例1一种用于混凝土钢筋防锈的水泥基涂料

原料组成为：

强度等级52.5的普通硅酸盐水泥1kg(100％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物 250g(25％)，萘系粉末减水剂10g(1％)，木质素磺酸钠2g(0.2％)，水 600g(60％)。

通过如下方法制备：

I.按照配方准备上述各种原料；

II.搅拌机开启自动模式，加入萘系粉末减水剂和水，搅拌2分钟，使 萘系粉末减水剂和水充分混合；

III.将乙烯-醋酸乙烯共聚物加入到搅拌机中，继续自动搅拌2分钟，得 到均匀的乳液；

IV.将水泥加入到步骤III得到的乳液中，自动搅拌1分钟后加入木质素 磺酸钠，开启快速搅拌搅拌10分钟，即得。

对比例2一种水泥基涂料I

原料组成：

水泥1kg(100％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液500g(50％)。

将水泥和高分子聚酯乳液混合均匀，即得。

对比例3一种水泥基涂料II

原料组成：

水泥1kg(100％)，乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液333g(33.3％)，萘系粉末 减水剂9g(0.9％)，水33.3g(3.33％)。

通过如下方法制备：

将萘系粉末减水剂放入水中搅拌溶解，再加入乙烯-醋酸乙烯共聚物乳 液和水泥搅拌均匀，即得。

对比例4一种钢筋防锈涂料

该对比例为申请号为201110304102.9、名称为“建筑钢筋改性聚酯防 锈涂料及施工方法”的中国发明专利申请公开的“建筑钢筋改性聚酯防锈 涂料”。

原料组成：

普通硅酸盐水泥322g，硅粉28g，氯丁胶乳液350g，水200g。

通过如下方法制备：

1、将普通硅酸盐水泥和硅粉，放入干燥搅拌器内，搅拌3min，制成混 合料；

2、把混合料、氯丁胶乳液和水放入强制式搅拌机内，连续搅拌4min。

试验例上述实施例和对比例的水泥基涂料性能测试和比较

1.黏度测试

实施例1-8和对比例1-4制备的涂料分别在制备后立即用涂-4杯进行黏 度测试，以及在制备后1h用涂-4杯进行黏度测试，记录黏度测试结果，并 计算前后两次黏度的变化率，结果见表1。

2.防锈试验

实施例1-8和对比例1-4制备的涂料分别在制备后用25mm的毛刷涂覆 在短钢筋的表面，涂层厚度为0.25-0.3mm；然后将涂覆好涂料的钢筋放置在 阴凉处7d，再将所述钢筋放入3.5％(质量百分比浓度)的盐水溶液中，连 续观察3个月，记录钢筋锈蚀的情况，结果见表1。

3.钢筋握裹力测定

实施例1-8和对比例1-4制备的涂料分别在制备后用25mm的毛刷涂覆 在长钢筋的表面，涂层厚度为0.25-0.3mm，将涂覆好涂料的钢筋放置在阴凉 处7d；用C50的硅酸盐水泥按握裹力测试的行业标准(GB/T 50081—2002 《普通混凝土力学性能试验方法标准》)进行筑模，48h后脱模，在20℃、 湿度100％的养护室中养护28d，进行握裹力测试。握裹力强度为滑动变形 0.01mm，0.05mm和0.1mm时的总和。结果见表1。同时设以未涂覆涂料的 钢筋为空白对照，测定其握裹力为280KN，计算试验组的相对握裹力。计算 公式为：

相对握裹力＝试验组钢筋握裹力/空白组钢筋握裹力×100％

表1水泥基涂料性能测试结果

4.结论

1)对比例1-4的钢筋在3.5％盐水浸泡的条件下都出现了锈斑，而涂覆 了本发明实施例1-8制备的水泥基涂料的钢筋在相同条件下都没有出现锈 斑，说明本发明的水泥基涂料的防锈性能优于各对比例。

2)从表1的示出的黏度测定结果可以看出，本发明实施例1-8制备的 水泥基涂料1小时内的黏度变化率小于35％，而对比例2和3的涂料黏度变 化率都大于45％。说明本发明提供的所述水泥基涂料制备后的可工作时间 长，适于大范围、大面积的作业。

3)对比例4的涂料提升钢筋握裹力的作用最强，其次是本发明的实施 例2和3；其它实施例制备的涂料对钢筋握裹力基本没有影响。但是对比例 1和2制备的涂料明显降低了钢筋的握裹力，不利于混凝土的稳定。

总之，本发明提供的水泥基涂料严苛条件下防锈性能优于现有技术；且 工作时间长，对钢筋的握裹力基本没有影响。虽然对比例4的涂料对提升钢 筋的握裹力作用最显著，但是其防锈作用却不及本发明的各个实施例。因此， 本发明提供的水泥基涂料的综合性能优越，其中实施例2和3更是本发明优 选的实施方式。

以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可 以根据本发明做出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本 发明所附权利要求的范围。